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环境工程学第七章讲义现在学习的是第1页，共98页第七章气态污染物控制第一节吸收净化第五节生物净化第三节催化转化第四节燃烧转化第六节气态污染物的其他净化法第二节吸附净化现在学习的是第2页，共98页第一节吸收净化吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。该法具有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等特点，因此，广泛地用于气态污染物的处理。例如含S02、H2S、HF和NOx等污染物的废气，都可以采用吸收净化。现在学习的是第3页，共98页吸收分为物理吸收和化学吸收。在大气污染控制过程中，一般是废气量大、成分复杂、吸收组分浓度低，靠物理吸收很难达到排放标准，因此大多采用化学吸收法。故本章主要讨论伴有化学反应的吸收过程和设备。现在学习的是第4页，共98页一、吸收平衡物理吸收时，常常用亨利定律来描述气液相间的平衡，即(71)(72)现在学习的是第5页，共98页亨利定律适用于常压或低压下的稀溶液，溶质在气相及液相中的分子状态相同。如果被溶解的气体分子在溶液中有某种变化(例如化学反应、解离、聚合等)，就会发生对于理想溶液的显著偏差。此时亨利定律只适用于溶液中未发生化学反应的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度则决定于液相化学反应的平衡条件。现在学习的是第6页，共98页下面将从相平衡与化学平衡的关联来讨论化学吸收时的气液平衡关系。在有化学反应存在时，溶解于溶剂的溶质量由两部分组成：(1)与气相浓度物理平衡相对应的溶质量；(2)由于化学反应消耗的溶质量，即(73)设被吸收组分A与溶液中所含的组分B发生相互反应(74)现在学习的是第7页，共98页亨利定律关系式：(75)化学平衡关系式：(76)式(76)可变为：(77)将式(77)代入式(75)得(78)若已知系统中各组分的初始浓度，则按式(77)、(78)和(73)可计算出气体组分A的总溶解度CA。在被吸收组分浓度及各反应组分浓度较低的情况下有下列关系式：现在学习的是第8页，共98页二、吸收速率方程（一）双膜理论吸收是气相组分向液相转移的过程，由于涉及气液两相问的传质，因此这种转移过程十分复杂；现已提出了一些简化模型及理论来加以描述，如双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。其中双膜理论描述比较直观，易于进行数学处理，应用较为普遍，它不仅用于物理吸收，也适用于气液相反应。现在学习的是第9页，共98页双膜理论假设在气液界面两侧各存在一个静止膜，在气相一侧称为气膜，在液相一侧为液膜，在膜外气体或液体主体中，由于湍流扩散作用而不存在浓度梯度。气相的扩散阻力全部在气膜内，液相的扩散阻力全部在液膜内，膜内仅发生分子扩散。因而，气液相间的传质速度，取决于通过气膜和液膜的分子扩散速率。现在学习的是第10页，共98页现在学习的是第11页，共98页对于气膜显然传质系数和膜厚的关系为在界面上对于液膜(722)(723)(724)(725)从而有(726)而(727)根据描述分子扩散的费克定律可推出被吸收组分A在气膜和液膜内的传质速度方程，即现在学习的是第12页，共98页（二）伴有化学反应的传质系数伴有化学反应的传质系数，理论计算很难，一般采用实测或增强系数法。液相中发生化学反应时，吸收速率的表示仍可采用与传统的物理吸收相同的推动力（cA=cAi-cA），而采用加大的液相传质系数，即选取与物理吸收相同的液相传质分系数kL，再乘以增强系数，kL即为有化学反应的液相传质系数。现在学习的是第13页，共98页三、吸收设备及设计（一）吸收设备的类型及特点在吸收过程中，溶质从气相转移到液相是在气液界面进行的，界面积越大，吸收效果越好，各种设备都是为提供较大的气液界面而设计的。根据产生界面的机制，吸收设备可分为三大类液膜表面吸收器气泡表面吸收器液滴表面吸收器（二）填料吸收塔的设计计算1.塔径计算(733)现在学习的是第14页，共98页现在学习的是第15页，共98页2.填料层高度的计算对于按如下化学计量方程式进行的化学吸收过程：填料层高度H为：最终得到：(734)现在学习的是第16页，共98页第二节吸附净化气体混合物与适当的多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上。这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。