大气污染控制工程课件

绪论§1、大气的组成及结构☞§2、大气污染、污染物和污染源☞§3、全球性大气污染问题☞§4、室内环境污染☞§5、大气污染综合防治☞

§6、大气环境标准☞§7、主要气体参数的换算与计算☞1.1.1大气的组成干洁空气（N2、O2、Ar、CO2、臭氧）水汽（0.02％～6％）悬浮颗粒、大气尘埃及其他悬浮杂质自然状况下的大气是由以下几部分组成的：大气（atmosphere):TheentiremassofairwhichsurroundstheEarth.环境空气（ambientair):Outdoorairtowhichpeople,plants,animalsandstructuresareexposed.1.1大气的组成及结构

大气圈具有层状结构。根据气温在垂直于地球表面方向上的分布，一般将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层等5层。1.1.2

大气层的构成对流层是大气圈最低的一层，其特征是：（1）层内气温随高度增加而降低，大气易形成强烈的对流（升降）运动；（2）厚度随纬度增加而降低，对同一地区，其厚度夏季大于冬季；（3）集中了大气总质量的75%和几乎全部的水汽，主要天气现象和通常所说的大气污染都发生在这一层，对人类活动影响最大；（4）层内温度和湿度的水平分布不均匀，常发生大规模的空气水平运动。平流层对流层顶到50～55km高度的一层称为平流层，层内几乎没有大气的对流运动。从对流层顶到22km左右的一层，气温几乎不随高度而变化，为-55℃左右，称为同温层；同温层之上，气温随高度增高而上升，至平流层顶达-3℃左右，称为逆温层。平流层集中了大气中大部分臭氧，在20～25km高度内形成臭氧层。

中间层平流层顶到80～85km高度为中间层。这一层气温随高度增高而降低，层顶可降到-83℃，大气具有强烈的对流运动。暖层中间层顶到800km高度为暖层。由于强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用，气温随高度增加而增高，层顶可达500～2000K，极为稀薄的气体分子被高度电离，存在着大量的离子和电子，故又称为电离层。散逸层暖层以上的大气层统称为散逸层。它是大气的外层，气温很高，空气极为稀薄，气体离子的运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸到太空中。1.2大气污染、大气污染物和污染源1.2.1大气污染(AirPollution)1.大气污染的概念国际标准化组织（ISO）定义：

大气污染，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。

1.2

大气污染、大气污染物和污染源2.大气污染的类型

①按污染所涉及的范围分：

局部污染、地区性污染(Area)、广域性污染(Widely)和全球性污染(Global)。

②按能源性质和污染物的种类分：

煤炭型主要污染物是烟尘和二氧化硫，早期与目前仍以煤炭作为主要能源的国家和地区大气污染属于此类。

石油型碳氢化合物和氮氧化物为主，污染形式多为光化学烟雾。混合型煤和石油共同造成。特殊型特定污染物引起。如包头钢铁厂附近铁矿含氟量高，云南个旧砷污染严重。1.2

大气污染、大气污染物和污染源1.2.2大气污染物(Airpollutants)

⑴定义：由于人类活动或自然过程排入大气的并对人或环境产生有害影响的物质。

⑵分类：大气污染物气溶胶态污染物悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气体分散体系气态污染物粉尘（dust）炱（fume）飞灰（flyash）烟（smoke）雾（fog）化学烟雾（smog）无机气态污染物有机气态污染物1.2

大气污染、大气污染物和污染源按形成过程分：一次污染物：直接从污染源排出的污染物。二次污染物：一次污染物与空气中原有成分或几种污染物之间发生化学反应而成的与一次污染物性质不同的新污染物。如：硫酸烟雾、硝酸及硝酸盐气溶胶和光化学烟雾等。二次污染物较之一次污染物危害更大。如二氧化硫在干燥空气中，其含量达8×10－4时，人还可以忍受，但在形成硫酸气溶胶后，其含量仅为8×10－7时，人即不可忍受。1.2

大气污染、大气污染物和污染源常用概念：ⅰ总悬浮颗粒(totalsuspendedparticles,TSP)：空气动力学当量直径小于100微米的固体粒子。ⅱ可吸入颗粒(inhalableparticles，PM10)：空气动力学当量直径小于10微米的固体粒子，不易沉降而能长期飘浮在空气中。ⅲ降尘：空气动力学当量直径大于10微米的固体粒子，靠重力作用能在较短时间内沉降到地面。在我们国家大气环境中，影响普遍的广域污染物为悬浮微粒、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、总氧化剂和铅等。1.2

大气污染、大气污染物和污染源1.2.3大气污染源1）主要污染源有三方面：燃料燃烧工业生产过程交通运输固定源流动源2）分类a.工业污染源、农业污染源和生活污染源；b.

根据污染源的几何形状和排放方式分为点源、线源和面源；c.

根据污染源离地面的高度分为地面源和高架源；d.

根据释放污染物的持续时间可分为瞬时源、间断源和连续源。喀什和田库尔勒乌鲁木齐哈密阿勒泰伊宁酒泉格尔木西宁兰州铜川额济纳旗呼和浩特太原延安西安安康郑州武汉恩施芷江贵阳桂林南宁广州赣州厦门福州台北温州杭州上海南京合肥南昌徐州青岛济南天津石家庄北京大连赤峰沈阳长春哈尔滨嫩江海拉尔漠河长沙重庆成都西昌甘孜昆明保山江城拉萨延吉海口图例强沙尘暴沙尘暴扬沙南海诸岛全国沙尘天气分布图2002年3月18日17时～3月20日08时

大气颗粒物沙尘暴对我国北方城市影响严重。由于荒漠化加剧、生态恶化，我国现已有24000个村庄消失，绝不能这种悲剧在城市中上演！

Mostsevereinspringover

China,KoreaandJapancausevariousproblemsin

thebreathingsystem沙尘暴一次强沙尘天气的观测

光化学烟雾:NO2光解引发O3(臭氧)，OH自由基的产生碳氢化合物在氧化性大气中的复杂反应形成二次污染物。光化学烟雾的两大破坏性物质：O3和PAN(过氧乙酰硝酸酯)光化学烟雾形成过程光化学烟雾实例光化学烟雾形成前光化学烟雾形成后1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性1.2

大气污染、大气污染物和污染源1.2.4大气污染的危害1）对人类健康的危害大气污染对人体健康的危害包括急性和慢性两方面。急性危害一般出现在污染物浓度较高的工业区及其附近。慢性危害是在大气污染物直接或间接的长期作用下对人体健康造成的危害。这种危害短期表现不明显，不易觉察。据我国十个城市统计，呼吸道疾病的患病率和检出率在工业重污染区为30％～70％，而在轻污染区只有它的一半。

