大气污染与控制工程

大气污染与控制工程环境工程导论内容一、大气污染概述二、环境空气质量规范三、大气污染气候学及大气污染模型四、颗粒污染物及除尘工艺五、VOCs及净化工艺六、SOx及脱硫工艺七、NOx及脱氮工艺八、CO2减排措施一.大气污染概述一.为什么要进展大气污染控制人体安康与大气的关系人一刻也离不开空气人的需求量每天需求的食物约1.5kg每天需求的空气约15kg人的极限耐力断食,断水5天可以生存断绝空气5分钟死亡获取较干净的空气比获取较干净的水就要难得多二、根本概念1.大气〔atmosphere〕是指环绕地球的全部空气的总和.2.环境空气〔ambientair〕是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气.3.大气污染〔airpollution〕指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，到达了足够的时间并因此而危害了人体的温馨、安康和福利或危害了环境的景象。一.大气污染概述表1.1枯燥干净空气的组成0.00120.00050.00050.0000080.0000020.000001甲烷(CH4)氪(Kr)氢(H2)氙(Xe)二氧化氮(NO2)臭氧(O3)78.08420.9460.9340.0330.00050.0018氮(N2)氧(O2)氩(Ar)二氧化碳(CO2)氦(He)氖(Ne)体积比(%)气体体积比(%)气体一.大气污染概述三.大气污染类型①煤烟型污染指由于煤熄灭过程中排放的各种污染物而呵斥的污染。②氧化型污染指由于机动车尾气排放和燃油锅炉的排气中含有的氮氧化物和碳氢化合物，呵斥的二次污染。③混合型/复合型污染指由于燃煤和燃油过程中产生的污染物相互结合在一同，经过化学反响产生的一种的污染。一.大气污染概述四.大气污染物种类一)气溶胶形状污染物1.粉尘是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定的时间内能坚持悬浮形状。2.烟尘是燃料和其它物质熄灭的产物。3.雾是气体中液滴悬浮体的总称。目前，关注的是PM10和PM2.5总悬浮颗粒物(TotalSupendedParticulates，简称TSP)是指悬浮于空气中，空气动力学当量直径≤100μm的一切固体颗粒物，包括可吸入颗粒物和可入肺颗粒；可吸入颗粒物(ParticleswithDiametersof10μmorLess，简称PM10)是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm，经过呼吸系统可以吸入人体的颗粒；可入肺颗粒(PM2.5)是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤2.5μm，可以进入人体肺泡的颗粒。一.大气污染概略四.大气污染物种类二)气体形状污染物1.一次污染物：从污染源直接排入空气中的原始污染物；2.二次污染物：一次污染物进入空气后，经过一系列化学或光化学反响生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。表气体形状大气污染物种类SO3、H2SO4及硫酸盐NO2、HNO3及硝酸盐无醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3无SO2、H2SNO、NH3CO、CO2C1~C10化合物HF、HCI含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氢化合物卤素化合物二次污染物一次污染物污染物一.大气污染概述五.大气污染源类型1．按人们的社会活动功能分类①生活污染源②工业污染源③交通污染源2．按污染源的几何形状分类①点污染源②面污染源③线污染源一.