大气污染332页全书电子教案课件.ppt

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,*,大气污染控制及设备运行,第一章,第,1,讲,1.1,大气基本常识,大气是人类和其他生命体赖以生存的物质基础，是自然环境的重要组成部分。人类一刻也离不开大气，没有大气就没有地球上的生命，就没有生机勃勃的世界。,“,大气,”,和,“,空气,”,从本质上来讲是一组同义词，所指的内容都是一样的。在环境保护中,:,(1),对特定场所或区域，供人和动植物生存的气体称为,“,空气,”,。,(2),以大区域或全球性的气流为研究对象时，采用,“,大气,”,一词。,1.1.1,大气的组成,自然状态下的大气是由干洁的空气、水蒸气和各种悬浮固体杂质组成。,可分为：,恒定组分：,O,2,、,N,2,、,氩、惰性气体。它们的比例在地球表面上,任何地方几乎是可以看作不变的。,可变组分：,CO,2,、,水蒸汽、,O,3,。,它们在大气中的含量是随地区、,季节、气象、人类的活动的影响而发生变化。,第一环境问题引起的：由自然界的火山爆发、森林,不定组分,:,火灾、海啸、地震等暂时性灾难所引起的。,第二环境问题引起的：,SO,X,、,NO,X,、,CFC,S,、,CH,X,1.1.2,大气圈的构成,一、结构,对流层,平流层,中间层,暖 层,外 层,二、特点,1.,对流层,（,1,）天气现象复杂多变。,（,2,）气温随高度增加而递减，每上升,100,米降低,0.65,。,（,3,）空气对流运动显著。,（,4,）温度、湿度水平方向分布不均匀。,2.,平流层,（,1,）空气比较干燥，几乎没有水汽。,（,2,）下层气温基本不随高度变化，是一等温层，上层气温随高度,升高而迅速上升。,（,3,）空气几乎没有对流运动，大气透明性好，很难出现云雨雪等,天气现象。,3.,中间层,气温随高度增加而迅速降低，对流运动强烈，垂直混合明显。,4.,暖层,这一层空气稀薄，气体分子处于高度电离状态，故又称它为电离层。气体温度随高度增加而迅速上升。,5.,外层,是大气圈的最外层，空气极为稀薄，密度几乎与太空密度相同，空气粒子运动速度极高，可以摆脱地球引力逸散到太空中去，是大气圈逐步过渡到星际空间的大气层。,1.2,大气污染,1.2.1,大气污染的概念与来源,一、大气污染的定义,所谓大气污染，通常是指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利，或危害了环境的现象。,人类活动：人为因素，生产活动和生活活动，如做饭、取暖、燃,料燃烧、工业生产、交通运输、核试验等,自然过程：自然因素，,包括火山爆发、山林火灾、海啸、土壤和,岩石风化以及大气圈的空气运动等自然现象。,二、大气污染的类型,局域性污染,地区性污染,广域性污染,全球性污染,煤烟型污染,石油型污染,混合型污染,按范围,按,放,射,性,放射性污染,物理化学污染,大气,污染,按特征,三、大气污染的来源,大,气污染源：,向大气排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所、设备和生产过程。可以分为：,人为污染源,由人类的生活活动和生产活动形成的污染源。,天然污染源,由自然原因向环境释放的污染物。,由于人类活动是导致大气污染的主要原因，所以在大气污染控制工程中，主要研究对象是人为污染源。,人为污染源主要来自以下四个方面：,1.,燃料燃烧,煤、石油、天然气等燃料的燃烧是向大气输送污染物的重要发生源。,火力发电厂、钢铁厂、化工厂等工矿企业和各种工业窑炉的燃料燃烧，以及各种民用炉灶、取暖锅炉的燃料燃烧均向大气环境排放大量污染物。,2.,工业生产过程,石油化工厂、有色金属冶制厂、钢铁厂、焦化厂、水泥厂等各种类型的工业企业，在原材料制作成品的过程中，都会有大量的污染物质排入大气中。它们有的是原料，有的是产物，有的则是废气，其污染物种类多、数量大，是城市或工业区大气的主要污染源。,3.,交通运输,汽车、飞机、火车和轮船等现代化交通工具排放的尾气污染物，主要有碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、含铅化合物、苯并（,）,芘等，是造成大气污染的一个重要来源。它们在阳光的照射下，有的还可以发生光化学反应，生成光化学烟雾，严重影响人类健康。,从油箱和汽化器中挥发的汽油,碳氢化合物,20%,从曲轴箱漏出的气体,碳氢化合物,20%,汽 车 排 气,一氧化碳,碳氢化合物,氮氧化物,4.,农业活动,农业作为人类经济活动的第一产业，对环境必然产生一定的影响。农药及化肥的使用，对提高农业产量起着重大的作用，但也给环境带来了诸多不利影响，致使施用农药和化肥的农业活动成为大气的重要污染源。