第4章1 大气污染

第四章1大气污染要掌握的内容：污染的种类、来源及其危害大气污染物扩散原理及其模式大气污染控制（排放标准、综合控制措施）

第一节概述1.大气组成

大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基本环境要素之一。

（食、水、空气：人缺乏食物约可生存5周；断绝饮水约可生存5天；而离开空气，则5min就会死亡。）通常认为海平面附近的干燥空气是洁净空气，其组成基本不变。

1000公里的高空以内称为大气层或大气圈，其密度随着高度的减小而增加，大气质量约99.9％都集中在55km以下的空间。一、大气污染大气组成：①干燥洁净的混合气体（空气）：78.09％N2,20.94％O2,0.934％Ar和0.032％CO2。共占大气总容积的99.996％。(CO2和O3含量甚微，但对大气温度和生物生存起着重要作用。CO2吸收地表的长波辐射，阻止地球散热。

0.2510-5％O3

吸收太阳紫外辐射99%，集中在20～25km的高度处。）

②悬浮微粒：固体微粒（悬浮灰、尘、花粉、细菌、冰晶）、颗粒状液体（水滴、云雾、）。影响大气的能见度，削弱太阳的辐射强度。③水蒸气：含量不大，构成天气现象（云、雾、雨、霜、露）。2.大气污染

国际标准化组织(ISO)定义：“空气污染，通常是指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。”其明确了：(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污染物在大气中要含有足够的浓度，并且停留足够的时间，超过了允许限度，使得大气质量恶化，从而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。）3.影响大气污染形成的主要因素

污染物浓度愈高，停留时间愈长，污染愈严重。地理、地形特征：影响大气的扩散能力。不同的特征，在不同气候条件下，会形成各种大气环流—风。风可能加速、也可能不利于污染物的扩散。气象条件：不同的气象条件具有不同的稀释扩散能力。包括：风速和风向、大气气温垂直分布和稳定度、降水过程。排放源高度：高烟囱把污染物排向远离污染源的高空，在更广阔的区域中扩散稀释，降低污染物在近地面的浓度。但是污染物的总量没有减少。二、大气污染源定义：造成大气污染的污染物发生源。按排放方式：点源、线源、面源；按排放形式：固定源、流动源；按排放时间：连续源、间断源、瞬时源；按排放位置：地面源、高架源。通常人工污染源分为：①生活污染源。生活中炉灶、热水器、采暖锅炉。②工业污染源。燃料燃烧、工业生产排放的物质。③农业污染源。农药和化肥分解产生有害气体、粉尘飞扬。④交通污染源。交通工具燃烧排放的有害废气。

（其中，燃料燃烧排放的大气污染物占70～80％）三、大气污染的分类1.大气污染的类型按大气污染的影响范围：

①局部性大气污染：某个污染源的小范围（如某一火电厂）；(Local)

②地区性污染：工业区及附近、整个城市；(Regional)

③广域性污染：超过行政区域的广大地域；(Widerange)

④全球性大气污染：超越国界、全球。（World－wide）按污染物的种类：

①煤烟型。煤炭燃烧，SOx、烟尘等，以及形成的二次污染物。

②石油型。石油生产、石油制品使用，NOx、COx、HC等，以及形成的光化学烟雾。

③混合型。有煤烟型和石油型的综合特征，以煤碳、石油为燃料综合的污染源，以及从工厂企业排出各种化学物质的污染源。

④特殊型。某些特殊的气态污染物，如放射性废气、含氯气体、含氟气体。煤炭和石油燃烧排放的废气，在一定的气象条件下形成二次污染的特征：①氧化型大气污染(汽车尾气型)。石油类燃料燃烧，汽车排气中CO2、NOx。强烈阳光作用，污染物发生光化学反应后生成臭氧、过氧乙酰基硝酸酯类等氧化性二次污染物。气象条件：较强烈的阳光，气温高于23℃，湿度低于75％，风速小于3m/s，通常发生在夏、秋季节的白天，以中午污染最严重。（洛杉矶型、石油型）。②还原型大气污染(煤炭型)。煤炭燃烧，产生烟尘、SO2和CO，多发生于煤炭和石油混合使用的地区。气象条件：多云，气温低于8℃，湿度高于85％，基本无风、伴有逆温。一次污染物低空聚积，生成还原性硫酸烟雾。通常发生在冬季，以早晨污染最严重。（伦敦型、煤炭型）。

2.我国的大气概况和特点

能源消费以煤炭为主，主要是SO2和烟尘的污染，大气污染的特征属于煤烟型。污染水平：北方城市＞南方城市，冬季＞夏季，早晚＞中午。南方城市是酸雨和高硫煤地区的污染，北方城市是冬季采暖期的污染。1997年，污染物排放达到最高值。其中SO2排放过了美国，成为世界SO2排放第一大国。1997年后，烟尘、SO2排放总量呈下降，但数量仍巨大；石油消费和机动车辆急剧增加，氮氧化物污染呈上升。第二节大气污染物已认定的大气污染物约有100种，主要为气溶胶态和气态污染物。气溶胶态污染物气态污染物一、气溶胶态污染物沉降速度可以忽略的固体、液体颗粒在气体介质中的悬浮体

。分为以下三种形式:1.粉尘(dust):

较小悬浮固体颗粒，＜200μm。煤粉、水泥、金属粉尘、粘土粉尘、石棉等。一般，粉尘＜75μm，粗尘＞75μm。2.烟尘:燃烧、冶金中的细微颗粒：①烟炱(fume)，冶金过程中的固体粒子。熔融物质挥发产生的气态冷凝物，＜1μm。如氧化铝（锌、铅）等；②飞灰(flyash)，燃料燃烧中的细小灰粒，＜10μm；③黑烟(smoke)，燃烧产生的可见气溶胶,燃料高温缺氧，烃类热分解生成的碳黑颗粒，0.01～1μm。3.雾(fog):微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。气象学中是指造成能见度＜lkm的小水滴悬浮体。气溶胶态污染物通常＜500μm。

＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP)

①飘尘:＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；

②降尘:＞l0μm，能靠重力在较短时间内沉降；雾霾天气

霾也叫雾霾（烟霞），指空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾（Dust-haze），香港天文台称烟霞(Haze)。

