大气污染治理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 大气污染控制技术,3.1,大气污染的一般概念,3.2,大气污染气象学基础,3.3,空气除尘技术,3.4,可溶性气体污染物去除技术,1,3.1,大气污染的一般概念,3.1.1 大气污染及其分类,3.1.2 大气污染的对环境的影响,3.1.3 我国大气污染概况,3.1.4 大气污染控制及环境标准,3.2,大气污染气象学基础,3.2.1,大气圈结构与气象要素,3.2.2,大气的热力过程,3.2.3,大气的运动和风,2,3.1.1 大气污染及其分类,1.,大气污染的定义,大气污染指大气中某种物质的,浓度超过正常水平,，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。,大气污染指大气中某种,不良成分,达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。,如果大气中的物质达到,一定浓度，并持续足够的时间,，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。,3,2. 排放源分类,人为因素,交通,发电,工业生产,工业与民用燃烧,其他,自然因素,地理因素：火山,天气因素: 日照,微生物作用: 腐烂,植被因素,其他,4,亚洲的典型空气污染源：,发电,、,工业、交通,、民用燃料、植物燃烧等,5,3. 形成类型分类：,一次大气污染物,:,直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物,一次大气污染物来源,污染物,来源,一氧化碳,燃料的不完全燃烧，吸烟,碳氢化合物,燃料的不完全燃烧，吸烟,悬浮颗粒物,燃料燃烧, 农业生产, 工业废物, 建筑扬沉,二氧化硫,化石燃料使用, 冶金,氮氧化物,燃料燃烧,6,3.,形成类型分类：,二次大气污染,二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。,光化学烟雾是大气中,氮氧化物,和,碳氢化合物,在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。,光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(,O,3,),和过氧乙酰硝酸酯(,PAN)。,7,光化学烟雾形成过程,*,*,8,光化学烟雾对比照片,9,细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大,形成气溶胶，长期悬浮在空气中,细颗粒物本身可能是有毒、有害物质,细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体,细颗粒物污染可导致低能见度显著降低,4. 污染物性状分类：,细颗粒物污染,10,碳氢气体污染物,一氧化碳污染物,二氧化硫,氮氧化物,臭氧层破坏气体,温室气体,4. 污染物性状分类：,气态污染物,11,4. 污染物性状分类：,酸沉降,酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。,致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。,致酸物质按存在形态分为干和湿两种。,12,自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。,13,酸雨的危害,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,14,中国酸雨的分布变化主要位于,长江以南,15,3.1.2 大气污染对环境的影响,1. 对人体健康的影响,CO,对人体健康的影响,CO（10,-6,）,对人体健康的影响,510,对呼吸道患者有影响,30,人滞留8,h，,视力及神经机能出现障碍,40,人滞留8,h，,出现气喘,120,1,h,接触，中毒，血液中,COHb10%,250,2,h,接触，头疼，血液中,COHb=40%,500,2,h,接触，剧烈心痛，眼花，虚脱,3000,30,min,即死亡,16,NO,2,对人体健康的影响,NO,2,（10,-6,）,对人体健康的影响,1,闻到臭味,5,闻到强臭味,1015,10,min,眼、鼻受到刺激,50,1,min,内人呼吸困难,80,3,min,感到胸痛、恶心,100150,在3060,min,内死亡,250,很快死亡,17,突发性严重大气污染事故,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,18,2. 对植物的伤害,二氧化氮,浓度和暴露时间与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系,暴露,时间，,h,0.1,0.1,1.0,1,0,1,0,0,1,0,0,0,NO,2,浓度,，,ppm,NO,2,浓度,，,mg/m,3,暴露,时间，,d,19,3. 