大氣污染控制工程課件.ppt

大氣污染控制工程 主講教師 林建偉副教授博士所在單位 海洋學(xué)院海洋環(huán)境系聯(lián)系電話子郵件 jwlin 辦公室 海洋學(xué)院A231室 選用的教材 大氣污染控制工程 郝吉明馬廣大主編高等教育出版社 考核要求 考勤 占20 作業(yè) 占20 期末考試 占60 第1章概論 大氣 環(huán)繞地球的全部氣體的總合 空氣 人類 植物 動物和建筑物暴露于其中的室外氣體 大氣組成 干燥清潔的空氣 水蒸氣 雜質(zhì) 氮 氧 氬 二氧化碳 99 996 氖 氦 氪 甲烷等 0 004 懸浮顆粒物 氣態(tài)物質(zhì) 大氣污染由于人類活動或自然過程使得某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中 呈現(xiàn)出足夠的濃度 達(dá)到了足夠的時間 因此危害了人體的舒適 健康和人們的福利 甚至危害了生態(tài)環(huán)境 大氣污染類型 局部 地區(qū) 廣域和全球性污染全球性污染 溫室效應(yīng)臭氧層破壞酸雨 溫室效應(yīng) 溫室氣體 二氧化碳 甲烷 一氧化二氮 臭氧 氟氯碳 水蒸氣等 溫室效應(yīng) 使太陽短波幾乎無衰減地通過 卻可以可以吸收地表的長波輻射 由此引起地球氣溫升高的現(xiàn)象 氣候變化 人類活動使大氣中CO2濃度增加 從而導(dǎo)致全球氣溫升高 臭氧層破壞 臭氧主要集中于平流層 可以吸收太陽紫外線的輻射 氟氯碳 NOx等物質(zhì)向大氣排放逐漸增多 導(dǎo)致臭氧層破壞 酸雨 pH小于5 6雨 雪或其他形式的大氣降水稱為酸雨 形成原因 化石燃料燃燒和汽車尾氣排放的SOx和NOx 于大氣中形成硫酸和硝酸 又以雨 雪 霧等形式返回地面 形成 酸沉降 大氣污染物氣溶膠狀態(tài)污染物氣體狀態(tài)污染物 1 粉塵 2 煙 3 飛灰 4 黑煙 5 霧 總懸浮顆粒物 TSP 可吸入顆粒物 PM10 氣體狀態(tài)污染物以分子狀態(tài)存在的污染物 種類 五類含硫化合物含氮化合物碳氧化物有機(jī)化合物鹵素化合物 另一種分類 1 一次污染物 直接從污染源排放到大氣中的原始污染物質(zhì) 2 二次污染物 由一次污染物與大氣中已有組分或者幾種一次污染物之間一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物質(zhì) 1 硫氧化物 SO2 2 氮氧化物 NO NO2 N2O 3 碳氧化物 CO CO2 4 有機(jī)物 CH4VOC 揮發(fā)性有機(jī)物 5 硫酸煙霧 硫酸霧和硫酸鹽氣溶膠 6 光化學(xué)煙霧 臭氧 過氧乙酰硝酸酯 酮類 醛類 大氣污染物的來源 按照主要污染物的統(tǒng)計分析 燃料燃燒固定源工業(yè)生產(chǎn)交通運輸流動源 按照空間分布 點源面源 煤煙型SO2和TSP 大氣污染防治的基本點是防和治的綜合 大氣污染綜合防治 為了達(dá)到區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量控制目標(biāo) 對多種大氣污染控制方案的技術(shù)可行性 經(jīng)濟(jì)合理性 區(qū)域適應(yīng)性和實施可能性等進(jìn)行最優(yōu)化選擇和評價 從而得出最優(yōu)的控制技術(shù)方案和工程措施 大氣污染防治 1 全面規(guī)劃 合理布局 大氣污染綜合防治措施 5 綠化造林 2 嚴(yán)格環(huán)境管理 3 控制大氣污染的技術(shù)措施實施清潔生產(chǎn)實施可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略建立綜合性工業(yè)基地 4 控制污染的經(jīng)濟(jì)政策保證必要的環(huán)境保護(hù)投資實行 污染者和使用者支付原則 安裝廢氣凈化裝置 環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的種類和作用 環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 以保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人群健康的基本要求為目標(biāo)而對環(huán)境空氣中的各類污染物的容許濃度所做的規(guī)定 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 以實現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo) 對從污染源排入大氣的污染物濃度所做的限制性規(guī)定 環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的種類和作用 環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn) 大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 為保準(zhǔn)達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)而從某一方面做出的具體技術(shù)規(guī)定 警報標(biāo)準(zhǔn) 為保護(hù)環(huán)境空氣質(zhì)量不致惡化或根據(jù)大氣污染發(fā)展趨勢 預(yù)防發(fā)生污染事故而規(guī)定的污染物含量的極限值 