霾与雾的区别在于发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和)。一般相对湿度小于80%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾造成的，相对湿度大于90%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是雾造成的，相对湿度介于80-90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。霾的厚度比较厚，可达1－3公里左右。霾与雾、云不一样，与晴空区之间没有明显的边界，霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1－2微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾，其散射波长较长的光比较多，因而霾看起来呈黄色或橙灰色。一次污染物(从污染源直接排放出的)：SOx、NOx、COx、HC化合物，O3、氟化物等。二次污染物：光化学烟雾、硫酸烟雾等。1.含硫化合物:SO2、SO3和H2S等。SO2：最主要的气态污染物。化石燃料燃烧、有色金属冶炼、火力发电、石油炼制、造纸、硫酸生产及硅酸盐制品熔烧等过程都向大气排放SO2，燃烧SO2约占70％以上。H2S：有机腐败物，造纸、炼油、炼焦、石化、农药等生产中的排放。在大气中很快被氧化成SO3或SO2。2.含氮化合物：NO、NO2、N2O、N2O3、NH3、HCN等，主要是NO和NO2。大约83％的NOX来自燃料燃烧。此外，硝酸、氮肥、石化、炸药生产。3.碳氧化合物：CO、CO2。人工：燃烧。CO排放量为大气污染物之首，但CO的浓度并未持续增加，表明自然界存在抑制CO增长的机制，如土壤微生物的代谢和OH自由基的氧化能将CO转化为CO2。但CO排放集中时，浓度可能达到危害环境水平。二、气态污染物4.碳氢化物：可挥发的各种有机烃类化合物，如烷、烯和芳烃等。大部分来自于植物的分解，人工是石油类物质不完全燃烧和蒸发，汽车尾气排放占有主要的比重。HC是一种强致癌剂，与NOX的共同作用会形成光化学烟雾。5.卤素化合物：含氯、含氟化合物。钢铁、石化、农药、化肥工业的生产过程中都有。排放量不多，对植物生长有很大伤害；破坏臭氧层的主要成分。6.硫酸烟雾：SO2等含硫化合物，在有水雾、颗粒气溶胶、NOx、以及一定气象条件下，发生化学或光化学反应而形成。相对湿度较高，气温较低，并伴有煤烟尘、含有重金属的飘尘等存在时发生的。7.光化学烟雾：阳光紫外线照射，NOx、HC和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的淡蓝色(有时呈紫色或黄褐色)二次污染物。主要成分是臭氧、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、醛类及酮类等。第三节燃料燃烧燃烧产生的污染物约占全部大气污染物数量的70％。一、燃料性质1.固体燃料：coal－C、H、O、N、S。所含污染物如下：

灰：4％～5％－60％～70％，我国25％

S：无机硫：黄铁矿硫（FeS2）；有机硫：有机质的复杂化合物；硫酸盐硫：石膏（CaSO4•2H2O）。（无机硫和有机硫参于燃烧；而硫酸盐硫属于灰分。高硫煤＞2％。）

N：化合物：挥发分N、焦炭N。2．液体燃料。汽油、煤油、柴油、重油（含S）－C、H高，灰少。3．气体燃料。天然气CH4－气田气、油田伴生气、煤田伴生气。人造气－液化石油气、焦炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气。二、燃烧过程

燃烧分为固相燃烧、气相燃烧。必要条件：适当空气量，即氧气。（不足，燃烧不完全；过大，降低燃烧温度。）

空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。

空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流度衡量。三、燃烧产物N2、CO2、水蒸气和飞灰，以及O2、SOX、NOX、CO、H2、CH4、HC、碳黑。污染物：SOX、NOX、COx、HC、碳黑、飞灰。

SOX：SO2，少量的SO3。

NOX：燃料N，空气N生成。主要NO，少量NO2。

飞灰：剩余的细微固体颗粒物。

CO、H2、CH4、HC、碳黑：不完全燃烧产物。与燃料性质、燃烧方式、燃烧条件有关。第四节大气主要污染物的生成机理及危害一、烟尘：1.烟尘的生成机理（1）气态析出型。固体燃料的挥发分气体、液体燃料蒸发气和气体燃料，高温缺氧（还原性气氛）热分解生成碳黑或积炭。0.01～0.2μm。

气相脱氢聚合反应：甲烷CH4→2H2+C乙烷C2H6→3H2+2CC2H6→H2+C2H4（乙烯）乙烯C2H4→H2+C2H2C2H2→H2+2C

(2)液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：

①煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的空心焦粒；②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大的物质，结焦。(3)固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞灰），3～100μm。

2.影响烟尘生成的因素（1）燃料性质：灰分↑，含水量↓，飞灰浓度↑；气态燃烧的燃料数量越多，碳含量↑，碳黑↑。气、液燃料碳黑多，固体燃料以飞灰为主。（2）燃烧条件：不完全燃烧产生烟尘。（3）燃料粒径：液体燃料粒径越大，其燃尽时间也越长，尘浓度↑↑。固体燃料的燃烧速率取决于氧气向表面的扩散速度，以及在固体表面上进行的化学反应速度。3.烟尘的危害＞10μm能沉降；＜10μm飘尘长期悬浮，易进入呼吸系统，直接进入肺部。烟尘的化学组成很复杂，含有毒物、致癌物，引起肺癌或皮肤癌。二、硫氧化合物主要是SO2，SO3很少。缺氧时，还有H2S和元素S。生成SO2的总放热反应

S+O2→SO2

（3－1）

火焰中的淡蓝色是O原子和SO反应形成SO2时所发射的光谱。SO是一种中间产物。1.生成机理

（1）有机硫和H2S的氧化

H2S主要在油中。煤中有机硫～500℃分解→H2S。

H2S、S元素首先→SO(H2S+O2→SO+H2O；S+O2→SO+O)再SO+O2→SO2+O；SO+OH→SO2+H（2）无机硫的氧化无机FeS2分解速度慢。

1)缺氧时，＜500℃，分解成S、H2S和FeS，FeS必须＞1400℃才能分解出S，再氧化成SO2。2)富氧下，FeS2直接氧化SO2:4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2

S含量↑，空气量↑，SO2↑。（3）燃烧中SO3的生成可逆SO2+O→SO3→过程缓慢。贫燃：计算，高温有利于SO2生成，低温有利于SO3生成。实测，高温区SO3浓度＞计算值。∵贫燃O2充足，S氧化快。富燃：高温时，缺O2，抑制SO2→SO3。低温时，O原子浓度急剧降低，S03浓度略有下降。催化剂：金属氧化膜（Fe2O3）、积灰（V2O5），促使SO2→SO3。水蒸气与SO3反应形成H2SO4蒸汽。因此：①含S↑；②含灰↑；③反应τ↑；④高温区↑；⑤火焰t↑，SO3↑。（4）SO2在大气中的转化

SO2在大气中的转化速度非常小。

（若存在金属氧化物、颗粒物、NOX等可作催化剂的物质，可增大SO2→SO3的速度，或直接氧化为硫酸盐气溶胶，如MgO2＋SO2→MgSO4

，SO2和SO3与水蒸气反应都会形成硫酸蒸汽。）2.硫化合物的危害SO2：有强烈的辛辣、刺激性气味。浓度超过一定值，支气管收缩，鼻腔出血，呼吸困难，诱发支气管炎、肺水肿。SO2形成的硫酸烟雾，毒性作用增大3～4倍。对植物造成伤害，其生长受阻，叶片出现黄褐色坏死斑、脱水、焦枯。H2S：有毒气体，易溶于水。刺激性引起眼结膜炎；侵入血液中与血红蛋白结合，生成硫化血红蛋白而使人缺氧，窒息死亡。空气中H2S的体积分数为0.04时便有害于人体健康，0.1时就可致人死亡，大气中允许的硫化氢浓度为0.01g/m3。三、氮氧化合物1.燃烧过程中NOx的热力学平衡N2+O2

2NOt↑，Kp↑↑，NO↑↑

NO+O2

NO2+Ot↑，Kp↓，NO2↓

NO与NO2的生成反应的特点①燃烧中NO～95％，NO2～5％；②任何温度时生成的NO都→NO2；③t↑，NO↑↑，＜1500K，反应速率很小；＜800K，NOx数量忽略不计；④室温时只有极少量NO与NO2生成。排入大气NO，在充足的反应平衡时间下氧化成NO2。