2）居民生活费用增加

大气污染造成的居民生活费用增加，包括清扫、洗涤和生活物质损坏三方面。根据1985年估算，每年全国损失达16亿元。1.2大气污染、大气污染物和污染源3）物质材料破坏

排入大气中的二氧化硫、氮氧化物、各种有机物等不仅直接腐蚀建筑物、桥梁、机器和设备，而且衍生的二次污染物光化学氧化剂、酸雨等能对这些物质材料产生更大的破坏。4）农林水产损失

大气污染物对我国农业、森林、水产造成严重的危害，其中特别是农业和森林受害最大，导致农业减产、林木衰败。1.2大气污染、大气污染物和污染源5）影响全球大气环境

大气污染物不仅污染低层大气，而且能对上层大气产生影响，形成酸雨、破坏臭氧层、气温升高等全球性环境问题，可能给人类带来更严重的危害。1.2

大气污染、大气污染物和污染源1.2.5我国大气污染的现状1.我国大气污染物的排放量

1.2大气污染、大气污染物和污染源大气污染物环境浓度远超出国际标准（1995年数据）

总悬浮颗粒物 二氧化硫来源：世界银行数据1.2大气污染、大气污染物和污染源2.我国大气污染的特点：

概括地说，我国的大气污染是以尘和二氧化硫为主要污染物的煤烟型污染。北方城市的污染水平高于南方城市（尤以冬季为甚），冬季高于夏季，早晚高于中午。北方城市的突出问题是冬季（采暖期）的颗粒物污染和二氧化硫污染，南方城市则是二氧化硫造成的酸雨和高硫煤地区的二氧化硫污染。

这一特点主要是由于我国能源以煤炭为主，且大部分直接燃烧，能源利用方式落后；此外南方土壤偏酸性，对酸缓冲能力弱，也有利于酸雨的形成。1.2大气污染、大气污染物和污染源

随着机动车数量的剧增，机动车尾气已成为北京、上海、广州等大城市中大气污染物的重要来源。我国特大城市的空气污染正由煤烟型向混合型转变。1.2大气污染、大气污染物和污染源3．我国城市大气污染现状

仍处于污染较重的水平。

在监测的340个城市中，仅有142个城市达到环境空气质量二级标准（居住区标准），占41.7％；空气质量为三级和劣于三级标准的城市占58.3％。监测结果表明，颗粒物和SO2仍是影响我国城市空气质量最主要的两种污染物。在监测的340个城市中，有54.4％的城市颗粒物浓度超过二级标准，颗粒物污染较重的城市主要分布在西北、华北、中原和四川东部。有25.6％的城市SO2超过二级标准，SO2污染较重的城市主要在山西、河北、河南、湖南、内蒙古、陕西、甘肃、贵州、四川和重庆地区。

2003年，由SO2和NOx造成的酸雨污染仍然是我国大气污染的主要问题之一。

1.3

全球性环境问题温室效应：温室气体吸收的长波辐射部分反射回地球，从而减少了地球向外层空间散发的能量，使空气和地球表面变暖。

2．温室气体对全球气候的影响

大气中二氧化碳含量的变化人为排放的CO2不断增加和森林植被的大量破坏，破坏了CO2产生和吸收的自然平衡，大气中CO2的体积分数已从1750年的280×10-6增加到目前的360×10-6左右（图1－2）。预计到21世纪中叶，大气中CO2的体积分数将达到540×10-6～970×10-6。除CO2外，大气中其他温室气体的含量也在不断增加。200多年前大气中CH4的体积分数为800×10-9，1992年增加到1720×10-9。工业革命前，大气中N2O的体积分数为285×10-9，现在已升至310×10-9，每年以0.2％～0.3％的比例增加。全球平均气温的变化20世纪是过去2000年中最温暖的100年。阿姆斯特丹（荷）布雷斯特（法）毫米毫米毫米年希维诺乌伊希切（波）全球变暖引起海平面上升20世纪上升最快，从1900年全球平均上升10-20厘米

近50年全球平均海平面上升工业革命以来气候变化的辐射强迫增温降温温室气体

大气气溶胶（悬浮在大气中的0.001到几十微米的颗粒物）卤化碳N2OCH4CO2气溶胶间接效应土地利用（反照率）平流层臭氧硫酸盐化石燃料燃烧(有机碳)生物质燃烧对流层臭氧化石燃料燃烧(黑碳)矿尘航天航空凝结尾流卷云太阳变化IPCC，2001增温？降温？可信度高中等中等低很低很低很低很低很低很低很低很低辐射强迫W.m-2能否抵消温室气体的增温效果1.3全球性环境问题3．气候变化对自然界和人类的影响雪盖和冰川面积减少；海平面上升；降水格局变化；气候灾害事件增加；影响人类健康；对农业和生态系统产生影响。1.3

全球性环境问题4．应对措施

（1）控制气候变化的措施

(a)控制温室气体的排放

(b)增加温室气体的消耗

(c)适应气候变化

（2）控制气候变化的国际行动

1992年《气候变化框架公约》；

1997年《京都议定书》；

2005年2月16日，《京都议定书》正式生效。1.3

全球性环境问题1.3.2臭氧层破坏

2000年南极上空臭氧洞面积首次超过2800万km2，相当于4个澳大利亚的面积。2005年9月9－10日，南极上空臭氧洞面积创记录的达到3000万km2。1956－1994年测得的总臭氧全球平均值注：Dobson单位－将0°C，标准海平面压力下，10-5m厚的臭氧

定义为一个Dobson单位臭氧层破坏机理：大气平流层中的活性催化物质通过自由基链式反应消除O3Y+O3→YO+O2YO+O→Y+O2消耗臭氧层物质：

（1）奇氢类HOx（H、OH、HO2）

（2）奇氮类NOX(NO、NO2)（3）奇卤类XOX(Cl、ClO、Br、BrO)：氟利昂（CFCs）和溴氟烷（Halons,哈龙）

1.3

全球性环境问题

保护臭氧层受到了国际社会的关注。1985年，28个国家通过了保护臭氧层的《维也纳公约》，1987年46个国家联合签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，提出了8种受控物质削减使用时间的要求。1990年、1992年和1995年的三次议定书缔约国国际会议扩大了受控物质的范围，现包括氟利昂（CFCs）、哈龙（CFCB）、四氯化碳（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）、氟氯烃（HCFC）和甲基溴（CH3Br）等，并提前了停止使用的时间。修改后的议定书规定，发达国家1994年1月停止使用哈龙，1996年1月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿。发展中国家2010年全部停止使用这四种ODSs。中国1992年加入了《蒙特利尔议定书》。1.3