具有吸附作用的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。现在学习的是第17页，共98页一、吸附过程(一)物理吸附和化学吸附根据吸附力的性质，吸附过程有物理吸附和化学吸附之分。物理吸附主要是靠分子间的范德华引力产生的，它可以是单分子层吸附，也可以是多分子层吸附，(图7-5左部)；而化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生的。只能单层吸附(图75右部)。现在学习的是第18页，共98页图7-5现在学习的是第19页，共98页(二)吸附剂及其再生与水处理中用的吸附剂要求相仿，作为气体净化吸附剂应满足如下要求：(1)有大的比表面积；(2)选择性要好，有利于混合气体的分离；(3)具有一定的粒度、较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性；(4)大的吸附容量；(5)来源广泛，价格低廉。现在学习的是第20页，共98页表7-2常用吸附剂的特性现在学习的是第21页，共98页二、吸附装置吸附装置可分为固定床、流动床及沸腾床。在空气污染控制中最常用的是由两个以上的固定床组成的半连续式吸附流程(图76)所示。气体连续通过床层，当一个达到饱和时，气体就切换到另一个吸附器进行吸附，而达到饱和的吸附床则进行再生。在这种流程中，气体是连续的，而每个吸附床则是间歇运行。解吸是导入水蒸汽来实现的。现在学习的是第22页，共98页现在学习的是第23页，共98页现在学习的是第24页，共98页第三节催化转化催化转化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。该法与其它净化法的区别在于，无需使污染物与主气流分离。避免了其它方法可能产生的二次污染，又使操作过程得到简比。催化转化的另一特点是对不同浓度的污染物都具有很高的转化率，因此在大气污染控制工程中得到较多的应用。现在学习的是第25页，共98页一、催化作用和催化剂(一)催化作用化学反应速度因加入某种物质而改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时却不变的作用称为催化作用，加入的物质称为催化剂。能加快反应速率的称为正催化作用；减慢反应速率的称为负催化。反应物和催化剂同为一相时称均相催化；反应物和催化剂不同相时称为多相催化。在大气污染控制中，仅利用多相正催化作用，化学反应为催化氧化和催化还原。现在学习的是第26页，共98页催化过程可作如下的简化描述：有反应：(754)当受到催化剂作用时，有下面反应发生：(755)(756)根据活性中心及活化络合理论，催化作用起源于催化剂表面上的活性中心对反应物分子的化学吸附，反应分子被活性中心吸附后形成了一种具有活性的络合物，使原分子的化学键松弛，从而降低了活化能。而活化能的大小直接影响到反应速率的快慢，它们之间用阿累尼乌斯方程表示(757)现在学习的是第27页，共98页（二）催化剂催化剂通常由主活性物质、载体和助催剂组成。由于催化作用一般发生在主活性物质表面厚度为2030nm内，因而主活性物质一般附着在惰性载体上。载体具有两种作用：一是提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性，二是增大催化剂的机械强度、导热性及热稳定性，延长催化剂的寿命。助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化剂性能。助催剂和主活性物质都附于载体上，做成球状、圆柱状、片状、丝状、网状和蜂窝状等以供选用。现在学习的是第28页，共98页现在学习的是第29页，共98页第四节燃烧转化燃烧法是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收物质的方法。例如，含烃废气在燃烧中被氧化成无害的二氧化碳和水。此外燃烧转化还可以消烟、除臭。现在燃烧法已广泛用于石油工业、有机化工、食品工业，涂料和油漆的生产、金属漆包线生产、纸浆和造纸、动物饲养场、城市废物的干燥和焚烧处理场等主要含有机污染物的废气治理。燃烧法的工艺简单、操作方便，可回收含烃废气的热能。但是处理可燃组分含量低的废气时，需预热耗能，应注意热能的回收。现在学习的是第30页，共98页一、燃烧转化原理(一)燃烧反应燃烧反应是一种放热的化学反应，可用普通的热化学方程式表示。燃烧计算中，一个很重要的参数是空燃比。