对器物和材料的影响,平均二氧化硫浓度和不同暴露时间对低碳钢的腐蚀作用关系,Mean SO,2,concentration，ppm,Weight loss per 100g panel，g,20,4. 对大气能见度的影响,对大气能见度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体，包括：,总悬浮颗粒物（,TSP,）,SO,2,和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和,硫酸气溶胶粒子,NO,和,NO,2,，,在大气中反应生成硝酸盐和,硝酸气溶胶粒子,光化学烟雾，反应生成,亚微米气溶胶粒子,21,排放源,源头控制,大气,受体,受体,人类,动物,植物,其他,反映,防止控制,法律途径,排放源,大气,受体,污染物,扩散、混合、反应与空气传输,3.1.4 大气污染控制及环境标准,1.,空气污染及控制系统,22,2,.大气污染控制的研究内容,空气污染源,污染物在大气中的物理、化学行为,污染物对受体的影响,污染控制技术,控制大气污染的法律法规,23,3.2,大气污染气象学基础,3.2.1,大气圈结构与气象要素,24,25,大气圈垂直结构,对流层,（10,km,左右）,集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层,温度随高度的增加而降低，每升高100,m,平均降温0.65,0,C,强烈对流作用,温度和湿度的水平分布不均,大气边界层对流层下层12,km，,地面阻滞和摩擦 作用明显,自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略,近地层地面上50100,m，,热量和动量的常通量层,26,大气圈垂直结构,平流层（对流层顶5055,km）,同温层对流层顶3540,km，,气温-55,0,C,左右,同温层以上，气温随高度增加而增加,集中了大部分臭氧,没有对流运动，污染物停留时间很长,中间层（平流层顶85,km）,气温随高度升高而迅速降低,对流运动强烈,27,大气圈垂直结构,暖层（中间层顶800,km）,气温随高度升高而增高,气体分子高度电离电离层,散逸层（暖层以上）,气温很高，空气稀薄,空气粒子可以摆脱地球引力而散逸,28,主要气象要素,1气温,天气预报中：1.5,m,高、百叶箱内气温（,野外空气流通、不受太阳直射下,）。,2,气压,单位：,mb（,毫巴） 大气的压强,1,atm101326Pa1013.26mb=760mmHg,29,主要气象要素,3气湿,绝对湿度1,m,3,湿空气中含有的水汽质量,相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比,含湿量湿空气中1,kg,干空气包含的水汽质量,水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数,露点同气压下空气达到饱和状态时的温度,30,主要气象要素,4风向和风速,水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）,风的来向叫风向（16个方位圆周等分）,风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或10,min,平均）,(,km/h),F,风力级（,0,12,级）,31,主要气象要素,5,云,大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）,云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分）,云高:云底距地面底高度,低云（2500,m,以下）,中云（25005000,m）,高云（5000,m,以上）,云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）,32,主要气象要素,6能见度,正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离,级别（,09,级，相应距离为,50,50000,米）,33,3.2.2 大气的热力过程,太阳、大气和地面的热交换,太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量,太阳辐射加热地球表面,地面长波辐射加热大气,近地层大气温度随地表温度变化,34,气温的垂直分布（温度层结）,气温的垂直分布,温度层结,35,大气稳定度及其判据,定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流（大气稳定度）,定性描述：,外力使气团上升或下降,气块去掉外力,气团减速，有返回趋势，稳定,气团加速上升或下降，不稳定,气团停在外力去掉处，中性,不稳定条件下有利于扩散,36,逆温,逆温不利于扩散,辐射：,辐射逆温：,地面白天加热，大气自下而上变暖；,地面夜间变冷，大气自下而上冷却,.,太阳,地球,：短波,地球,大气层：长波,大气吸收长波强,37,逆温,辐射逆温的生消过程,38,烟流型与大气稳定度的关系,波浪型（不稳）,锥型（中性,or,弱稳）,扇型（逆温）,爬升型（下稳，上不稳）,漫烟型（上逆、下不稳）,温度垂直分布！