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB3095 1996二氧化硫 SO2 總懸浮顆粒物 TSP 可吸入顆粒物 PM10 二氧化氮 NO2 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 一氧化碳 CO 臭氧 O3 鉛 Pb 苯并 a 芘 B a P 氟化物 三級標(biāo)準(zhǔn) 一級標(biāo)準(zhǔn) 為了保護(hù)自然生態(tài)和人群健康 長期接觸情況下 不發(fā)生危害性影響的空氣質(zhì)量要求 二級標(biāo)準(zhǔn) 為了保護(hù)人群健康和城市鄉(xiāng)村的動植物 短期和長期接觸情況下 不發(fā)生危害性影響的空氣質(zhì)量要求 三級標(biāo)準(zhǔn) 為保護(hù)人群不發(fā)生急慢性中毒和城市一般動植物正常生長的空氣質(zhì)量要求 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 三類區(qū) 一類區(qū) 自然保護(hù)區(qū) 風(fēng)景名勝區(qū) 急需特殊保護(hù)區(qū) 二類區(qū) 居住區(qū) 商業(yè)交通居民混合區(qū) 文化區(qū) 一般工業(yè)區(qū) 農(nóng)村地區(qū) 三類區(qū) 特定工業(yè)區(qū) 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB16297 1996 規(guī)定了33種大氣污染物的排放限值 指標(biāo)分別為最高允許排放濃度 最高允許排放速率 無組織排放監(jiān)控濃度 任何排氣筒必須同時遵守最高允許排放濃度和最高允許排放速率 超過任何一項即超標(biāo) 按照污染源所在的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)功能區(qū)類別 執(zhí)行相應(yīng)級別的排放速率標(biāo)準(zhǔn) 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 第一章概論第二章燃燒與大氣污染第三章大氣污染氣象學(xué)第四章大氣擴(kuò)散濃度估算模式第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第六章除塵裝置第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物的污染控制第十章集氣罩和管道系統(tǒng)設(shè)計 課程內(nèi)容 第2章燃燒和大氣污染 常規(guī)燃料 固體燃料 液體燃料 氣體燃料 煤 石油 天然氣 燃燒迅速 燃燒狀態(tài)由空氣與燃料的擴(kuò)散或混合所控制 受蒸發(fā)過程控制 氣態(tài)燃燒受蒸發(fā)控制 固態(tài)燃燒受氧向固體表面的擴(kuò)散控制 固體燃料 可燃成份主要由碳 氫及少量的氧 氮和硫等一起構(gòu)成的有機(jī)聚合物 分類 褐煤 煙煤和無煙煤 第1節(jié)燃料的性質(zhì) 煤 工業(yè)分析 1 水分 外部水和內(nèi)部水 10 13 左右 2 灰分 不可燃礦物質(zhì)的總稱 25 左右 3 揮發(fā)分 與空氣隔絕條件下加熱分解出可燃?xì)怏w 4 固定碳 是煤的主要可燃物質(zhì) 去掉外部水分的煤中主要組成碳 氫 氮 硫和氧等含量 元素分析 C 分析尾氣的CO2 H 分析尾氣的H2O N 先轉(zhuǎn)換為氨 再通過堿吸收 S 先轉(zhuǎn)換為硫酸鋇 再用重量法測定 硫的形態(tài) 全硫 硫化鐵 有機(jī)硫 硫酸鹽硫 元素硫 黃鐵礦硫 原生和次生化學(xué)方法脫硫 揮發(fā)性硫 灰分的一部分 4 干燥無灰基以去掉全部水分和灰分的燃料作為100 的成分 煤的成份表示方法 1 收到基以包括全部水分和灰分的燃料作為100 的成分 2 空氣干燥基以去掉外部水分的燃料作為100 的成分 3 干燥基以去掉全部水分的燃料作為100 的成分 液體燃料 是多種化合物的混合物 主要由鏈烷烴 環(huán)烷烴和芳香烴等碳?xì)浠衔?主要成份為碳和氫 少量硫 氮和氧 石油 硫的形態(tài) 絕大部分以有機(jī)硫的存在 氣體燃料 甲烷85 乙烷10 丙烷3 天然氣 硫的形態(tài) H2S 第2節(jié)燃料燃燒過程 燃燒是指可燃混合物的快速氧化過程 并伴隨能量的釋放 同時使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氧化物 燃燒產(chǎn)物主要為二氧化碳和水蒸氣 不完全燃燒會生產(chǎn)黑煙和一氧化碳 若燃料含硫和氮 則生成SO2和NO 如果溫度較高 空氣中的部分氮會被氧化成NOx 燃料完全燃燒的條件 1 空氣條件 2 溫度條件 3 時間條件 4 燃料和空氣的混合條件 第2節(jié)燃料燃燒過程 假設(shè) 1 空氣僅氮和氧構(gòu)成 且體積比為79 1 20 9 3 78 2 燃料中的固態(tài)氧可用于燃燒 3 燃料中硫主要被氧化為SO2 4 熱力型NOx忽略 5 燃料的化學(xué)式為CxHySzOw 燃料燃燒的理論空氣量 單位量燃料按燃料方程式完全燃燒所需要的空氣量稱為理論空氣量 CxHySzOw x y 4 z w 2 O2 3 78 x y 4 z w 2 N2xCO2 y 2H2O zSO2 3 78 x y 4 z w 2 N2 QVa0 22 4 4 78 x y 4 z w 2 12x 1 008y 32z 16w 107 1 x y 4 