设质量为m1的燃料需要的空气量为m2，则空气与燃料之质量比AF为：(770)(二)爆炸极限范围当混合气体中的氧和可燃组分在一定浓度范围内，某一点被燃着时产生的热量，可以继续引燃周围可燃的混合气体，此浓度范围就是燃烧极限浓度范围。可燃混合气体在某一点着火后，传播开来，在有控制的条件下，就形成火焰而维持燃烧，若在一个有限空间内迅速蔓延，则形成气体爆炸。因此，燃烧极限浓度范围也就是爆炸极限浓度范围。现在学习的是第31页，共98页若有几种可燃物与空气混合时，其爆炸极限范围的近似值可按下式计算：(771)(三)燃烧类型表75各类燃烧类型现在学习的是第32页，共98页二、燃烧过程及装置(一)直接燃烧浓度高于爆炸下限的废气可在一般的炉、窑中直接燃烧，并回收其热能。(二)热力燃烧热力燃烧过程可分为三步：（1）燃烧辅助燃料提供预热能量；（2）高温燃气与废气混合以达到反应温度；（3）废气在反应温度下充分燃烧。根据废气与火焰接触的状态不同，可分为配焰燃烧和离焰燃烧两种形式。燃烧室容积：反应室长度：(772)(773)现在学习的是第33页，共98页图715配焰燃烧炉图716离焰燃烧炉特点：辅助燃料在配焰燃烧器中形成许多小火焰，废气分别围绕小火焰进入燃烧室，使废气与火馅充分接触，因此能够迅速均匀混合，以使燃烧完全。特点：辅助燃料先燃烧后混合，火焰较大较长，易于控制，结构简单，但混合较慢，故设计时应着重解决混合问题，如采用旋风燃烧器就是一种好的形式。现在学习的是第34页，共98页(三)催化燃烧在催化剂存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应，这种方法能节约燃料的预热，提高反应速度，减少反应器的容积，提高一种或几种反应物与另一种或几种反应物的相对转化率。优点：操作温度较低，燃料耗量小，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险。缺点：催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高，大颗粒物及液油应预先除去，不能用于使催化剂中毒的气体。(四)热能回收直接燃烧法所释放的热能，应回收利用。热力燃烧和催化燃烧要消耗较多的辅助燃料，因而热回收利用往往成为燃烧法是否经济合理的关键。热能回收可用于如下途径：现在学习的是第35页，共98页（1）回收废热用以预热进口的冷废气：这样可以节约部份辅助燃料。图717回收热量的催化燃烧过程现在学习的是第36页，共98页（2）热净化气再循环：即将排出的高温气先用于预热入口冷废气，随后全部或部分再循环到烘烤炉或干燥炉作为热介质使用，经济效果显著。图717有热回收的热力燃烧（3）废热利用：将高温气体用于废热锅炉产生蒸汽或热水。现在学习的是第37页，共98页第五节 生物净化废气的生物处理是利用微生物的生命活动过程把废气废气的生物处理是利用微生物的生命活动过程把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。自然界中存在有各种各样的微生物，因而几乎所有无机自然界中存在有各种各样的微生物，因而几乎所有无机和有机的活染物都能被微生物所转化。和有机的活染物都能被微生物所转化。生物处理不需要再生过程和其它高级处理。生物处理不需要再生过程和其它高级处理。现在学习的是第38页，共98页优优点点：与与其其它它净净化化法法相相比比，处处理理改改备备简简单单，费费用用也也低低，并可以达到无害化的目的。并可以达到无害化的目的。应应用用：生生物物处处理理法法广广泛泛地地应应用用于于废废气气治治理理工工程程中中，特特别别是是有有机机废废气气的的净净化化，如如屠屠宰宰厂厂、肉肉类类加加工工厂厂、金金属属铸铸造造厂的臭气处理。厂的臭气处理。局局限限性性：不不能能回回收收污污染染物物质质，只只适适用用于于污污染染物物浓浓度度很很低低的的情况。情况。现在学习的是第39页，共98页一、废气的微生物处理原理废气的生物处理是利用微生物新陈代谢过程中需废气的生物处理是利用微生物新陈代谢过程中需要营养物质这一特点，把废气中的有害物质转化成无要营养物质这一特点，把废气中的有害物质转化成无害物质。害物质。按照获取营养的方式不问，用于有害气体生物降解按照获取营养的方式不问，用于有害气体生物降解的微生物有两类，即的微生物有两类，即自养菌自养菌和和异养菌异养菌。现在学习的是第40页，共98页根根据据微微生生物物是是需需氧氧还还是是厌厌氧氧，生生物物处处理理可可分分成成需需氧氧生生物氧化物氧化和和厌氧生物氧化厌氧生物氧化两大类。两大类。由由于于废废气气生生物物处处理理是是利利用用微微生生物物的的生生命命活活动动过过程程来来进进行行的的，所所以以影影响响微微生生物物生生长长的的因因素素也也就就是是影影响响废废气气生生物物处处理理的的因因素素。