ISO大气污染:由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气,呈现足够的浓度,持续足够的时间,并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了坏境的现象。
根据污染原因和污染物组成大气污染可以分为(若无特别说明,一般分类就指):煤烟型污染、石油型污染、混合型污染、特殊型污染。
大气污染按大气污染的范围分类:局部地区大气污染、区域性大气污染、广域性大气污染、全球性大气污染大气污染源:通常指向大气中排放出各种污染物的生活或生产过程、设备、场所等。
大气污染物(ISO):由于人类活动或自然过程排入大气的并对人或环境产生有害影响的物质。
大气污染物根据存在状态分:气溶胶态污染物和气态污染物。
粉尘的分类:总悬浮微粒(TSP)(大气中粒径小于100μm的所有固体颗粒。
)、可吸入颗粒物(PM10)(指悬浮在空气中,空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物)、细颗粒物(PM2.5)(又称细粒、细颗粒,大气中粒径小于2.5μm的颗粒物。
)大气污染物按污染物的形成过程可分为一次污染物和二次污染物。
由污染源直接排放,且在大气迁移时其物理和化学性质尚未发生变化的污染物(如SO2、NO、CO和HF等)。
一次污染物在大气中经过化学反应生成的污染物称为二次污染物(如硫酸盐气溶胶、硫酸烟雾、光化学氧化剂、臭氧、过氧乙酰硝酸酯等)。
记住例子全球大气三大污染问题:臭氧层破坏、温室效应、酸雨。
煤的主要组成和元素:C、H、O、N、S及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。
碳是煤发热主要来源。
氢在碳中以结合氢和可燃氢两种形式存在【结合氢和氧结合成稳定化合物不能燃烧(如:H2O),可燃氢与碳、硫结合成有机物。
】。
灰分是由煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素所组成。
煤中的硫分有无机硫(硫铁矿和硫酸盐)和有机硫(硫醇、硫醚等)两种形态。
氮和氧是有机物中不可燃成分。
按煤炭硫含量的高低,分为低硫煤(<1.5%)、中硫煤(<1.5%~2.4%)、高硫煤(<2.4%~4%)和富硫煤(>4%)。
影响燃烧过程的主要因素(完全燃烧条件):①足够量的空气;②足够高的的燃料温度;③燃料与氧气在炉膛高温区停留足够的时间;④燃料与氧气的充分混合。
理论空气量:将完全燃烧1kg或1m3(标准状态)燃料理论所需的空气量称为理论空气量,用符号A0表示。
煤(固体燃料)的燃烧方式分为层燃式燃烧(=固定床燃烧)、室燃式燃烧(气流床燃烧;悬浮燃烧)和流态化燃烧(=流化床燃烧;沸腾式燃烧)。
燃烧设备:大致可以分为炉排炉、煤粉炉、旋风燃烧炉和流化床锅炉。
各种炉排炉采用层燃方式;煤粉炉和旋风燃烧炉则采用室燃方式;沸腾炉和循环流化床锅炉均属于流态化燃烧方式。
天然液体燃料主要指石油煤炭加工制取的燃料油主要是煤焦油和煤液化油空气过剩系数(α):实际的燃料燃烧过程中,为了使燃料能够完全燃烧,必须提供过量的空气。
超出理论空气量的空气称为过剩空气。
空气过剩系数:实际供给的空气量与理论空气量比值。
空燃比(AF):指单位质量燃料燃烧所需要空气的质量。
可由燃挠方程直接求得。
气体燃料燃烧分三个阶段:气体燃料与空气的混合阶段;混合后可燃气的加热和着火阶段;可燃气体燃烧反应阶段。
根据气体与空气混合状况的不同,可将气体燃料的燃烧过程分为有焰燃烧、无焰燃烧和半无焰燃烧三种过程。
(1)有焰燃烧:有焰燃烧是指气体燃料和空气在燃烧器中不预先混合,而是送入燃烧室进行边混合边燃烧,可见明显的火焰。
(2)无焰燃烧:指气体燃料和空气在进入燃烧室前就已混合均匀,又称混合燃烧。