大气污染概述六.大气污染危害1.颗粒物对人体安康的影响飘尘对人体的危害作用(PM10,PM2.5)2.气体形状污染物对人体安康的影响①具有很强的刺激性的SO2气体②NOX的毒性③O3的刺激性作用④挥发性有机化合物(VOCs)中的有毒有害3.对城市环境中的植物、器物和资料的损失4.能见度降低一.大气污染概述七.几个典型的大气污染景象一、酸雨是指pH<5.6的酸性降雨。如今泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的方式从大气转移到地面上。★酸雨的危害1.酸雨使植物淋失2.酸雨使土壤淋失3.酸雨对生物的影响4.酸雨对建筑资料和金属构造的腐蚀5.影响人体安康一.大气污染概述七.几个典型的大气污染景象二、温室效应地球大气层上的一种物理特性〔图〕240W/m2240W/m2部分的太阳辐射被地球外表和大气层折射前往地球图地球大气层的长期辐射平衡情况表示图地球外表释放的红外线辐射地球外表吸收太阳辐射而使地球外表温度升高太阳103W/m2太阳辐射经过大气层大气层部分红外线辐射被温室气体吸收和再次释放出来，效应是地球外表和大气低层变暖前往太空时的总红外线辐射量太阳总辐射量第一章环境污染防治三温室气体种类及危害1、种类：CO2、CH4、N2O、SF6、氟利昂、NF3等2.温室气体危害①地球上的病虫害添加；②海平面上升；③气候反常，海洋风暴增多；④土地干旱，沙漠化面积增大。3.温室气体减排根本方法1〕国际间的协作；2〕对CO2：根本对策是能源对策，主要有：①自然能源；②低碳能源；③核能；④节能；⑤CO2固定。3〕对N2O及CH4:在进展工业排放时进展抑制；4〕对HFC、PFC：根本对策是防止走漏，回收再利用替代。图温室效应气体使气温上升所占比例第二篇实施可继续开展战略的途径一.大气污染概述七.几个典型的大气污染景象三、臭氧层破坏★臭氧层〔图〕★臭氧空洞指的是因空气污染物质，特别是氟化氮和卤化代烃类等气溶胶污染物的分散、侵蚀而呵斥大气臭氧层被破坏和减少的景象。★臭氧层破坏物质是破坏平流层臭氧层物质的总称，这些物质有氟利昂、灭火剂、洗涤剂、CCl4以及甲基溴等。臭氧密度(cm-3)0204060801001201602002402803201091010101110121013绝对温度(k)高度(km)对流层平流层中间层热层实际值实测值图10.3大气构成与臭氧层的高度分布一.大气污染概述七.几个典型的大气污染景象三、臭氧层破坏★臭氧层破坏的后果1．对人体安康的影响；2．对陆生植物的影响3．对水生生态系统的影响；4．对生物地球化学循环的影响5．对城市空气质量和建筑资料的影响★臭氧层维护对策1.国际间的协作；2.对臭氧层破坏物质①用替代品取代臭氧层破坏物质；②设备取代方法；③抑制排放方法二.环境空气质量规范一.根本概念1.环境空气质量规范以保证人体安康和一定的生态环境为目的，对大气环境中各种污染物的含量所作的限制规定。是进展大气环境科学管理，制定大气污染防治规划和大气污染物排放规范的根据，是环境管理部门的执法根据。2.大气污染物排放规范是为实现大气环境质量规范，对污染源排入大气的污染物允许含量的限制规定。分为国家规范、地方规范和行业规范。

二.环境空气质量规范一.根本概念3.大气污染控制技术规范根据污染物排放规范引申出来的辅助规范，如燃料、原料运用规范，净化安装选用规范，排气囱高度规范及卫生防护间隔规范等。目的是使消费、设计和管理人员容易掌握和执行。4.大气污染警报规范根据大气污染开展趋势预防发生污染事故而规定的空气中污染物含量的极限值。超越这一限值就应警报，以便采取必要的预防措施，尽量减少对人们的危害。

