大气污染过程控制工程教案.docx
《大气污染过程控制工程教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大气污染过程控制工程教案.docx(37页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第一章绪论(1学时) 教学重点:大气的结构和组成,大气污染物及其来源,环境空气质量标准,空气 污染指数。教学难点:大气污染物及其来源。教学要求:掌握大气的结构和组成,大气污染发生和发展过程,大气污染物及其 来源,空气污染指数;了解环境空气质量标准,国内外大气污染控制现状。教学内容:人是完全靠空气生存的,成年人平均每天约需1 Kg粮食和2Kg水,但对空气的 需求就大得多,每天约13.6Kg (合10n?)。若三者都断绝供应,引起死亡的首 先是空气,要是空气中混进有毒害的物质,则毒物随空气不断地被吸入肺部, 通过血液遍布全身,对人体健康直接产生危害.大气污染对人的影响不同于土壤 和水的污染,它不仅
2、时间长且范围广(较多是地域性的,也有全球性的)。地 球上发生的八大“公害事件”,其中五起是因大气污染造成的。当然,空气污 染的原因不只是人类的活动,还有像森林、火灾和火山爆发一类的天然事件。 不过后者通常在空气污染中起次要作用。 lo 1大气与大气污染一、大气的结构和组成1、大气圈随地球引力而转的大气层叫大气圈。大气圈的最外层的界限是很难确切划分的,但大气也 不能认为是无限的.在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10,000作.有的学者就以 lO.OOOKm作为大气圈的最外层。一般情况下认为,从地球表面到1,000l,400Km的气层 作为大气圈的厚度,超出l,400Km以外气体非常稀薄,就是
3、宇宙空间了。大气圈中的空气分布是不均匀的,海平面上的空气最稠密.在近地层的大气层里,气体的密 度随高度的上升而迅速的变稀。但是在400l,400Km大气层里空气是渐渐变稀薄的。大气 圈的总质量约为6000万亿吨,约为地球质量的百万分之一。大气的构造:根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化,划分大气圈层的结构如下 图:从地球表面向上,大约到90Km高度,大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎无什么变化, 具有这样特性的大气层叫均质大气层(简称均质层).在均质层以上和外围空间的大气层,其 气体的组成随高度升高有很大变化,这个圈层叫非均质层。三、天然气一般组成CIL85%,乙烷10%,丙烷
4、3%,此外还有上0、C02, N2 He、H2s等。2.2燃料燃烧过程(0.5学时)一、影响燃烧过程的主要因素1 .燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程,并伴有能量的释放,同时使燃料的组成元素转化成相 应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是C02、水蒸汽;不完全燃烧过程将产生黑烟、 CO和其它部分氧化产物等.I若燃料中含S、N会生成SO?和NOx,燃烧温度较高时,空气中的部分氮会被氧化成NOx。2 .燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混 合。(1)空气条件:按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。(2)温度条件:只有达到着火温
5、度,才能与氧化合而燃烧.着火温度:在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。(3)时间条件:燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素.燃料在高温区的停留时间 应超过燃料燃烧所需时间。(4)燃烧与空气的混合条件:燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件实现有 效燃烧的四个因素:空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。(三T).发热量及热损失1发热量单位量燃料完全燃烧产生的热量.即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下(常温 298K, 101325Pa)的热量变化值,称为燃料的发热量,单位是KJ/Kg.(固体)KJ/而(气 体).发热量有高位、低位