影影响响微微生生物物生生长长的的主主要要因因素素有有温温度度、湿湿度度、pHpH等。因此应根据微生物的种类来选择操作条件。等。因此应根据微生物的种类来选择操作条件。现在学习的是第41页，共98页二、生物净化方法废气的生物处理的主要方法可分为活性污泥法微生物悬浮液法土壤法堆肥法现在学习的是第42页，共98页（一）活性污泥法（一）活性污泥法利用污水处理厂剩余的活性污泥配制混合液，作为吸收剂处理废气。利用污水处理厂剩余的活性污泥配制混合液，作为吸收剂处理废气。特点：特点：对脱除复合型臭气效果很好，脱臭效率可达对脱除复合型臭气效果很好，脱臭效率可达99%99%，而且能，而且能脱除很难治理的焦臭。脱除很难治理的焦臭。影响因素：影响因素：与活性污泥的浓度（与活性污泥的浓度（MLSSMLSS）、酸碱度（）、酸碱度（pHpH）、溶解氧）、溶解氧量、曝气强度等因素有关，还受营养盐的浓度和投加方式的影响。在量、曝气强度等因素有关，还受营养盐的浓度和投加方式的影响。在活性污泥中添加活性污泥中添加50%50%（质量）的粉状活性炭，能提高分解能力，并（质量）的粉状活性炭，能提高分解能力，并起消泡作用。起消泡作用。吸收设备吸收设备可用喷淋塔、板式塔或鼓泡反应器等。可用喷淋塔、板式塔或鼓泡反应器等。现在学习的是第43页，共98页（二）微生物悬浮液法用用由由微微生生物物、营营养养物物和和水水组组成成的的吸吸收收剂剂处处理理废气，适于吸收可溶性气态污染物。废气，适于吸收可溶性气态污染物。其其原原理理、设设备备和和操操作作条条件件与与活活性性污污泥泥法法基基本本相同。相同。特点：特点：由于吸收液接近清液，设备堵塞的可由于吸收液接近清液，设备堵塞的可能性更小。能性更小。现在学习的是第44页，共98页（三）土壤法原理：原理：利用土壤中胶状颗粒的吸附作用，将废气中的气态污染物浓缩利用土壤中胶状颗粒的吸附作用，将废气中的气态污染物浓缩到土壤中；再利用土壤中的微生物将污染物转化。到土壤中；再利用土壤中的微生物将污染物转化。所用土壤以所用土壤以地表沃土地表沃土为好，因为地表为好，因为地表300-500nm300-500nm的土层内集中存的土层内集中存在着细菌、放线菌、霉菌、原生动物、藻类及其他微生物。在着细菌、放线菌、霉菌、原生动物、藻类及其他微生物。土壤中微生物生活的土壤中微生物生活的适宜条件适宜条件是：温度是：温度278-303k278-303k，湿度，湿度50%-70%50%-70%，pHpH为为7-87-8，土壤装置以固定床形式为主。，土壤装置以固定床形式为主。现在学习的是第45页，共98页（四）堆肥法以生活垃圾、畜产品加工或酿造下脚，农作物茎叶以生活垃圾、畜产品加工或酿造下脚，农作物茎叶和禽畜粪便等有机物等有机废弃物为原料，经好氧和禽畜粪便等有机物等有机废弃物为原料，经好氧发酵、热处理后作为工作介质。处理装置与土壤法发酵、热处理后作为工作介质。处理装置与土壤法基本相同。基本相同。现在学习的是第46页，共98页三、生物净化装置及设计计算生物净化废气有两种方式：生物净化废气有两种方式：其一其一是生物吸收方法，即先将污染物从气相转移到水是生物吸收方法，即先将污染物从气相转移到水中，然后进行废水的微生物处理。中，然后进行废水的微生物处理。共二共二是生物过滤法，用附着在固体过滤材料表面的微是生物过滤法，用附着在固体过滤材料表面的微生物来完成。生物来完成。现在学习的是第47页，共98页(一)生物吸收装置1 1、流程及设备、流程及设备 生物吸收装置主要包括生物吸收装置主要包括吸收器吸收器和和废水生物处理反废水生物处理反应器应器，一般流程如图，一般流程如图7-197-19所示。所示。废气从吸收器底部通入，与水逆流接触，污染物废气从吸收器底部通入，与水逆流接触，污染物被水被水(或生物悬浮液或生物悬浮液)吸收后由吸收器顶部排出。污染吸收后由吸收器顶部排出。污染了的水从吸收器底部流出，进入生物反应器经微生物了的水从吸收器底部流出，进入生物反应器经微生物再生后循环使用。再生后循环使用。现在学习的是第48页，共98页图7-19生物吸收装置流程现在学习的是第49页，共98页图7-20 轻金属铸造厂废气处理的生物吸收装置流程图 1.新鲜的水 2.营养物 3.生物反应器 4.第一级的泵 5.第二级的泵 6.吸收剂容器现在学习的是第50页，共98页废废气气中中含含有有酚酚、胺胺和和乙乙醛醛。装装置置包包括括两两个个并并联联的的生生物物吸吸收器。每一吸收器内都设置了两个吸收段。收器。每一吸收器内都设置了两个吸收段。