二.环境空气质量规范二.环境空气质量功能区分类1.一类区:自然维护区、风景名胜区和其它需特殊维护的地域。2.二类区:城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、普通工业区和乡村地域。三.环境空气质量规范分级1、一类区执行一级标2、二类区执行二级规范3、新的<环境空气质量规范>〔GB30952021〕(GB3095-2021)环境空气质量指数：看表情知天气三.大气污染气候学及大气污染模型一.大气圈层与气候要素1.大气圈层〔图〕按大气温度的垂直构造，大气圈分为：a.对流层〔表〕;b.平流层c.中间层;d.热层；e.逃逸层2.主要气候要素☆气候要素:表示大气形状的物理量和物理景象.☆种类:气温、气压、气湿、风向、风速、云况和能见度对流层的主要特征：1.集中整个大气质量的3/4和几乎全部水蒸气；2.大气温度随高度的添加而降低；3.空气具有剧烈的对流运动；4.温度和湿度的程度分布不均匀。二.气候的动力因子风和湍流1.风:空气的程度运动1〕风向a.风向频率和主导风向b.风玫瑰图；c.污染系数；d.最多风向。(☺)2)风速:平均风速、最大风速，各级风速出现的频率2.湍流:无规那么阵性搅动的气流(►)三.大气污染气候学及大气污染模型图3.1风向的十六方位图ab图烟团湍流分散表示图(a.无湍流；b.有湍流)风向和风速－风玫瑰图(◄)风速,m/s某地域1998年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11％，其中风速大于10.82m/s的频率约为1％，风速在3.35～5.41m/s的频率为3.5左右。三.气候的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温1．干绝热直减率γd和气温垂直递减率γA.干绝热直减率γd干空气快〔包括未饱和的湿空气〕绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值。B.气温垂直递减率γ气温随高度的变化三.大气污染气候学及大气污染模型三.气候的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温2．温度层结气温垂直分布普通有四种情况①气温随高度的添加而降低。此时γ＞0，γ＞γd②气温根本上不随高度变化。此时，γ=0〔等温层结〕③气温随高度添加而上升。此时γ＜0④气温垂直递减率接近于1K/100m，即γ=γd〔中性层结〕三.大气污染气候学及大气污染模型图气温垂直递减率γ规范大气压γ＞0干绝热等温层γ=0逆温层γ＜0大气层高度气温γd＞0三.气候的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温2．逆温近地层空气温度随高度的添加而上升的一种景象.逆温类型辐射逆温〔如图)平流逆温下沉逆温〔如图)锋面逆温(如图)三.大气污染气候学及大气污染模型图辐射逆温的生消过程(a)逆温构成前的气温垂直分布;(b)逆温开场生成;(C)逆温逐渐向上扩展；(d)逐渐消逝；(e)完全消逝三.大气污染气候学及大气污染模型图海风入侵时的锋面与分散下沉逆温：由于空气下沉遭到紧缩增温而构成的逆温〔图3-11〕。锋面逆温：在对流层中：锋面上，冷暖空气团相遇时，假设冷暖空气的温差很大时，就可以出现锋面逆温。图下沉逆温的构成三.大气污染气候学及大气污染模型三.气候的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆大气稳定度大气稳定度是表示空气块在铅直方向的稳定程度1.大气稳定度的判别①不稳定类〔γ＞γd〕;②中性类〔γ=γd〕;③稳定类〔γ＜γd〕2.大气稳定度的分类(表3.2)稳定类：E和F中性类：D不稳定类：A、B、C季节风速白昼夜间0~2晴3~7多云8~10(阴)0~2(晴)3~7多云8~10阴夏春秋冬夏春秋冬各季各季<2m/sAA-BBA-BBB-CDEED2~2.9A-BBB-CBB-CCDED-ED3~4.9BB-CCB-CCC-DDD-EDDD5~6B-CCC-DCC-DDDD>6CDDDDDDD三.