,另外农业活动（水稻种植、养殖）温室气体的排放，浸水稻田释放大量的甲烷气，潜在影响气候变化。,喷洒农药,此外,人为污染源还有以下分类方法,:,点源,线源,面源,按位置,按,高,度,地面源,高架源,污染源,按时间,连续源,间断源,瞬时源,按形式,固定源,流动源,1.2.2,大气污染物,一、大气污染物的概念与分类,大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人类健康或环境产生有害影响的物质。,大气污染物的种类繁多，目前常采取以下两种分类方法。,（一）根据污染物的存在状态，可将其分为：,1.,颗粒污染物,2.,气态污染物,颗粒污染物,黑 烟,雾,TSP,飘 尘,降 尘,粉 尘,烟,飞 灰,悬浮在大气中粒径,小于,100,m,的各种颗,粒物的总称。,粒径小于,10m,的颗粒状物质，能够在大气中长期飘浮。,气态污染物,碳氧化合物,碳氢化合物,卤素化合物,含硫化合物,含氮化合物,（二）根据污染物的形成过程，可将其分为：,1.,一次污染物,又称为原发污染物，是从污染源直接排放的原始污染物质，进入大气之后其物理性质和化学性质尚未发生改变。如二氧化硫、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化合物等。,2.,二次污染物,又称为继发性污染物，是指一次污染物之间或一次污染物与大气中已有组分之间经过化学或光化学反应而生成的新污染物质。如光化学烟雾和硫酸烟雾，都是典型的二次污染物。,二、主要大气污染物及其危害,1.,颗粒物,PM,15,PM,10,PM,5,PM,2.5,2.,硫氧化物,3.,氮氧化物,4.,碳氧化物,5.,碳氢化合物,6.,光化学烟雾,7.,硫酸烟雾,大气污染控制及设备运行,第一章,第,2,讲,1.3,大气污染综合防治,1.3.1,国内外大气污染概况,一、国外大气污染概况,1.,早期大气污染,属于煤烟型污染，主要是烟尘和二氧化硫污染。公害事件：马斯河谷事件、伦敦烟雾事件、多诺拉烟雾事件。,在这一时期，人们开发了大量的消烟除尘技术和脱硫技术，试图治理工业排放引起的大气污染问题，但很被动，仅局限于控制污染物排放浓度的的末端治理。,2.20,世纪,50-60,年代,主要是机动车污染或石油型污染。发达国家各类机动车数量迅速增加，石油类燃料消耗剧增，一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物排放量急剧上升，大气中飘尘、重金属、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等污染物普遍存在。,这一时期，人们对光化学烟雾的产生机理和防治措施进行了大量的研究，开发了大量机动车尾气治理技术和低氮燃烧技术。然而直至今天，氮氧化物和碳氢化合物的排放引起的石油型污染仍未得到有效遏制。,3.,酸雨,酸雨最早出现在挪威和瑞典等北欧国家，随后由北欧扩展到中欧和东欧，直至覆盖整个欧洲。目前,全球已形成三大酸雨区：西欧、北美和东南亚。,1979,年,11,月在日内瓦联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上，通过了,控制长距离越境空气污染公约,。规定到,1993,年底，缔约国必须把二氧化硫排放量削减为,1980,年排放量的,70,。欧洲和北美等,32,个国家都在公约上签了字。多数国家都已经采取了积极的对策，制订了减少致酸物排放量的法规和措施等。,在欧洲，一系列硫协议的执行使二氧化硫排放量大量削减，酸雨进一步加重的势头得以控制。,二、我国大气污染现状,（,1,）我国的能源结构以煤炭为主，大气污染物主要是,S0,2,和烟尘，大气,污染的特征属于煤烟型。,（,2,）北方城市大气污染程度高于南方，冬季高于夏季，早晚高于中午。,南方城市是,S0,2,造成的酸雨和高硫煤地区的,S0,2,污染，北方城市的突,出问题是冬季采暖期的烟尘和,S0,2,污染，非采暖期由于风沙和扬尘,的作用，大气中颗粒物浓度也较高。,（,3,）产煤区污染高于非产煤区严重，尤其是高硫煤区为重。,1.3.2,大气污染综合防治,一、大气污染综合防治的含义,所谓大气污染综合防治指为了达到区域环境空气质量控制目标，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，从而得出最佳的控制技术方案和工程措施。,其内涵就是从全局出发，综合考虑自然和社会等多方面的因素，围绕经济社会发展目标，运用多科学、多途径、多种手段进行防治，达到经济效益和环境效益的统一。,大气污染综合防治的基本点是防与治的综合。这种综合是立足于环境问题的区域性、系统性和整体性之上。,二、大气污染综合防治应遵循的原则,（,1,）防与治相结合，以防为主。