全球性环境问题南极臭氧洞问题在南极的春天（每年10月），南极大陆上空气柱臭氧总量急剧下降，形成一个面积与极地涡旋相当的气柱臭氧总量很低的地区。南极臭氧洞是一种自然现象。它是由南极冬季盛行的强大环极环流造成。这种环流结构造成了南极上空平流层极低的温度（-84℃以下），以致在南极上空经常出现极地平流层云，有利于臭氧的破坏过程，再加上冬季无太阳辐射，臭氧产量极低，便在极区形成了臭氧浓度极低的气团。另一方面，南极的环极涡旋阻止了极区大气与中低纬度大气的交换。南极臭氧洞变化1.3

全球性环境问题1.3.3酸雨1．酸雨问题

酸雨是指pH<5.6的酸性降水，但现在泛指以湿沉降或干沉降形式从大气转移到地面的酸性物质，湿沉降包括降落地面的酸性雨、雪，干沉降则指降落地面的酸性颗粒物。2.酸雨形成机理（1）降水中酸的来源

SO42-和NO3-是酸雨的主要成分，它们主要是由SO2和NOx转化而来。

二氧化硫转化为硫酸的途径主要有：（a）催化氧化作用，即在大气中颗粒物所含Fe、Mn等的催化下二氧化硫与氧反应生成三氧化硫，再与水汽结合，形成硫酸气溶胶；（b）光氧化作用，二氧化硫经光量子激化后与氧结合成为三氧化硫；（c）二氧化硫与光化作用形成的自由基结合形成三氧化硫。1.3

全球性环境问题NOX转化为硝酸的机理与SO2类同。（2）雨水酸化机制

酸雨形成的机制一般分成两个过程污染物的云内成雨清除过程：水蒸气凝结在硫酸盐、硝酸盐等微粒组成的凝结核上，形成液滴，液滴吸收SOx、NOx和气溶胶粒子，并互相碰撞、絮凝而结合在一起形成云和雨滴；云下冲刷清除过程：云下的酸性物质被雨滴从大气中捕获、吸收、冲刷带走。

1.3

全球性环境问题水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物3.酸雨的危害4.中国酸雨的分布变化酸雨区域分布范围基本稳定，2004年降水年均pH值小于5.6（酸雨）的城市主要分布在华中、西南、华东和华南地区。华中酸雨区污染最为严重，降水年均pH值（≤5.6）为酸雨的城市占58.3%，酸雨频率大于80%的城市比例达21.4%。湖南和江西是华中酸雨区酸雨污染最严重的区域。华南酸雨区主要分布在广东以珠江三角洲为中心的东南部和广西东部。降水年均pH值小于5.6的城市比例为58.9%，与上年相比，华南地区酸雨污染加重。西南酸雨区以四川的宜宾、南充、贵州的遵义和重庆为中心，降水年均pH值小于5.6的城市比例为49.0%；与上年相比，酸雨污染有所缓和。华东酸雨区分布范围较广，覆盖江苏省南部、浙江全省、福建沿海地区和上海。高酸雨频率（≥80%）和高酸度降水（pH≤4.5）的城市比例仅次于华中酸雨区，分别为21.0%和14.6%。北方城市中的北京，天津，河北的秦皇岛和承德，山西的侯马，辽宁的大连、丹东、锦州、阜新、铁岭、葫芦岛，吉林的图们，陕西的渭南和商洛，甘肃的金昌降水年均pH值小于5.6。

中国2004年酸雨分析我国酸雨的化学特征5.对策及措施:

1972年以来，欧洲、美国、加拿大等国家召开了一系列国际会议，研讨控制酸雨的对策，提出了削减SO2和NOx排放的协定。20世纪80年代，中国政府组织了较大规模的研究和监测，其后制定了SO2排放标准和SO2排污收费等一系列政策法规，1998年国务院批复了国家环保局上报的酸雨控制区和SO2污染控制区（两控区）方案。目前，中国正在大规模开展包括燃料脱硫、燃烧过程脱硫和烟气脱硫在内的各种减排SO2工作。为了控制NOx对酸雨的贡献，中国从2004年开始实行了NOx排污收费制度，并将制定其他减排NOx的措施。1.3

全球性环境问题1.4

室内环境污染

1.4.1

室内环境污染定义

室内环境是指采用天然材料或人工材料围隔而成的小空间，是与外界大环境相对分隔而成的小环境。室内环境主要是指居室环境，从广义上讲，也包括教室、会议室、办公室、候车（机、船）大厅、医院、旅馆、影剧院、商店、图书馆等。我国于2002年11月9日发布了《室内空气质量标准》(GB／T18883—2002)，该标准于2003年3月1日正式开始实施。

1.4.2室内环境污染分类1.化学污染燃烧型污染，如SO2、颗粒物等；烹调油烟；各种装修材料、家俱、涂料所含或释放的污染物，如甲醛、苯系物、氨等；家庭使用的化学品，如洗涤剂、化妆品、洗洁剂等；吸烟的烟雾。1.4

室内环境污染

2.物理污染放射性污染电磁辐射污染光污染3.生物因素细菌、真菌（包括真菌孢子）、花粉、病毒、生物体有机成分等，带来生物污染，在这些生物污染因子中有一些是人类呼吸道传染病的病原体，有些是过敏原。1.4

室内环境污染

1.4.3室内空气污染控制1.污染源控制：从源头着手避免或减少污染物的产生，或利用屏障设施隔离污染物，不让其进入室内环境。2.通风：借助自然作用力或机械作用力将不符合卫生标准的污浊空气排至室外或排至空气净化系统，同时，将新鲜空气或经过净化的空气送入室内。1.4

室内环境污染

3.室内空气净化活性炭吸附：利用活性炭或活性炭纤维吸附和催化氧化污染物，对消除香烟气味、装饰涂料气味、家俱气味、分解臭氧效果十分理想。光催化净化室内空气：利用紫外光在封闭或半封闭空间里，由光催化反应将室内的有害气体分解为无毒害的CO2、H2O等小分子物质。常用的催化剂是纳米二氧化钛。另外，该催化体系在紫外光激发的同时，能有效杀灭一些细菌和病毒。静电集尘、臭氧杀菌、负氧离子、滤网过滤等。1.4