(3)半无焰燃烧:半无焰燃烧是将燃烧所需要的空气分两部分与气体燃料相互混合燃烧,一部分空气(一次空气)在预热室内与气体燃料混合;另一部分空气(二次空气)借助于混合后可燃气的喷射作用,携入燃烧室进行边混合边燃烧。
气体燃烧无一例外均为室燃烧;不同类型燃烧装置差别:燃烧室结构、喷嘴结构、空气和燃料供给装置、点火装置及安全装置等方面。
液体燃料的燃烧过程:燃料的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发和扩散、可燃气体与空气的混合以及可燃气体氧化燃烧等。
液体燃料燃烧也只能进行室燃烧。
燃烧过程中主要污染物的形成机制1 硫氧化物的形成机制硫氧化物是指SO2和SO3。
当燃料中的可燃性硫进行燃烧时,就生成了SO2。
元素硫燃烧S + O2= SO2硫化物硫燃烧SO2+ 1/2O2= SO34FeS2+ 11O2= 2Fe2O3 + 8SO2SO2+ 1/2O2= SO3(1%~5%)有机硫CH3CH2SCH2CH3→H2S + 2H2 + 2C + C2H4H2S + 3O2= 2SO2 + 2H2OSO2 + 1/2O2= SO3一般主要生成SO2,SO3可忽略。
2 氮氧化物的形成机制大气中的NO x90%以上产生于燃烧过程。
(1)热力型NO x热力型NO x是高温燃烧时N2和O2反应生成的NO x;与燃烧温度、氧气的浓度及气体在高温区的停留时间有关。
燃烧温度低于1300℃时,只有少量NO生成,燃烧温度高于1500 ℃时,NO的生成量显著增加。
N2+ O2 = 2NO2NO + O2= 2NO2减少热力型NO x的生成量措施:降低燃烧温度,减少过量空气,缩短气体在高温区停留的时间。
燃煤脱硫技术可划分为:(1) 燃烧前脱硫:原煤在投入使用前,用物理、物理化学、化学及微生物等方法,将煤中的硫分脱除掉。
炉前脱硫能除去灰分,减轻运输量,减轻锅炉的粘污和磨损,减少灰渣处理量,还可回收部分硫。
煤的洗选技术、煤的转化。
■洗煤又称选煤,是通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物和矸石等杂质去除,来提高煤的质量。
是燃前除去煤中矿物质,降低硫含量的主要手段。
■煤炭经洗选后,可使原煤中的含硫量降低40%一90%,含灰分降低50%一80%。
■目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。
重力洗选:利用煤与杂质密度不同进行机械分离。
硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫含量。
有机硫含量大,或煤中黄铁矿嵌布很细时,仅用重力脱硫法,精煤硫分很难达到要求。
(2) 燃烧中脱硫在燃烧过程中,在炉内加入固硫剂,使煤中硫分转化为硫酸盐,随炉渣排除。
型煤固硫及流化床燃烧脱硫。
①型煤固硫型煤:使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块度均匀的固体型块。
型煤固硫:选用不同煤种、无粘结剂法或用沥青等粘结剂,用廉价钙系固硫剂,经干馏成型或直接压制成型。
②流化床燃烧脱硫当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度时,煤粒将开始浮动。
优点:炉内脱硝脱硫,普遍受到重视。
原理:低温燃烧过程,炉内存在局部还原气氛,热型NO x基本上不产生,因而NO x生成量减少。
常用的脱硫剂:石灰石或白云石。
石灰石粉碎至与煤同样的粒度(2mm左右)与煤同时加入炉内。
在1073¡ª1173K下燃烧,CaO为多孔,达固硫目的。
流化锅炉分为鼓泡流化床锅炉(FBC)和循环流化床锅炉(CFB)。
流化床燃烧特点:①强化气固两相的热量和质量交换,有利于燃料燃烧。