,39,本节内容,3.,3,颗粒物污染控制技术,3.,3.1,颗粒污染物性质表征,3.,3.2,机械除尘技术,3.,3.3,电除尘技术,3.,3.4,湿式除尘技术,3.,3.5,过滤除尘技术,3.,3.6,除尘器的选择,40,3.,3.1,颗粒污染物性质表征,1,、颗粒粒径,A,、显微镜观测法粒径测量,：,显微镜法观测粒径直径的三种方法：,a-,定向直径,b-,定向面积等分直径,c-,投影面积直径,41,B,、筛分法,筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度,筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数,C,、光散射法,等体积直径,d,e,：与颗粒体积相等的球体的直径,D,、沉降法,斯托克斯（,Stokes,）直径,d,s,：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径,空气动力学当量直径,d,a,：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（,1g/cm3,）的球体的直径,斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径,42,2,、粒径分布描述,粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。,粒数分布,:,每一间隔内的颗粒个数,粒数频率：第,i,个间隔中的颗粒个数,ni,与颗粒总数,ni,之比,粒数筛下累积频率：小于第,i,个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比,43,连续化描述,频率分布：粒径,d,p,到,d,p,+d,p,之间的尘样质量占总尘样质量的百分数，即,频率密度分布：即单位粒径间隔宽度的频率分布,筛下累积频率分布：小于某一粒径,dp,的尘样占尘样总质量的百分数,44,粒径分布函数,用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布,正态分布,频率密度,筛下累积频率,标准差,45,3,、平均粒径,长度平均直径,表面积平均直径,体积平均直径,体积表面积平均直径,46,4,、粉尘密度,单位体积粉尘的质量，kg/m,3,或g/cm,3,粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度,p,用堆积体积计算,堆积密度 ,b,空隙率,粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比,47,5,、粉尘的比表面积,单位体积粉尘所具有的表面积,以质量表示的比表面积,以堆积体积表示的比表面积,48,6,、粉尘的安息角与滑动角,安息角,：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角,滑动角,：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角,安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标,安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性,49,7,、粉尘的含水率,粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的,自由水分,以及颗粒内部的,结合水分,含水率水分质量与粉尘总质量之比,含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性,吸湿现象,平衡含水率,50,8,、粉尘的润湿性,润湿性,粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质,润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。,粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降,润湿性是选择湿式除尘器的主要依据,51,9,、粉尘的荷电性,天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷,荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电,天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的,1/10,荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关,52,10,、粉尘的导电性,比电阻：表征粉尘的导电性指标，以电阻率表示。