室内环境污染

1.5.1综合防治的基本概念大气污染综合防治的基本点是防、治结合，以防为主，是立足于环境问题的区域性、系统性和整体性之上的综合。基本思想是采取法律、行政、经济和工程技术相结合的措施，合理利用资源，减少污染物的产生和排放，充分利用环境的自净能力，实现发展经济和保护环境相结合。1.5大气污染综合防治1.5.2大气污染综合防治措施1．严格的环境管理立法、监测、执法三者构成了完整的环境管理体制。2．全面规划，合理布局1.5大气污染综合防治3.控制大气污染的经济措施必要的环境保护投资环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为0.5－1％，发达国家为1－2％我国目前比例为0.7－0.8％，希望能达到1.5％实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段：建立市场（排污许可证制度等）税收手段（污染税、资源税等）收费制度（排污费等）财政手段（生态环境基金等）责任制度（赔偿损失和罚款等）1.5大气污染综合防治4．控制大气污染的技术措施实施可持续发展的能源战略包括：（a）改善能源供应结构，提高清洁能源和低污染能源的供应比例；（b）提高能源利用率，节约能源；（c）对燃料进行预处理，推广清洁煤技术；（d）积极开发新能源和可再生能源，如水电、核电、太阳能、风能等。实行清洁生产，推广循环经济，包括改革生产工艺，优先采用无污染或少污染的工艺路线、原料路线和设备；加强企业管理，减少污染物的排放；开展综合利用，企业内部或各企业间相互利用原材料和废弃物实现废物资源化、产品化，减少污染物排放总量。对烟（废）气进行净化处理1.5大气污染综合防治5.强化对机动车污染的控制从源头上控制汽车尾气污染严格控制在用车尾气的排放加强规划，优先发展城市公交事业，控制城市汽车总量，减轻汽车尾气污染6.高烟囱稀释扩散7.绿化造林，发展植物净化1.5大气污染综合防治1.6大气环境标准1.6.1大气环境标准的种类依用途分为环境空气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依适用范围国家标准地方标准行业标准1.6

大气环境标准1.6.2环境空气质量标准1．制定环境空气质量标准的原则

要保证人体健康和维护生态系统不被破坏；要合理协调与平衡实现标准的经济代价和所取得的环境效益之间的关系，以确定社会可以负担得起并有较大收益的环境质量标准；要遵循区域的差异性。各地区的环境功能、技术水平和经济能力有很大差异，应制定或执行不同的浓度限值。

1.6

大气环境标准2．我国的大气环境质量标准（1）我国的空气环境质量标准(GB3095-1996)取代1982年《大气环境质量标准》规定了二氧化硫、总悬浮颗粒、可吸入颗粒物、铅、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、苯并比和氟化物等九项指标。将环境空气质量分为三级，将环境空气质量功能区分为三类。1.6大气环境标准空气污染指数（API）及其报告监测项目（共五项）：可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和臭氧。API与环境空气质量的对应关系空气污染

指数(API)空气质量级别空气质量状况0～50Ⅰ优51～100Ⅱ良101～200Ⅲ轻度污染201～300Ⅳ中度污染>300Ⅴ重度污染污染指数污染物浓度InTSPSO2NOx5001.0002.6200.9404000.8752.1000.7503000.6251.6000.5652000.5000.2500.1501000.3000.1500.100500.1200.0500.0501.6大气环境标准空气污染指数的计算方法首先根据第k种污染物实测浓度值选定其浓度和分指数值所在区间，查出ρk,j，ρk,j+1，Ik,j，Ik,j＋1，由下式算出分指数值：各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，则该种污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。1.6大气环境标准（2）工业企业设计卫生标准（TJ36-79）由于我国现行的《环境空气质量标准》GB3095－1996中只有9种污染物的标准，在实际工作中会碰到更多的大气污染物，在国家没有制定它们的环境质量标准前，可以参考执行我国1962年颁布并于1979年修订的《工业企业设计卫生标准》TJ36－79中的“居住区大气中有害物质的最高允许浓度”部分。此外，为保护作业工人的健康，该标准还规定了“车间空气中有害物质的最高允许浓度”限值。（3）室内空气质量标准（GB/T18883－2002）为保护人体健康，预防和控制室内空气污染，我国于2002年11月首次发布了《室内空气质量标准》GB/T18883－2002，该标准对室内空气中19项与人体健康有关的物理、化学、生物和放射性参数的标准值作了规定。1.6大气环境标准1.6.3大气污染物排放标准1.大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）我国1996年在1973年颁布的《工业“三废”排放试行标准》GBJ4－73基础上修改制定的《大气污染物综合排放标准》GB16297－1996，规定了33种大气污染物的排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织排放监控浓度限值。任何一个排气筒必须同时达到最高允许排放浓度和最高允许排放速率两项指标，否则为超标排放。该标准规定，凡位于国务院批准划定的酸雨控制区和二氧化硫控制区的污染源，其二氧化硫排放除执行本标准外，还应执行总量控制标准（详见GB/T13201－91）。2.行业性排放标准按照综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则，有行业标准的企业应执行本行业的标准，其他污染源则执行综合排放标准。3.制定地方大气污染物排放标准的技术方法（GB/T13201－91）我国于1983年制定并于1991年修订了《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》。该标准以环境空气质量为控制目标，以大气扩散模式为计算基础，使用控制区排放总量允许限制和点源排放量允许限值控制大气污染的方法，制定地方大气污染物排放标准。1.8大气污染控制工程系统

典型的大气污染控制系统一般包括污染物发生源的控制、粉尘污染物的控制、气体污染物的控制和稀释扩散控制等几部分。控制燃料燃烧过程对大气环境的污染是典型的大气污染控制工程系统，如图所示。任重道远！中国环境保护事业

大气污染物的生成控制*2.1能源与大气污染2.1.1能源的分类

能源是能提供可利用能量的资源，可分为直接从自然界取得的一次能源和由一次能源转换得到的二次能源。一次能源还可分为可再生能源和不可再生能源。

一次能源可再生能源风能、水能、太阳能、生物质能、海洋热能、潮汐能、地震、火山、地热等不可再生能源化石燃料（煤、石油、天然气）、核燃料（铀、钍、氢）二次能源电能、氢能、汽油、煤油、柴油、火药、酒精、甲醇、丙烷、硝化甘油等**

通常还把能源分为常规能源（煤、石油、天然气、水能、核能等）与新能源（太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能和氢能等）两大类。能源又可分为污染型能源（化石燃料）和清洁型能源（水力、电力、太阳能、风能和核能等）。2.1能源与大气污染2.1能源与大气污染1）能源结构决定大气污染的形成和特点

a.能源结构中污染性能源（如煤、石油、天然气等）占主体大量消耗是大气污染形成的根本原因；

b.努力开发并尽可能采用清洁能源是减轻大气污染的根本方法。

2）能源的利用方式与利用效率对大气污染也有很大影响

改进能源的利用方式，提高能源的利用率是改善大气污染的另一根本方法。如清洁煤技术（CleanCoaltechnology)*2.1.2

能源利用与大气污染2.1能源与大气污染2003年全球的能源需求量已达到140亿吨标准煤，其中石油占38%，煤炭占26%，天然气占24%,核能占6%,其它能源占6%，污染型能源占88%。据预测，到2010和2050年全世界煤炭和石油的总耗量仍将分别占世界总能耗的64%和52%。我国是目前世界上最大的煤炭生产和消耗国，煤炭的生产和消耗均占世界总量的30%左右，同时，也是世界上极少数以煤炭为主要能源的国家之一。2005年我国一次能源生产总量约为12.3亿吨标准煤，其中煤炭占63.8%、石油18.8%、天然气6.0%、水电和核电11.4%。我国煤炭燃烧产生的SO2、CO2、NOX及TSP排放量分别约占总排放量的90%、85%、60%和70%。**燃料燃烧产生的大气污染物黑烟（炭黑）