,（,2,）回收资源与净化处理相结合，以回收资源为主。,（,3,）分散治理与综合治理相结合。,（,4,）按功能区实行总量控制与浓度控制相结合。,（,5,）人为净化与自然净化相结合。,三、大气污染综合防治的措施,1.,全面规划，合理布局,（,1,）搞好城市规划，完善基础设施建设。,（,2,）调整工业布局和结构。,2.,合理利用能源,（,1,）改善能源结构，推广应用清洁能源。,（,2,）开发节能技术，提高能源的利用效率。,（,3,）采用先进的清洁煤技术，集中供热，发展城市煤气。,（,4,）改进燃烧技术和燃烧设备，降低污染物排放量。,3.,提倡清洁生产，控制废气排放,（,1,）清洁生产,源头控制,（,2,）控制废气排放,工程技术措施,安装除尘净化装置。,高烟囱排放。,4.,做好大气环境规划，按功能区实行总量控制,总量控制,5.,绿化造林，增加自净能力。,1.4,大气环境质量标准,大气环境质量控制标准是为控制和改善大气质量，保护人体健康和生态环境，限制大气环境中的污染物含量而制定，是执行环境保护法和大气污染防治法、实施环境空气质量管理及防治大气污染的依据和手段。,大气环境质量标准,大气污染物排放标准,大气污染控制技术标准,大气污染警报标准,按,用,途,按,范,围,国家标准,地方标准,行业标准,1.4.1,大气环境质量标准,是以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标，对各种污染物在大气环境中的允许浓度所作的限制规定。它是进行大气质量管理和评价、制定大气污染防治规划和污染物排放标准的依据。,我国,1982,年制定并于,1996,年修订的,环境空气质量标准,（,GB3095,1996,），,规定了二氧化硫、总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、铅、苯并芘和氟化物等,9,种污染物的浓度限值。,该标准将环境空气质量分为三级：,一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发,生任何危害影响的空气质量要求。,二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短,期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。,三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物,（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。,环境空气质量标准,（,GB3095,1996,）,将环境空气质量功能区分为三类：,一类区：为国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和,疗养地等。,二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、,文化区、名胜古迹和广大农村等。,三类区：为特定工业区。,其中一类区由国家确定，二、三类区以及适用区域的地带范围由当地人民政府划定。,一类区一般执行一级标准,，依次类推。,1.4.2,工业企业设计卫生标准,我国于,1979,年重新修订公布了,工业企业设计卫生标准,TJ36-79,，,规定了,“,居住区大气中有害物质的最高容许浓度标准,”,。一些污染物在国家没有制定它们的大气环境质量标准时，可以使用这一标准。,在生产岗位上，为了保护长期进行生产劳动的工人不引起职业病的危害，,工业企业设计卫生标准,TJ36-79,还规定了,“,车间空气中有害物质的最高容许浓度标准,”,。,1.4.3,大气污染物排放标准,大气污染物排放标准是以实环境大气质量标准为目标，对污染源排入大气的污染物所规定的允许排放量或排放浓度，以便直接治理污染源，防止污染。,它是控制污染物的排放量和进行净化设计的依据，是控制大气污染的关键，同时也是环境管理部门的执法依据。,目前我国最新制定的和正在执行的大气污染物排放标准主要有：,（,1,）,大气污染物综合排放标准,GB 16297,1996,；,（,2,）,锅炉大气污染物排放标准,GWPB 3,1999,；,（,3,）,工业炉窑大气污染物排放标准,GB9078,1996,；,（,4,）,火电厂大气污染物排放标准,GB13223,1996,；,（,5,）,炼焦炉大气污染物排放标准,（,GB16171,1996,）；,（,6,）,水泥厂大气污染物排放标准,（,GB4915,1996,）；,（,7,）,恶臭污染物排放标准,（,GB14554,1993,）；,（,8,）,汽车大气污染物排放标准,（,GB14761.1,14761.7,93,）；,（,9,）,摩托车排气污染物排放标准,（,GB14621,93,）。