大气污染气候学及大气污染模型四.大气污染湍流分散模型☆作用及建模条件1.预测大气污染物排放后，在不同时间与空间的浓度分布2.一切的模型都采用必要的假设条件3.模型基于质量守恒定律☆高斯烟羽模型四.颗粒污染物及除尘工艺一.颗粒物粒径与沉降速度buoyancygravityDragforceaStokes’law四.颗粒污染物及除尘工艺二.除尘安装概述☆除尘安装：从气体中除去或搜集固态或液态粒子的设备。☆除尘安装类型：1.机械式除尘器重力沉降室；惯性除尘器；旋风除尘器2.湿式除尘器3.过滤式除尘器4.电除尘器四.颗粒污染物及除尘工艺干式机械除尘器一)重力沉降室利用粉尘与气体的密度不同,依托本身的重力从气流中自然沉降下来，到达净化目的的安装.类型a.程度气流沉降室；b.垂直气流沉降室。优点简单，价低，便于维护，压力损失小，可处置高温气体.缺点沉降小颗粒的效率低，普通只能除去50μm以上的大颗粒.图程度气流简易重力沉降室四.颗粒污染物及除尘工艺干式机械除尘器二)惯性除尘器利用粉尘与气体在运动中的惯性力不同，使粉尘从气流中分别出来的方法。类型a.冲击式构造；b.反转式构造。惯性除尘器的特点a.能分别10-30μm左右的尘粒，除尘效率为70％;b.适宜安装在烟道上运用;c.可设计成不同的构造方式，作为前一级除尘器与其他除尘方法组成多级除尘系统。图惯性除尘器的分别机理表示图四.颗粒污染物及除尘工艺干式机械除尘器三)旋风除尘器利用离心力作用将尘粒从气流中分别并捕集下来的安装。☆旋风除尘器的构造及任务原理(图)☆旋风除尘器的分类a.切线进入式旋风除尘器；b.轴向进入式旋风除尘器旋风除尘器的特点a.构造简单，造价低；b.无传动机构及运动部件维护、修缮方便；c.可用于高温含尘烟气的净化;d.可接受内、外压力；e.可干法清灰，可用它回收有价值的粉尘；f.可用以净化含高腐蚀性粉尘的烟气。四.颗粒污染物及除尘工艺湿式除尘器用水或其他液体与含尘废气相互接触，实现分别捕集粉尘粒子和吸收有害气体的安装.类型a.重力喷雾除尘器；b.旋风水膜除尘器；c.贮水式冲击水浴除尘器；d.填料塔除尘器；f.文丘里除尘器；优点①除尘效率比干式除尘器的高；②可处置高温、高比阻、易燃易爆含尘气体；③具有除尘、冷却和净化的作用。缺点①有废水处置问题；②洗涤水有一定的腐蚀性，金属设备易被腐蚀；③在冰冷地域运用湿式除尘器容易冻结；④能耗比较大。图填料洗涤除尘器的类型a.错流型；b.顺流型；c.逆流型图文丘里洗涤除尘器安装系统四.颗粒污染物及除尘工艺过滤式除尘器一)过滤式除尘器利用多孔过滤介质分别捕集气体中固体或液体粒子的净化安装。类型1.按运用原料的性状不同;2.按除尘器的运用目的;3.按粉尘粒子在除尘器中被捕获位置的不同(图);内部过滤:粉尘粒子是在滤层内部而被捕集.外部过滤:粉尘粒子是被阻挠在滤料的外表上.图过滤除尘器的过滤方式四.颗粒污染物及除尘工艺过滤式除尘器二)袋式除尘器含尘气体经过滤袋滤去其中粉尘粒子的分别捕集安装。优点①对净化含微米或亚微米粉尘粒子的效率较高；②可捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘；③含尘气体浓度在相当大的范围内变化；④可设计制造出顺应不同气量的含尘气体的要求；⑤稳定可靠，无污泥处置和腐蚀等问题。缺点①受滤料的耐温暖耐腐蚀等性能所影响；②不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体；③净化大含尘烟气量所需投资比电除尘器高。图滤布的滤尘过程LDB型布袋除尘器LPP系列脉冲袋式除尘器PPC系列气箱脉冲袋收尘器四.颗粒污染物及除尘工艺电除尘器当含尘气体经过强电场时被电离而荷电，荷电的尘粒在电场力作用下到达集尘极，从而使尘粒从含尘气体中分别出来一种除尘安装。