z w 2 12x 1 008y 32z 16w m3 kg 空氣過剩系數(shù) Va Va0空燃比單位質(zhì)量燃料完全燃燒所需要的空氣質(zhì)量 燃燒產(chǎn)生的污染物燃燒煙氣 懸浮的少量顆粒物 燃燒產(chǎn)物 未燃燒和部分燃燒的燃料 氧化劑以及惰性氣體等污染物 二氧化碳 一氧化碳 硫的氧化物 氮的氧化物 煙 飛灰 金屬及其氧化物 金屬鹽類 醛 酮和稠環(huán)碳?xì)浠衔镂廴疚锏漠a(chǎn)生的影響因素 燃料組成 燃燒方式 燃料設(shè)備的熱損失 1 排煙熱損失 2 不完全燃燒熱損失 3 散熱損失 防治大氣污染最有力的措施就是有效利用燃料資源 煙氣成分 CO2 SO2 N2和水蒸氣 干煙氣 CO2 SO2 N2水蒸汽體積 燃料中氫燃燒后生成 燃料中所含水蒸氣 由理論空氣量所帶入的水蒸氣濕煙氣 干煙氣 水蒸氣 第3節(jié)煙氣體積及污染物排放量計算 理論煙氣體積理論空氣量條件下 燃料完全燃燒所生成的煙氣體積 以Vfg0表示 Vn Vs Ps Tn Pn Ts 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 273K和1atm 煙氣體積和密度的校正 觀測狀態(tài)下 Ps Ts Vs標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 Pn Tn Vn 過?？諝庑Ｕ龑嶋H煙氣體積 理論煙氣體積 過剩空氣量Vfg Vfg0 Va0 1 如果采用奧氏煙氣分析儀分析干煙氣成分 則 1 O2p 0 264N2p O2p 如果燃燒過程產(chǎn)生CO 則 1 O2p 0 5COp 0 264N2p O2p 0 5COp 污染物排放量計算 2 通過測定煙氣污染物的濃度 并根據(jù)實際排放量 計算得到污染物的排放量 1 根據(jù)同類燃燒設(shè)備的排污系數(shù) 燃料組成和燃燒狀況 預(yù)測煙氣量和污染物濃度 第3章大氣污染氣象學(xué) 污染源 大氣污染 傳輸和擴(kuò)散 1 污染源本身特性 2 氣象條件 3 地面特征 4 周圍地區(qū)建筑物分布 對流層平流層中間層暖層散逸層 第3章大氣污染氣象學(xué) 大氣圈垂直結(jié)構(gòu) 1 對流層集中了整個大氣質(zhì)量的3 4和幾乎全部水蒸氣 2 大氣溫度隨高度的增加而降低 3 空氣具有強烈的對流運動 4 溫度和濕度的水平分布不均勻 經(jīng)常發(fā)生大規(guī)模的水平運動 大氣邊界層 摩擦層 對流層的下層 厚度約為1 2km 其中氣流受地面阻滯和摩擦的影響很大 近地層 從地面到50 100m左右的一層 上下溫差很大 2 氣壓大氣的壓強 氣象要素 1 氣溫地面1 5米處的空氣溫度 1hPa 100Pa 3 氣濕 氣象上把水平方向上的空氣運動稱為風(fēng) 氣象要素 4 風(fēng)向和風(fēng)速 風(fēng)向指風(fēng)的來向 風(fēng)速指單位時間之內(nèi)水平方向上空氣運動的距離 漂浮于空中的水汽凝結(jié)物 氣象要素 5 云 水汽凝結(jié)物由大量小水滴或小冰晶或兩者的混合物構(gòu)成 云量云高 一 太陽 大氣和地面的熱交換二 氣溫的垂直變化三 大氣穩(wěn)定度 第2節(jié)大氣的熱力過程 低層大氣的增熱和冷卻 是太陽 大氣和地球之間進(jìn)行熱量交換的結(jié)果 一 太陽 大氣和地面的熱交換 1 近地層大氣溫度隨地表溫度的升高而增加 自下而上的被加熱 2 近地層大氣溫度隨地表溫度的降低而降低 自下而上的被降低 二 氣溫的垂直變化 大氣的絕熱過程 如果大氣中某一空氣塊作垂直運動時與周圍空氣不發(fā)生熱量交換 則這樣的狀態(tài)變化過程稱為大氣絕熱過程 T T0 P P0 R Cp P P0 0 288泊松方程描述了絕熱升降過程中氣塊的初態(tài)和終態(tài)之間的關(guān)系 干絕熱直減率 干空氣塊絕熱上升或下降單位高度時 溫度降低或升高的數(shù)值 稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率 簡稱干絕熱直減率 以 d表示 氣溫的垂直分布 氣溫隨高度的變化可以用氣溫垂直遞減率 氣溫直減率 表示 氣溫直減率表示單位高度 通常取100米 氣溫的變化值 如果氣溫隨高度的增加而遞減的 則氣溫直減率為正值 反之則為負(fù)值 溫度層結(jié) 氣溫隨垂直高度的分布的曲線 稱為氣溫沿高度分布曲線或溫度層結(jié)曲線 簡稱溫度層結(jié) 1 遞減層結(jié) 氣溫隨高度的增加而降低 且 d 2 中性層結(jié) d 3 等溫層結(jié) 0 4 逆溫 0 三 大氣穩(wěn)定度 大氣穩(wěn)定度 垂直方向上大氣穩(wěn)定的程度 即是否會發(fā)生對流 1 大氣不穩(wěn)定 d 2 大氣穩(wěn)定 d 3 中性 d 四 逆溫 1 輻射逆溫 2 下沉逆溫 3 平流逆溫 4 湍流逆溫 5 鋒面逆溫 五 煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系 1 波浪型 2 錐型 3 扇型 4 爬升型 5 漫煙型 不穩(wěn)定 中性 逆溫 下部穩(wěn)定 上部不穩(wěn)定 下部不穩(wěn)定 上部穩(wěn)定 一 引起大氣運動的作用力 第3節(jié)大氣的運動和風(fēng) 1 水平氣壓梯度力 2 地轉(zhuǎn)偏向力 3 慣性離心力 4 摩擦力 二 近地層風(fēng)速廓線模式 1 對數(shù)律風(fēng)速廓線模式 2 指數(shù)律風(fēng)速廓線模式 中性 非中性 以1m3的干煙氣作為基礎(chǔ) 