,1.4.4,空气污染指数,所谓空气污染指数,(API),是一项可以定量和客观地评价空气环境质量的指标，是将若干项主要大气污染物的监测数据参照一定的分级标准，经过综合换算后得到的无量纲的相对数。,根据我国空气污染的特点和污染防治重点，目前计入空气污染指数的项目有：二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物，今后随着环保工作的深入和监测技术水平的提高，还将调整增加其它污染项目，以便更为客观的地反映空气质量状况。,我国空气污染指数的范围从,0,到,500,，分,5,个等级：,(1)API,50,为一级，空气质量为优，相当于国家空气质量一级标准；,(2)50,API,100,为二级，空气质量为良，相当于国家空气质量二级标准；,(3)100,API,200,为三级，空气轻度污染，相当于国家空气质量三级标准；,(4)200,API,300,为四级，空气质量中度污染；,(5)API300,为五级，空气质量为重度污染；,1.5,全球性大气环境问题,1.5.1,臭氧层破坏,地球大气平流层中的臭氧层,能吸收太阳的紫外辐射,是生命的保护层。紫外线能杀死、杀伤生物细胞，或造就细胞、遗传物质畸变，导致生命的死亡和产生各种病变。,臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致，是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果。自,20,世纪,70,年代以来，臭氧层全球臭氧总量明显减少，南极附近尤为严重，出现了,“,臭氧空洞,”,并历年扩大。本世纪初期，南极上空的臭氧空洞面积达到,2700,多万平方公里。,破坏因素：,人类活动使用的消耗臭氧类物质（,ODS,）,是其最主要的原因。特别是用于制冷剂、发泡剂、推进剂、消毒剂和喷雾剂的氯氟烃类物质（,CFC,）,对臭氧层具有很大的破坏作用。,在一定的气象条件下，氯氟烃类物质会在强烈紫外线的辐射下发生分解，释放出的氯原子同臭氧产生连锁反应，不断破坏臭氧分子。,反应过程如下：,臭氧层被破坏将导致紫外线长驱直入穿过大气层。强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力，使白内障、角膜炎和皮肤癌患者增加。此外还影响农作物的生长，破坏地球上的整个生态系统。,1.5.2,温室效应,一、概念及原理,所谓温室效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长短辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。,二、温室气体,主要的温室气体有：,CO,2,、,CH,4,、,O,3,、,CFC,s,、,N,2,O,、,C,2,H,3,Cl,3,、,CCl,4,、,CO,、,CF,3,Br,等。近年来由,CH,4,及,CFCs,、,CO,2,以外的温室气体数量大而造成的影响逐渐增加。,八十年代的研究表明，人为排放的各种温室气体对温室效应所起作用的比例不同，其中二氧化碳占,55,，氯氟烷烃占,24,，甲烷占,15,，二氧化氮占,6,，因此二氧化碳的大量增加是造成温室效应加剧的主要原因。,三、温室效应的后果,1.,地球上的病虫害增加；,2.,海平面上升；,3.,气候反常，海洋风暴增多；,4.,土地干旱，沙漠化面积增大。,科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到,2050,年，全球温度将上升,2-4,摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，,些岛屿国家与沿海城市将可能淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市，如纽约、东京与悉尼等。,四、怎么减少温室效应,1.,减少大气中过多的二氧化碳，如节约用电（因为发电烧,煤），少开汽车；,2.,另,方面我们要保护好森林与海洋，比如不乱砍滥伐森,林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。,3.,植树造林，减少使用,次性方便木筷，节约纸张，不践,踏草坪等来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮,助减缓温室效应。,4.,其它,1.5.3,酸雨,一、概念,酸雨，通常是指,pH,值小于,5.6,的降水，是一种大气污染现象。,20,世纪,90,年代以来，由于二氧化硫和氮氧化物的大量排放，酸雨问题越来越突出，已经成为本世纪最大的环境问题之一。