在在第第一一级级中中，气气体体中中粉粉尘尘和和碱碱性性成成分分被被吸吸收收剂剂清清除除，在在第第二二级级中中，气气体体直直接接与与生生物物悬悬浮浮液液接接触触。生生物物反反应应器中氧由压缩空气供给。器中氧由压缩空气供给。现在学习的是第51页，共98页（二）生物滤池1 1、生物滤池的构造、生物滤池的构造（1 1）堆堆肥肥滤滤池池：在在地地面面挖挖浅浅坑坑或或筑筑地地，池池底底设设排排水水管管。在在池池的的一一侧侧或或中中央央设设暑暑期期总总管管，总总管管上上再再接接出出多多孔孔配配气气支支管管，并并覆覆砂砂石石等等材材料料，形形成成厚厚50-100mm50-100mm的的气气体体分分配配层层，再再摊摊放放厚厚500-600mm500-600mm的的堆堆肥肥过过滤滤层层。过过滤滤气气速速通通常为常为0.01-0.1m/s0.01-0.1m/s。现在学习的是第52页，共98页 图7-21 堆肥滤池现在学习的是第53页，共98页过滤材料：过滤材料：可用泥炭（特别是纤维状泥炭）、固体废弃物和堆肥可用泥炭（特别是纤维状泥炭）、固体废弃物和堆肥等，并定期松动过滤材料。等，并定期松动过滤材料。用堆肥作滤料，必须经过筛选，用堆肥作滤料，必须经过筛选，滤层滤层要均匀、疏松，孔隙率要均匀、疏松，孔隙率应大于应大于40%40%。滤料滤料必须保持湿润，泥炭滤层含水量应不低于必须保持湿润，泥炭滤层含水量应不低于25%25%，堆肥滤层含水量不低于堆肥滤层含水量不低于40%,40%,但不能有水淤积。但不能有水淤积。滤层温度滤层温度要适当，要适当，阻力均匀且稳定，因此应定期松动过滤材料。阻力均匀且稳定，因此应定期松动过滤材料。此外，由于堆肥是由可供生物降解的物质构成，因而寿命有限，运此外，由于堆肥是由可供生物降解的物质构成，因而寿命有限，运行行1-51-5年后必须更换滤料。年后必须更换滤料。现在学习的是第54页，共98页（2 2）土壤滤池：土壤滤池构造与堆肥滤池基本相同。）土壤滤池：土壤滤池构造与堆肥滤池基本相同。气气体体分分配配的的下下层层由由粗粗石石子子、细细石石子子或或轻轻质质陶陶粒粒骨骨料料组组成成，上上层层由由黄沙黄沙或或细料骨料细料骨料组成，总厚度组成，总厚度400-500mm400-500mm。土土壤壤滤滤层层可可按按黏黏土土1.2%1.2%、含含有有机机质质沃沃土土15.3%15.3%、细细沙沙土土53.9%53.9%和和粗砂土粗砂土29.6%29.6%的比例混匀，厚度一般为的比例混匀，厚度一般为0.5-1.0m0.5-1.0m。通气速度通气速度取取0.1-1m/min0.1-1m/min。现在学习的是第55页，共98页第六节 气态污染物的其他净化法一、电子束照射法一、电子束照射法(一一)工艺过程概述工艺过程概述 利利用用电电子子束束干干法法脱脱硫硫、氮氮氧氧化化物物的的装装置置如如图图7-7-2424所示。所示。本本工工艺艺由由废废气气冷冷却却、加加氨氨、电电子子束束照照射射以以及及粉粉体体捕捕集集等工序组成。等工序组成。现在学习的是第56页，共98页图7-24 电子束照射脱硫、氮氧化物装置现在学习的是第57页，共98页加氨电子束照射粉体捕集废气冷却温度约为150的排放气体冷却到70左右根据排除气体中SO2及NOx的浓度确定加入微量的氨量，然后将含有氨的混合气体送入反应器排气中的SO2及NOx受电子束强烈氧化，在极短时间内(约十万分之一秒)氨 氧 化 成 硫 酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)，这些酸与其周围的氨反应生成(NH4)2SO4和NH4NO3的微细粉粒。粉粒经捕集器回收作农肥，净化气体经烟囱排入大气现在学习的是第58页，共98页(二)脱硫、脱氮机理脱硫、脱氮整个反应大致可分为脱硫、脱氮整个反应大致可分为三个过程三个过程进行，进行，这三个过程在反应器内相互重叠，相互影响。这三个过程在反应器内相互重叠，相互影响。1.1.生成具有氧化活性的物质生成具有氧化活性的物质：由高速电子束照射在反应：由高速电子束照射在反应器内，具有很高能量的电子与废气中的主要成分器内，具有很高能量的电子与废气中的主要成分N N2 2、O O 2 2、H H2 2O O分子碰撞反应，生成了氧化力很强的分子碰撞反应，生成了氧化力很强的OHOH、O O、HOHO2 2等活性物质。如下式：等活性物质。如下式：N N2 2、O O 2 2、H H2 2O+eO+e-OHOH、O O、HOHO2 2现在学习的是第59页，共98页2.SO2及NOx的氧化：生成的氧化活性物质将SOx和NOx氧化成雾状硫酸和硝酸分子。现在学习的是第60页，共98页3.