由于其电阻率与测定时的条件有关，只是一种可以相互比较的表观电阻率，通常称为比电阻，单位,m,。,导电机制：,高温（,200,o,C,以上），粉尘本体内部的电子和离子,体积比电阻,低温（,100,o,C,以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质表面比电阻,中间温度，同时起作用,比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围,10,4,10,10,m,53,11,、粉尘的粘附性,粘附和自粘现象:粉尘粘附在固体表面，或颗粒彼此相互附着现象,粘附力克服附着现象所需要的力,粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）,分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性,粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性,有利的方面：有利于粉尘颗粒的捕集,不利的方面：管道或设备堵塞,54,12,、粉尘的自燃性和爆炸性,粉尘的自燃性,自燃,自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热,影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境,存放过程中自然发热,热量积累,达到燃点,燃烧,55,13.粉尘的爆炸性,粉尘发生爆炸必备的条件：,可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度,最低可燃物浓度爆炸浓度下限,爆炸浓度上限,存在能量足够的火源,56,3.,3.2,机械除尘技术,机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：,重力沉降室,惯性除尘器,旋风除尘器,57,1,、重力沉降室,重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置,气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降,层流式和湍流式两种,58,重力沉降室原理,沉降室的长宽高分别为,L,、,W,、,H,，,处理烟气量为,Q,气流在沉降室内的停留时间,在,t,时间内粒子的沉降距离,该粒子的除尘效率,59,层流式重力沉降室,对于,stokes,粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的,d,min,计算,60,重力沉降室,提高沉降室效率的主要途径,降低沉降室内气流速度,增加沉降室长度,降低沉降室高度,沉降室内的气流速度一般为0.32.0,m/s,61,重力沉降室,重力沉降室的优点,结构简单,投资少,压力损失小（一般为,50,100Pa,）,维修管理容易,缺点,体积大,效率低,仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子,62,2,、惯性除尘器,机理,沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离,63,惯性除尘器应用,一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘,净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集,10,20,m,以上的粗颗粒,压力损失,100,1000Pa,64,3,、旋风除尘器,利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置,旋风除尘器内气流与尘粒的运动,普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成,气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋,少量气体沿径向运动到中心区域,旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋,气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度,65,旋风除尘器气流与尘粒的运动,切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁,