第七章有害烟雾的防治

第七章有害烟雾的防治第1页，共68页，2023年，2月20日，星期一第二节典型有害烟雾的性质及其危害1光化学烟雾概念及其特性（1）光化学烟雾：大气中的烃和NOx等为一次污染物，在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应，衍生种种二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。第2页，共68页，2023年，2月20日，星期一（2）光化学烟雾的成因光化学烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮（NO2）被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物为含剧毒的光化学烟雾。烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。第3页，共68页，2023年，2月20日，星期一第4页，共68页，2023年，2月20日，星期一（3）光化学烟雾的分类光化学烟雾主要有2种类型：一种是烧煤产生的,即伦敦型;一种是汽车废气产生的,即洛杉矶型。（4）光化学烟雾形成机理a汽车废气——空气污染中的一种特殊情形汽车废气污染物由3个主要渠道进入大气:一是排出尾气;二是曲轴箱漏气(气体从活塞环周围逸出);三是油箱和汽化器的蒸发。第5页，共68页，2023年，2月20日，星期一（5）影响光化学烟雾形成的因素a污染物质及浓度。b太阳辐射强度。c地理位置。d气象条件第6页，共68页，2023年，2月20日，星期一（6）影响光化学污染的主要因素

a碳氢化合物的活性。以烯烃反应最快,其次是有侧链的芳香烃。

b吸收光能的引发剂。以NO2最为重要,其次是醛类(特别是甲醛和乙醛)。第7页，共68页，2023年，2月20日，星期一（6）光化学烟雾的危害光化学烟雾主要是呈蓝色的烟雾,具有强氧化性A对人体健康的影响光化学烟雾明显的危害是对人眼睛的刺激作用。光化学烟雾对鼻、咽喉、气管和肺等呼吸器官也有明显的刺激作用,并伴有头痛,使呼吸疾病恶化。对老人、儿童及体弱多病者尤为严重。在1952年洛杉矶的光化学烟雾事件中,2天内便使65岁以上的老人死亡400余人。第8页，共68页，2023年，2月20日，星期一b对植物的危害植物受害是判断光化学烟雾污染程度的最敏感的指标之一。植物受害现象是人体健康受到影响的先兆。c降低大气的能见度光化学烟雾的重要特征之一是使大气的能见度降低,视程缩短。d其他危害光化学烟雾会加速橡胶制品的老化和龟裂、腐蚀建筑物和衣物,缩短其使用寿命。第9页，共68页，2023年，2月20日，星期一2硫酸烟雾硫酸烟雾由烟尘、SO2与空气中的水蒸气混合并发生化学反应所形成（组成：SO2、H2SO4、MSO4，M代表金属元素）光化学烟雾由汽车、工厂等排入大气中的氮氧化物或碳氢化合物，经光化学作用所形成的（组成：NO2、HNO3、MNO3、O3、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯等）等。硫酸烟雾是还原型烟雾，它的产生是由于自然原因或人为原因向大气中排放了大量的二氧化硫，一般在低温，光照弱的条件下容易发生。第10页，共68页，2023年，2月20日，星期一硫酸烟雾第11页，共68页，2023年，2月20日，星期一（1）硫氧化合物的生成机理化石燃料的可燃硫主要以无机硫化物、有机硫化物以及硫化氢的形式存在，在燃烧过程中很容易与氧化物进行反应。a.有机硫化物和硫化氢的氧化b无机硫化物的氧化c.燃烧中SO3的生成d．SO2在大气中的转化第12页，共68页，2023年，2月20日，星期一3烟尘1)烟尘的生成机理燃料燃烧所产生的烟尘，按其生成机理可分为气态析出型、液态剩余型和固态剩余型三种。（1）气态析出型。由气态烃类可燃物质，包括固体燃料的挥发分气体、已蒸发的液体燃料气和气体燃料，在高温缺氧条件下进行热分解所生成的固体颗粒物，通常称为碳黑或积炭。这种粒子尺寸很小，粒径范围为0.01～0.2μm，在燃烧中的生成数量非常多，尤其是在混合较差的扩散燃烧中。炭黑可以增强火焰的辐射能力，但容易附着于物体而难于清除。第13页，共68页，2023年，2月20日，星期一(2)液态剩余型。液体燃料不完全燃烧时形成的固体剩余颗粒物。液态剩余型烟尘的生成有两条途径：①雾化的重质油滴，在高温下蒸发产生油蒸气燃烧的同时，一边膨胀发泡，一边聚缩固化，最终生成粒径一般为10～300μm、表面光滑致密、内部是絮状且难以燃烧的微小的空心焦粒，称之为煤胞或油灰；②油雾滴与炽热固体壁面接触时，若油雾滴尚未被充分氧化，就会发生高温裂化分解，最终形成颗粒较大，形状不定的结焦，称为石油焦。第14页，共68页，2023年，2月20日，星期一(3)固态剩余型。固体燃料燃烧时形成的固体剩余颗粒物，包括未燃尽固定碳和灰分。固体燃料燃烧的剩余物，一部分以大尺寸的炉渣形式排出，一部分成为飞灰排入大气中，固态剩余型烟尘特指后者。飞灰的粒径为3～100μm，其排放浓度和粒度与燃料性质、燃烧方式、烟气流速、锅炉型式、运行参数等因素有关。第15页，共68页，2023年，2月20日，星期一2)烟尘的危害对人体的危害最大