四、其他污染物1.CO

CO是燃烧过程的中间产物，不完全燃烧产物。RH→R→RO2→RCHO→RCO→COR—碳氢自由基团。RCO主要通过热分解生成CO。

CO的生成速率很快，＞氧化成CO2的速率，在火焰区CO浓度迅速上升到最大值。控制CO的排放是使之完全燃烧。

危害：毒性很大。与血红蛋白有较强亲合力，比氧与血红蛋白的亲和力大200多倍。生成碳氧血红蛋白，降低血液输送氧气的功能。中枢神经受影响，降低人对各种意识的分辨能力，出现昏迷、呼吸困难，甚至导致窒息死亡。2.碳氢化物（HC）来源：不完全燃烧、石油类物质蒸发。燃烧室内温度过低的区域，或者油气混合不均匀导致燃烧室内局部混气过富。HC的热分解和氧化非常复杂，许多中间产物的反应过程和反应机理至今尚不清楚。大部分HC是＜700℃时发现。危害：主要致癌物质。一般是多环结构的多环芳烃类物质，如苯并[a]芘等，其中有机物在燃烧分解过程中产生的焦油状多环芳烃苯并芘就是公认的强致癌性物质。3.碳烟汽车排放的不完全燃烧产物，柴油机碳烟浓度约为汽油机的30～80倍。∵柴油机采用扩散燃烧，燃料和空气混合不均匀，出现部分混合气过浓，缺氧，其形成条件与CO和HC很相似。白烟：寒冷气候起动、怠速运转，燃烧室温度过低，燃料未经燃烧排出，＞1μm以上白色液珠。蓝烟：柴油机低负荷工作、低温运转，排出的直径在＜0.4μm的淡蓝色液珠。黑烟（碳烟）：柴油机高负荷运行，混合气高温缺氧，产生脱氢聚碳反应，以碳为主≈0.05μm的固态微小颗粒。4.光化学烟雾

NOX、HC，在阳光的强烈照射下，发生光化学反应后形成二次污染物（臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯(PAN)）等，形成光化学烟雾。NO2光解→NO＋OO＋HC→OH，O＋O2→O3O、O3、OH＋HC→HC自由基。HC自由基＋O2→过氧化自由基。各种自由基＋NO→NO2

发生时，气温较高，大气相对湿度较低，夏季晴天，高峰出现在正午前后，夜间消失。影响光化学烟雾形成的因素

（1）污染物质及浓度。存在NO2和HC，浓度越高，各种氧化剂的浓度也必然增高。大气中飘尘易吸附气态分子发生反应。（2）太阳辐射强度。只有波长为290～430nm能量较大的紫外辐射，才能使NO2光解。（3）地理位置。天顶角越小，辐射线的路线越短，紫外辐射越强。大气层愈厚，到达地面的辐射能愈少。夏季天顶角比冬天小，∴晴朗、夏季中午出现光化学烟雾的可能性最大。（4）气象条件。晴天、阳光明媚、高气温、低湿度、低风速、有逆温层存在，易产生光化学烟雾。∵此时污染物质不易稀释扩散。

第五节大气污染的防治途径一、我国大气污染治理

以煤为主能源政策在今后相当长时期内不会改变。我国的工业废气的治理已经取得了明显的成果，一些地区的大气污染得到控制或缓解，但仍然存在许多问题：①部分老企业和乡镇企业的生产技术落后、设备简陋、能源消耗高、废气排放量大，治理难度大；②资金不足，有害气体的处理率低；③许多废气治理设施开工率和运转率低，甚至搁置不用。二、大气污染的综合防治大气污染的综合防治的原则:

区域为统一整体，调查评价、统一规划，综合运用各防治措施，改善大气环境质量。原则:推行清洁生产，控制污染源头。将综合预防的环境策略持续应用于生产过程和产品之中，以期减少对人类和环境的风险。合理利用环境自净能力与人为措施相结合。综合防治与分散治理相结合。分散治理为基础按功能区实行总量控制。保持环境质量符合要求，所能允许的某种污染物的最大排污总量。技术措施与管理措施相结合。粗放经营、管理不善造成污染物流失约占总量的50％。2.大气污染的综合防治措施（1）全面规划、合理布局或调整工业结构。（2）严格的环境管理体制。（3）综合利用，提高资源利用率。（4）合理利用能源。①改变常规能源结构和用能方式。②采用先进的清洁煤技术。③节约能源。④开发清洁能源。⑤控制污染源头和废气排放。安装除尘净化装置，高烟囱排放。⑥构建绿色生态系统。三、大气环境标准为了维护生态平衡，保护人体健康，控制和改善大气质量，制定了大气环境中污染物的最大容许含量和污染源排放污染物的数量及浓度的技术规范：分为大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准等。标准制定：为保障人体健康和维护生态平衡，并考虑实现标准的经济代价和所取得的环境效益之间的关系，以及不同区域功能、生态结构和技术经济水平等的差异性。因此，制订了不同水平等级的国家标准和地方标准。目前,多数国家依据世界卫生组织WHO(WorldHealthOrgnization)1963年提出的四级标准作为判断空气质量的基本依据：第一级：在处于或低于所规定的浓度和接触时间内，对生物观察不到什么直接或间接的影响；第二级：达到或高于规定的浓度和接触时间时，开始对人的感觉器官有刺激，对植物有损害，对人的视距有影响或对环境产生其他有害作用；第三级：达到或高于规定的浓度和接触时间时，开始引起人的慢性疾病，使人的生理机能发生障碍或衰退，从而导致寿命缩短；第四级：达到或高于规定的浓度和接触时间时，开始对污染敏感的人引起急性中毒或导致死亡。我国《环境空气质量标准》GB3095—1996，属于此标准的一、二级范围内。分三类环境空气质量功能区，分别执行三级标准：一类区：自然保护区和其他需要特殊保护地区。一级标准：长期接触，不发生任何危害影响。二类区：城镇居住区，商业交通居民混合区，文化区，一般工业区和农村地区。二级标准：长、短期接触，不发生伤害。三类区：为特定工业区。三级标准：人群不发生急、慢性中毒（敏感者除外)，不影响城市一般动、植物正常生长。第二节除尘装置一、除尘装置的性能及分类（一）除尘装置的性能1.含尘气体的处理量2.除尘效率3.阻力（二）除尘装置的分类二、机械式除尘器1.重力沉降室2.惯性除尘器3.旋风除尘器三、过滤式除尘器四、湿式除尘器五、电除尘器第三节气态污染物的净化方法一、气态污染物的吸收净化方法（一）气体的溶解与平衡（二）气液传质的基本原理1．双膜理论2．传质速率（三）化学吸收1．化学平衡与相平衡2.化学吸收的传质速率（四）吸收装置二、气态污染物的吸附净化方法1.吸附现象2.吸附的基本原理 （1）吸附平衡。 （2）吸附等温方程。（3）吸附等温线。（4）吸附速率。3.吸附剂4.吸附装置三、气态污染物的催化净化方法1.催化作用2.催化剂3.催化装置4.催化燃烧第四节主要气态污染物的治理技术一、含二氧化硫废气的治理技术（一）燃料脱硫1．原煤脱硫2.燃油脱硫（二）燃烧脱硫1.型煤固硫2.流化燃烧脱硫3.炉内喷钙（三）烟气脱硫1.干法烟气脱硫2.半干法烟气脱硫3.湿法烟气脱硫二、含氮氧化物废气的治理技术（一）低NOx燃烧技术1.分级燃烧法2.再燃烧法3.烟气再循环法4.低NOx燃烧器（二）废气脱硝1.催化还原法2.液体吸收法三、CO2排放控制及综合利用1.吸收法2.膜分离法3.纯氧/烟气再循环燃烧4.改变煤气化联合循环5.低温分离法第四节主要气态污染物的治理技术四、燃烧过程废气的综合治理（一）锅炉废气的综合治理