硫酸铵和硝酸铵的生成：生成的硫酸和硝酸与废气中的氨中和反应生成微粒状硫酸铵和硝酸铵，这些微粒从反应器进入收尘装置，在短时间内颗粒凝集、长大而被分离回收。现在学习的是第61页，共98页（三）电子束发生装置图7-24 电子束照射脱硫、氮氧化物装置现在学习的是第62页，共98页电子束发生器和反应器的关系见上图，电子束发生器由电子束发生器和反应器的关系见上图，电子束发生器由直流高压电直流高压电源源和和电子束加速管电子束加速管组成，两者之间用高压电缆连结组成，两者之间用高压电缆连结.在高真空下，由加速管端部的灯丝发射出来的热电子，在高压在高真空下，由加速管端部的灯丝发射出来的热电子，在高压静电场的作用下，使热电子加速到任意能级。为了扩大高速电静电场的作用下，使热电子加速到任意能级。为了扩大高速电子束的有效照射空间，调节子束的有效照射空间，调节x x，y y方向的磁场作用，并使电子束通方向的磁场作用，并使电子束通过照射窗进入反应器内，使废气中的过照射窗进入反应器内，使废气中的SOSOx x和和NONOx x强烈氧化。强烈氧化。现在学习的是第63页，共98页(四)工艺特点电子束处理废气技术有如下电子束处理废气技术有如下特点特点：(1)(1)能同时脱除硫氧化物和氮氧化物，能同时脱除硫氧化物和氮氧化物，(2)(2)系统结构简单、操作容易；系统结构简单、操作容易；(3)(3)副产物可作肥料利用，无二次污染；副产物可作肥料利用，无二次污染；(4)(4)投资少、运行费低。投资少、运行费低。该法目前已取得较大进展，该法目前已取得较大进展，19871987年在美国印第安那州普列斯年在美国印第安那州普列斯燃煤发电所完成的中试，最大处理虽为燃煤发电所完成的中试，最大处理虽为24000m24000m3 3h(h(相当于发相当于发电量约电量约8000kW)8000kW)，脱硫率达，脱硫率达9090以上，脱氧化氮达以上，脱氧化氮达8080以上。以上。现在学习的是第64页，共98页二、膜分离法原理：原理：混合气体在压力梯度作用下，透过特定薄膜时，不同气体具混合气体在压力梯度作用下，透过特定薄膜时，不同气体具有不同的透过速度，从而使气体混合物中的不同组分达到分离的效有不同的透过速度，从而使气体混合物中的不同组分达到分离的效果，如下图所示。果，如下图所示。现在学习的是第65页，共98页膜的分类：膜的分类：根据构成膜物质的不同，分离膜有固体膜和液体膜两种。根据构成膜物质的不同，分离膜有固体膜和液体膜两种。按膜的结构又可分为均质膜与复合膜。复合膜一般是由非多孔质按膜的结构又可分为均质膜与复合膜。复合膜一般是由非多孔质体与多孔质体组成的多层复合体，如图体与多孔质体组成的多层复合体，如图8 84141所示。所示。按膜的形状可分为平板式按膜的形状可分为平板式(图图8 841)41)、管式、中空纤维式、管式、中空纤维式(图图8 842)42)，以及螺旋式等。，以及螺旋式等。按膜的制作材料还可分为无机膜和高分子膜。按膜的制作材料还可分为无机膜和高分子膜。现在学习的是第66页，共98页现在学习的是第67页，共98页液膜技术是近一二十年发展起来的，它可以分离废气中的液膜技术是近一二十年发展起来的，它可以分离废气中的SOSO2 2、NONOx x、H H2 2S S及及COCO2 2等。但这些方法还没有投入工业规模的运行。目前在一等。但这些方法还没有投入工业规模的运行。目前在一些工业部门实际应用的主要是固体膜。些工业部门实际应用的主要是固体膜。现在学习的是第68页，共98页固体膜的种类很多，按膜的孔隙大小差别可分为固体膜的种类很多，按膜的孔隙大小差别可分为多孔膜多孔膜和和非多孔膜非多孔膜。多孔膜的孔径一般在多孔膜的孔径一般在5050一一30 o30 o，如烧结的玻璃及多孔，如烧结的玻璃及多孔的醋酸纤维素膜等，的醋酸纤维素膜等，非多孔膜实际上也有小孔，只是孔径很小，如离子导电非多孔膜实际上也有小孔，只是孔径很小，如离子导电性固体，均质醋酸纤维、硅氧烷橡胶、聚碳酸脂等。性固体，均质醋酸纤维、硅氧烷橡胶、聚碳酸脂等。现在学习的是第69页，共98页气体膜分离技术的优点气体膜分离技术的优点：过程简单，控制方便，操作弹性大，并：过程简单，控制方便，操作弹性大，并能在常温下工作，能耗低（因不耗相变能）。能在常温下工作，能耗低（因不耗相变能）。目前，膜分离法已用于石油化工、合成氨气中回收氢、天然气目前，膜分离法已用于石油化工、合成氨气中回收氢、天然气净化、空气中氧的富集以及净化、空气中氧的富集以及COCO2 2的去除与回收。的去除与回收。其中应用比较成功的是从合成氨气中回收氢气，可得到其中应用比较成功的是从合成氨气中回收氢气，可得到90%90%左右的左右的纯氢，回收率达纯氢，回收率达80%80%。