不仅适用于煤燃烧,还可以适用于热值小的燃料,如煤矸石、城市垃圾;②延长燃料的停留时间;③料层蓄热量大,新煤易着火燃烧;④循环流化床炉内燃烧温度保持在900℃左右,有利于燃烧过程脱硫。
⑤石灰石在该温度下分解形成氧化钙,与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙,而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解,比一般的其他锅炉1200℃有优势。
(3) 燃烧后脱硫烟气脱硫。
烟气:燃料燃烧生成的高温气体;排烟:热烟气经传热降温后再经烟道及烟囱排向大气,排出的烟气;湿烟气:通常在排烟中台有不饱和状态的水蒸气,排烟中的水蒸气是由燃料中的自由水、空气带入的水蒸气以及燃烧所生成的水蒸气所组成,用G0示;干烟气:不含水蒸气的烟气,用G0¡¯;烟气的主要成分有CO2、N2、SO2等。
理论烟气量:指在供给理论空气量(α=1)的条件下,燃料完全燃烧时所产生的烟气量。
理论烟气体积等于干烟气的体积和水蒸气体积之和。
影响烟气扩散的气象条件主要有:风向、风速、大气湍流、大气温度的垂直分布和大气稳定度等。
气温的垂直分布:地球表面上方大气圈各气层的温度随着高度的不同而发生变化,常用气温垂直递减率(γ)表示。
气温垂直递减率:指在垂直于地球表面方向上每升高100m气温的变化值。
气温随高度递减,γ>0,一般出现在晴朗的白天风不大时;气温随高度递增,γ<0,一般出现在少云或无风的夜间,逆温现象;气温随高度基本不变,γ=0,在多云天或阴天。
大气稳定度:指近地层大气作垂直运动的强弱程度。
如果大气处于不利于垂直运动发展的状态,即称此大气为稳定状态;反之,则称为不稳定状态。
气象学把近地层大气划分为稳定、中性和不稳定三种状态。
下垫面对烟气扩散的影响:由于城市温度比乡村高,气压比乡村底,所以可以形成一股从周围农村吹向城市的特殊气流,称为“热岛环流”,即所谓的“城市风”。
烟气抬升的四个阶段:①喷出阶段:动力抬升,垂直速度和初始动量决定;②浮生阶段:温差造成浮力抬升;③瓦解阶段:环境湍流造成烟流自身结构瓦解;④变平阶段:水平风速,烟云倾斜、扩散膨胀、变平。
影响烟云抬升现象的因素:①烟囱出口处的烟气流速Us;②烟气温度Ts;③环境温度即大气温度Ta;④风速;⑤大气稳定度;⑥近地层下垫面的状况等。
增加烟气抬升高度的措施:(决定烟气抬升的主要因素:烟气本身的热力性质、动力性质、气象条件和近地层下垫面等。
)①减少烟道及烟囱的热损失→初始动量和浮力;②选择一个适当的出口流速→烟气与周围空气的混合速率→平均风速和湍流程度(出口速度增加利于动力抬升,但是加快混合);③增加排气量对动量抬升和浮力抬升均有好处,采用集合烟囱排气。
粉尘的安息角(休止角):将粉尘通过小孔连续自然堆放在水平面上,堆积锥体的母线与水平面的夹角。
评价粉尘流动性。
多数粉尘安息角的平均值在35 °~36°左右。
同一种粉尘,粒径愈小,安息角愈大;表面愈光滑和愈接近球形的粒子,安息角愈小;含水率愈大,安息角愈大。
粉尘的比电阻:表示粉尘的导电性能。
比电阻是指电流通过面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘时具有的电阻值,单位是Ω•cm。
分为容积比电阻和表面比电阻。
除尘器的优劣常采用技术指标和经济指标来评价。
技术指标主要包括含尘气体处理量、除尘效率和压力损失等。
几个串联除尘器除尘效率的计算:η=1-(1-η1)(1-η2)(1-η3)·(1-ηn)重力沉降室(重力除尘器)原理:含尘气体进入降尘室后,流道截面积扩大而速度减慢,颗粒能够在气体通过沉降室的时间内降至室底,便可从气流中分离出来。
提高重力沉降室的捕集效率的下措施:①降低沉降室内气流速度u;②降低沉降室的高度H;③增大沉降室长度L。
旋风除尘:使含尘气体做旋转运动,借作用于尘粒的离心力把尘粒从气体中分离出来。