第二章-燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件.ppt

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1、大气污染控制工程Air Pollution Control Engineering授课老师：曹承进 E-mail:Tel:2013年3月7日知识点回顾知识点回顾 大气与大气污染大气与大气污染大气污染物及其来源大气污染物及其来源大气污染的影响大气污染的影响大气污染综合防治大气污染综合防治概概论论环境空气质量控制环境空气质量控制标准标准Company Logo20世世纪重大大气重大大气污染染事件：事件：马斯河谷烟雾事件；洛杉矶光化学烟雾事件；伦敦烟雾事件；多诺拉烟雾事件；四日市哮喘病事件。大气与大气大气与大气层 大气大气：环绕地球的全部空气的总和；大区域、大范围（全球性）的气流，也叫大气层或大气圈

2、。空气（环境空气）：人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气；小区域、小范围的气流。大气大气的的组成成包括：恒定组分（N2、O2、Ar及微量的其它稀有气体）；可变组分（CO2、O3、水蒸气等）；不定组分（悬浮颗粒物、H2S、硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、重金属元素及有机废气等）。大气大气层的的结构构：对流层、平流层和电离层。大气大气污染的概念、分染的概念、分类及几种典型的大气及几种典型的大气污染形式染形式（温室效应、臭氧层空洞、酸雨、光化学烟雾、城市热岛效应、室内空气污染）。全球性全球性大气大气污染染问题目前主要包括目前主要包括温室效温室效应、臭氧臭氧层破坏破坏和和酸雨酸雨三三大大问题。

3、知识点回顾知识点回顾大气与大气污染大气与大气污染Company Logo大气大气污染物染物 由于人类活动或自然过程排入大气，并对人和环境产生有害影响的物质。其主要存在状态为：气溶胶态污染物和气态污染物（五大类，一次污染物和二次污染）。几个概念：粉尘、烟、飞灰、黑烟、霾、雾、飘尘、降尘、总悬浮颗粒物。大气大气污染染 在大气污染控制中，受到普遍重视的一次污染物主要有硫氧化物硫氧化物（SOx）、氮氧化物（氮氧化物（NOx）、碳氧化物（碳氧化物（CO、CO2）及有机化合有机化合物（物（C1-C10化合物）化合物）等；二次污染物主要有硫酸烟硫酸烟雾雾和光化学烟光化学烟雾雾。大气大气污染源和染源和发生量生

4、量 大气污染源及其分类（自然源、人为源等）。从全球主要大气污染物的来源、发生量、背景浓度和主要反应等参数来看：我国的大气污染仍以煤烟型为主，主要污染物是SO2和烟尘；而美国的主要污染源为交通工具和燃料燃烧，主要污染物为NOx、VOCs和SO2。知识点回顾知识点回顾大气污染物及其来源大气污染物及其来源Company Logo大气大气污染染对植物的植物的伤害害 大气污染物对植物的伤害，通常发生在叶子结构中。最常遇到的毒害植物的气体是：二氧化硫、臭氧、PAN、氟化氢、乙烯、氯化氢、氯、硫化氢和氨。大气大气污染染对器物和材料的影响器物和材料的影响 大气污染物对器物和材料的损害包括玷污性损害和化学性损害

5、两个方面。玷污性损害主要是粉尘、烟等颗粒物落在器物上面造成的。化学性损害是由于污染物的化学作用，使器物和材料腐蚀或损坏。大气大气污染染对大气能大气能见度的影响度的影响 能能见度的气象学度的气象学定定义。大气污染最常见的后果之一是大气能见度的降低。大气能见度的降低不仅会使人感到不愉快，而且会造成极大的心理影响，还会产生交通安全危害。对气候的影响气候的影响 大气污染对能见度的长期影响相对较小。但是，如果大气污染对气候产生大规模影响，则其结果肯定是极为严重的。知识点回顾知识点回顾大气污染的影响大气污染的影响Company Logo大气大气污染染综合防治的含合防治的含义 为了达到区域环境空气质量控制目

6、标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。其基本点是防与治的综合。大气大气污染染对器物和材料的影响器物和材料的影响大气大气污染染综合防治措施合防治措施全面规划，合理布局；严格环境管理，按功能区域施行总量控制；积极施行控制大气污染的技术措施；实施控制污染的经济政策；实行控制污染的产业政策；绿化造林；末端治理。知识点回顾知识点回顾大气污染的综合防治大气污染的综合防治Company Logo大气大气污染染监测 大气污染监测的目的；大气污染监测指标（有毒有害的无机污染物、某些重要的有机污染物和有关的气象要素）