1.低NOx燃烧技术

2.SNOX联合脱硫脱硝技术

3.DESONOX联合脱硫脱硝技术

4.活性炭联合脱硫脱硝技术5.锅炉除尘（二）机动车尾气的综合治理1.分层燃烧2.稀混合气燃烧技术3.控制燃烧的其他技术4.尾气净化5.柴油机碳烟的净化

第四节主要气态污染物的治理技术第一节颗粒污染物的分离方法一、颗粒污染物的物理性质1.

几何特性（粒径、形状、比表面积）（1）粒径。单一粒径、粒子群的平均粒径，μm。①单一粒径。测定方法不同，定义及表示不同。

斯托克斯粒径ds—与被测粒子密度相同、终端沉降速度vs相等的球的直径。粒子雷诺数Re＜1时，

分割粒径dc（临界粒径）—某除尘器的分级效率为50％时的粒径。②平均粒径。形状和大小各异的粒子组成的实际粒子群与由均一的球形粒子组成的假想粒子群具有相同的某一物理性质，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。长度平均粒径(算术平均粒径)dl＝∑nd/∑n

；体积平均粒径dv＝∑(nd3/∑n)1/3；质量平均粒径dm＝∑nd4/∑nd3等。③粒径分布。某一粒子群中不同粒径的粒子所占比例,即指粒子的分散度。粒径分布有粒数分布或质量分布，前者为粒子的个数百分数，后者用粒子的质量分数来表示。除尘技术中多采用质量分布,通常有频率分布、频度分布以及筛上累积频率分布三种：频度分布：单位粒径间隔宽度(Δdp)时的频率分布

频率分布：粒径dp至dp＋Δdp的粒子质量ΔM占试样总质量M的质量分数筛上累积分布：大于某一粒径dp的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数筛下累积分布：小于某一粒径dp的全部粒子质量占粉尘试样总质量的质量分数中位径d50:筛上累计分布和筛下累计分布相等(Rs＝Rx=50％)时的粒径称为中位径d50

（b）粒度分布表示法粒度分布密度曲线粒度分部函数

（b）粒度分布表示法磨碎产品粒度特性空隙率ε－是指粉尘之间的空隙体积与包含空隙和粉体在内的总体积之比。ρb＜ρp，粉尘越细，吸附空气越多，ε值愈大；挤压或振动过程中，ε值减小。

（2）形状。大多数粒子实际上是不规则形状，但通常把粒子假定为球形。（3）比表面积。单位体积或质量的粉尘具有的总表面积。粒子越细，比表面积越大，活性越高，通过粒层的流体阻力也越大。2.密度单位体积粉尘质量。

真密度ρp

－是指将吸附在粉尘粒子凹凸表面、内部空隙以及粒子之间的空气排除以后测得颗粒自身的密度）。堆积密度ρb（堆积密度是指包括粉尘粒子内部空隙和粉体粒子之间气体空间在内的粉体密度）。定义：粉尘粒子附着在固体表面上或它们之间相互凝聚的可能性。粘附力主要有：分子力（范德华力）、毛细力和静电力(库仑力)

。颗粒细小、粗糙且形状不规则、含水高且润湿性好、含尘浓度高、荷电量大的粉尘，其粘附力增大。粉尘由于粘性力的作用，在相互碰撞中会导致尘粒的凝聚变大，有助于提高对粉尘的捕集，但也要注意其粘附在器壁上会造成装置和管道的堵塞。4.润湿性

粉尘粒子与液体相互附着或附着难易程度称为粉尘的润湿性。液体分子的表面张力越小，浸润性越强。水的表面张力比酒精或煤油大，其对粉尘的浸润就较差。还与粉尘粒径大小、理化性质、所处状态有关。浸润性是选择湿式除尘设备的主要依据。对于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉尘，如水泥，会结垢或堵塞，不宜采用湿式除尘技术。3.粘附性5.电性（粉尘的荷电性、比电阻）荷电性。粉尘由于碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电、接触带电体等原因带有一定的电荷。粉尘比表面积↑、含水量↓、温度↑，荷电量↑。比电阻。导电性能，用电阻率来表示，Ω·cm。容积比电阻—为粉尘依靠其内部的电子或离子进行的颗粒本体的容积导电；表面比电阻—粉尘表面因吸附水分或其他化学物质而形成的化学膜进行表面导电。

一般：＞200℃，容积导电为主；＜100℃，表面导电为主；中间温度范围，两种比电阻的合成，其值最高。6.爆炸性可燃物形成粉尘后，总表面积↑，表面自由能↑，化学活性↑。达到自燃温度时，一定的条件下会转化为燃烧状态。瞬间产生大量热量，粉尘放热反应速度＞系统排热速度，在封闭空间内造成很高的压力和温度，形成化学爆炸。爆炸极限—发生爆炸的可燃性粉尘浓度（爆炸下限、爆炸上限）。颗粒细小、分散度高、不燃尘粒少、湿度低、含有挥发性可燃气体的粉尘，易自燃和爆炸；7.安息角

粉尘通过小孔连续落到水平板上，堆积成的锥体母线与水平面小于90°的夹角（也叫静止角、堆积角）。用于评价粉尘的流动特性。安息角愈小，粉尘的流动性愈好，多数粉尘35°左右。一般情况，粒径大、表面光滑、接近球形、湿度低、粘性小的粉尘，其安息角减小。镁粉、碳化钙粉尘与水接触后会引起自然爆炸，不能采用湿式除尘；锌粉与镁粉或混合后也会发生爆炸。二、除尘过程机理

除尘机理：含尘气流在某种力的作用下使尘粒相对气流产生一定的位移，最终脱离气流沉降于捕集表面。1.重力分离在重力场的作用下，粒子在静止流体中作自由沉降运动。合力

F＝Fw重―Fb浮―Fd阻终端沉降速度vs—尘粒先加速下降，Fd不断↑，当使合力F＝0时，作均速下降运动的速度（沉降速度达到恒定最大值）。对于dp≤100μm的颗粒，层流区

