物理性污染控制-第六章-热污染及其控制(课堂PPT).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,*,物理性污染控制,主编 陈杰瑢,1,第六章 热污染及其控制,2,第六章,第一节 概述,第二节 水体热污染,第三节 热岛效应,第四节 温室效应,第五节 热污染评价与标准,第六节 热污染控制技术,3,第一节 概述,一、热环境,二、热污染,4,环境热学,环境物理学,分支,热环境,研究,影,响,人类活动,人体健康,影,响,热环境又称环境热特性，,是提供给人类生产、生,活及生命活动的生存空,间的温度环境。,自,然,环,境,城,市,环,境,建,筑,环,境,一、热环境,5,表,6-1,热环境的分类,名 称,热 源,特 征,自然,热环境,主要热源是太阳,热特性取决于环境接收太阳辐射的情况；,与环境中大气同地表间的热交换有关；,受气象条件的影响,人工,热环境,房屋、火炉、机械、化学等设施,人类为防御、缓和外界环境剧烈的热特性变化而创造的更适于生存的热环境；,人类的各种生产、生活和生命活动都是在人工热环境中进行的,6,定义,：地球大气圈外层空间垂直于太阳光线束的单位面积上单位时间内接受的太阳辐射能量的大小,数值,：约为,8.15,J,。,太阳辐射通量,（或称太阳常数）,：,图,6-1,太阳辐射通量分配状况图,7,表,6-2,大气中主要物质吸收辐射能量的波长范围,物质种类,吸收能量的波长范围,/,m,N,2,O,2,NO,0.1,短波,距地,100km,对紫外线完全吸收,O,2,35,1,30,31,32,32,2,28,29,30,30,3,26,27,28,28,4,25,26,27,27,人体的能量代谢等级可通过测量获得；,没有能量代谢数据时，也可根据劳动强度将其划分为相应的,5,个等级，即休息、低代谢率、中代谢率、高代谢率和极高代谢率（表,6-15,）。,66,级 别,平均能量代谢率,M,示 例,W/m,2,kcal/,（,minm,2,）,kJ/,（,minm,2,）,0,休息,65,0.930,3.892,休息,1,低代,谢率,65,130,0.9301.859,3.892,7.778,坐姿：轻手工作业,(,书写、打字、绘画、缝纫、薄记、记帐,),手和臂劳动,(,小修理工具、材料的检验、组装或分类,),臂和腿劳动,(,正常情况驾驶车辆脚踏开关或踏脚,),立姿：钻孔,(,小型,),碾磨机,(,小件,),绕线圈,小功率工具加工,闲步,(,速度,3.5km/h),2,中代,谢率,130,200,1.8592.862,7.778,11.974,手和臂持续动作,(,敲钉子或填充,),臂和腿的工作,(,卡车、拖拉机或建筑设备等非运输操作,),臂和躯干工作,(,风动工具操作,拖拉机装配、粉刷、间断搬运中等重物、除草、锄田、摘水果和蔬菜,),推或拉轻型独轮或双轮小车,(,速度,3.5,5.5km/h),锻造,3,高代,谢率,200,260,2.8623.721,11.974,15.565,臂和躯干负荷工作,搬重物、铲、锤锻、锯刨或凿硬木,割草、挖掘、以,5.5,7 km/h,速度行走,推或拉重型独轮或双轮车,清砂、安装混凝土板块,4,极高,代谢率,260,3.721,15.565,快到极限节律的极强活动,劈砍工作,大强度的挖掘,爬梯、小步急行、奔跑、行走速度超过,7km/h,表,6-15,能量代谢率分级,67,温湿指数（,THI,）,计算式,根据,THI,进行的热环境评价（表,6-16,）,2.,干,-,湿,-,黑球温度,相对湿度，,%,表,6-16,温湿指数,(THI),的评价标准,范围,/,感觉程度,范围,/,感觉程度,28.0,炎热,17.0,24.9,舒适,27.0,28.0,热,15.0,16.9,凉,25.0,26.9,暖,15.0,冷,（,6-4,）,（,6-5,）,68,是平均辐射温度和空气温度关于各自对应的,换热系数的加权平均值。,计算式,3.,操作温度,（,OT,）,平均辐射温度（舱室墙壁温度）；,热辐射系数；,热对流系数。