到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗,上涡旋气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出,66,分离机理,在内、外旋涡的交界面上，作用在粒子上的离心力,F,C,mv,t,2,/r,向心运动气流作用于尘粒上的阻力,F,D,Av,r,若,F,C,F,D,，,颗粒移向外壁,若,F,C,F,D,，,颗粒进入内涡旋,当,F,C,=,F,D,时，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50%,67,影响旋风分离器效率的因素,结构尺寸：直径，錐角,内外旋涡分界,烟尘物性：气体粘度，颗粒密度,操作条件：进风量（切向线速度）,旋风分离器设计考虑关键因素,分离效率,气体压降,68,3.,3.3,电除尘技术,旋风除尘器对于,dp 44,带挡板的沉降室,58.6,7.5,22,43,80,90,普通旋风除尘器,65.3,12,33,57,82,91,长锥旋风除尘器,84.2,40,79,92,99.5,100,喷淋塔,94.5,72,96,98,100,100,电除尘器,97.0,90,94.5,97,99.5,100,文丘里除尘器,99.5,99,99.5,100,100,100,袋式除尘器,99.7,99.5,100,100,100,100,86,除尘器的合理选择,87,除尘器的合理选择,3.,气体的含尘浓度,气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒,4.,气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素,高温、高湿气体不宜采用袋式除尘器,烟气中同时含有,SO,2,、,NO,等气态污染物，可以考虑采用湿式除尘器，但是必须注意腐蚀问题,5.,选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题,88,除尘器的合理选择,6,其他因素,设备的位置，可利用的空间，环境条件,设备的一次投资 （设备、安装和工程等）以及操作和维修费用,设备,投资费用,运行费用,高效旋风除尘器,100,100,袋式除尘器,250,250,电除尘器,450,150,塔式洗涤器,270,260,文丘里洗涤器,220,500,89,小结,颗粒污染物性质,粒径、密度、比表面积、润湿性、荷电性、导电性,机械除尘技术,重力沉降、惯性除尘、旋风分离,电除尘技术,湿式除尘技术,喷淋塔、旋液塔、文丘里管,过滤除尘技术,袋式过滤,除尘器的选择,90,本节内容,3.,4,气态污染物控制技术,3.,4.1,气态污染物种类与性质,3.,4.2,气态污染物一般净化方法,3.,4.3 SO,2,去除技术,3.,4.4 NO,X,去除技术,3.,4.5 VOC,去除技术,91,3.,4.1,气态污染物种类与性质,种类：,SO2,、,NO,X,、,HC,（碳氢化合物）、,CO,、,VOC,、。,酸碱性：,SO,2,气体呈酸性，,NH3,气体呈碱性,溶解性：,SO,2,、,NO,X,水,氧化还原性：,CO,、碳氢化合物、,VOC,等呈还原性，,NO,X,呈氧化性。,可吸附性：,HC,、,VOC,活性炭,说明：,HC,烃类；,VOC（versatile organic carbon),挥发性有机物,92,3.,4.2,气态污染物一般净化方法,1,、冷凝法,2,、燃烧法,3,、吸收法,4,、吸附法,5、催化转化法,93,1、冷凝法,利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的性质，对气体进行冷却，使处于蒸汽状态的有害物质冷凝成液体，从废气中分离出来，达到净化的目的。,适于高浓度有害气体的去除,常作为吸收、吸附、燃烧等净化过程的前处理,94,2、燃烧法,利用氧化燃烧或高温分解的原理，把有害气体转化为无害气体的方法。,直接燃烧法,催化燃烧法,适用于可燃或高温分解的物质,不能回收有用物质，但可回收热量,95,3 吸收法,原理：利用污染物,在吸收液中的溶解性,气液平衡原理,常见污染气体的,平衡溶解度（右图）,96,4、吸附法,利用某些多孔性固体吸附剂来吸附去除有害气体的方法。,常用的气体吸附剂有：,活性碳,分子筛,活性氧化铝,吸附过程：物理吸附、化学吸附（反应）,常用作深度净化,97,5,、催化转化法,含污染物气体通过催化床层发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质。,应用：,工业尾气和烟气去除,SO,2,和,NO,x,有机挥发性气体,VOCs,和臭气的催化燃烧净化,汽车尾气的催化净化,98,3.,4.3 SO,2,去除技术,1,、,SO,2,产生源,2,、源头控制,3,、燃烧中同步控制,4,、末端治理,A,、吸收法,B,、催化转化法,C,、吸附法,99,1、,SO,2,产生源,人类使用的化石燃料都含有一定量的硫，燃料燃烧时，其中的硫大部分转化为,SO,2,人为活动是,SO,2,大量排放的主要原因。