（Re＝vdpρ/μ≤1.0

）

Stokes公式vs∝dp2，dp↓，vs↓，难分离温度↑，μ↑，vs↓，难分离2.离心分离是利用旋转含尘气流产生的离心力的作用使粒子与气体分离的一种简单而重要的分离方法。离心力可以比重力大得多，对惯性分离和滤料拦截有重要作用。层流时，离心力Fc＝径向阻力Fd，终端离心沉降速度：相对重力分离，它是以离心加速度vθ2/r代替了重力加速度g。除了与dp和温度有关。vθ↑，r↓，vrs↑，愈能分离细小尘粒。

离心分离因数（centrifugalseparationfactor）：同一颗粒在同种介质中受到的离心力加速度与重力加速度的比值。

Kc值一般在102～105之间，其大小反映了离心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，是离心分离设备性能的一项重要指标。

加速度：过山车：2g空军飞行训练：5g（持续时间2-3s）航天员训练：8g（持续时间40-50s）U-235（占0.714%）U-2383.惯性分离

机理：含尘气流冲击障碍物，气流突然转变方向，尘粒则受惯性力作用与气流分离。同时还有离心力和重力作用。dp↑，初速↑，气流旋转半径↓，惯性分离效果增强。4.截留分离机理

(1)质量很小的粒子，如果没有离开流线而绕过捕尘体(如液滴、纤维等)运动时，这时只要粒子的中心处于距捕尘体不超过dp/2的流线上，就会与捕尘体接触而被截留分离。(2)而尺寸和质量较大的粒子，由于惯性作用而离开气流流线直接碰撞到捕尘体上而被捕集则为上述的惯性碰撞分离。）dp↑，捕尘体直径d0↓，截留分离效率↑。5.静电分离机理：针状（放电、电晕、负）电极和平板（集尘、正）电极通较高的直流电压，产生电场，自由电子运动形成电流。自由电子撞击中性气体分子使之电离，产生大量正、负离子和自由电子，使极间电流急剧增大，在电晕极附近发生电晕放电。正离子与针状电极中和。负离子和自由电子向集尘极移动，与粉尘碰撞，使尘粒荷电向集尘极转移，最后附着在集尘极上而与气流分离。利用静电力，可用于分离0.1～1.0μm低速粒子。静电分离有两种形式：①自身带电粒子在捕尘体上沉降。自身带电有限。②电场力作用使荷电粒子在集尘极上发生沉降:第二节除尘装置

一、除尘装置的性能及分类1.性能：（1）含尘气体的处理量处理含尘气体能力大小。体积流量Q（m3/s）表示。（2）除尘效率①总除尘效率η。捕集粉尘质量Mc(g/s）与进入的粉尘质量Mi之比。式中，浓度C（g/m3）若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变：Qo

＝Qi，于是：②分级除尘效率ηd。定义：除尘器对某一粒径dp或某一粒径范围Δdp的粉尘的捕集效果。（频率分布ω）（3)透过率P：一些除尘器的除尘效率可达99％以上，总效率的变化难以判断除尘效果及排放对环境效应的影响，这时可用P反映其效果.定义：从除尘器中逃逸的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数，即透过率P.（4）阻力：气流通过时的压力损失，阻力系数ζ与流动状态流道大小和形状有关。2.分类（1）机械式除尘器。质量力(重力、惯性力、离心力)作用。重力沉降室、惯性分离器、旋风除尘器。（2）过滤式除尘器。多孔滤料层、网眼物体。颗粒层过滤器、袋式过滤器。效率高、能耗高。（3）电除尘器。静电分离。有干法清灰和湿法清灰两种型式。效率高，能耗低，耗钢材多，投资高。（4）湿式除尘器（洗涤器）。液滴或液膜粘附。喷雾洗涤器、旋风水膜、文丘里洗涤器。可实现除尘和对气态污染物的吸收净化。效率高，特别是对微细粉尘，但易产生二次污染。二、机械式除尘器

1.重力沉降室在重力作用下沉降分离。沉降速度vs，水平速度vo。当气流通过沉降室时间≥尘粒沉降到底部时间时，全部沉降。沉降室捕集的最小尘粒：vo↓，H↓，L↑，除尘效率↑。

2.惯性除尘器惯性分离为主，还有重力、离心力的作用。回转式、碰撞式流速越高，转变角度越大，转弯次数越多，除尘效率越高。阻力也增大。一般除尘效率不高。湿式惯性除尘器，可以提高除尘效率。3.旋风除尘器(旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置)

结构简单，运行维修方便，效率适中η＝80％～90％，阻力适中Δp＝1000Pa，dp>3μm.应用最为广泛。改进：多管除尘器－许多小旋风子，η高，阻力大；麻石（水膜）－麻石或瓷砖砌筑筒体，喷水，η高，阻力小，易二次污染。外旋流是旋转向下的准自由涡流，具有向心的径向运动；内旋流是旋转向上的强制涡流，具有离心的径向运动。两者旋转方向相同。尘粒依靠离心力向外移动。分界面上：外旋流的切向速度vθ最大，离心力Fc最大。Fc＞阻Fd，粒子移向外旋流而被捕集；Fc＜Fd，粒子向内被气流带走。Fc＝Fd，理论上粒子应滞留在分界面上旋转。实际上气流为紊流，假想圆筒理论从概率统计观点认为，粒子50％可能进入内旋流，另50％可能向外移动。分割粒径dpc—旋风除尘器达到一定效率时能分离的最小粒径。切向速度vθc↑，ρp↑，内旋流半径rc↓，则dpc↓，η↑。①入口速度u。u↑→vθc↑→dpc↓→η↑。但u过高，二次飞扬，阻力增大。②含尘气流性质。ρp↑，η↑;t↑，μg↑，η↓③除尘器的几何尺寸。筒体↓，离心力Fc↑；排气管直径↓，rc↓，η↑。④灰斗的气密性。气密性差，空气渗入将二次飞扬，η↓。结构型式：按气流导入方式：切向式（入口管外壁与筒体相切）、蜗壳式（入口管内壁与筒体相切，入口气流距筒体外壁更近，有利于提高除尘效率，并使进口处阻力减小，但除尘器体积有所增大）、轴流式（入口装有导流叶片使气流旋转，与前两者相比，在相同压力损失下，能处理约3倍的气体量，适用于多管旋风除尘器或处理大气量的场合）。影响除尘效率的主要因素按流动方式：回流、平流、直流。灰隔离室：锥体长，易分离，但易形成下灰环被上升气流携带。采用锥体倒置，下部圆锥形反射屏。三、过滤式除尘器

通过滤材或滤层使粉尘分离。

表面（袋式）过滤器：多孔织物；

内部过滤：松散滤料过滤层。袋式除尘器特点：η＝95％～99％，Δp＝800～1500Pa。多种除尘机理：重力、惯性、截留、静电，还有扩散（＜lμm尘粒被气体分子撞击下脱离流线，向滤袋纤维运动）、筛滤作用。正压袋：袋内→袋外；负压袋：袋外→袋内。机械清灰（扭转抖动、水平摆动及垂直振荡）和气流清灰（反吹气流）。要常清灰，但不要清灰过度；滤料是关键。四、湿式除尘器