粉尘氮氧化物一氧化碳碳氢化合物铅化合物二氧化硫燃料不完全燃烧含铅汽油灰分燃料硫空气氮和燃料氮大气污染物主要来自燃烧过程。2.1能源与大气污染*2.1能源与大气污染2.1.3

能源利用过程中的污染控制1）清洁能源的开发和利用

2）提高能源利用效率、节约能源3）研究燃烧过程中污染物的生成机理，采取适当措施减少污染物的生成量。4）净化烟气，降低排烟中已经生成的污染物排放量。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2.1燃料的分类

煤（1）煤的分类*褐煤：最低品位的煤，形成年代最短，水分含量高，热值较低；烟煤：成焦性强，碳含量为75％－90％，含氧量低，适用于工业一般应用，在空气中比褐煤更能抵抗风化；无烟煤：碳含量最高(>93%)，煤化时间最长，着火困难，贮存时稳定，成焦性极差。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

（2）煤的工业分析水分水分包括外部水分（318K－323K，8h）和内部水分（375K－380K，2h），水分使热值降低，一般控制煤中水分在10％－13％左右。灰分煤中不可燃矿物质的总称。我国煤炭的平均灰分为25％。挥发分煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体物质。挥发分越高，就越容易燃着；但挥发分含量过高，容易直接逸出，污染环境。固定碳*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

（3）煤中硫的形态有机硫（CxHySz）黄铁矿硫（FeS2）硫酸盐硫（MeSO4）元素硫*可燃硫灰分单质硫无机硫可燃硫在我国煤炭资源中，硫的平均质量分数为1.11％2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

（4）煤的成分表示方法一般用质量百分数表示，通常有四种基准。

1）收到基（以下标“ar”表示）包括水分与灰分的煤作为100％的成分，即煤的实际应用成分。燃烧计算通常采用此方法。

2）空气干燥基（以下标“ad”表示）

指去除外在水分的煤作为100％的成分。通常是在实验室内作煤样分析时采用。

*（3）干燥基（以下标“d”表示）失去水分的煤作为100％的成分。因为排除了水分的影响，所以干燥基能准确反映出灰分的多少。（4）干燥无灰基（以下标“daf”表示）失去水分、去掉灰分的煤作为100％的成分。常用以表示煤的挥发分的含量。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

石油石油是液体燃料的主要来源。原油由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成，主要含有C、H，少量的S、N和O，微量的钒、镍、铅、砷、氯等。原油中的硫含量一般在0.1%~0.7%，大部分硫以有机硫的形式存在。在轻馏分中，硫以H2S、RSH、RSR′、RSSR′等形态存在。原油中的硫80%~90%留于重馏分中，以复杂的环硫结构存在。重馏分与一定比例的轻油相配合而成为重油，原油中的硫大部分转入重油中。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

3天然气

组成一般为甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%，含碳更高的碳氢化合物也可能存在于其中。4非常规燃料城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物及农村废物、水生植物和水生废物、污泥处理厂废物、天然存在的含碳和含碳氢的资源等。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2.2烟尘的生成机理及其控制*气相析出型烟尘剩余型烟尘酸性尘积炭粉尘按烟尘的生成机理不同，可分为1.烟尘的分类及生成机理

根据气体燃料和空气混合状况的不同，可将气体燃料的燃烧过程分为：有焰燃烧（扩散燃烧）、无焰燃烧（预混燃烧）和半无焰燃烧三种过程。有焰燃烧（扩散燃烧）：可燃物与氧化物的混合时间远大于燃烧反应时间的燃烧，如可燃气与空气分别通入燃烧室，边混合边燃烧的情况属于此类。无焰燃烧（预混燃烧）：可燃物与氧化物的混合时间远小于燃烧反应时间的燃烧，预先混合均匀的可燃混合气体的燃烧属于此类。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*脱氢分解聚合气液固相燃料燃烧释放可燃性气体缺氧尘（炭黑）气相析出型烟尘粒径很细（如重油燃烧产生的炭黑粒径在0.02~0.05µm），比表面很大，每公斤可达数万平方米。收集下来的烟尘呈絮状，体积大，重量轻。（1）气相析出型烟尘2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

（2）液体燃料的燃烧和剩余型烟尘（也称石油焦或煤胞）工业窑炉常用的液体燃料有重油和渣油。燃料油的燃烧过程是一个复杂的物理化学过程。它包括燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散、可燃气体与空气的混合以及可燃气体的氧化燃烧等诸过程。此外还可能有油滴热解和裂化过程。

*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*液体油滴裂化热分解气体成分絮状空心球焦炭（煤胞）主要发生在未完全氧化之前，热反应速度大于与氧气的反应速度。粒径为10～300微米。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*（3）酸性尘气相析出型烟尘和剩余型烟尘在烟气温度接近露点时，吸收烟气中的H2SO4，长大成为像雪片形状的烟尘。酸性尘由于颗粒较大，一般沉落在烟囱附近。（4）积炭油滴附着在燃烧器、燃烧器旋口、燃烧室炉墙上，受炉内高温气化而剩余下来的烟尘。其颗粒形状不定，但粒度较大。（5）粉尘固体燃料燃烧产生粉尘，包括飞灰和黑烟。*飞灰：不可燃矿物质黑烟：未完全燃烧的炭粒2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.影响烟尘生成量的因素（1）燃料种类的影响

a.气体燃料：氢气、甲醇、乙醇燃烧时不产生烟尘；烯烃比烷烃易产生黑烟；乙炔、芳香族、链状碳氢化合物易产生黑烟；碳氢比越高，产生黑烟愈多；碳原子数愈多，愈容易产生碳黑。

b.液体燃料：与残留碳含量有关，油质愈重，残留碳越多，烟尘越多。*对扩散燃烧而言2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

c.固体燃料：与燃料中灰分率有关，劣质煤灰份高，粉尘浓度就高。易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤、焦炭、褐煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤。*（2）燃料粒度的影响重油燃烧时，油滴的直径越大，残留性烟尘浓度急剧增大。固体燃料粒度越大，燃烧可能越不充分，可能使黑烟增多。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