其危害程度取决于固体颗粒物的粒径、种类、溶解度以及吸附的有害气体的性质等。

燃烧和金属冶炼过程，以及汽车排气产生的烟尘具有很复杂的的化学组成

其中如:镍、镉、铬、铍、钒、铅、砷等有毒化合物,特别是致癌物质苯并芘、苯芘蒽等，通过呼吸道或皮肤进入人体，引起肺癌或皮肤癌。降尘破坏人类生活的卫生条件，污染衣物、家具、食品，但由于颗粒较大，不易进入人体肺部。第16页，共68页，2023年，2月20日，星期一粒径小于5微米的飘尘

可不受鼻腔、气管、支气管的阻留进入肺部，人吸入后会引起各种呼吸道疾病和肺癌。一些飘尘能导致鼻咽炎，甚至会和空气中的有毒气体二氧化硫协同作用，加剧对人体的危害。烟尘大量吸收太阳光中的紫外线

降低地面阳光中紫外线的强度，间接使两岁以内儿童佝偻病的发病率升高，不利于儿童的生长发育。第17页，共68页，2023年，2月20日，星期一4碳氢化物1）产生(1)碳氢燃料

不完全燃烧和石油类物质的蒸发是大气中碳氢化物的主要来源。

(2)汽车发动机内的不完全燃烧排气、化油器和油箱蒸发都会排出碳氢化物。

(3)工厂企业如石化工业、油漆、干洗等都会把碳氢化物排入大气。第18页，共68页，2023年，2月20日，星期一2）危害（1）碳氢化物与NO2一样，形成光化学烟雾外（2）对人体健康也产生危害，是一种主要的致癌物质。

如美、英等国的大城市里肺癌的死亡率约是农村的10倍。在一批白鼠皮肤上涂以苯并[a]芘做的致癌试验表明，5个月就有白鼠出现皮肤肿瘤，9个月出现皮肤肿瘤的白鼠数量达到40％，12个月高达80％。第19页，共68页，2023年，2月20日，星期一5碳烟

1）碳烟的产生（1）汽车尾气排放中的一种污染物，主要是柴油机的排气，其碳烟浓度约为汽油机碳烟浓度的30～80倍。（2）也是不完全燃烧的产物，这与柴油机的燃烧特性和和燃烧条件有关。碳烟的形成条件与CO和碳氢化物的产生很相似。第20页，共68页，2023年，2月20日，星期一2）分类碳烟通常分为白烟、蓝烟和黑烟三种类型。白烟：出现在寒冷气候下起动或怠速运转时，由于燃烧室温度过低、燃料的雾粒，润滑油的微粒以及水蒸气等未经燃烧就被排出的直径在1μm以上的白色液珠。蓝烟：柴油机在低负荷工作或低温下运转时，燃油或润滑油在未经燃烧，或是部分燃烧，或是处于热分解状态下就被排出的直径在0.4μm以下的淡蓝色液珠。黑烟：通常称作碳烟，它是柴油机在高负荷运行时，局部混合气在高温缺氧条件下，发生裂解脱氢反应，而形成的以碳为主要成分的直径约在0.05μm的固态微小颗粒。白烟和蓝烟都是液态微粒，由于它们的直径不同，引起光线的不同折射结果，因此呈现出不同的颜色。第21页，共68页，2023年，2月20日，星期一附：有害烟雾的典型事件国外：11952年伦敦烟雾事件1952年12月5日~9日发生在伦敦的一次严重大气污染事件。这次事件造成多达12000人因为空气污染而丧生，并推动了英国环境保护立法的进程。如下图。第22页，共68页，2023年，2月20日，星期一第23页，共68页，2023年，2月20日，星期一21943年洛杉矶光化学烟雾事件夏季，美国西海岸的洛杉矶市。该市250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油。汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应，形成浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了眼红、头疼病。后来人们称这种污染为光化学烟雾。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病第24页，共68页，2023年，2月20日，星期一洛杉矶光化学烟雾事件第25页，共68页，2023年，2月20日，星期一3日本——四日市哮喘事件1961年，由于石油化工和工业燃烧重油排放的废气严重污染大气，引起居民呼吸道病症剧增，尤其是使哮喘病的发病率大大提高，50岁以上的老人发病率约为8%，死亡10多人