废气与液体接触。除去0.1～20μm颗粒。但注意：腐蚀，污泥处理问题，不利烟气排放。机理：惯性碰撞、拦截，其次扩散、静电。形式：液滴、液膜、液层。五、电除尘器

静电分离－特点：适于捕集细尘（0.05~20μm）；效率高η≥99％;阻力小Δp=200～500Pa;处理烟气量大（10万m3/h~1000万m3/h);能耗不高（0.2~0.4kW.h/1000m3）;能处理高温或腐蚀性气体。过程：①电晕放电；②颗粒荷电；③沉降（集尘）；④清灰。型式：（1）管式、板式。（2)单区（荷电和集尘在同一空间，工业除尘）、双区（荷电和集尘在两个空间，空气净化）两种布置方式：电晕放电：电压低时，不足以使自由电子获得高速运动的能量，难以撞击气体分子使之电离而实现电晕放电。超过起晕电压U0后产生电晕放电。但电压高到一定值，达到击穿电压Us，两极空气全部电离，电场击穿，弧光放电，短路。影响捕集效率的因素：（1）气体性质。对电子亲和力高的负电性气体，O2和SO2，易俘获电子形成负离子，可施加更高的电压，更强的电场，驱进速度↑，η↑。（2）气体工作状态。气体p↓，t↑，ρ↓，有利于电子加速，可降低起晕电压，改善工作性能。

（3）粉尘比电阻。正常：104～2×1010Ω·cm。若＜104，荷电尘粒在集尘极立刻放出电荷，易造成二次飞扬；若＞2×1010，粉尘在集尘极不能完全放电，形成带负电的粉尘层；粉尘层出现裂缝，形成局部高强电场，产生反电晕，正离子向负极移动，η↓。（4）粒径。当dp＞1.0μm以后，dp↑→荷电量q↑↑，q的增幅大于dp的增大，因此驱进速度提高，η↑。（5）粉尘浓度。浓度较低时，浓度↑，η↑；但浓度过高，气体离子大量沉积到尘粒上，由于荷电尘粒的运动速度远比气体离子运动速度小，所以电流减弱，η↓。（6）供电参数。电压↑，电晕功率和电流

↑，η↑。第三节气态污染物的净化方法

定义：利用化学、物理、生物的方法，将污染物从废气中分离或转化。净化方法：吸收法：通过扩散方式将废气中污染物转移到液相。吸附法：通过分子力使废气中某些组分向固体介质(吸附剂)的表面聚集。燃烧法：通过燃烧将可燃性污染物转变为无害物质。催化转化法：通过催化剂作用，将废气中气态污染物转化为非污染物或易于清除的物质。冷凝法：通过冷凝将气态污染物分离。生物净化：通过微生物的生化降解作用分解污染物。膜分离：利用不同气体透过特殊薄膜的不同速度，使某种气体组分得以分离。电子辐射-化学净化：利用高能电子射线激活、电离、裂解废气中的各组分，从而发生氧化等一系列化学反应，将污染物转化为非污染物。一、吸收净化方法

原理：利用气态污染物对某种液体的可溶性，将气态污染物（溶质）溶入液相(吸收剂或溶剂)，又称湿式净化。分为物理吸收和化学吸收。1.气体的溶解与平衡

吸收：气体中的A→液相；解吸：气体←液相中的A动态平衡：吸收速度=解吸速度时，服从亨利定律：说明：溶解平衡时,组分A的气相分压(平衡或饱和分压)与液相中A浓度(饱和浓度)的关系；吸收剂无化学反应。亨利系数EA

：难溶气体大，易溶小。平衡分压，液相摩尔分数

２.气液传质的基本原理（双膜理论，溶质渗透理论，表面更新理论）（１）双膜理论

假定：①在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态的相界面；②在气液相界面附近，分别存在一个非常稳定的层流气膜和液膜，薄膜内存在浓度梯度，物质传递主要依靠分子扩散；③薄膜外气液两相各自的主体为湍流，不存在浓度梯度，物质主要通过对流传递；④传质过程只在气液薄膜中有分子扩散阻力，相界面上和湍流主体中不存在传质阻力，因此传递速质取决于两膜的阻力大小。

cA—组分A在液相中的溶解度HA—溶解度系数。难溶气体小，易溶气体大。

传质过程：

被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面，再以分子扩散通过气膜到达相界面，进入液膜后又以分子扩散通过液膜，最后通过对流扩散进入液相主体，直到气液两相完全平衡后传质停止。如果此时，再增加被吸收组分的气相分压，或降低液相中该组分的浓度，传质继续进行。质量守恒

ki—膜的传质分系数。

由亨利定律，相界面

流体主体

整理后得

与液相主体中cA相对应的气相平衡分压；与气相主体中pA相对应的液相平衡浓度，；

HA很大，易溶气体，传质阻力主要在气相，气膜控制。如水吸收HCl、NH3。气相湍动程度↑，如将雾化液体喷入气相，则液滴周围流动气体扩散阻力↓，传质速率↑。HA很小，难溶气体，传质阻力主要在液相，液膜控制。如水吸收CO2、N2。液相湍流程度↑，如穿过孔板气体进入液相，液膜阻力↓，传质速率↑。中等溶解度气体，气膜与液膜阻力均不能忽略，两膜控制。如水对SO2的吸收。（2）传质速率（吸收速率、传质方程）

单位时间，通过单位相界面传递的物质量。NA，kmol/(m2·s)

。Ki—膜的总传质系数。其倒数为传质总阻力。强化传质过程的因素：①pA↑，或cA↓，增加传质动力；②传质面积F↑，可增加质量传递，如液滴；③气液接触时间t↑，如控制气流速度，可增加质量传递；④传质阻力↓，使K↑。3.化学吸收吸收时,溶剂中某些活性组分与溶质进行化学反应。纯溶质浓度cA

↓，传质动力↑，吸收速率↑。化学吸收的传质速率:

化学吸收相当于增大了液相的传质动力和传质分系数，传质速率↑。传质速率表示方法：(1)采用增大的液膜传质分系数kl,d，而选取与物理吸收相同的传质动力（ΔcA＝cAi－cA）；(2)或采用增大的传质动力（ΔcA＋δ），δ为增大值，而选取与物理吸收相同的传质分系数kl，即增强系数：α＝kl,d/kl，液相传质分系数增大倍数。由kl,d和kg可求出化学吸收的传质总系数。

4.吸收装置（塔）基本要求

：①气液接触面大，接触时间长；②气液之间扰动强烈，吸收效率高；③流动阻力小，工作稳定；④结构简单，维修方便，投资和运行维修费用低；⑤抗腐蚀、防堵塞。吸收装置有:填料塔

、板式塔、湍流塔、喷淋塔、文丘里吸收器。二、吸附净化方法

利用多孔固体表面的微孔捕集废气中气态污染物。1.吸附现象物理吸附—由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华力引起，可逆过程。化学吸附—由固体表面与被吸附分子间的化学键力引起，需要一定的活化能。主要区别有：①吸附热。物理吸附多为放热过程，但物理吸附热较小；化学吸附热很大(40倍)。②温度。物理吸附一般不受温度的影响，但温度↑，易脱附；化学吸附需活化能，温度↑，吸、脱附速率↑。③选择性。物理吸附取决于分子力，选择性较小，脱附也容易；化学吸附有特定反应，有选择性，不易脱附。2.吸附基本原理（1）吸附平衡。一定t，吸附速度=脱附速度，即气相与吸附剂表面的浓度达到平衡，有平衡吸附量和平衡（分）压力p。（2）吸附等温方程。朗格缪尔假定：①吸附剂表面均一，化学吸附仅在表面单分子层进行；②被吸附分子间无作用力，互不受影响；③吸附与脱附已处于动态平衡。p很低，kp＜＜1，G＝Gmkp，G与p成正比；p很高，kp＞＞1，G＝Gm，G与p无关，吸附饱和。