則SO2的體積為120 10 6m3 換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為 Vn Vs Ps Tn Pn Ts 120 10 6 700 133 322 101 325 273 443 6 811 10 5m3 SO2密度 6 811 10 5 103 22 4 64 0 1946g m3 城市熱島環(huán)流是由城鄉(xiāng)溫度差引起的局地風(fēng) 城市熱島環(huán)流 城市氣溫高 農(nóng)村氣溫低 城市風(fēng) 第4章大氣擴(kuò)散濃度估算模式 湍流 風(fēng)速 湍流 1 熱力湍流 2 機(jī)械湍流 風(fēng)和湍流是決定大氣擴(kuò)散最主要因素 4 擴(kuò)散過程中污染物的質(zhì)量是守恒的 高斯擴(kuò)散模式 無界空間連續(xù)點源擴(kuò)散模式 假設(shè) 1 y軸和z軸上污染物濃度滿足高斯分布 2 全部空間中風(fēng)速是均勻和穩(wěn)定的 3 源強是連續(xù)均勻的 高架連續(xù)點源擴(kuò)散模式 3 地面最大濃度模式 1 地面濃度模式 2 地面軸線濃度模式 煙氣抬升高度計算公式 1 當(dāng)QH 2100kW和 Ts Ta 35K 第3節(jié)污染物濃度的估算 Pa大氣壓力 hPaQv實際排煙量 m3 su煙囪出口處的平均風(fēng)速 m sTs煙囪出口處的煙氣溫度 KTa環(huán)境大氣溫度 KQH煙氣的熱釋放率 kW 一 煙氣抬升高度的計算 煙囪的有效高度等于煙囪的幾何高度與煙氣抬升高度之和 2 當(dāng)1700 QH 2100kW 3 當(dāng)QH 1700kW或者 T 35K 4 當(dāng)10m高處的年平均風(fēng)速小于或者等于1 5m s vs為煙氣出口流速 m s 例題1 某城市火電廠的煙囪高100m 出口內(nèi)徑5m 出口煙氣流速12 7m s 溫度140 流量250m3 s 煙囪出口處的平均風(fēng)速4m s 大氣溫度20 當(dāng)?shù)貧鈮?78 4hPa 試確定煙氣抬升高度和有效源高 解 查表得到n0 1 303 n1 1 3 n2 2 3 Ts Ta 140 20 120 QH 0 35 978 4 250 120 140 273 24875kW 求得煙氣抬升高度 H 1 303 248751 3 1002 3 4 1 204 9mH 100 204 9 304 9m 大氣的稀釋擴(kuò)散能力 A強不穩(wěn)定B不穩(wěn)定C弱不穩(wěn)定D中性E較穩(wěn)定F穩(wěn)定 二 擴(kuò)散參數(shù)的確定 1 現(xiàn)場測定 2 模擬實驗 3 經(jīng)驗公式 首先確定大氣的稀釋擴(kuò)散能力 再采用P G擴(kuò)散曲線計算得到擴(kuò)散參數(shù) 先按照太陽高度角和云量確定太陽輻射等級 再由太陽輻射等級和地面風(fēng)速確定穩(wěn)定度級別 大氣穩(wěn)定度確定的方法 平原地區(qū)農(nóng)村和城市遠(yuǎn)郊區(qū)A B C直接計算 D E F需向不穩(wěn)定方向提半級后計算 擴(kuò)散參數(shù)的選取 丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市同工業(yè)區(qū) 工業(yè)區(qū)和城區(qū)點源A B直接計算 C提到B級 D E F需向不穩(wěn)定方向提一級后計算 例題2 例題1條件下 當(dāng)煙氣排出的SO2速率為150g s時 試計算陰天的白天SO2的最大著地濃度及出現(xiàn)的距離 解 1 確定大氣穩(wěn)定度 根據(jù)題意 陰天的白天為D級 根據(jù)擴(kuò)散參數(shù)的選取方法 對于城市點源 D級向不穩(wěn)定方向提一級 則為C級 2 計算最大落地濃度 一 封閉型擴(kuò)散模式 第4節(jié)特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式 1 當(dāng)x xD xD為煙流垂直擴(kuò)散高度剛好達(dá)到逆溫層底時的水平距離 查表求出與此對應(yīng)的下風(fēng)距離x 即為xD 3 當(dāng)xD x 2xD取x xD和x 2xD兩點濃度的內(nèi)插值 2 當(dāng)x 2xD 例4 5某電廠煙囪有效高度為150m SO2的排放量為151g s 夏季晴朗的下午 地面風(fēng)速為4m s 上部存在鋒面逆溫使得垂直混合限制于1 5km之內(nèi) 試估算正下風(fēng)向3km和11km處的SO2濃度 解 夏季晴朗的下午 太陽為強輻射 當(dāng)?shù)孛骘L(fēng)速為4m s時 從表4 3查得大氣穩(wěn)定度為B級 x 6756m 500m x 4967m 當(dāng)x 3km時 地面軸線濃度為 二 熏煙型擴(kuò)散模式當(dāng)夜間發(fā)生輻射逆溫后 清晨太陽升起后 逆溫從地面開始破壞而逐漸向上發(fā)展 當(dāng)逆溫破壞到煙流下邊緣以上時 便發(fā)生強烈的向下混合作用 使地面污染物濃度增大 第4節(jié)特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式 熏煙過程 假定煙流是排入穩(wěn)定層之內(nèi)的 當(dāng)逆溫層消失到高度hf時 這時高度hf以下濃度的垂直分布是均勻的 則地面濃度可以采用下式進(jìn)行計算 當(dāng)逆溫層消失到H時 即hf