,酸雨最初发生在,19,世纪,80,年代，最早受其危害的国家是挪威。直至,20,世纪的,60,年代，酸雨只是在局部地区出现，如北欧地区受到欧洲中部工业区排出的酸性气体的影响，出现了酸雨。,60,年代末至,80,年代初，酸雨的危害全面显示，其范围由北欧扩大至中欧，同时北美也出现了大面积的酸雨区。目前，中国酸雨正呈蔓延之势，是继欧洲、北美之后的第三大重酸雨区。,二、酸雨的形成过程,（,1,）,SO,2,的氧化过程,SO,2,通过催化氧化和光化学氧化两种途径转化为,SO,3,，,再与水蒸气结合形成硫酸：,催化剂,（,Fe,、,Mn,盐气溶胶雾滴）,光照,大气中含有,NO,X,和,C,x,H,y,2,SO,2,+H,2,O+O,2,2H,2,SO,4,2,SO,2,+O,2,2H,2,O+2,SO,3,水合过程,2H,2,SO,4,（,2,）,NO,X,的氧化过程,形成大气污染的,NO,X,主要是,NO,和,NO,2,，,NO,X,的氧化过程主要是催化氧化。在空气湿度大并存在金属杂质和,NH,3,的条件下，生成硝酸和硝酸盐，最终形成气溶胶：,H,N,O,3,O,3,、,N,2,O,3,、,N,2,O,5,、,OH,+,O,3,、自由基,OH,+,等,NO,NO,2,（,3,）酸雨的形成,大气中的,SO,2,和,NO,X,等酸性气体在经过了上述复杂的反应过程后，形成了不易挥发的硫酸和硝酸等污染物，被吸收到云内，在降雨初期被雨水捕集，进而形成酸性降水。,三、酸雨的危害,1,损害生物和自然生态系统,酸雨可使土壤、湖泊、河流酸化。湖水或河水的,PH,值降到,5,以下时，鱼的繁殖和发育会受到严重影响。土壤和底泥中的金属可被溶解到水中，毒害鱼类。水体酸化还可能改变水生生态系统。,酸雨还抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗土壤中钙、镁、钾等营养因素，使土壤贫瘠化。酸雨损害植物的新生叶芽，从而影响其生长发育，导致森林生态系统的退化。,2,腐蚀建筑材料及金属结构,酸雨腐蚀建筑材料、金属结构、油漆等。特别是许多以大理石和石灰石为材料的历史建筑物和艺术品，耐酸性差，容易受酸雨腐蚀和变色。,四、控制酸性污染物排放和酸雨污染的主要途径,1,对原煤进行洗选加工，减少煤炭中的硫含量；,2,优先开发和使用各种低硫燃料，如低硫煤和天然气；,3,改进燃烧技术，减少燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生量；,4,采用烟气脱硫装置，脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物；,5,改进汽车发动机技术，安装尾气净化装置，减少氮氧化物的排放。,大气污染控制及设备运行,第二章 燃烧与大气污染扩散,第,1,讲 燃烧技术基础,一、燃烧概述,燃料种类,按燃料来源可分为,天然燃料,加工燃料,按使用多少可分为,常规燃料,非常规燃料,按物态可分为,固体燃料,液态燃料,气体燃料,一、燃烧概述,煤的种类,泥煤,褐煤,烟煤,无烟煤,煤的化学组成：通常用,C,、,H,、,O,、,N,、,S,等元素及,A,和,W,的百分数来表示。,1,、固体燃料,2,、液体燃料,液体燃料,分类,天然的液体燃料,（石油）,人为加工的液体燃料,汽油,煤油,柴油,重油,组成,：,主要组成是烷烃、烯烃、芳香烃和环烷烃,一、燃烧概述,3,、气体燃料,由可燃性气体组成的燃料称为气体燃料。气体燃料属于清洁燃料，是防止大气污染的理想燃料，主要包括天然气、液化石油气,(LPG),、裂化石油气和焦炉煤气。,一、燃烧概述,二、燃料燃烧过程,1.,燃烧的定义,燃烧是指可燃物质与空气或氧气发生化学反并伴有光和热量产生的过程。,燃烧,完全燃烧,（热能转化率高，污染物少）,不完全燃烧（热能转化率低，污染物多）,2.,燃料完全燃烧的条件,完全燃烧的条件,适量的空气,足够的温度（温度）,必要的燃烧时间（时间）,燃料与空气的充分混合（湍流）,“三,T”,二、燃料燃烧过程,三、燃烧过程中主要污染物形成机制,燃料燃烧过程产生的大气污染物主要是烟尘、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、金属氧化物、碳氢化合物及多环有机物（,POM,）,等。污染物的形成与燃料的种类及燃烧条件有密切关系。,1.,烟尘的形成机制,形成机制：,如果燃烧时空气分配不均匀，则在空气不足的地方产生大量未燃烧的炭粒，在高温下热解生成多环化合物（黑烟）。,影响因素：,燃煤烟气中的飞灰浓度和粒径与煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排和炉膛热负荷、锅炉结构及运行负荷等多种因素有关。