θ—被吸附分子覆盖的固体表面积与固体总表面积之比；G，Gm—气相平衡分压p下及单分子层覆盖满(θ＝1)时的吸附量；k—吸附平衡常数；p—吸附质气相平衡分压。（3）吸附等温线。一定t，吸附量G与p的关系曲线。吸附质气相平衡分压p↑，G↑。（4）吸附过程。

外扩散：吸附质→固体表面气膜→吸附剂外表面

内扩散：吸附质进入微孔→微孔深处内表面→晶格内(内扩散阻力很小，忽略不计，外扩散起控制作用。)

要求：①巨大内表面积；②强选择性；③吸附快，脱附易；④足够机械强度，耐酸、碱、水、高温，物理吸附要化学稳定性。⑤价格低廉，来源广泛。

常用吸附剂：（1）活性炭：（500℃下炭化，然后通水蒸气活化而成。总表面积106m2/kg）。疏水性，可吸附有机溶剂、SO2、NOx。（2）硅胶：强亲水性，含湿较高气体的干燥脱水、烃类气体回收，以及吸附干燥后的有害废气。（3）活性氧化铝：石油气浓缩、脱硫、脱氢或含氟气体净化。（4）人工沸石分子筛：(立方晶体结构的硅酸盐，离子型吸附剂)脱硫、脱氮、含汞蒸气净化。3.吸附剂

4.再生（恢复吸附能力）①加热解吸再生。低温吸附，高温加热脱附。6.吸附装置固定床、移动床、流化床、旋转床

固定床：间断吸附。废气向上从颗粒层穿过，净化后的气体由吸附器上部排出。②降压或真空解吸。加压吸附，减压或真空脱附③溶剂置换再生。解吸溶剂置换吸附质，再加热床层脱附解吸剂。吸附负荷曲线（吸附波）：吸附剂中吸附质浓度X随床层高度Z变化曲线。(a)τ＝τ的吸附波。(b)经过Δτ后，①平衡区：平衡负荷Xe，饱和；②传质区：吸附传质主要区段。Za↓，传质阻力↓，利用率↑；③未吸附区：吸附质初始浓度X0。(c)穿透时间τb：吸附波刚到达床层末端，产生“穿透现象”，床层失效。(d)τ≥平衡时间τb：吸附波全部移出床层外，整个床层失效。吸附负荷曲线难以采样，通常分析流出气体浓度Y随τ变化：当τ＜τb，浓度始终为Y0，随后Y↑↑，在τe时达到Ye。S形曲线称为“穿透曲线”，曲线愈陡，传质阻力愈小、吸附速率愈快，传质区愈短。穿透时间τb表示吸附床的工作性能。三、催化净化方法

催化剂作用下，污染物转化为无害或易除去物质。

催化氧化法：SO2（催化剂V2O5)→SO3

催化还原法：NOx（催化剂铜铬)＋NH3→N21.催化作用活化能：(活化分子能够进行反应的最低能量－普通分子平均能量)。催化作用特点：①大幅度降低分子活化能，产生更多活化分子。②催化剂在反应终了时没有发生任何化学变化。③改变原有的反应途径，沿着特定反应进行。④具有选择性，特定的催化剂只能催化特定反应。2.催化剂

改变化学反应速度和方向而本身在反应前后没有变化。

固体催化剂组成：活性组分：主体，活性高、化学惰性大。助催化剂：无催化作用，提高活性组分的性能。载体：惰性支承物。催化剂主要性能指标：①活性。衡量催化剂效能大小。τ↑，活性↓，寿命↓。∵高温熔结；杂质中毒；腐蚀、磨损。②选择性。③机械强度。④化学稳定性。第四节主要气态污染物的治理技术

一、含SO2废气的治理技术分类：燃料脱硫、燃烧脱硫、烟气脱硫(FGD)。

烟气脱硫最行之有效，其次是循环流化床燃烧脱硫。评价指标：脱硫效率、初投资、运行费用、副产品处理、二次污染程度、能否同时脱硝等等。脱硫效率：原煤脱硫40％＜燃烧脱硫50％～95％(炉内喷钙约为50％，喷钙加尾部增湿活化可超过80％，循环流化床为90％，煤气化联合循环为95％)

＜烟气脱硫95％。初投资：煤脱硫≈燃烧脱硫＜烟气脱硫。(火电厂燃烧脱硫投资占整个电厂投资的5％～12％，烟气脱硫为15％～25％)

1.燃料脱硫（1）原煤脱硫①煤的洗选。

物理法：煤、灰、黄铁矿的密度、磁性、电性等不同，除去部分灰分和无机硫。效率低。FeS2（ρ＝5）与煤（ρ＝1.25）的差别进行水洗。

化学法：碱溶液浸泡煤→微波照射→打断硫化合物化学键→生成H2S，与碱反应除去。可去除90％的无机硫和70％的有机硫。②煤的气化。水蒸气、空气作气化剂将煤热分解→H2、CO、CH4、H2S→与Na2CO3等溶液反应脱除。③煤的液化。制取过程有机硫在加氢时转变为H2S。④水煤浆。制备过程中进行煤的浮选净化处理。（2）燃油脱硫常压蒸馏得到重油，减压蒸馏得到渣油，残留(80％～90％)硫。加氢反应：高压加氢脱硫，切断C-S-C化学键，以氢置换碳，生成H2S，再吸收分离。2.燃烧脱硫石灰石（CaCO3）脱硫剂，它们在燃烧过程中：受热分解：CaCO3→CaO+CO2↑再CaO＋SO2＋1/2O2→CaSO4

主要有：型煤固硫、流化床燃烧脱硫、炉内喷钙等技术。（1）型煤固硫

石灰、沥青、粉煤→型煤。脱硫剂利用率低，一般为50％。∵燃烧过程，硫→SO2+石灰→硫酸盐。SO2很快逸出，与CaO接触时间短。（2）流化床燃烧脱硫＜3mm煤、＜lmm石灰石。燃烧中，最佳反应温度800～900℃

（＜750℃，CaCO3难分解；＞1000℃，CaSO4又将分解。)CaCO3→CaO，原CaCO3内孔隙扩大，有利CaSO4生成。但CaSO4体积是CaO的3倍，在CaO的表面生成致密CaSO4薄层，阻碍SO2向CaO内部扩散。∴石灰粉越细，利用率越高。但，脱硫反应＜燃烧反应，细料未脱硫就飞走。循环流化床（CFB）：提高钙的利用率和脱硫效率。Ca/S=1.5～2.5，η=80～90％。采用