由于固体膜对氧、氮、氢、二氧化碳、甲烷、硫化氢等气体都有选择由于固体膜对氧、氮、氢、二氧化碳、甲烷、硫化氢等气体都有选择透过能力，因而可以用在这些气体的分离上。可以预料，膜分离法将透过能力，因而可以用在这些气体的分离上。可以预料，膜分离法将广泛用于气态污染物的净化和回收利用。广泛用于气态污染物的净化和回收利用。现在学习的是第70页，共98页一、燃烧过程中SO2的形成与控制SO2的来源含硫化石燃料的燃烧占70%，其中火电厂排放了40%金属冶炼石油炼制硫酸生产硅酸盐制品熔烧单质硫或硫化物的氧化补充内容：燃烧过程中典型气态污染物的形成与控制现在学习的是第71页，共98页一、燃烧过程中SO2的形成与控制1.形成：可燃性硫SO2元素S有机硫分布均匀，低硫煤中主要是有机硫无机硫黄铁矿（FeS2），高硫煤中主要是无机硫非可燃性硫：硫酸盐煤渣元素硫和硫化物硫直接生成SO2，少量SO2进一步氧化成SO3有机硫先生成H2S、CS2，再氧化成SO2现在学习的是第72页，共98页几点说明：只有可燃性硫才参与燃烧，并生成SO2及少量的SO3；含硫量0.55%的煤，1吨煤中含硫550kg，其中可燃硫占8090%；由于可燃性硫中有15%转化为SO3，则煤中硫转化为SO2的转化率为8085%。计算烟气中SO2浓度时，硫的排放系数取0.850.9。含硫量为1%的煤，燃烧后烟气中SO2浓度大概为2000mg/m3。非燃烧性硫以及残留在焦炭中的无机硫与灰分中的碱金属氧化物生成硫酸盐，并在灰中固定下来。现在学习的是第73页，共98页一、燃烧过程中SO2的形成与控制2.燃烧过程SO2的控制方法洁净煤技术选煤技术去除含硫矿物和煤矸石等杂质物理方法：重力洗选法、浮选法、高梯度磁选法、静电分选法化学方法：氧化脱硫法、选择性絮凝法、化学破碎法微生物脱硫法通过洗选，降低含硫量4090%，灰分降低5080%。现在学习的是第74页，共98页一、燃烧过程中SO2的形成与控制2.燃烧过程SO2的控制方法洁净煤技术煤炭转化转化为气态或液态燃料l气化：煤气化：煤+氧气氧气+水蒸气水蒸气人工煤气人工煤气l液化：间接液化、热解、溶剂萃取和催化液化液化：间接液化、热解、溶剂萃取和催化液化型煤固硫技术制作型煤时添加石灰、石灰石等廉价钙系固硫剂，燃烧时硫与钙制作型煤时添加石灰、石灰石等廉价钙系固硫剂，燃烧时硫与钙反应，将硫固化。经济，但固硫效率较低。反应，将硫固化。经济，但固硫效率较低。流化床燃烧脱硫技术：燃烧温度燃烧温度850950，固硫剂如石灰石可与煤粉混合进入锅炉，固硫剂如石灰石可与煤粉混合进入锅炉，也可单独进入锅炉。流化状态使固硫剂与硫充分接触；固硫剂停留时间长、利用率高。也可单独进入锅炉。流化状态使固硫剂与硫充分接触；固硫剂停留时间长、利用率高。注意：注意：层燃炉和煤粉炉炉内脱硫效果不理想。层燃炉和煤粉炉炉内脱硫效果不理想。现在学习的是第75页，共98页1.湿法烟气脱硫技术湿法烟气脱硫技术用液态吸收剂吸收烟气中的SO2，脱硫产物的最终形态为溶液或浆的状态。湿式石灰石石膏法国内外应用比例占湿法中80%脱硫效率高（9096%）技术成熟运行稳定可靠脱硫副产物可以利用二、烟气脱硫现在学习的是第76页，共98页石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺系统主要有：烟气系统吸收氧化系统浆液制备系统石膏脱水系统排放系统现在学习的是第77页，共98页基本工艺流程如下：锅炉烟气经电除尘器除尘后，通过增压风机、GGH(可选)降温后进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的循环浆液以逆流方式洗涤。循环浆液则通过喷浆层内设置的喷嘴喷射到吸收塔中，以便脱除SO2、SO3、HCL和HF，与此同时在“强制氧化工艺”的处理下反应的副产物被导入的空气氧化为石膏（CaSO42H2O），并消耗作为吸收剂的石灰石。现在学习的是第78页，共98页循环浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化，可使气体和液体得以充分接触。每个泵通常与其各自的喷淋层相连接，即通常采用单元制。在吸收塔中，石灰石与二氧化硫反应生成石膏，这部分石膏浆液通过石膏浆液泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器（作为一级脱水设备）、浆液分配器和真空皮带脱水机。现在学习的是第79页，共98页经过净化处理的烟气流经两级除雾器除雾，在此处将清洁烟气中所携带的浆液雾滴去除。同时按特定程序不时地用工艺水对除雾器进行冲洗。