,三、燃烧过程中主要污染物形成机制,2.,硫氧化物的形成机制,元素硫的燃烧,:,硫化物的燃烧,：,有机硫的燃烧：,的转化：,三、燃烧过程中主要污染物形成机制,3.,氮氧化物的形成机制,燃烧过程形成的,NOx,分为二类：,燃料型,NOx,：燃料中的固定氮生成的,NOx,热力型,NOx,：,大气中的氮在高温下被氧化生成,降低燃烧温度，减少烟气在高温区停留时间，有利于降低烟气中,NOx,浓度，减少,NOx,对大气的污染。,三、燃烧过程中主要污染物形成机制,四、燃烧过程污染物排放量的计算,1.,燃烧所需理论空气量的计算,（,1,）理论空气量,定义：单位质量的燃料按燃烧反应方程式,完全燃烧所需要的空气量称为理论,空气量，以 表示。它取决于燃料,的组成，可由燃烧反应方程式计算。,建立燃烧反应方程式的假定：,空气仅由氮和氧组成，其体积分数为,7921,3.76,；,燃料中的固定态氧参与燃烧反应；,燃料中的硫主要被氧化为二氧化硫；,计算理论空气量时，忽略,NOx,的生成量；,燃料的化学组成式为,CxHySzOw,，,其中,x,、,y,、,z,、,w,分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。,理论空气量 为：,(2),空气过剩系数,燃料在燃烧装置中燃烧时，只供给理论空气量是很难使燃料燃烧完全，为了使燃料能够完全燃烧，实际上供给空气量应多于理论空气量，实际供给的空气量（,V,a,）,与理论空气量（）的比值称为空气过剩系数。即：,(3),空燃比 ：,空燃比是指单位质量燃料完全燃烧所需要的空气质量，可由燃烧方程式直接求得。例如甲烷在理论空气下完全燃烧：,则空燃比,(4),理论空气量的经验计算公式,若知道燃料的热值，可用以下经验公式估算理论空气量：,(,固体燃料,),(,液体燃料,),(,气体燃料,当,Q12561kJ/Nm,3,),(,气体燃料,当,Q 12561kJ/Nm,3,),（天然气）,2.,烟气量,(1),理论烟气量与实际烟气量,燃料燃烧后产生的二氧化碳等烟气体积，称为烟气量。,理论烟气量,：,在供给理论空气量（）条,件下，燃料完全燃烧产生的烟,气体积，以 表示。,实际烟气量,：,实际烟气量等于理论烟气量与,过剩空气量之和，即,四、燃烧过程污染物排放量的计算,(2),烟气的体积和密度校正,燃烧过程的温度和压力一般是在高于标准状态（,273K,，,1atm,）,下进行的，在进行烟气体积和密度计算时，为了便于比较应换算成标准状态。大多数烟气可以视为理想气体，因此可以用理想气体的有关方程式进行换算。,(3),过剩空气校正,实际燃烧过程是在空气过剩情况下进行的，因此实际烟气量大于理论烟气量，用奥氏气体分析仪测定烟气中,CO2,、,O2,和,CO,等含量，可以确定燃烧设备运行中的烟气成分和空气过剩系数。,考虑过剩空气校正后实际烟气量的计算为：,3.,污染物排放量的计算,计算燃烧过程产生的污染物排放量，通常有两种方法：实测法和预测法。,例（,2-2,）某电厂烟气温度为,473K,，,压力等于,96930Pa,，,湿烟气量,=10400m,3,/min,，,水汽的体积分数为,6.25%,，,CO,2,10.7%,，,O,2,8.2%,，,不含,CO,。,排放的污染物质量流量是,22.7kg/min,。,求：,(1),污染物排放的质量速率（单位：,t/d,）；,(2),污染物在干烟气中的浓度；,(3),烟气的空气过剩；,(4),空气过剩系数,1.8,时，污染物在烟气中的浓度。,四、燃烧过程污染物排放量的计算,解：（,1,）每天排放的质量速率为,：,（,2,）测定操作条件下的干烟气量：,，单位为,mg/m,3,测定条件下干烟气中污染物的质量浓度：,，单位为,m,3,/min,标准状态下的质量浓度：,（,3,）空气过剩系数,（,4,）空气过剩系数 时的污染物浓度近似校正如下：,大气污染控制及设备运行,第二章 燃烧与大气污染扩散,第,2,讲 影响大气污染物扩散的因素,一、气象条件对大气污染物扩散的影响,1.,风对大气污染物扩散和输送的影响,风向,:,风向影响污染物的水平迁移扩散方向，,总是不断将污染物向下风方向输送，污,染区总是分布在下风方向上，高污染浓,度常出现在大污染源的下风向。,风速,:,污染物在大气中的浓度与平均风速成反,比，风速增大,l,倍，下风向污染物浓度将,减小一半。风对大气污染物的影响发生,在从地面起到污染物扩散所及的各高度。,风速廓线模式,:,风速随高度变化的曲线称为风速廓线,对数律风速廓线模式,:,指数律风速廓线模式,:,2.,湍流对大气污染物扩散的影响,大气湍流：大气的这种无规则的阵性和摆动，,叫做大气湍流。,如果大气中只有风而无湍流运动，则污染物在烟囱口被直接冲淡稀释，污染物的扩散速率很慢。