飞灰复燃：增加脱硫剂停留反应时间；

缺氧燃烧：一次风40%～50%，还原性气氛，硫→H2S+CaO→CaS，再氧化成CaSO4。CaS体积小，解决微孔堵塞。Ca/S摩尔比：衡量Ca有效利用率。Ca/S↑，钙利用率↓，脱硫η↑；800～900℃，η最高；Ca/S一定，流化速度↓，η↑（增加了炉内停留时间）。CFB锅炉优越性：同时脱硫、脱硝，水泥材料；燃料适应性广、燃烧效率高、负荷调节性好等。生命力很强的清洁煤燃烧技术。缺点：运行费用、固体排渣量大，电耗，磨损。（3）炉内喷钙

Ca基粉状、浆状脱硫剂喷入炉膛、尾部烟道。喷入炉膛，Ca/S≥2时，脱硫率为20％～50％。

η和Ca利用率低，适用于煤粉炉改造。3.烟气脱硫FGD(FlueGasDesulfurization)技术成熟，大规模应用。100多种，实用十几种。难点：烟气量大、SO2浓度低，初投资及运行费用高，目前基本上只应用于电站。技术基础：用金属氧化物和活性炭吸附SO2，或用碱性溶液吸收SO2。有两类方法：干法：固态脱硫剂，气固反应慢，η较低，但脱硫产物易处理，投资低于湿法，有利于烟气排放。湿法：溶液吸收，η高，技术成熟，但脱硫产物难处理，投资较大，烟温降低不利于排放。半干法：脱硫剂是液态，脱硫产物是固态。抛弃法：S02转化为固体产物后,以抛弃为主；回收法：制取硫酸、硫磺、石膏等有用物质。（1）干法烟气脱硫

①电子束法

原理：电子加速器产生的等离子体（烟气中O2、H2O+能量→活性O、OH，氧化性物质O3、HO2）氧化SO2（NOx），并与NH3反应，生成S铵和N铵（气溶胶微粒带有电荷，易捕集。）化肥。1970年日本荏原(Ebara)公司首先提出。示范厂取得预期效果，1998成都电厂90MW机组上实施。

特点：η≥90％，同时脱硫脱硝，投资低，产物作肥料，无废渣，但运行电耗高，受肥料市场影响。②气相催化氧化法含SO2烟气进入催化转化器，一定温度t：

继而转化为硫酸加以收集。∵可逆放热反应，∴t↓，p↑有利于反应进行。V2O5价格便宜，不易中毒，在低温下(500～550℃)活性最高，硫酸生产广泛采用。

（2）半干法烟气脱硫①旋转喷雾干燥法（＞10％的脱硫市场。η＝85～90％，低硫煤脱硫）

将石灰Ca(OH)2浆液喷入雾化干燥反应器，液滴吸收SO2，同时受烟气加热被蒸干，形成石膏固体颗粒，进入袋式除尘器分离。Ca(OH)2＋SO2＋H2O→CaSO3·2H2OCaSO3·2H2O＋1/2O2→CaSO4·2H2O入口烟温150℃，入口烟温↑，浆液含水量可↑，传质条件好，η↑。出口烟温80～100℃，出口烟温↓，颗料残留水分↑，传质条件越好，η↑。②炉内喷钙－尾部增湿活化脱硫尾部设活化反应器，喷水使残余CaO活化：CaO＋H2O→Ca(OH)2＋SO2→CaSO3→氧化成CaSO4总η＝75％～85％。（3）湿法烟气脱硫①石灰Ca(OH)2或石灰石CaCO3浆液吸收法

Ca(OH)2浆液＋SO2→CaSO3→氧化为石膏，产物可抛弃也可综合利用。η＞95％。影响因素：（a）浆液pH。pH↓，CaSO3溶解度↑。∵CaCO3颗粒表面液膜的pH↑，∴CaSO3析出沉积在CaCO3表面，抑制了与SO2的传质。∴石灰石传质阻力＞石灰。石灰石，需要延长接触时间，减少粒径。石灰石系统pH＝6，石灰系统pH＝8。（b）液气比。Ca2+持续消耗，应有较高的液气比。（c）石灰石粒度。粒度↓，η与利用率↑，但磨粉能耗↑。（d）温度。温度↓，η↑。进口烟温＜35℃。问题：反应生成物结垢和堵塞。∵（a）CaSO3·1/2H2O是软垢，pH偏中、碱性时形成，堵塞。（b）CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓。pH高形成。（c）CaSO4·2H2O为难清除硬垢。

对策：添加剂CaCl2、MgSO4或己二酸等抑制结垢、堵塞。②双碱法（钠碱法）：解决石灰法结垢、堵塞吸收：NaOH/Na2CO3＋SO2→Na2SO3（不结垢）再生：Na2SO3＋Ca(OH)2/CaCO3→NaOH/Na2CO3＋CaSO3·1/2H2O↓。

缺点:吸收生成部分Na2SO3＋残余O2→Na2SO4（不易清除），吸收剂损耗↑。二、含氮氧化物废气的治理技术

1.低NOx燃烧技术：改变燃烧条件降低NOx排放。途径有：用低N燃料；减少α及氧浓度；降低燃烧温度；对热力型NOx，缩短在高温区的停留时间；对燃料型NOx，增加火焰前峰的停留时间。以锅炉为对象进行讨论。（1）分级燃烧法：空气分成两级送入：1≈0.8，缺氧；2

＝1－1

≈

0.2，t↓NO比常规燃烧降低20～40％。1过低，产生大量中间产物，有利于NO还原，但2区又被氧化成NO，总NO↑。（2）再燃烧法：燃料分级燃烧初燃区：送入约80％的一次燃料，＞1富氧→NO；再燃区：送入约20％剩余的二次燃料，＜1还原→HCN、NH3，部分NO→N2；燃烬区：送入剩余的二级空气，HCN→N2或NO。

（可使NO↓50％。尽量延长燃料的停留时间，减少初燃区α，空气充分混合）

（3）烟气再循环法－从锅炉尾部抽取一部分温度较低的惰性烟气送入炉膛燃烧区

使炉膛t和[O]↓，减少N2和O2高温反应，增强还原性气氛。

再循环率r＝15～20％，r↑，NOx↓↓。NOx↓：煤5％，油～20％，气35％。可与分级燃烧结合使用。（4）低NOx燃烧器：

应用分级燃烧原理的燃烧器。NOx↓30～60％。

直流燃烧器：称浓淡燃烧器，两个喷口偏离化学当量比的燃烧。

部分燃料＜1，过浓，缺氧，t低，两种NOx↓；

部分燃料在＞1，过淡，空气多，t低，热力型NOx↓。

旋流燃烧器：多次空气分级。一次空气，形成富燃区，抑制NOx生成；其余空气从边喷口送入，与未燃尽燃料混合，继续燃烧并形成燃尽区。干法：气相还原法、分子筛、活性炭吸附法；

湿法：各种液体氧化吸收法。（1）催化还原法①选择性催化还原法SCR(SelectiveCatalyticReduction)

η＝80～90％，高，还原剂（氨）少，广泛应用。铜铬催化剂

NH3＋NOx→N2和H2O选择性：只与NOx反应，不与O2作用。影响因素：a）反应温度。最佳温度：300～400℃。

＞350℃，NH3分解→N2和H2，还原剂↓或NH3＋O2→NO；200～3