（3）氧气浓度和空气过剩系数的影响空气过剩系数＝实际供给的空气量／理论空气量必须保证一定大小的空气过剩系数（1.2～1.3），使得有足够的氧气浓度供燃料燃烧充分。*图2-1排尘浓度与剩余氧气体积分数的关系（4）燃烧方式及其它因素的影响

a.对气体燃料燃烧而言，预混（无焰）燃烧生成烟尘量少，但扩散燃烧易于控制。故大多采用扩散燃烧。

b.对固体燃料而言，燃烧炉型、燃烧温度及煤质情况均有影响*自然引风锅炉的烟气流速较低，排尘浓度也较低。但自然引风只适用于小锅炉．对于较大锅炉，自然引风会造成炉膛内氧量不足，致使炉温降低．燃烧不完全．热损失较大。对于机械引风锅炉，需合理地控制风量，防止引风带尘的浓度过高。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

炉排和炉膛的热负荷也将对排尘浓度产生影响。炉排热负荷是每平方米炉排面积上每小时燃料燃烧所释放出来的热量。炉排热负荷增加，导致单位炉排面积上燃煤量增大，则流过炉排的气流速度也将成正比增加，灰分被气流夹带而飞逸的可能性就越大。炉膛热负荷是每立方米炉膛容积内每小时燃料燃烧所释放出的热量。炉膛必须保持足够的燃烧空间，以使燃烧逸出的可燃气体有充分的时间进行燃烧．提高锅炉的消烟效果。锅炉负荷增加，烟尘浓度增大*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

炉型不同，燃料中的灰分变为飞灰的份额不同。*燃烧方式占燃料中的灰分（％）手烧炉15～20链条炉15～20抛煤机炉24～40沸腾炉40～60煤粉炉75～85

各炉型下的烟尘颗粒粒径组成不同。如：手烧炉燃烧排放的烟尘中大于149微米的颗粒占51％，而煤粉炉燃烧排放的烟尘中大于149微米的颗粒只占2％。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

3.烟尘生成量的控制在燃料一定时，促进燃料的完全燃烧是减少烟尘量的主要措施。保证燃料完全燃烧的条件是适宜的过剩空气系数、良好的湍流混合（Turbulence）、足够的温度（Temperature）和停留时间（Time），即供氧充分下的“三T”条件。

1．适宜的过量空气系数燃烧时，如果空气供应不足，燃烧就不完全；相反，空气量过大，会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。*2．改善燃料与空气的混合燃料和空气充分混合是有效燃烧的又一基本条件，混合不均匀就会产生大量的烟尘和不完全燃烧产物。混合程度取决于湍流度，对于蒸气相的燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发；对于固体燃料的燃烧，湍流有助于破坏燃烧产物在燃料颗粒表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利用率，并使燃烧过程加速。*3．保证足够的温度

燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度通常按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升，如无烟煤713~773K，重油803~853K，发生炉煤气973~1073K。在着火温度以上，温度越高，燃烧反应速度越快，燃烧越完全，烟尘越少。*4．保证足够的燃烧时间燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。燃料粒子燃尽时间tb与粒子初始直径(2r0)、粒子表面温度T和氧气浓度P0有关。**图2-2焦粒燃烧时间与初始直径、粒子表面温度的关系图2-3炭黑烧掉95%所需时间2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

参考：

燃尽时间计算公式的推导假设固体物质的燃烧主要在其表面进行，则该燃烧速度取决于氧气扩散到固体表面上的扩散速度和固体表面进行的化学反应速度。以单个球形固体粒子为例，设粒子半径为r，氧分压为P0，粒子密度为

p。对于如下非催化气固反应：C（s）＋O2（g）＝CO2（g）

BAC*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*单位面积上的反应速度为：①固体物质B的减少表现为未反应核的缩小，故②①式代入②式，得：2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

根据阿累尼乌斯公式，反应常数与温度的关系：*假定反应期间，T与P0均不变，则：2.2.3.1燃烧过程中含硫污染物的生成1.燃料中的硫含量燃料种类不同，硫的形态与含量也有区别。天然气、煤气：以硫化氢为主，有机硫较少，含硫量一般小于1％。表2-2液体和固体燃料中含硫量和含氮量

*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2.3

含硫污染物的生成机理及控制

2.二氧化硫的生成燃料中的可燃硫（包括无机硫和有机硫）在燃烧条件下（空气过剩系数大于1）全部生成二氧化硫，煤中的硫酸盐一般转入灰分。若空气过剩系数小于1，有机硫将分解，除SO2外，还有S、H2S、SO等。烟气中的SO2量正比于燃料中的含硫量。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*（mg/Nm3）kgwt%m33.三氧化硫的生成在一般燃烧条件下，有1％～5％的SO2会继续氧化为SO3。其生成机理为：

a.火焰中生成的原子氧参加反应*SO2＋OSO3O2O＋Ok+k_

空气过剩系数越大，温度越高，反应时间越长，SO3生成量就越多。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

b.对流受热面上的积灰和氧化膜的催化作用生成SO3的危害：

SO3的存在会使烟气露点温度大大升高，易产生结露，而形成低温腐蚀。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*4.硫酸SO3＋H2OH2SO42.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

这一反应从200~250℃左右开始进行，当烟气温度降到110℃时，反应基本完成。当温度进一步降低时，硫酸蒸汽才凝结成硫酸液滴。如果硫酸蒸汽凝结在锅炉尾部受热面上，将引起低温腐蚀，并产生硫酸尘。因此，锅炉排烟温度不能太低。排入大气中的烟气，与大气混合，温度进一步降低，烟气中的硫酸蒸汽将再次凝结而形成硫酸雾，雾滴在大气中的漫反射使烟气呈白色，故又称为白烟。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*5.酸性尘含有硫酸蒸汽的烟气，当温度降低到露点以下，硫酸蒸汽将凝结在微小的烟尘粒子表面，然后，这些粒子凝结在一起，长大成雪片状的酸性尘。另外，锅炉尾部、金属烟道和烟囱被硫酸腐蚀生成的盐类和含酸粉尘脱落后也形成酸性尘。

排入大气中的SO2，由于金属飘尘的触媒作用，也会被空气中的氧氧化为SO3，遇水汽形成硫酸雾，再与粉尘结合而形成酸性粉尘，或者被雨水淋落而产生硫酸雨。2.2.3.2

SOX的生成控制

1.SO2生成控制生成控制方法有：采用低硫燃料、燃料脱硫、以及燃烧过程脱硫。（1）燃料脱硫

1）

煤炭洗选脱硫：是指通过物理、化学或生物的方法对煤炭进行净化，以去除原煤中的硫。原煤经过洗选既可脱硫又可除灰，提高煤炭质量和热能利用效率。

2003年，我国煤炭年产量约为15亿吨，入洗率为38.6%，全硫脱除率为45%~55%，硫铁矿硫脱除率60%~80%。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