。1964年连续3天浓雾不散，严重的哮喘病患者开始死亡。1967年，一些哮喘病患者不堪忍受痛苦而自杀。到1970年，四日哮喘病患者达到500多人，其中有10多人在哮喘病的折磨中死去，实际患者超过2000人。1972年全市共确认哮喘病患者达817人。后来，由于日本各大城市普遍烧用高硫重油，致使四日市哮喘病蔓延全国。如千叶、川崎、横滨、名古屋、水岛、岩国、大分等几十个城市都有哮喘病在蔓延。据日本环境厅统计，到1972年为止，日本全国患四日市哮喘病的患者多达6376人。第26页，共68页，2023年，2月20日，星期一4比利时1930年马斯河谷烟雾事件比利时马斯河谷工业区。在这个狭窄的河谷里有炼油厂、金属厂、玻璃厂等许多工厂。12月1日到5日的几天里，河谷上空出现了很强的逆温层，致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩散，大量有害气体积累在近地大气层，对人体造成严重伤害。一周内有60多人丧生，其中心脏病、肺病患者死亡率最高，许多牲畜死亡。这是20世纪最早记录的公害事件。第27页，共68页，2023年，2月20日，星期一马斯河谷烟雾事件第28页，共68页，2023年，2月20日，星期一国内：兰州1977年，兰州市大气污染十分严重，当时整个城市淹没在烟雾之中。据监测，市区最大一次浓度比1952年英国伦敦“烟雾事件”的浓度还要高。1958年，兰州化学工业公司化肥厂投产，开始向黄河排放含有煤粉、炭墨的废水，每小时排放量达1800吨。1971年，由省卫生厅领导，省防疫站会同兰州市防疫站等7个单位，第一次开始对黄河兰州段的水体进行监测。结果表明，黄河兰州段的水质污染较为严重。1973年，国务院把兰州市列为全国18个环境保护重点城市之一。第29页，共68页，2023年，2月20日，星期一第30页，共68页，2023年，2月20日，星期一第三节有害烟雾净化装置一综合防治措施（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。第31页，共68页，2023年，2月20日，星期一能源利用是造成大气污染的来源，合理利用能源是从根本上减小大气污染物排放的方向。通常采取的措施包括：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。6）构建绿色生态系统。第32页，共68页，2023年，2月20日，星期一二光化学烟雾的防治光化学烟雾的防治已受到人们的日益关注。主要对策有:（1）控制污染源（2）利用化学抑制剂（3）采用无污染运输（4）植树造林（5）城市的布局第33页，共68页，2023年，2月20日，星期一三硫酸烟雾的防治1消烟除尘（1）消烟除尘，包括消烟与除尘两项：

消烟——改善燃烧方法，使充分

除尘

除尘的原理

a重力沉降：b惯性力除尘：

c离心力沉降：d静电吸引：

e音波集尘：第34页，共68页，2023年，2月20日，星期一2除尘装置

（1a）机械除尘：（I）重力除尘器（沉降室）

（II）惯性除尘器

（III）离心力除尘器

（2a）洗涤除尘：（I）文丘里式洗涤器

（II）喷射式洗涤器

（III）水膜除尘器

（3a）过滤除尘器：

（4a）静电除尘器：第35页，共68页，2023年，2月20日，星期一3二氧化硫的处理（1）燃料脱硫

由于工艺过程的差异，又分为间接脱硫法与直接脱硫法。

间接脱硫法，将常压残油在加氢脱硫过程中，用减压蒸馏，催化剂用氧化铝作载体，其上附有金属成分，金属多采用元性周期表中第六族附元性如铬、钼、钨与第八族的铁、钴、镍、铂。也有将这些元素组合起来使用。这样生成的H2S与NH2，最后结合为硫氢化铵。直接脱硫法，由改进催化剂入手，直接对残油加氢脱硫。与间接脱硫不同之处在于反应生成物进行冷却前用高温高压分离器与高温冲洗进行气液分离，将沥青等高沸点部分送到直接蒸馏部门。这样可避色沥青黏附管壁，造成传热不良影响，并色洗涤水形成乳状液，难以分离。直接脱硫法效果较好，可使脱硫油含硫四降到1%。