H可以認(rèn)為煙流的一半已經(jīng)向下混合 另一半仍留于上面的穩(wěn)定大氣中 這時的地面濃度為 當(dāng)逆溫層消失到煙流的上邊緣時 即hf H 2 z可以認(rèn)為煙流全部混合 地面濃度達(dá)到最大值 例4 6某電廠煙囪有效高度為150m SO2的排放量為151g s 夜間和上午地面風(fēng)速為4m s 夜間云量為3 10 如果清晨發(fā)生熏煙現(xiàn)象 確定下風(fēng)向16km處的地面軸線濃度 解 夜間u 4m s 云量 3 10 可以確定穩(wěn)定度為E級 當(dāng)x 16km時 確定擴(kuò)散參數(shù) 一 煙囪高度的計算既要滿足大氣污染物的擴(kuò)散稀釋的要求 又要考慮節(jié)省投資 最終目的是保證地面濃度不超過 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 采用高斯模式的簡化公式 1 按地面最大濃度的計算方法按保證污染物的地面最大濃度不超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度限值確定煙囪高度 第5節(jié)煙囪高度的設(shè)計 二 煙囪設(shè)計中的幾個問題 第5節(jié)煙囪高度的設(shè)計 1 煙囪高度計算公式是根據(jù)煙流擴(kuò)散范圍之內(nèi)溫度層相同的條件下 按照錐形煙流高斯模式推導(dǎo)出來的 如果上部逆溫出現(xiàn)頻率較高的地區(qū) 需按封閉型擴(kuò)散模式校核 如果是輻射逆溫較強的地區(qū) 應(yīng)該采用熏煙型擴(kuò)散模式校核 第5節(jié)煙囪高度的設(shè)計 2 煙氣抬升高度對煙囪高度計算影響很大 一般情況下 優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的公式 3 為防止煙流受周圍建筑的影響 煙囪高度不得低于所從屬建筑物高度的2倍 為防止煙囪本身對煙流的影響 煙囪出口處的流速不得低于風(fēng)速的1 5倍 為利于煙氣抬升 出口煙氣流速不宜過低 為20 30m s 第5章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ) 大氣污染控制的顆粒物 1 顆粒的粒徑及粒徑分布 2 粉塵的物理性質(zhì) 3 凈化裝置的性能 4 顆粒捕集的理論基礎(chǔ) 一般指大于分子的顆粒物 實際上指粒徑大于0 01 m 稱為粉塵 第1節(jié)顆粒的粒徑及粒徑分布 一 顆粒的粒徑 4 用沉降法測定得到的直徑斯托克斯直徑 空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑 1 用顯微鏡觀察定向直徑 定向面積等分直徑 投影面積直徑 2 用篩分法測定得到篩分直徑 3 用光散射法測定得到的等體積直徑 二 粒徑分布 粒徑分布是指粒徑范圍內(nèi)的顆粒的個數(shù) 或質(zhì)量或表面積 所占的比例 個數(shù)分布 質(zhì)量分布 表面積分布 個數(shù)分布 質(zhì)量分布 三 平均粒徑 正態(tài)分布 對數(shù)正態(tài)分布 R R分布 第2節(jié)粉塵的物理性質(zhì) 1 粉塵的密度 2 粉塵的安息角和滑動角 3 粉塵的比表面積 4 粉塵的含水率 5 粉塵的潤濕性 6 粉塵的荷電性和導(dǎo)電性 7 粉塵的粘附性 8 粉塵的自燃性和爆炸性 1 粉塵的密度 單位體積粉塵的質(zhì)量 單位為kg m3 粉塵的真密度 體積指粉塵自身所占的真體積粉塵的堆積密度 體積包括顆粒之間和顆粒內(nèi)部的空隙體積 2 粉塵的安息角和滑動角 安息角 粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上 自然堆積成一個圓錐體 圓錐體母線與水平面的夾角 滑動角 自然堆積于光滑平板上的粉塵 隨平板做傾斜運動時 粉塵開始發(fā)生滑動時的平板傾斜角 3 粉塵的比表面積 定義 單位體積 質(zhì)量 粉塵所具有的表面積 4 粉塵的含水率 水份質(zhì)量占總質(zhì)量的比例 5 粉塵的潤濕性 粉塵顆粒與液體接觸后能否相互附著或附著難易程度的性質(zhì) 粉塵的潤濕性可以作為選用濕式除塵器的依據(jù) 6 粉塵的荷電性和導(dǎo)電性 粉塵的天然荷電量一般很小 并且有兩種極性 粉塵的導(dǎo)電性通常采用比電阻表示 7 粉塵的粘附性 粉塵顆粒粘附于固體表面 或者顆粒之間彼此相互粘著的現(xiàn)象 8 粉塵的自燃性和爆炸性 第3節(jié)凈化裝置的性能 一 凈化裝置技術(shù)性能的表示方法 2 凈化效率 1 處理氣體流量 凈化效率表示裝置凈化污染物效果的重要技術(shù)指標(biāo) 3 壓力損失 壓力損失可以代表裝置能耗大小的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 系指裝置的進(jìn)口和出口氣流全壓之差 實質(zhì)上是氣流通過裝置時所消耗的機(jī)械能 與通風(fēng)機(jī)所耗功率成正比 二 凈化效率 Q1NmN3 s 1Ng mN3S1g sQ2NmN3 s 2Ng mN3S2g s 1 總效率 2 通過率 3 分級除塵效率 除塵裝置對某一粒徑間隔之內(nèi)粉塵的除塵效率 4 分級效率與總效率之間的關(guān)系 1 由總效率求分級效率 4 分級效率與總效率之間的關(guān)系 2 由分級效率求總效率 第4節(jié)顆粒捕集的理論基礎(chǔ) 將含塵氣體引入具有一種或幾種力作用的除塵器 使顆粒相對其運載氣流產(chǎn)生一定的位移 并從氣流中分離出來 