,大部分的控制方法可用以下反应表示：,100,硫氧化物的污染,早期,局地环境中二氧化硫的浓度升高,近,100,年来,二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降,最近,二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子,101,硫循环与硫排放,102,控制技术,燃烧前常规脱硫技术：,煤炭洗选：物理洗煤、化学洗煤、微生物洗煤,煤炭气化、液化,燃烧中脱硫技术:,型煤技术,循环流化床燃烧,燃烧后脱硫技术:,烟气脱硫,103,2、燃烧前脱硫技术,1.,煤炭洗选技术,同原煤相比，可节能10%左右，可减少二氧化硫排放量40-60%。,洗选煤方法可分为物理法、微生物法和化学法。广泛采用物理法中的重介质、跳汰和浮选技术。,104,重介质法是利用密度介于煤和矸石之间的液体作为分选介质进行选煤，分选介质通常采用磁铁矿粉与水配制成的悬浮液。,跳汰选煤是利用被选煤在上下波动的变速脉动将相对密度不同的煤和矸石分开。,浮选是利用煤和矸石的颗粒亲水性及疏水性的差异，将其在浮选液中分开。,我国以物理选煤为主，跳汰占59%、重介质占23%、浮选占14%。,105,燃烧前脱硫技术,2.,煤炭的转化,煤的气化,采用空气、氧气、,CO,2,和水蒸气作为气化剂，在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气,移动床、流化床和气流床三种方法,煤的液化,通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品,直接液化和间接液化,106,燃烧前脱硫技术,3.,重油脱硫,在催化剂作用下通过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与硫作用形成,H,2,S,从重油中分离,直接脱硫和间接脱硫,107,3、燃烧中脱硫技术,1.型煤加工技术,型煤是用煤粉搀加少量固硫剂加工压制成具有一定强度和形状的煤制品,型煤有民用型煤和工业型煤两类；,型煤固硫率一般在50%左右，并可节煤和减少烟尘排放,108,燃烧中脱硫技术,2.流化床燃烧技术,流化床燃烧是把燃料煤和吸附剂（石灰石或白云石）加入燃烧室的床层中，从炉底鼓风使床层悬浮，形成湍流混合进行燃烧。,主要特点是：,(1) 燃烧温度低温范围,NO,X,的生成量仅为煤粉炉的1/3- 1/4,可将石灰石粉直接混入煤粒脱硫,(2) 燃料适应性强,床内97-98%为惰性物料，热容量大，可燃用劣质燃料，燃烧效率达95-99%,(3) 燃烧强度大，床内传热能力强。,(4) 可用较低成本在燃烧过程中实现脱硫，同时降低,NO,X,排放。,109,流化床燃烧脱硫,流化床脱硫的化学过程,脱硫剂：石灰石（,CaCO,3,）、白云石（,CaCO,3,MgCO,3,）,炉内化学反应,流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境,CaSO,4,的摩尔体积大于,CaCO,3,，由于孔隙堵塞，,CaO,不可能完全转化为,CaSO,4,110,流化床燃烧脱硫,111,4、燃烧后脱硫,燃烧设施直接排放的,SO,2,浓度通常为,10,-4,10,-3,数量级。,由于,SO2,浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常比较昂贵。,世界上目前应用最广泛的石灰石灰石脱硫技术,占烟气脱硫装机容量的80%以上。,其它烟气脱硫技术：催化转化吸收技术（适合高浓度、低尘尾气），吸附脱硫技术（低尘）。,112,石灰石灰石湿法吸收脱硫,吸收剂:石灰石或石灰浆液。,反应原理,113,石灰/石灰石湿法工艺流程,吸收剂,储槽,石灰石研磨,制浆,石灰制浆,含尘,烟气,再热器,去烟囱,固液,分离,第二级,固液分离,固体废物,114,其它,湿,法烟气脱硫技术,双碱法,用碱金属盐类(,K,Na),或碱溶液吸收,SO,2,用石灰或石灰石再生吸收脱硫回流液得硫酸钙沉淀,再生液返回系统循环使用.,如:,Na,2,CO,3,和石灰双碱,一般,Na,补充量为0.05,mol/molSO,2,反应：,再生：,Na,2,CO,3,：,115,半干法烟气脱硫,喷雾干燥吸收法脱硫技术,于七十年代中期在美国开发,优点:,脱硫产物呈干态，无需除雾器及烟气再热器；,不产生微量金属元素污染的废水,设备不易腐蚀,投资费用低,缺点：,吸收剂采用石灰浆，费用较高；,吸收剂利用率低,Ca/S=1.5,效率80%,用于高硫煤时经济性差,116,喷雾干燥吸收法烟气脱硫,工艺流程:,石灰,球磨机,浆槽,循环灰 水,预消化器,吸收塔,ESP,干灰,烟气,烟囱,117,喷雾干燥吸收法烟气脱硫,化学过程:,生石灰制浆：,SO,2,被液滴吸收：,吸收剂与,SO,2,的反应：,液滴中过饱和沉淀析出：,部分(液)被溶于液滴中的氧气所氧化：,118,烟气脱硫工艺的综合比较,主要涉及因素,脱硫效率,钙硫比,脱硫剂利用率,脱硫剂的来源,脱硫副产品的处理处置,对锅炉原有系统的影响,对机组运行方式适应性的影响,占地面积,流程的复杂程度,动力消耗,工艺成熟度,119,燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价,评价指标,1.,技术成熟度。