目前国内外应用最广的是物理选煤方法中的跳汰选煤、重介质选煤和浮选三种。跳汰选煤通过流体作用下不断变化过程，使原本为不同类型颗粒混合物的床层呈现出以密度差别为主要特征的分层，从而使煤中密度大的硫铁矿与有机质分离。b.重介质选煤用密度介于煤与煤矸石之间的悬浮液作为分选介质的选煤方法。目前国内外普遍采用磁铁矿粉与水配制的悬浮液作为选煤的分选介质。c.浮选包括泡沫浮选、浮选柱、油团浮选、表面和选择性絮凝等，实际生产中最常用的是泡沫浮选和浮选柱。**2）煤的气化：煤炭气化是在一定的温度和压力下，通过加入气化剂使煤转化为煤气的过程。它包括煤的热解、气化和燃烧三个化学反应过程。煤气化所用的原煤可以是褐煤、烟煤或无烟煤。气化剂有空气、氧气和水蒸气，近年来也开始用氢气以及这些成分的混合物作气化剂。生成气体的主要成分有CO、CO2、H2、CH4和H2O，气化介质为空气时，还带入N2。

煤气化后便于净化除去硫和灰分煤气中的硫主要以硫化氢存在，多用湿法－干法去除。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

3）煤的液化：煤的液化是将固体煤在适宜的反应条件下转化为洁净的液体燃料和化工原料的过程。根据提高煤中含氢量的过程不同，煤液化工艺可分为直接液化、间接液化和煤油共炼三种。我国石油资源比较缺少，而煤炭储量丰富，因此，煤的液化是解决我国石油紧缺的重要途径之一。同时，煤的液化还便于回收利用煤中的硫和氮，环境效率显著。*4）气体燃料脱硫

在煤炭气化过程中，煤中的绝大部分硫转变为H2S等气相产物进入煤气，小部分残存于灰渣中。现在的煤气净化除了脱硫以外，通常还包括NH3、CO2、C6H6、HCN等物质的脱除与回收利用。煤气净化的费用约占整个煤气生产费用的50%。天然气和煤气等气体燃料中含硫主要是H2S和有机硫，大多数情况下，有机硫被转化为H2S加以脱除。目前脱除H2S的方法很多，如吸收法、液相催化氧化法、吸附法和气固相反应法等。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

5）液体燃料脱硫通常，石油及石油产品的脱硫，几乎都可以采用加氢脱硫或加氢裂解的方法，使原料中的硫化物与氢起催化作用，碳硫键断裂，氢取而代之生成H2S，可以很容易地从油中分离出来，同时还可以除去油中的含氮化合物。RSR＋2H2→2RH＋H2SC5H5N＋5H2→C5H12＋NH3

*（2）燃烧过程脱硫

1）燃烧过程加脱硫剂脱硫*

在煤燃烧过程中加入的脱硫剂石灰石或白云石粉受热分解生成CaO和MgO，再与烟气中的SO2结合生成硫酸盐进入炉渣和烟尘。脱硫剂的热分解

CaCO3＝CaO＋CO2

Ca(OH)2＝CaO＋H2O脱硫反应

Ca(OH)2＋SO2＝CaSO3＋H2O

CaO＋SO2＝CaSO32.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

750℃以下，困难

中间产物的氧化和歧化反应

2CaSO3＋O2＝2CaSO4

4CaSO3＝CaS＋3CaSO4脱硫产物的高温分解反应

CaSO3＝CaO＋SO2

CaSO4＝CaO＋SO2＋O*分解温度1040℃分解温度1320℃在850℃~950℃的流化床锅炉内脱硫较为合适。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

工业燃煤炉有层燃炉、悬燃炉和流化床炉三类。层燃炉是中、小型工业锅炉的主要燃烧方式，是将较大块的煤撒在炉排上呈层状燃烧。向层燃炉直接喷射石灰石利用率很低。悬燃炉是使用细煤粉悬浮于炉膛空间燃烧的一种锅炉，燃烧完全，但飞灰量大，一般用于大型锅炉。炉温可达1600℃，工业上一般不在这类锅炉中加石灰石粉脱硫。*流化床炉系使碎煤（目前国内多采用8mm以下的粒度）在料层中呈流态化状态燃烧的设备。流化床炉是工业上炉内脱硫的主要炉型。掺有一定比例石灰石粉的燃料在流化床内的适宜温度(850℃~950℃)下进行燃烧和脱硫反应，可获得高的脱硫率。流化床炉是一种有利于环境保护的炉型。炉内温度适当可使NOX生成量和灰分中钾、钠的挥发大为减少。*

图2-4表明，当流化速度一定时，脱硫率随Ca/S比增大而增大；当Ca/S比一定时，随流化速度降低，脱硫率升高。*图2-4脱硫率与Ca/S摩尔比的关系2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2）型煤脱硫技术

用沥青、石灰、电石渣、无硫纸浆黑液等作为黏结剂，将粉煤经机械加工成一定形状和体积的煤。可减少二氧化硫排放40％～60％，提高燃烧热效率20％～30％。*3）水煤浆技术：

20世纪70年代发展起来的一种以煤代油的新型燃料，是将灰分很低而挥发分很高的煤研磨成细微煤粉，按煤水合理的比例，加入分散剂和稳定剂配制而成，可以象燃料油一样运输、贮存和燃烧。由于水煤浆以液态输送，这给加入石灰石粉或石灰与煤浆均匀混合而进行脱硫创造了条件。

生产水煤浆的原料煤，灰分一般小于8％，硫分小于0.5％。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.SO3生成控制低氧燃烧控制空气过剩系数低于1.05，一般为1.02~1.03。要注意采取以下技术措施，防止出现燃烧不完全和不稳定的现象：选用性能良好的雾化器，使雾化良好；选用性能良好的调风器，以获得需要的空气动力工况，并保证燃料与空气混合良好达到完全燃烧；选用合适的配风系统，保证各燃烧器空气分配均匀；选用高质量的仪表和自动调整设备。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2.4NOX的生成机理及控制

氮氧化合物有N2O、NO、NO2、N2O4等，总称氮氧化物。其中主要污染大气的是NO和NO2

，主要来源于燃料燃烧过程。

NOx的排放依气、油、煤的顺序而增加。

2.2.4.1燃烧过程NOx的生成机理

1.分类燃烧过程中生成的NOx有三种：

a.温度型NOx（ThermalNOx）：燃烧用空气中的氮气在高温下氧化生成NOx。

b.瞬时机理型NOx

（PromptNOx

）：碳氢系燃料在过浓燃烧时产生,通常生成量很少。

*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*其中NO约占90％，其余为NO2。c.燃料型NOx（fuelNOx）：燃料中含有的氮的化合物，在燃烧过程中氧化而生成的氮氧化物。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.各类型NOx生成机理及其控制原理

a.温度型NOx的生成机理及其控制原理*根据“准定常近似”，控制步骤-+2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*，k2和k－1数量级基本相同。令氧气的离解反应处于平衡状态，可得：2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