最后沉降到捕集表面上 流體阻力 顆粒之間的相互作用力 可以忽略 外力 重力 離心力 靜電力 熱力和慣性力等 一 流體阻力 形狀阻力 摩擦阻力 阻力大小的決定因素 顆粒的形狀粒徑表面特性運動速度流體的性質(zhì) 阻力系數(shù)的確定 當(dāng)Rep 1時 顆粒處于層流狀態(tài) CD與Rep成線性關(guān)系 當(dāng)1 Rep 500時 顆粒處于湍流過渡區(qū) 當(dāng)500 Rep 2 105時 顆粒處于湍流區(qū) 當(dāng)顆粒尺寸小到與氣體分子平均自由大小差不多時 二 阻力導(dǎo)致的減速運動 三 重力沉降 適應(yīng)范圍 顆粒粒徑為1 5 75微米 對于較大的顆粒 Rep 1 四 離心沉降 六 靜電沉降 荷電顆粒所受的作用力主要是靜電力和氣流阻力 第六章除塵裝置 除塵裝置 除塵器 從氣體中去除或捕集固態(tài)或液態(tài)的設(shè)備 1 機(jī)械除塵器 2 電除塵器 3 袋式除塵器 4 濕式除塵器 第1節(jié)機(jī)械除塵器 機(jī)械除塵器 利用質(zhì)量力 重力 慣性力和離心力 的作用使顆粒物與氣流分離的裝置 1 重力沉降室 2 慣性除塵器 3 旋風(fēng)除塵器 1 重力沉降室 一 層流式重力沉降室 L H v0 u0 hc 沉降室的高度為H m 處理煙氣量為Q m3 s 氣流的停留時間 停留時間t內(nèi) 粒徑dp粒子的沉降距離為 重力沉降室能100 捕集的最小粒子直徑 2 湍流式重力沉降室 粒徑dp粒子的分級除塵效率 2 慣性除塵器 1 除塵機(jī)理為改善沉降室的除塵效果 可于沉降室內(nèi)設(shè)置擋板 使含塵氣流發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變 借助塵粒本身的慣性力作用 使其與氣流分離 慣性力重力離心力 含塵氣體 氣體出口 擋板 擋板 3 應(yīng)用慣性除塵器效率不高 故一般只用于多級除塵器中的第一級除塵 2 慣性除塵器結(jié)構(gòu)型式 1 沖擊式 利用粒子沖擊擋板捕集較粗粒子 2 反轉(zhuǎn)式 改變氣流流動方向而捕集較細(xì)粒子 3 旋風(fēng)除塵器 除塵機(jī)理 利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離 1 含塵氣流進(jìn)入除塵器后 沿外壁由上向下做旋轉(zhuǎn)運動 2 當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流的大部分到達(dá)錐體的底部后 轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn) 最后經(jīng)排氣管排出 3 氣流做旋轉(zhuǎn)運動時 離心力作用下塵粒逐漸向外壁運動 到達(dá)外壁的塵粒最后逐漸落入灰斗 進(jìn)口 圓柱體 錐體 排出口 儲灰斗 煙氣 Q 煙氣流量D 旋轉(zhuǎn)除塵器直徑de 排出管直徑A 進(jìn)口面積v1 氣體進(jìn)口速度R 旋轉(zhuǎn)半徑d0 交界圓柱面直徑r0 交界圓柱面半徑h0 交界圓柱面高度 3 軸線速度 速度 1 切向速度 外渦旋速度vT 內(nèi)渦旋速度vt 2 徑向速度 vr 外渦旋的切線速度反比于旋轉(zhuǎn)半徑的n次方 內(nèi)渦旋的切線速度正比于旋轉(zhuǎn)半徑 渦旋氣流的平均徑向速度vr 壓力損失 旋風(fēng)除塵器的除塵效率 如果FC FD 離心力作用下粒子將移向外壁而被捕集 如果FC FD 氣流作用下粒子將移向內(nèi)渦旋 如果FC FD 粒子將位于界面上不停的旋轉(zhuǎn) 50 的可能性移向外壁而被捕集 旋風(fēng)除塵器的除塵效率 影響旋風(fēng)除塵器效率的影響因素 二次效應(yīng) 較小粒徑區(qū)域 理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集 實際效率高于理論效率 較大粒徑區(qū)間 實際效率低于理論效率 原因是理應(yīng)沉降入灰斗的塵粒卻隨凈化后的氣流一起排走 比例尺寸 相同的切向速度下 筒體直徑越小 粒子受到的慣性離心力越大 除塵效率越大 如果筒體直徑過小 粒子容易逃逸 使效率下降 排出管直徑越小 分割直徑越小 則除塵效率越高 如果排出管直徑太小 會使壓力損失增加 旋風(fēng)除塵器的特征長度 從排出管下部至氣流下降的最低點之間的距離 旋風(fēng)除塵器排氣管以下部分的長度應(yīng)當(dāng)接近或等于特征長度 除塵器下部的嚴(yán)密性 煙塵的物理性質(zhì) 操作變量 氣體的密度和粘度塵粒的大小和比重?zé)煔獾暮瑝m濃度 提高煙氣入口速度 旋風(fēng)除塵器分割直徑變小 效率提高 10 25m s 旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)型式 按進(jìn)氣方式分類 切向進(jìn)入式 軸向進(jìn)入式 直入式 蝸殼式 旋風(fēng)除塵器的設(shè)計選型 2 確定進(jìn)口速度 1 根據(jù)含塵濃度 粒度分布 密度等煙氣特征及除塵要求 阻力要求等 合理地選擇旋風(fēng)除塵器的型式 3 確定進(jìn)口面積 入口寬度和高度 4 確定各部分幾何尺寸 XLT A旋風(fēng)除塵器 X 除塵器L 離心T 筒式 入口寬度 b 入口高度 h 筒體直徑 D 排出筒直徑 de 筒體高度 L 錐體高度 H 灰斗直徑 d1 第2節(jié)電除塵器 氣體通過高壓電場進(jìn)行電離的過程中 使塵粒帶電 