依脱硫技术目前所处的开发阶段，分为实验室，中试，示范和商业化四个阶段,2.,技术性能。包括脱硫效率，处理能力，技术复杂程度，占地情况，再热需要及副产品利用等，反映技术的综合性能,3.,环境特性。环境特性根据处理后烟气的,SO,2,排放量与排放标准比较进行评价,4.,经济性。选用技术的总投资和,SO,2,单位脱硫成本为综合经济性的评价指标,120,燃烧前和燃烧中技术,综合评价,121,5.,高浓度,SO,2,尾气的回收和净化,冶炼厂、硫酸厂和造纸厂等工业，,SO,2,浓度通常,2,40,化学反应式,反应,1,为放热反应，温度低时转化率高,工业上一般采用多层催化床层,122,催化转化脱硫净化工艺,段间冷却的四层催化床,第二级,催化床,预除尘和水分,填充床吸收塔,填充床吸收塔,来自冶炼厂或硫磺燃烧的富含,SO,2,的尾气,水,含有约为初始进气,SO,2,浓度,3%,的尾气,含有约为初始进气,SO,2,浓度,0.3%,的尾气,水,单级吸收工艺,二级吸收工艺,SO,2,单级和二级净化工艺的流程图,催化反应：,420,550,123,吸附法,SO,2,是一种以被吸附的气体，常用的吸附剂是活性碳，活性炭具有催化转化功能。,吸附机理：,第一步，物理吸附（无水蒸汽与氧气存在）,第二步，化学反应（需要氧气与水蒸汽存在）,反应式：,活性碳脱附再生方法：,加热再生：,洗涤再生,124,NO,X,去除技术,1,、,NO,X,产生源,2,、燃烧控制,3,、末端治理,A,、催化还原法,B,、吸附法,C,、吸收法,125,NO,X,的来源,NOx,包括,N,2,O、NO、N,2,O,3,、NO,2,、N,2,O,4,、N,2,O,5,大气中,NO,x,主要以,NO、NO,2,的形式存在,NO,x,的来源,固氮菌、雷电等自然过程（510,8,t/a）,人类活动（510,7,t/a）,燃料燃烧占 90,95以,NO,形式，其余主要为,NO,2,由于人类活动处于集中空间范围，显示污染特性。,126,NO,X,的性质,N,2,O：,单个分子的温室效应为,CO,2,的200倍，并参与臭氧层的破坏。,NO：,大气中,NO,2,的前体物质，是形成光化学烟雾的活跃组分。,NO,2,:,硝酸酐，有强烈刺激性，来源于,NO,的氧化，是酸沉降的重要组成之一。,127,燃烧过程,NOx,的形成机理,形成机理,燃料型,NOx,燃料中的固定氮生成的,NOx,热力型,NOx,高温下,N,2,与,O,2,反应生成的,Nox,瞬时,NOx,低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的,NOx,128,NO,X,的主要形成机理,热力型,NO,X,的形成,产生,NO,和,NO,2,的两个重要反应,上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响。,平衡时,NO,浓度随温度升高迅速增加。,控制,NO,x,形成的主要因素,空气燃料比（控制过氧量）,燃烧区温度及其分布,129,燃烧控制：低,NO,X,燃烧技术,传统低,NO,x,燃烧技术,1.,低氧燃烧,降低,NO,x,的同时提高锅炉热效率,CO,、,HC,、碳黑产生量增加,130,传统低,NO,x,燃烧技术,2.,降低助燃空气预热温度,燃烧空气由,27,o,C,预热到,315,o,C,，,NO,排放量增加,3,倍,131,传统低,NO,x,燃烧技术,3.,烟气循环燃烧,降低氧浓度和燃烧区温度主要减少热力型,NO,x,132,传统低,NO,x,燃烧技术,4.,两段燃烧技术,第一段：氧气不足，烟气温度低，,NO,x,生成量很小。,第二段：二次空气，,CO,、,HC,完全燃烧，烟气温度低。,133,先进的低,NO,x,燃烧技术,原理：低空气过剩系数运行技术分段燃烧技术,1.,炉膛内整体空气分级的低,NO,x,直流燃烧器,炉壁设置助燃空气（燃尽风）喷嘴,类似于两段燃烧技术,134,先进的低,NO,x,燃烧技术,2.,空气分级的低,NO,x,旋流燃烧器,一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化,二次火焰区：燃尽,CO,、,HC,等,135,先进的低,NO,x,燃烧技术,3.,空气,/,燃料分级的低,NO,x,燃烧器,空气和燃料均分级送入炉膛,一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的,NO,x,136,烟气脱硝技术,脱硝技术的难点,处理烟气体积大,NO,x,浓度相当低,NO,x,的总量相对较大,137,烟气脱硝技术,1.,选择性催