*K0为离解反应平衡常数，2K0k1=3×1014exp(-542000/RT)由★式可知：(1)温度对NO的生成速度起决定作用。当T<1500℃时，温度型NOx生成量极少，T>1500℃时，反应才变得明显。(参看图2－5)(2)氧气浓度和停留时间对NO的生成量也有影响*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

空气过剩系数<1时，NO生成量随氧气浓度增大而增加；空气过剩系数>1时，NO生成量由于温度降低而减少。*图2-6NO浓度与过量空气系数和停留时间的关系*NO生成反应在燃料基本燃烧完后进行，即是在火焰的下游区域生成。故控制措施为：（1）降低燃烧温度；（2）降低氧气浓度；（3）燃烧条件远离理论空气比；（4）缩短高温区的停留时间。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

b.快速温度型NO的生成

快速温度型NO是碳氢系燃料在过量空气系数为0.7～0.8并采用预混合燃烧时产生的，是这种情况下的特有现象。通常情况下．在不含氮的碳氢系燃料低温燃烧时，才重点考虑快速温度型NO。快速温度型NO的生成对温度依赖性很弱。生成量也很少。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

c.燃料型NO生成及控制原理

液体燃料和固体燃料中含有一定数量的含氮有机物，如哇林C5H5N、吡啶C9H7N等，燃烧时有机物中的原子氮容易分解出来，并生成NO。影响因素：生成燃料型NO步骤的反应活化能较低，燃料中N的分解温度低于现有燃烧设备中的燃烧温度，因此，燃料型NO的生成受燃烧温度的影响很小。燃料N含量愈高，燃料N向燃料型NO的转化率反而降低。普通燃烧条件下，燃油锅炉中氮的转化率为32％～40％；粉煤锅炉中一般为20％～25％，不会超过32％。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

燃料N的转化率在空气过剩系数α大于1.1后，不再增加。

α<1.0时，燃料生成量急剧下降，α低于0.7时，转化率≈0。这是因为氮与碳氢在燃烧过程中竞争氧气的能力较弱。燃料中N向燃料型NO的转化率与含氮化合物的种类无关。控制措施为：采用含氮量低的燃料；降低过量空气系数燃烧；扩散燃烧时，推迟混合。*2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

总的来说，温度和空气过剩系数对NO生成量有很大影响。具体到实际操作，包括空气／燃料比、燃烧空气的预热温度、燃烧区的冷却程度及燃烧器的形状设计。**[例]某锅炉燃煤量为1000kg/min，煤中氮含量为1%（质量分数），其中40%在燃烧时转化为NOX。设燃料型NOX占总排放量的80%，求锅炉的：①燃料型NOX排放量；②NOX总排放量；③NOX排放系数。*

燃烧过程中生成的NOX以温度型和燃料型为主。其中，机动车以汽油和柴油为主要燃料，含N量比较低，但是燃烧温度较高，因此生成的NOX主要是温度型；在我国，固定源燃烧以煤和重油为主要燃料，它们的含N量较高，生成的NOX以燃料型为主，其次是温度型。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

2.2.4.2低NOX燃烧技术

1.低氧燃烧在低空气过剩系数状况下运行。主要对燃料型NO有作用。应防止由于空气不足，烟尘生成量增大。

2.烟气再循环燃烧采用较多的控制温度型NO的有效方法，可以用于大型锅炉。原理：利用循环烟气降低炉内温度。对燃料型NO没有作用，适合含氮量少的燃料。*通常取再循环率为20％～30％。采用排气再循环方法时，装置中需要有再循环泵和管路设备，在某些情况下，可能还需要冷却器，并需设置排气再循环率控制机构。这样，设备面积将会增大。2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

3.二段燃烧法分两次供给空气：第一次供给的一段空气低于理论空气量，约为理论空气量的80％～85％，燃烧在燃料过浓的条件下进行；第二次供给的二段空气，约为理论空气量的20％～25％，过量的空气与过浓燃料燃烧生成的烟气混合，完成整个燃烧过程。原理：一段利用空气过剩系数控制；二段利用温度控制。存在问题：二段空气分配不当，会使烟尘浓度和不完全燃烧的损失增加。**低NOX燃烧器混合促进型改善燃料与空气的混合，缩短在高温区内的停留时间，同时可降低氧气剩余浓度需要精心设计自身再循环型利用空气抽力，将部分炉内烟气引入燃烧器内，进行再循环燃烧器结构复杂多股燃烧型用多只小火焰代替大火焰，增大火焰散热表面积，降低火焰温度，控制NOX生成量阶段燃烧型让燃料先进行过浓燃烧，然后送入余下空气，由于燃烧偏离理论当量比，可降低NOX浓度容易引起烟尘浓度增加喷水燃烧型让油、水从同一喷嘴喷入燃烧区，降低火焰中心高温区温度，以降低NOX浓度喷水量过多时，将产生燃烧不稳定2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

4．低NOX燃烧器

*低NOX炉膛燃烧室大型化采用较低的热负荷，增大炉膛尺寸，降低火焰温度，控制温度型NOX炉膛体积增大分割燃烧室用双面露光水冷壁把大炉膛分成小炉膛，提高炉膛冷却能力，控制火焰温度，从而降低NOX浓度炉膛结构复杂，操作要求高切向燃烧法火焰靠近炉壁流动，冷却条件好，再加上燃料与空气混合较慢，火焰温度低，而且比较均匀，对控制温度型NOX十分有效2.2固定源燃烧过程中大气污染物

的生成机理及控制

5．低NOX炉膛

燃烧计算2.3.1气体燃料的燃烧计算2.3.1.1发热量燃料发热量有高、低位之分。高位发热量（或高热值）指燃料完全燃烧，并当燃烧产物中的水蒸汽（包括燃料中所含水分生成的水蒸汽和燃料中氢燃烧生成的水蒸汽）凝结为水时的反应热。低位发热量（或低热值）是燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时的反应热。因为当前各种炉、窑的排烟温度均远远超过水蒸汽的凝结温度，因此对能源转换设备大都按低位发热量计算。*2.3燃烧计算

可燃气体发热量可根据该气体燃烧反应热算得。混合气体的发热量可直接用量热计测定，也可以由各单一气体的发热量按下式计算：式中Q—高位发热量或低位发热量(kJ/Nm3)；

Qi—n种可燃气体中任一组分i的高位发热量或低位发热量(kJ/Nm3)；

*2.3燃烧计算2.3.1.2理论空气量和实际空气量1.理论空气量理论空气量是指单位燃料（气体燃料一般用1，固体和液体燃料一般用1kg）按燃烧反