6、之分.高位:包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热,Q-,低位:指燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时,完全燃烧释放的热最。Q1I根据煤的工业分析数据计算.煤的发热量注意:煤中H有两种形态可燃氢(参根据燃料的关加燃烧)、自由氢。结合氢(与。2)系分析数据计算自由氢与c、S结合需应用基来表明组成注:干燥基(上标d)可燃基(上标b)应用基(上标a)排烟热损失:热损失为612%:不完全燃烧热损失:化学不完全燃烧、机械不完全燃烧.散热损失:由设备管道温度高于周围空气温度造成热损失.4、燃烧产生的污染物硫的SOx:随温度变化不大,主要是煤中S.粉尘:随温度的增高、不变、降低而变化。CO及HC化合物烟:随温
7、度的增高、不变、降低而变化。NOx:随温度的增高、不变、降低而变化。二、燃料燃烧的理论空气量.理论空气量()所需要的氧一般从空气中获得。单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量.理论空气量(1)可由燃烧反应方程式获得(2)经验公式(由热值)固体燃料液体燃料气体燃料天然气(式2. 17)建立燃烧化学方程式时,假定:1)空气仅由M和0?组成,气体积比为79/21=3. 76;2)燃料中的固态氧可用于燃烧;3)燃料中的硫被氧化成SO?;4)计算理论空气量时忽略NOx的生成量;5)燃料的化学时为CHS。,其中下标x、v、z、*分别代表C、H、S、。的原子数。完全燃烧的化学反应方程式
8、:Q代表燃烧热理论空气量:3。66。0褐煤彳一般煤的理论空气量7.58.5无烟煤9、10烟煤液体燃料(燃料油)的煤炉:4o 55。5 千:8o 849.01煤气液化气:2. 97天然气高炉:0。7湿:11。412. 11 .空气过剩系数a世纪空气量V“与理论空气量匕之比为空气过剩系数a通常al.空燃比(AF)定义:单位质量燃料燃烧所需的空气质量,它可由燃烧方程直接求得。例:某燃烧装置采用重油作燃料,重油成分分析结果如下(按质量)C: 88o 3%, H:9.5%, S: 1.6%,灰分:0. 10机 试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解:以1kg重油燃烧为基础,则:重量(g)摩尔数(mol
9、)需氧量(mol)C88373. 5873. 58H9547. 523. 75S160. 50. 5H-00. 50. 02780理论需氧量为:73. 58+23. 75+0o 5=97. 83 mol/kg 重油假定空气中用与。2的摩尔比为3。76 (体积比)则,理论空气量为:mol/kg重油即Nm7kg重油2。3烟气体积及污染物排放量计算(1学时)一、烟气体积计算L理论烟气体积在理论空气量下,燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积以Vf表示,烟气成分 主要是CO?、SO?、N?和水蒸气。干烟气:除水蒸气以外的成分称为干烟气;湿烟气:包括水蒸气在内的烟气。Vf;=V+烟气+V水蒸气V理
10、水将,二v燃料中虱燃烧值的水盛气+V燃料中附给+V理论空气城带入的2。实际烟气体积 黑 W Vrg+ (a-1) V;3.烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其T、P总高于标态(273Ks latm)故需换算成标态.大多数烟气可视为理气,故可应用理气方程。设观测状态下:(R、P,下)烟气的体积为R,密度为Ps。标态下:(Tn、网下)烟气的体积为以,密度为Pn.标态下体积为:标态卜密度为:应指出,美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、latm在作数据比较时应注品、o2.过剩空气较正因为实际燃烧过程是有过剩空气的,所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与 过剩空气量之和。用奥氏烟气
11、分析仪测定烟气中的C02、02和C0的含量,可以确定燃烧设备在运行中烟气成 分和空气过剩系数。空气过剩系数为a=m过剩空气中的过剩系数设燃烧是完全燃烧,过剩空气中的氧只以6形式存在,燃烧产物用下标P表示,假设空气只有6、凡分别为21%、79%,则空气中总氧量为理论需氧量:0.266厢一02P 所以若燃烧完全若燃烧不完全产生co须校正,即从测得的过剩氧中减CO氧化为C02所需的()2各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。二、污染物排放量的计算例2对例1给定的重油,若燃料中硫会转化为SOx (其中SO2占97%),试计算空气过剩系 数a=l. 20时烟气中SO?及SO:,的浓度,以ppm表示,并