进行除雾器冲洗有两个目的，一是防止除雾器堵塞，二是冲洗水同时作为补充水，稳定吸收塔液位。在吸收塔出口，烟气一般被冷却到4655左右，且为水蒸气所饱和。通过GGH将烟气加热到80以上，以提高烟气的抬升高度和扩散能力。最后，洁净的烟气通过烟道进入烟囱排向大气。现在学习的是第80页，共98页石灰石（石灰）/石膏湿法脱硫工艺流程图现在学习的是第81页，共98页现在学习的是第82页，共98页现在学习的是第83页，共98页脱硫过程主反应脱硫过程主反应1）吸收：SO2+H2OH2SO32）中和：CaCO3+H2SO3CaSO3+CO2+H2O3）氧化：CaSO3+1/2O2CaSO44）结晶：CaSO3+1/2H2OCaSO31/2H2O5）结晶：CaSO4+2H2OCaSO42H2O6）pH控制：CaSO3+H2SO3Ca(HSO3)2同时烟气中的HCl、HF与CaCO3的反应，生成CaCl2或CaF2。吸收塔中的pH值通过注入石灰石浆液进行调节与控制，一般pH值在5.56.2之间。现在学习的是第84页，共98页双碱法为克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点，先用碱或碱金属盐类如NaOH、NaCO3、NaHCO3等水溶液吸收SO2，然后在另一石灰反应器内用石灰将吸收SO2后的溶液再生，再生后的吸收液再循环使用，最终产物以亚硫酸钙和石膏形式析出。主要工艺过程：清水池一次性加入NaOH制成脱硫液，用泵打入吸收塔进行脱硫。从吸收塔排出的循环浆液流入沉淀池。灰渣经沉淀定期清除，上清液溢流进入反应池与投加的石灰进行反应，置换出NaOH溶解在循环水中，同时声称难溶解的亚硫酸钙、硫酸钙和碳酸钙等，通过沉淀清除。钠碱法：脱硫效率90%以上现在学习的是第85页，共98页氨吸收法氨碱性强于钙基吸收剂。烟气中的SO2与吸收剂逆向接触，被氨水吸收，生成亚硫酸铵与亚硫酸氢铵，在吸收塔底部，亚硫酸铵被充入的空气氧化为硫酸铵。经过结晶后成为硫酸铵结晶(0.20.6mm)，作为农肥使用。系统不产生废渣，效率高。一次性投资高，氨有泄漏风险。现在学习的是第86页，共98页海水脱硫工艺海水pH8.08.3，自然碱度约为1.22.5mmol/L；吸收了SO2的海水温度升高、DO降低、COD升高、pH降低，增加了不稳定的亚硫酸根离子，因此，通过曝气和混入大量新鲜海水，氧化为硫酸根，恢复水温等。工艺简单，无需脱硫剂，效率可达90%以上，无废水废料，投资低；只适用于含硫小于1.5%的中低硫煤，占地大，防腐要求高。现在学习的是第87页，共98页氧化镁法MgO、MnO2和ZnO等一些金属氧化物都有吸收SO2的能力。我国氧化镁资源丰富。先与水生成氢氧化物，再与SO2生成亚硫酸镁和硫酸镁；a.强制氧化成硫酸盐制成七水硫酸镁；b.通过升温分解产生SO2气体，制造硫酸，分解形成的金属氧化物得到再生，循环使用。现在学习的是第88页，共98页2.干法烟气脱硫技术干法烟气脱硫技术脱硫产物的最终形态为干态。结构简单，占地面积小，集除尘脱硫于一体；适用于中小燃煤机组的烟气脱硫，尤其适用于场地狭小的老厂脱硫改造；效率略低于湿法，一般为8090%；烟气循环流化床脱硫技术炉内喷钙-尾部增湿活化脱硫技术旋转喷雾干燥烟气脱硫技术气体悬浮吸收法烟气脱硫技术电子束烟气脱硫技术现在学习的是第89页，共98页二、燃烧过程中NOx的形成与控制1.形成：人类活动排入大气的NOx90%以上来自于燃料燃烧，该过程产生的NOx主要是NO和NO2；NO约占90%，NO2约占510%，其余的有N2O等。补充内容：燃烧过程中典型气态污染物的形成与控制现在学习的是第90页，共98页三种不同的生成途径：热力型：高温燃烧时，空气中的N2和O2生成；与燃烧温度、氧气浓度、气体在高温区停留时间有关。氧气浓度相同时，NO生成速度随温度升高而增加；1500时，NO生成量显著增加，每提高100，反应速率增大67倍。降低燃烧温度，减少过量空气，缩短气体在高温区的停留时间。热力型NOx约占总NOx的30%，降低燃烧温度，可减少其生成量。现在学习的是第91页，共98页燃料型：燃料中的有机氮经过化学反应生成，600800时就会生成，占6080%；快速型：碳氢化合物高温分解生成的自由基与氮气反应再跟氧气生成的，形成时间只有60ms，小于5%。当燃烧区温度低于1350时，几乎没有热力型NOx生成，当超过1600时，占到25%30%。机动车排放的NOx主要是热力型和燃料型的。现在学习的是第92页，共98页控制因素：煤种特性燃烧温度炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内O2、N2、NO和碳氢化合物的含