7、；主要监测项目（SO2）、TSP、PM10）、NOx等10项。另外还包括风向、气温等气象参数。大气污染监测是制定环境空气质量控制标准的基础。环境空气境空气质量量标准准 环境空气境空气质量量标准准（大气（大气环境境质量量标准准）：）：规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定。2012年2月，国务院发布空气质量新标准，增加了PM2.5值监测。大气大气污染染物排放物排放标准准，可分为：国家标准与地方标准；综合标准与行业标准，甚至根据特定的排放源制定了相应标准。环境空气质量标准的分级（一级、二级、三级）；环境空气质量保护区分类及执行标

8、准级别。知识点回顾知识点回顾环境空气质量控制标准环境空气质量控制标准第二章第二章 燃烧与大气污燃烧与大气污染染本章提要 主要的大气污染物（如烟尘、NOx、SO2等）都来自燃料燃烧。本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理，以及如何控制燃烧过程以便减少污染物的产生量。学习要求：学习要求：了解常见民用及工业燃料的组成和性质；掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。1 1燃料的性质燃料的性质3 3烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排

9、放量计算2 2燃料燃烧过程燃料燃烧过程讲 授 内 容4 4燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成5 5燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成6 6燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成燃料燃料（用以产生热量或动力的可燃性物质）主要是含碳物质或碳氢化合物，如：煤、石油和天然气等化石燃料，以及非常规燃料（生活垃圾、农作物秸秆等）。燃料的分燃料的分类类 燃料的性质燃料的性质气体燃料：燃烧迅速，由空气与燃料的扩散或混合所控制。液体燃料：以气体形式燃烧，燃烧速率受其蒸发过程控制。固体燃料：燃料中的挥发性组分被蒸发后以气态燃烧，而遗留的固定 碳以固态燃烧，后者的速率由氧分

10、子向固体表面的扩散控制。燃料的化学燃料的化学组组成成对对燃燃烧烧的影响的影响碳：碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出32,860 kJ的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出9,268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。氢氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2%10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出120,500 kJ的热量。氧：氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量。氮氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%1

11、.5%。硫硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。水分：水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102105，保持2h后才能除掉。灰分灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。燃料的性质燃料的性质 煤是重要的固体燃料，是一种不均匀的有机燃料不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和变质形成。煤的可燃成分主要是碳、碳、氢氢及少量氧、氮和硫及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合有机聚

12、合物物。煤中有机成分和无机成分的含量，因煤的种类和产地的不同而有很大差别。煤的分煤的分类类和性和性质质燃料的性质燃料的性质煤煤煤煤矿的种的种类主要性主要性质褐煤是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最最低低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，像木材结构。特特点点：挥发分较高，析出温度低；燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量6075%，O2含量2025%。烟煤形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。特点特点：挥发分2045%，C7590%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。无烟煤碳含量最高，煤化时间最长的煤，具有明显的黑色光泽，机械强度高。特点：特点：C含量93%,无

13、机物量1，值取决于燃料种类、燃烧装置形式及燃烧条件等因素。燃料燃烧过程燃料燃烧过程空燃比（空燃比（AF）单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可以由燃烧方程式直接求得。例如：甲烷在理想空气量下的完全燃烧：CH42O27.56N2CO27.56N2 空燃比：AF=2327.5628/116=17.2 随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量的增加，理论空燃比随之减小。汽油（C8H18）的理论空燃比为15；纯碳的理论空燃比约为11.5。同时也可以根据燃烧方程式计算燃烧产物的量，即燃料燃烧产生的烟气量。燃料燃烧过程燃料燃烧过程燃燃烧过程程产生的生的污染物染物 燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、N

14、Ox、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等，这些都是有害的，其形成与燃烧条件有关。温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响；燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响。燃料燃烧过程燃料燃烧过程热化学关系式化学关系式l发热量 单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下的情况下（通常为298K和101325Pa）的热量变化，单位：kJ/kg（固、液燃料）或kJ/m3（气体燃料）。高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热。低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量。若已知燃料中氢和水的含量，低位发热量qL可由高位

15、发热量qH减去水蒸气的凝结热而求得，发热量以kJ/kg表示，WH：燃料中氢的质量百分数；WW：燃料中水分的质量百分数，则：燃料燃烧过程燃料燃烧过程热化学关系式化学关系式l燃烧设备的热损失排烟热损失；不完全燃烧热损失；炉体散热损失。在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低；不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。精确位置取决于燃料与空气之间混合的程度，也取决于各种燃料的特征燃烧速率。燃料燃烧过程燃料燃烧过程1.燃料包括哪些种类？燃料的化学组成是怎样的？其对燃烧都有哪些影响？2.简述煤的分类、性质及其组成？3.简述煤的工业分析和元素分析的区别和联系？4.煤的成分表示方法都有哪些方面？5.影响燃烧的主要因素都有哪些？6.某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（质量分数）：C：88.3%；H：9.5%；S：1.6%；H2O：0.05%；灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需要的理论空气量。思考与练习思考与练习