12、计算此时烟气中 队的含量,以体积 百分比表示。解:由例1可知,理论空气量条件下烟气组成(mol)为:C02: 73. 58 H20: 47.5+0。0278S0: 0o 5 Nx:理论烟气量:73. 58+0. 5+ (47.5+0。0278) + () =489. 45mol/kg 重油即 489. 45=10. 96nfN/kg 重油空气过剩系数a=l. 2时,实际烟气量为:其中10. 43为理论空气量,即IKg重油完全燃烧所需理论空气量。烟气中SO2的体积为烟气中SO,的体积为所以,烟气中S&、S(h的浓度分别为:当a =1.2时,干烟气量为:C0;体枳为:所以干烟气中C0的含量以体积计
13、为:例3:已知某电厂烟气温度为473K,压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/niin,含水汽6。25%(体积),奥萨特仪分析结果是:C02占10。7%,。2占8.2%,不含C0,污染物排放的 质量流量为22。7Kg/min.(1)污染物排放的质量速率(以t/d表示)(2)污染物在烟气中浓度(3)烟气中空气过剩系数校正至空气过剩系数a =1. 8时污染物在烟气中的浓度.解:(1)污染物排放的质量流量为:(2)测定条件下的干空气量为:测定状态下干烟气中污染物的浓度:标态下的浓度:(3)空气过剩系数:(4)校正至a =1.8条件下的浓度:2.4燃烧过程中污染物的形成与控制(1学时)一
14、、燃烧中硫氧化物的形成燃料中的硫在燃烧过程中与氯反应,主要产物是SO:,和SO,,但SO,的浓度相当低,既使在贫 燃料状态下,生成的SO:,也只占SO?生成量的百分之几。在富燃料状态下,除S0?外,还有一 些其它S的氧化物,如SO及其二聚物(SO) 2,还有少量一氧化二硫S?0。这些产物化学反 应能力强,所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现.燃烧时:故一般主要生成S02,计算时可忽略SOso燃烧过程中硫氧化物、颗粒污染物、氮氧化物和其它污染物的形成与控制。第三章 大气污染气象学基础(2学时)教学重点:主要气象要素,大气的热力过程,大气的运动和风速廓线模式。教学难点:大气稳定度,逆温,风速廓线
15、模式.教学要求:掌握大气的热力过程、大气稳定度、逆温和风速廓线模式。教学内容:30 1大气圈结构与气象要素(0.5学时)一、影响大气污染的主要气象要素气象要素(因子):表示大气状态和物理现象的物理量。1、气温:2、气湿:空气湿度是反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量,常用的表示方法有:绝对 湿度、水蒸气压力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等.3、风a)定义:什么是风?空气水平方向的流动叫风。b)形成:风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的,而气压的水平分布不均是由湿度分布 不均造成.风的形成除热力原因外,还有动力原因,自然界的风是由于这两种原因综合作用的 结果,但只要有温差存在,空
16、气就不会停止运动。c)风的度量风的特性用风向与风速表示,它是一向量.风的大小有叫风速:在单位时间内,空气水平流动的距离,m/so风向:分为16方位,4、云云是发生在高空的水汽凝结现象。形成的基本条件:水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环 境。云的分类:高云:离地面5000m以上,冰晶构成;中云:离地面25005000m间,过冷的微小水滴及冰晶构成; 低云:离地面2500m以下,由微小水滴和冰晶构成. 云量:云量是指云遮蔽天空的成数。将天空分为十份。这十分中被云所遮盖的成数称为云 量.如在云层中还有少量空隙(空隙总量不到天空的1/20)记为10;当天空无云或云量不 到1/20时,云量为0。国外云量与
17、我国云量间的关系,国际云量总云量:指所有云遮蔽天空的成数,不论云的层次和高度。低云量:低云的云掩盖天空的成数。云量的纪录:一般云量/低云量的形式记录,如10/7。云高:指云底距地面的垂直距离,以米为单位.5、能见度在当时的天气情况下,正常人的眼睛所能看到的最大距离叫能见度。能见就是能把目标物的轮廓从它的天空背景上分辨出来,为了知道能见距离的远近,首先 必须选择若干固定的目标物,量出他们距测点的距离.能见度的大小反应了大气的混浊程度,反应出大气中杂质的多少。3.2大气的热力过程(1学时)一、太阳辐射太阳的辐射能是地球表面和大气的唯一能量来源,地面和大气获得辐射能增热的同时,本 身放出热辐射而冷却
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大气污染 过程 控制工程 教案
限制150内