第36页，共68页，2023年，2月20日，星期一4烟气脱硫一般将脱硫方法分为干法与湿法两大类。

（1）湿法

烟气脱硫，是将烟气中SO2与SO2转化为液体或固体化合物，由排出的烟气中分离出来。在此过程中，采用与二氧化硫容易进行反应的化合物，溶解于水或形成悬浊液，作为吸收剂以洗涤排出的烟气，此为湿式脱硫法。湿法，均为化学吸收法。

1a石灰乳法：本法用含5到10%石灰石粉末或消石灰的乳浊液作为吸收剂，使烟气中的SO2吸收，成为亚硫酸钙。2a氨法：此法利用氨水溶液作SO2的吸剂，但由于氨分压高，容易挥发，损失较大。3a亚硫酸钠法：用亚硫酸钠作为SO2的吸收剂。4a亚硫酸钾法：吸收液采用浓的亚硫酸钾与亚硫酸氢钾的水溶液，在80℃左右，由烟气中吸收SO2，经冷却后，形成焦亚硫酸钾（K2S2O5），结晶析出。第37页，共68页，2023年，2月20日，星期一（2）干法

用湿法，会使烟气温度降低，影响烟气上升高度，因而影响其它污染物质地面浓度增大。再由于烟气中水气增多，出现白烟。为避免以上缺陷，可采用固体或非水的液体为为吸收剂、吸附剂或催化剂，进行烟气脱硫，此称为干法脱硫。

吸附法：此法一般用活性碳作为吸附剂。将含SO2与O2的气体，在约100℃时通过活性碳层。SO2与O2吸附在活性碳表面上，发生反应而生成SO2。在形成SO2过程中，活性碳也起着触媒作用。化学吸收法：金属氧化物对SO2均有吸收能力，只是吸收能力有高低不同而已。用碱金属氧化物作为吸收剂的称为酸钠法或碱化泛士法，用氧化锰作吸收剂的称为氧化锰法。（I）铝酸钠法

（II）氧化锰法

（III）催化氧法第38页，共68页，2023年，2月20日，星期一课程总结与复习串讲1工业毒物及其危害1.1毒物的概念及其分类1.1.1概念毒物生产性毒物（工业毒物）中毒急性中毒急性职业中毒

1.1.2毒物分类1）按用途分类原料中间产品最终产品辅助原料（如橡胶行业用作溶剂的苯、汽油等。）2）按生物作用性质分类（1）剌激性气体（2）窒息性气体单纯窒息性气体：氮、氢、乙炔、甲烷化学窒息性气体：乙醚、氯仿、氧化亚氮、二硫化碳

第39页，共68页，2023年，2月20日，星期一1.1毒物的概念及其分类（3）麻醉性气体苯、汽油、丙酮、氯仿（4）溶血性气体砷化氢、苯肼、苯胺、硝基苯（5）致敏性毒物金属化合物，如铂盐、镍盐等；异氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯；有机磷杀虫剂，如对硫磷、敌百虫等1.2毒物侵入人体的途径（与毒性）1毒物侵入人体途径2毒物在人体内的过程3造成职业中毒的因素第40页，共68页，2023年，2月20日，星期一2典型职业中毒现象及其防治2.1金属与类金属中毒铅、汞、锰、砷2.2窒息性气体中毒