实际上，低层大气的运动总是具有湍流的性质。大气的湍流运动造成流场各部分之间的强烈混合，此时，流场中的污染物就会因湍流的混合从高“位势”向低“位势”传输，进行再分布。,一、气象条件对大气污染物扩散的影响,3.,大气温度层结与大气污染,气温的垂直递减率：,真实的大气其温度随高度分布随时间和空间而变化，,d,T,/,d,Z,，,称为气温的垂直递减率，也称为气温的几何梯度。,温度层结曲线,：,气温的垂直分布，也可用坐标曲线来表示，这种曲线称为温度层结曲线，简称温度层结。,一、气象条件对大气污染物扩散的影响,大气中温度层结的类型：,递减层结：,中性层结：,等温层结,：,逆温：,4.,大气稳定度对大气污染的影响,大气稳定度 的定义：,大气稳定度是大气对污染源排入其中的污染物扩散能力的一种量度，它表示在铅直方向上大气的稳定程度，即是否易于发生对流。,大气稳定度 的判别：,气团法,用层结曲线和状态曲线的分布来判别,一、气象条件对大气污染物扩散的影响,五种典型的烟云形式：,大气稳定度对烟流扩散有很大影响，不同稳定度导致从烟囱排出的烟云形状不同。通常有五种典型的烟云形式。,波浪形（翻卷形）,锥形,扇形,(,平展形,),爬升形,(,屋脊形,),漫烟形,(,熏烟形,),5.,辐射和云对大气污染的影响,晴天白昼，特别是午后，太阳辐射最强，地面强烈增温，温度层结是递减的，大气极不稳定。睛夜，地面有效辐射大，地面降温快，因而形成逆温，大气极为稳定。日出日落后为转换期，大气接近中性状态。,一、气象条件对大气污染物扩散的影响,云对辐射起屏障作用，它既阻挡白天的太阳辐射，又阻挡夜间地面向上的辐射，从而使垂直温度梯度减小，使白天递减和夜间逆温均受到削弱。减弱的程度决定于云量的多少。阴天，温度层结的昼夜变化几乎消失，大气接近中性状态。,6.,天气形势与大气污染,所谓天气形势，主要是指大范围的气压分布状况。而各种天气现象和气象条件都有其对应的天气形势，所以与大气污染有关的气象因子也与天气形势相关。,一、气象条件对大气污染物扩散的影响,二、下垫面对大气污染物扩散的影响,1.,城市下垫面对大气污染物扩散的影响,城市下垫面的特点：,(1),城市人口密集、工业集中，能耗水平高；,(2),城市的覆盖物（如建筑、水泥路面等）热容,大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢；,(3),城市上空笼罩着一层烟雾和二氧化碳，使地,面有效辐射冷却效应减弱。,1.,城市下垫面对大气污染物扩散的影响,热岛环流,:,由于城市温度比乡村高，气压比乡村低，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“城市风”,.,二、下垫面对大气污染物扩散的影响,2.,地形对大气污染物扩散的影响,地形地物对污染物扩散的影响主要是通过气流运动和气温的影响以改变烟气的运动和扩散。,山丘对大气污染物扩散影响的示意图,二、下垫面对大气污染物扩散的影响,在山区，地形复杂，山前山后波面受热很不均匀，加上日照时间的变化，水平气温分布不均匀，这是造成局地热力环流形成坡风和山谷风的主要原因。,山风与谷风的形成,三、水陆交界区对大气污染物扩散的影响,水陆交界处，由于水面和陆面的热导率和热容不同，水面温度变化比陆面小，白天陆面增温快，陆上气温比海上高，暖而轻的空气上升，于是上层空气由大陆吹向海洋，下层空气则由海洋流向陆地，形成海风，并构成完整的热力环流。夜间产生与白天相反的气流，形成陆风。一般来说，海风比陆风强度大。,海陆风对大气污染物扩散的影响示意图,大气污染控制及设备运行,第二章 燃烧与大气污染扩散,第,3,讲 烟气在大气中扩散的计算,一、大气扩散模式,1.,高斯分布的假定条件,污染物浓度在,y,、,z,轴上的分布符合高斯分布。,在全部空间中风速是均匀的、稳定的。,源强是连续均匀的。,在扩散过程中污染物质量是守恒的。,2.,高斯模式的建立,无界条件下的高斯模式,有界条件下的高斯模式,一、大气扩散模式,二、几个常用的大气扩散模式,1.,适用于高架连续点源,地面任意一点浓度,C(x,，,y,，,0,，,H),模式,地面轴线浓度,(,或称烟云中心线浓度,),C(x,，,0,，,0,，,H),模式,1.,适用于高架连续点源,地面最大浓度（即烟云中心线最大浓度）,二、几个常用的大气扩散模式,2.,地面连续点源扩散的高斯模式,地面连续点源模式可由高架连续点源模式,令其有效源高,H,0,，,而得到,:,地面轴线浓度,:,二、几个常用的大气扩散模式,3.,倾斜烟云模式,对于粒径大于,10m,的颗粒污染物，由于其自身具有明显重力沉降作用，将使浓度分布有所改变，这时可用下式求地面浓度,:,二、几个常用的大气扩散模式,高斯扩散模式使用条件,下垫面开阔、平坦，性质一致；,扩散物质在扩散过程中不发生衰减，与空气无相对,运动，地面对污染物起全反射作用；,平均流场平直稳定，平均风向和风速无显著的时间,变化，平均风速一般应大于,1,2m/s,；,扩散过程是在同一种温度层结的气层中进行的；,主要适用小尺度扩散过程，以不超过,10,20km,宜。