并且電場力作用下使塵粒沉積于集塵板上 從而將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設(shè)備 特點 靜電力直接作用于粒子上 而不是作用于整個氣流上 電除塵器的主要優(yōu)點 壓力損失小 一般為200 500Pa 處理煙氣量大 可達(dá)105 106m3 h 能耗低 大約為0 2 0 4kWh 1000m3 對細(xì)粉塵有很高的捕集效率 高達(dá)99 可以處理高溫或強腐蝕性氣體 一 電除塵器的工作原理 懸浮粒子荷電電場內(nèi)帶電粒子遷移和捕集將捕集物從集塵板表面上清除 二 電暈放電 放電金屬線 金屬管 電暈區(qū) 含負(fù)離子區(qū) 假定電暈電極為負(fù)極 從金屬線表面或附件釋放出大量的電子 電子移向正極 與氣體分子發(fā)生碰撞并使之離子化 結(jié)果又產(chǎn)生大量的電子 雪崩過程 假定存在電負(fù)性氣體 氧氣 水蒸氣和二氧化碳 則電暈產(chǎn)生的電子會被氣體捕獲并產(chǎn)生負(fù)離子 雪崩過程產(chǎn)生的正離子與金屬表面碰撞并產(chǎn)生新電子 起始電暈電壓 開始產(chǎn)生電暈電流時所施加的電壓 電暈特性的影響因素 氣體的組成溫度和壓力電壓的波形 三 粒子荷電 第一種 靜電力作用下離子做定向運動 與粒子碰撞而使粒子荷電 稱為電場荷電或碰撞荷電 第二種 由離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過程 稱之為擴(kuò)散荷電 電場荷電 粒子直徑dp 0 5 擴(kuò)散荷電 粒子直徑dp 0 15 四 荷電粒子的運動和捕集 粒子的捕集效率 德意希分級效率方程 德意希分級效率方程概括了分級除塵效率與集塵板面積 氣體流量和顆粒驅(qū)進(jìn)速度之間的關(guān)系 有效驅(qū)進(jìn)速度 被捕集粉塵的清除 粉塵沉積于電暈極上會影響電暈電流的大小和均勻性 濕式電除塵器 用水沖洗集塵極板 使極板表面經(jīng)常保持著一層 粉塵降落于水膜上 隨水膜流走 從而達(dá)到清灰的目的 優(yōu)點 粉塵重新進(jìn)入量低可以凈化部分有害氣體 SO2和HF 缺點 極板腐蝕污泥處理 干式除塵器 電磁振打錘式振打 六 電除塵器結(jié)構(gòu) 1 電暈電極 圓形線 星形線 鋸齒線 芒刺線 電暈線的要求 起暈電壓低電暈電流大機(jī)械強度大容易清灰 2 集塵極 振打時粉塵的二次揚起少 單位集塵面積消耗金屬量低 應(yīng)有一定的剛性 不易變形 造價低 3 高壓供電設(shè)備 高壓供電設(shè)備提供粒子荷電和捕集所需要的高場強和電暈電流 七 粉塵比電阻 為了電暈極和集塵極之間能順利輸送離子電流 沉積于集塵極表面的粉塵必須具有一定的導(dǎo)電性 克服高比電阻影響的方法 1 保持電極表面清潔 2 增加煙氣濕度 或向煙氣中加入SO3 NH3及Na2CO3 八 電除塵器的選擇和設(shè)計 1 比集塵表面積的確定 2 集塵板長高比的確定 3 氣流速度的確定 4 氣體的含塵濃度 第四節(jié)袋式除塵器 凈化氣 含塵氣體 濾袋 振動機(jī)構(gòu) 一 工作原理 常見的濾料由棉 毛和人造纖維等加工而成 濾料本身網(wǎng)孔較大 一般為20 50 m 因而新鮮濾料的除塵效率較低 顆粒因截留 慣性碰撞 靜電和擴(kuò)散作用 逐漸于濾袋表面形成粉塵初層 粉塵初層 濾布 主要過濾層 形成顆粒初層和支撐它的作用 過濾速度 煙氣實際體積流量與濾布面積之比 所以也稱為氣布比 提高過濾速度 壓力損失增加和去除效率下降 提高過濾速度 將降低濾布面積 減少除塵器體積 占地面積和投資 二 壓力損失 壓力損失是重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 它決定能量消耗 還決定清灰間隔時間 三 袋式除塵器的濾料 1 對濾料的要求必須考慮含塵氣體的特征纖維本身的性質(zhì)濾料表面結(jié)構(gòu) 2 濾料種類 天然纖維 無機(jī)纖維 合成纖維 天然纖維 棉毛織物 適合于凈化沒有腐蝕性 溫度低于360K以下的氣體 無機(jī)纖維 玻璃纖維濾料 過濾性能好 阻力低 化學(xué)穩(wěn)定 價格便宜 用硅酮樹脂處理可以提高耐磨 疏水性 柔軟性 提高耐溫性 523K 合成纖維 尼龍織布 耐磨性好 耐酸性差 奧綸 耐磨性差 耐酸性好 滌綸芳香族聚酰胺聚四氟乙烯 四 袋式除塵器的清灰 1 機(jī)械振打清灰 機(jī)械振打濾料 3 脈沖噴吹清灰 壓縮空氣噴吹 2 逆氣流清灰 低壓氣流反吹 1 機(jī)械振打清灰 濾袋沿水平方向擺動 濾袋沿垂直方向擺動 靠機(jī)械轉(zhuǎn)動將濾袋扭轉(zhuǎn)一定的角度 2 逆氣流清灰 清灰時氣流方向與正常過濾時相反 采用反吹風(fēng)形式 結(jié)構(gòu)簡單 清灰效果好 濾袋磨損少 3 脈沖噴吹清灰 利用4 7atm的壓縮空氣反吹 壓縮空氣的脈沖產(chǎn)生沖擊波 使濾袋振動 導(dǎo)致附著于濾袋上的顆粒層脫落 必須選者適當(dāng)?shù)膲嚎s空氣和適當(dāng)?shù)拿}動持續(xù)時間 1 選定除塵器型式 濾料及清灰方式 五 袋式除塵器的選擇與設(shè)計 2 計算過濾面積 簡易清灰 vF 0 20 0 75m min機(jī)械振打清灰 vF 1 0 2 0m min逆氣流反吹清灰 vF 0 5 2 0m min脈沖噴吹清灰 vF 2 0 4 0m min 3 除塵器設(shè)計 根據(jù)煙氣量和總過濾面積 選擇型號 第五節(jié)除塵器的選擇 1 