一氧化碳、硫化氢、氰化氢

2.3刺激性气体中毒

氯气、氨气中毒

2.4有机溶剂中毒苯、汽油

2.5有机磷农药中毒

对硫磷、内吸磷、乐果、敌百虫，敌敌畏

第41页，共68页，2023年，2月20日，星期一3有害气体的燃烧净化法3.1概述

1燃烧净化燃烧净化概念、优点、缺点、适用条件2分类直接燃烧法热力燃烧法催化燃烧法例如:直接燃烧的温度1100度以上热力燃烧的温度760－820度催化燃烧的温度200－400度即可注意：无论采用何种燃烧方法净化废气，最后都应能对燃烧过程中产生的热量进行回收和利用，否则就是不经济的。第42页，共68页，2023年，2月20日，星期一3.2燃烧理论1热力燃烧的基本理论1）火焰传播理论——热传播理论理论内容实质火焰传播三要素2）混合气体的爆炸极限第43页，共68页，2023年，2月20日，星期一3）热力燃烧机理热力燃烧的概念、三个步骤、图3.2热力燃烧理论第44页，共68页，2023年，2月20日，星期一4）热力燃烧的“三T”条件含义：反应温度——ReactionTemperature驻留时间——ResidentialTime湍流混合——TurbulenceMix三个条件的作用3.2热力燃烧理论第45页，共68页，2023年，2月20日，星期一热力燃烧装置的结构1）主体结构结构组成燃烧器：燃烧辅助燃料以产生高温燃气燃烧室：保证废气和高温燃气充分混合并反应的空间热量回收与排烟装置：…2）典型热力燃烧系统（1）配焰式燃烧系统（2）离焰式燃烧系统3.2热力燃烧理论第46页，共68页，2023年，2月20日，星期一3.3催化燃烧1催化燃烧的基本原理2催化燃烧的特点及经济性（1）起燃温度低，节省能源（2）适用范围广（3）处理效率高，无二次污染（4）催化燃烧的经济性

第47页，共68页，2023年，2月20日，星期一3催化剂种类（1）贵金属催化剂铂、钯、钌等贵金属（2）过渡金属氧化物催化剂（3）复氧化物催化剂7.3催化燃烧第48页，共68页，2023年，2月20日，星期一4催化剂失活与防治1）催化剂失活及其防治催化剂失活的概念、防治要点2）中毒、老化的概念3.3催化燃烧第49页，共68页，2023年，2月20日，星期一5催化燃烧工艺流程根据废气预热方式及富集方式，催化燃烧工艺流程可分为3种。1）预热式2）自身热平衡式3）吸附-催化燃烧（了解）7.3催化燃烧第50页，共68页，2023年，2月20日，星期一1——热交换器

2——燃烧室

3——催化反应器图1预热式催化燃烧流程第51页，共68页，2023年，2月20日，星期一1——热交换器

2——催化燃烧室图2自身热平衡催化燃烧流程第52页，共68页，2023年，2月20日，星期一4有害气体冷凝净化法4.1冷凝及冷凝原理冷凝:冷凝回收饱和蒸气压饱和蒸气压公式蒸气压与蒸气浓度的关系冷凝回收的适用范围及其优缺点适用-蒸气状态的物质优点：设备操作条件简单、回收物较为纯净缺点：净化程度受温度影响大常用作其他方法的辅助方法或者预处理第53页，共68页，2023年，2月20日，星期一4.2冷凝装置及其操作流程直接冷凝间接冷凝**画图说明流程冷凝装置管式冷凝器、板式冷凝器、板壳式冷凝器冷凝过程分析膜状冷凝、滴状冷凝的概念和具体过程。第54页，共68页，2023年，2月20日，星期一5有害气体吸收净化法5.1基本概念吸收吸收分类——物理吸收、化学吸收吸收净化法特点5.2吸收原理5.2.1吸收过程的气液平衡平衡分压吸收过程：气相中溶质的实际分压为P，则：当P>P*吸收

P<P*解吸

P=P*平衡溶解度第55页，共68页，2023年，2月20日，星期一5.2.2亨利定律亨利定律内容:在一定的温度和压强下，一种气体在液体里的溶解度与该气体的平衡压强成正比.该定律适用的条件是其气体的平衡分压不大，气体在溶液中不与溶剂起作用，（或起一些反应，但极少电离）亨利定律的具体内容如下表所示：要求：掌握亨利常数和溶解度系数等的推导过程第56页，共68页，2023年，2月20日，星期一定律形式常数含义备注P*=ExE,亨利系数P*,稀溶液中溶质（被吸收组分）平衡分压，x为被吸收组分在液相中的摩尔分数对于一定体系，E是温度的函数，一般，温度上升，E增大，不利于气体吸收。同一溶剂中难溶气体E值大P*=C/HH,溶解度系数C为被吸收溶质的物质的量浓度（Kmol/m3

）H为溶解度系数，（kmol/(m3Pa)）,实验测定。H为温度的函数，随温度升高减小，其数值等于平衡分压1大气压时的溶解度同一溶剂中难溶气体H值小E＝(1/H)*(den/M)den为溶液的密度，M是溶剂A的相对分子质量y*=mxm,相平衡常数，无量纲m＝E/P,P为气相的总压m为由试验结果算出来的数值。一定物系，它是温度和压强的函数。同一溶剂中难溶气体m值大Y*=mXm同上第57页，共68页，2023年，2月20日，星期一5.2.3吸收剂的选择要求溶解度选择性挥发性腐蚀性黏性其他（无毒，不易燃，价廉等）5.2.4吸收过程的机理

双膜理论（机理描述、图）第58页，共68页，2023年，