☆电除尘器的机理含尘气体经过两极间非均匀电场时，在放电极周围强电场作用下，气体被电离，使带电尘粒在电场作用下推向集尘极，从而到达除尘目的。☆电除尘器的类型1.按集尘电极的型式①管式电除尘器；②板式电除尘器。2.按含尘气流在电除尘器中流动方式①立式电除尘器；②卧式电除尘器3.按收尘极上清灰方式的不同①干式电除尘器；②湿式电除尘器图平板型集尘极的不均匀电场表示图++++(+)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)离子化区(A)集尘极(+)荷电层荷电层荷电层(-)(-)放电极(-)(B)(A)集尘极(+)高压直流电源含尘气体四.颗粒污染物及除尘工艺图喷水型湿式电除尘器表示图图管式电除尘器的表示图电除尘器外观图卧式立式五.VOCs及净化工艺挥发性有机气体来源、种类及治理要求常温下是液体或固体，平衡蒸汽较高，沸点较低，易于挥发到空气中构成气态污染物。☆来源汽车制造业、自行车、摩托车、家用电器、电线电缆、漆包线、电机及电机绝缘处、电器、仪表、电子、石油化工、涂料、化工、印铁、印刷、家具、皮革、鞋业、玻璃、建材等行业等☆类型甲醛、甲苯、苯、乙醚、丙酮等☆治理要求2021年10月1日开场强迫收费五.VOCs及净化工艺挥发性有机气体净化工艺☆Condensation(冷凝法)☆Adsorption(固体吸附法)☆Absorption(液体吸收法)☆combustion(Incineration)(熄灭法)☆BiologicalOxidation(Biofiltration)(生物氧化法)工业上常用的吸附剂①活性氧化铝和氧化铝；②硅胶；③活性炭；④分子筛沸石吸附后尾气的催化熄灭废气入口热交换器预热室催化床排气补充能量六.SOx及脱硫工艺SOx的来源与脱硫途径☆来源1、煤熄灭中产生的低浓度的SO2烟气是主要来源2、铅锌冶炼厂及硫酸厂排放的高浓度SO2☆脱硫途径熄灭前脱硫〔低硫煤，煤的分选与预处置〕1.选煤技术;2.水煤浆技术;3.煤气化技术;4.煤液化技术.熄灭中脱硫〔炉内脱硫〕①型煤；②硫化床熄灭技术；③炉内喷钙技术熄灭后脱硫〔烟气脱硫〕六.SOx及脱硫工艺SOx的来源与脱硫途径熄灭后脱硫〔烟气脱硫〕FGDPlantPrinciplePictureProcesswaterLimestoneslurrytankFiltratetankGGH

Fluegas

CleangasWastewaterGypsumstorageOxidationairLimestoneVacuumbeltfilterWetballmill

Limestonesilo

GypsumAbsorber强迫氧化湿法脱硫工艺FGD反响原理烟气脱硫工艺比较七.NOx及脱氮工艺NOx的构成机理①热力型NOX：高温空气熄灭时生成的NOX；②燃料型NOX：有机燃料熄灭时分解的N2和空气中的O2反响生成的NOX；③瞬时NOX：低温火焰中由于含碳自在基的存在，经过中间产物转换为NOX。图煤粉炉中三种类型NOX生成量与炉膛温度间的关系七.NOx及脱氮工艺反响剂层喷氨格栅静态混合器烟气入口烟气出口预留层导流安装挡板导流安装省煤器灰斗主烟道省煤器旁路塔式炉七.NOx及脱氮工艺NOx的控制技术一.传统的低NOX熄灭技术1.低空气过剩系数运转技术；2.降低助燃空气预热温度3.烟气循环熄灭；4.多段熄灭技术二.先进的低低NOX熄灭器技术1.炉膛内整体空气分级的低NOX直流熄灭器2.空气分级的低NOX旋流熄灭器3.空气/燃料分级的低NOX熄灭器三.循环流化床锅炉熄灭技术图空气—燃料分级—低NOX熄灭器二次火焰烟气燃尽区着火火焰稳定产生NOX一次燃料空气一次火焰分级燃料分级风排出热量排出热量复原气氛复原NOX控制NOX生成利用的的氧浓度减缓燃尽过程图燃料分级再燃原理表示图