選用的除塵器必須滿足排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放要求 2 粉塵顆粒的物理性質(zhì)對除塵器性能具有較大影響 1 粘性大的粉塵 不宜采用干法除塵 2 比電阻過大的粉塵 不宜采用電除塵 3 憎水性粉塵 不宜采用濕法除塵 3 氣體的含塵濃度 含塵濃度較高時 靜電除塵器或袋式除塵器前應(yīng)設(shè)置預(yù)凈化設(shè)備 4 煙氣溫度 濕度等性質(zhì)是選擇除塵設(shè)備必須考慮的因素 5 選擇除塵器時 考慮收集粉塵處理問題 6 選擇除塵器需要考慮投資和運行費用 第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ) 吸收 混合氣體組分從氣相到液相的相間傳遞過程 吸附 用多孔固體吸附劑將氣體混合物中一種或多種組分被濃集于固體表面 催化 催化轉(zhuǎn)化是指將含污染物的氣體通過催化反應(yīng) 使其中的污染物轉(zhuǎn)化為無害或者易于處理與回收利用物質(zhì)的凈化方法 吸收的類型 按溶質(zhì)和吸附劑之間發(fā)生的作用 1 物理吸收 2 化學(xué)吸收 第1節(jié)吸收 氣 液平衡 當(dāng)混合氣體可吸收組分與液相吸收劑接觸時 部分吸收質(zhì)向吸收劑進(jìn)行質(zhì)量傳遞 吸收過程 同時也發(fā)生液相中吸收質(zhì)組分向氣體逸出的質(zhì)量傳遞過程 解吸過程 當(dāng)吸收過程的傳質(zhì)速率等于解吸過程的傳質(zhì)速率 氣液兩相就達(dá)到了動態(tài)平衡 平衡時氣相中的組分分壓稱為平衡分壓 液相吸收劑所溶解組分的濃度稱為溶解度 亨利定律 吸收機(jī)理 氣膜 液膜 氣相主體 液相主體 PA cA PAi cAi 雙膜理論模型 吸收過程簡化為通過氣液兩層層流膜的分子擴(kuò)散 通過此兩層膜的分子擴(kuò)散阻力就是吸收過程的總阻力 吸收速率 單位面積單位時間被吸收劑吸收的量 吸收速率 吸收推動力 吸收系數(shù) 1 氣相分傳質(zhì)速率方程 2 液相分傳質(zhì)速率方程 3 總傳質(zhì)速率方程 吸收系數(shù) 界面濃度 填料塔設(shè)計計算 混合氣體 吸收液 凈化氣 吸收溶質(zhì)的吸收液 G 單位時間通過塔內(nèi)任一截面單位面積的混合氣體流量 kmol m2 s L 單位時間通過塔內(nèi)任一截面單位面積的吸收液流量 kmol m2 s y 任一截面上混合氣體吸收質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)x 任一截面上吸收液中吸收質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù) GB 單位時間通過塔內(nèi)任一截面單位面積的惰性氣體流量 kmol m2 s LS 單位時間通過塔內(nèi)任一截面單位面積的吸收劑流量 kmol m2 s Y 混合氣體中吸收質(zhì)與惰性氣體的摩爾比X 吸收液中吸收質(zhì)與吸收劑的摩爾比 GB Y1 Ls X1 Ls X2 GB Y2 GB Y Ls X 平衡線 A B X Y X1 Y1 Y2 X2 吸收劑用量的計算 吸收劑實際用量取最小用量的1 1 2 0倍 填料層高度的計算 表示單位傳質(zhì)推動力下 單位時間單位體積填料層內(nèi)傳遞的溶質(zhì)量 對數(shù)平均推動力法 m 第2節(jié)吸附 吸附 用多孔固體吸附劑將氣體混合物中一種或多種組分被濃集于固體表面 吸附質(zhì) 被吸附到固體表面的物質(zhì) 吸附劑 附著吸附質(zhì)的物質(zhì) 分類 1 物理吸附 2 化學(xué)吸附 物理吸附 吸附質(zhì)和吸附劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 吸附過程極快 吸附為放熱反應(yīng) 吸附質(zhì)和吸附劑之間的作用不強 可以解吸出來 化學(xué)吸附 吸附具有較強的選擇性 吸附速率較慢 升高溫度可以提高吸附速率 一 吸附劑 要具有巨大的內(nèi)表面 對不同具有選擇性的吸附作用 較高的機(jī)械強度 化學(xué)和熱穩(wěn)定性 吸附容量大 來源廣泛 造價低廉 良好的再生性能 常見的工業(yè)吸附劑 白土 天然粘土 活性氧化鋁硅膠活性炭沸石分子篩 吸附劑再生 加熱再生 降壓再生 置換再生 溶劑萃取 第3節(jié)氣體催化凈化 催化 催化轉(zhuǎn)化是指將含污染物的氣體通過催化反應(yīng) 使其中的污染物轉(zhuǎn)化為無害或者易于處理與回收利用物質(zhì)的凈化方法 催化作用和催化劑 化學(xué)反應(yīng)因加入某種物質(zhì)而改變 而反應(yīng)前后被加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)不變 這種性質(zhì)稱為催化作用 凡能加速化學(xué)反應(yīng)速度 而本身的化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì) 稱為催化劑 催化劑組成 活性組分助催化劑載體 第8章硫氧化物的污染控制 第1節(jié)硫循環(huán)及硫排放第2節(jié)燃燒前燃料脫硫第3節(jié)流化床燃燒脫硫第4節(jié)高濃度二氧化硫尾氣的回收和凈化第5節(jié)低濃度二氧化硫煙氣脫硫 第2節(jié)燃燒前燃料脫硫 重力分選法分選后煤炭含流量降低40 90 1 煤炭的固態(tài)加工 2 煤炭的轉(zhuǎn)化 煤氣主要是氫 一氧化碳和甲烷等可燃?xì)怏w構(gòu)成 3 重油脫硫 第