,三、烟云抬升高度的计算,1.,有效源高,烟囱的有效高度,H,应为烟囱几何高度,Hs,与烟云抬升高度,H,之和。,只要能确定烟气抬升高度,H,，,则有效源高就可计算出来。因此，确定烟气抬升高度是计算有效源高的关键。,2.,烟云抬升高度的计算公式,产生烟云抬升有两方面的原因,:,此外，平均风速、风速垂直切变及大气稳定度等，对烟云抬升都有影响。由于影响烟云拾升的因素多而复杂，所以还没有一个通用的计算公式。,一是烟囱出口的烟云具有一定的初始动量,二是由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力,三、烟云抬升高度的计算,（,1,）霍兰德（,Holland,）,公式,:,适用于中性大气条件，用于非中性大气条件时，霍兰德建议作一定修正。,（,2,）我国,(GB/T1320191)“,制定地方大气污染排放标准的技术方法”中推荐的抬升方式：,当烟气热排放率,2100kJ/s,，,且,35K,时：,当,1700kJ/s 2100kJ/s,时，烟气抬升高度按下式计算,式中：,当,1700kJ/s,或者,20920kJ/s,时：,当,20920kJ/s,时,四、扩散参数的确定,1.,扩散参数 、的确定步骤,用高斯扩散模式估算大气污染物浓度，关键在于确定扩散参数、和烟气抬升高度,H,。,前面已介绍了烟气抬升高度的计算，下面介绍扩散参数 、的估算。用依据常规气象观测资料估算 、的,P-G,扩散曲线法。,帕斯奎尔（,F,Pasquill,）,在大量观测和研究的基础上，选择地面风速、云状和太阳辐射状况，把大气扩散稀释能力分为,6,个等级：,A,为极不稳定，,B,为不稳定，,C,为弱不稳定，,D,为中性，,E,为弱稳定，,F,为稳定，若稳定度级别为,A,B,，,则表示按,A,、,B,级的数据内插。,根据表,2.10,确定了稳定度级别后，就可利用图,2.11,、图,2.12,查出该稳定度级别下各个距离上的 和 值。,英国伦敦气象局列出了表,2.11,。该表列出了,6,个稳定度级别下，在一些距离上的 和 的具体数值，用内插法可求出在,20km,距离内的 和 值。,与距离成函数关系的水平扩散参数 曲线图（,P,G,扩散曲线图，取样时间,10min,）,与距离成函数关系的垂直扩散参数 曲线图（,P,G,扩散曲线图，取样时间,10min,）,2.,扩散参数确定实例,例,2-3,某石油精炼厂自平均有效源高,60m,处排放的,SO,2,质量为,80g/s,，,有效源高处的平均风速为,6m/s,，,试估算冬季阴天正下风向距烟囱,500m,处地面上的,SO,2,浓度。,解：在阴天大气条件下，稳定度为,D,级，由图,2.11,和图,2.12,查得，在,x=500m,处，,，把数据代入式（,2.31,）得到：,四、扩散参数的确定,大气污染控制及设备运行,第二章 燃烧与大气污染扩散,第,4,讲 烟囱高度设计及厂址选择,一、烟囱高度的计算,依据：确定烟囱高度的依据是要保证排放源造成的地面污染浓度不得超过,环境空气质量标准,(GB3095,一,1996),规定的浓度限值。所以，应该首先知道各种气象条件下烟源高度和地面浓度的关系，再根据允许的地面浓度计算烟囱高度。,考虑因素：从环保角度看，烟囱越高越好。但是烟囱的造价与高度的平方成正比，建造烟囱涉及环保和经济两方面综合效益。,1.,根据地面污染物最大浓度计算法设计,该法以地面最大浓度不超过,环境空气质量标准,),规定的浓度限值为依据，直接由地面最大浓度公式求出烟囱高度。,一、烟囱高度的计算,2.,根据地面污染物绝对最大浓度公式设计,地面绝对最大浓度：,此时的风速即危险风速：,由地面绝对最大浓度值不得超过,环境空气质量标准,规定的浓度限值,C0,假设，可推导出另一烟囱高度计算公式：,一、烟囱高度的计算,3.,根据一定保证率计算烟囱高度,从上面两种计算方法可见，按保证 设计的烟囱高度较矮，当风速小于平均风速时，地面浓度即超标。若按,C,absm,设计的烟囱则较高，不论风速大小，地面浓度皆不会超标，但烟囱造价高。因此提出对上述公式中的和稳定度取一定保证率下的值，计算结果即为某一保证率的气象条件下的烟囱高度。这种方法比前两种方法更合理些。,一、烟囱高度的计算,例题：锅炉烟气量 ，二氧化硫排放量,Q,20g/s,，,烟囱口烟气温度为,T,s,418K,，,烟囱口内径,d,s,1.4m,。,估计烟囱口的空气温度为,298K,，,风速为,m/s,。,所在地区的二氧化硫本底浓度为,mg/m,3,，,二氧化硫的允许