化还原法（,SCR,）,氨作为还原剂,催化剂：贵金属、碱性金属氧化物,还原反应,潜在氧化反应,138,烟气脱硝技术,2.,选择性非催化还原法（,SNCR,）,尿素或氨基化合物作为还原剂，较高反应温度,化学反应,同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生,139,烟气脱硝技术,3.,吸收法,碱液吸收,必须首先将一半以上的,NO,氧化为,NO,x,NO/NO,2,1,效果最佳,140,吸收法烟气脱硝,强硫酸吸收,141,烟气脱硝技术,4.,吸附法,吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤,NOx,和,SO,2,联合控制技术,吸附剂：浸渍碳酸钠的,-Al2O3,反应式,再生：天然气、,CO,142,3.,4.5,VOC,去除技术,1,、,VOC,来源与性质,2,、源头控制,A、,替代原料及工艺,B、,呼吸损耗控制,3,、末端治理,A,、冷凝法,B,、燃烧法,C、,微生物净化法,D,、吸收,E、,吸附法,143,VOC,概念,VOC（Volatile organic compound）,中文名“挥发性有机物”,是指各种有机化合物的气体，如烃、醇、酚、醛、 酯、多环及杂环化合物的气体，这些有机气体很多都具有毒性，同时是造成环境恶臭的主要来源。,144,防止泄漏为主的预防性措施,替换原材料,改变运行条件,更换设备等,末端治理为主的控制性措施,VOC,控制技术可分为两类,145,VOCs,控制技术,146,源头控制溶剂替代,147,呼吸（转移）损耗的概念,充入、呼吸和排空损耗,呼吸损耗容积变化使容器产生,“,吸进和呼出,”,导致的有机物损耗,148,转移损耗控制方法,浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在液面上，使液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动，避免上面所讲述的呼吸损耗。,149,末端治理,A,冷凝法,适于废气体积分数10,-2,以上的有机蒸气,常作为其它方法的前处理,150,B,燃烧法,直接燃烧,适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气,设备：燃烧炉、窑、锅炉,温度1100,o,C,左右,火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免,151,B,燃烧法,热力燃烧,适于低浓度废气的净化,温度低，,540,820,o,C,必要条件：温度、停留时间、湍流混合,152,催化氧化净化工艺,催化剂：,Pt (Pd,过渡金属，稀土,)/Al,2,O,3,等,VOCs,的催化氧化,优点：,无火焰燃烧，安全性好,温度低：300450,o,C，,辅助燃料消耗少,对可燃组分浓度和热值限制少,153,154,C,吸,收（洗涤）法,155,吸收工艺,吸收剂的要求,对被去除的,VOCs,有较大的溶解性,蒸气压低,易解吸,化学稳定性和无毒无害性,分子量低,156,D,吸,附法,157,吸附工艺,活性炭吸附,VOCs,的性能最佳,亦有部分,VOCs,不易解吸，不宜用活性炭吸附,158,E,微生物净化,原理,微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为,CO,2,和,H,2,O,工艺,159,生物洗涤塔（悬浮生长系统）,160,生物滴滤塔,161,3.,4.6,汽车污染及控制简介,汽车污染物来源及种类,燃料使用,燃料气体挥发,HC,燃烧过程,碳烟、,CO,、,HC,SO,2,、,NO,x,162,汽油车行驶工况与排放,1. 怠速, 减速时,CO, HC,排放高, 浓度约为:,CO: 1.0-6%; HC: 400-3000ppm,NOx: 10-100ppm,2.,加速, 定速时,NOx,高, 浓度约为:,NOx: 1000-4000ppm,CO: 0.5-3.0%; HC: 200-600ppm,加速时, 碳烟约为: 0.005,g/m3,163,柴油车行驶工况与排放,1.,CO,总是很低, 约0.1%,2. 减速, 怠速时,HC,相对较高, 浓度约为400,ppm,此时,NOx,较低, 约为30-70,ppm,3.,加速, 定速时,NO,x,高, 浓度约为:,NOx: 800-2500ppm,此时,HC: 90-200ppm,4.,加速时碳烟最高, 约为0.30,g/m3,164,主要控制技术,前处理: 无铅汽油(0.013,g/L),低硫汽油和柴油(1200,ppm-50ppm),废气再循环(,EGR): 20%,循环, 降低,NO,x,约60%, 但油耗增加3%,机内控制: 发动机设计,表面积/容积 越小越好; 电子控制技术; 多气门技术,机外控制技术: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原-三效),165,