,（,6-6,）,69,丹麦工业大学,P.O.Fanger,等（,1972,）：,ISO-7730,标准,室中热环境,PMV,与,PPD,指标的,确定及热舒适条件的确定,中提出；,计算式,根据,PMV,进行的热环境评价（表,6-17,）,4.,预测平均热反应指标,（,PMV,）,人体的总产热量,表,6-17,PMV,指标对热环境的判断,很热,热,温暖,适中,凉,冷,很冷,感觉,3,2,1,0,-1,-2,-3,PMV,（,6-7,）,70,中国，叶海（,2004,）：,表示显热散热占总产热量的比值；,可以用于普通热环境的客观评价；,也可以作为,PMV,的一种简易计算方法,；,计算式,根据,HB,进行的热环境评价（表,6-18,）,5.,热平衡数,（,HB,）,服装的基本热阻,（,6-8,）,71,5.,热平衡数,（,HB,）,表,6-18 HB,的热感觉等级,HB,热感觉,PMV,HB,热感觉,PMV,0.91,稍凉,1,0.55,微暖,0.38,0.83,略凉,0.69,0.46,略暖,0.69,0.75,微凉,0.83,0.38,稍暖,1,0.65,热中性,0,HB,包含了影响热舒适的,5,个基本参数：空气温度、平均辐射温度、风速、活动量和服装热阻；,可用于对热环境进行客观评价，其值在,0,1,之间，值越高表示环境给人的热感觉越凉爽。,72,第六节 热污染控制技术,一、节能技术与设备,三、二氧化碳固定技术,二、生物能技术,73,一、节能技术与设备,（一）热泵,节能技术与设备,（二）热管,（三）隔热材料,（四）空冷技术,74,（一）热泵,热泵：,将热由低温位传输到高温位的装置。,热泵技术：,一种高效、节能、环保技术；,热泵设备的开发利用始于,20,世纪,20,30,年代；,70,年代能源危机的出现，使热泵技术得以迅速发展。,工作原理,：,卡诺循环（图,6-10,）,利用机械能、热能等外,部能量，通过传热工质,把低温热源中无法被利,用的潜热和废热，通过,热泵机组集中后再传递,给要加热的物质。,图,6-10,典型压缩式热泵的工作原理,75,（一）热泵,热泵用途,：,住宅取暖，提高生活热水，食品干燥加工、木材和种子干燥，工业锅炉的蒸汽加热等。,热泵的热量来源,：,空气、水、地热和太阳能。,以各种废水、废气为热源的余热回收型热泵不仅节能，同时直接减少人为热的排放，减轻环境热污染。,采用热泵与直接电加热相比，可节电,80%,以上。,对于,100,以下的热量，采用热泵比锅炉供热可节约燃料,50%,。,热泵在北美和欧洲的应用最广,（表,6-19,）,表,6-19,欧洲一些国家热泵机组的应用,95%,85%,15%,30 000,法国,91%,55%,5%,40%,67 000,瑞士,90%,16%,12%,72%,370 000,瑞典,43%,29 500,荷兰,63%,17%,11%,72%,100 000,德国,空气源,水源,地热源,用于住宅供暖,热泵类型,2000,年总量,国家,76,（一）热泵,图,6-11,莫斯科市乌赫托斯基生活小区电,-,热,-,冷三联供系统能源及功率分配,整个系统的能量都来自当地的,“,二次能源,”,，不需消耗任何化石燃料。,城市污水,地下干管,天然气的压力由,2MP,减至,0.3,0.6MPa,77,美国,Los Alamos,国家实验室的,G.M.Grover,于,1963,年发明了热管。,（二）热管,热管：,利用密闭管内工质的蒸发和冷凝进行传热的装置。,热管的结构：,由管壳、吸液芯（毛细多孔材料构成）和工质（传递热能的液体）三部分组成。,工作原理：,图,6-12,图,6-12,热管的工作原理,热管一端为蒸发端，另一端为冷凝端。当一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发段。如此循环不止，即可将分散的热量集中起来,。,78,（二）热管,优点：,与热泵相比，热管不需从外部输入能量，具有极高的导热性、良好的等温性，而且热传输量大，可以远距离传热。,应用：,广泛用于余热回收，主要用作空气预热器、工业锅炉和利用废热加热生活用水，在太阳能集热器、地热温室等方面都取得了很好的效益。,79,隔热,材料,1,隔热材料的种类,2,隔热材料的基本性能,（,4,）,低温工程隔热技术,（,1,）矿井巷道隔热技术,（,3,）建筑工程隔热技术,（,2,）工业炉窑隔热技术,（三）隔热材料,80,(1),多孔纤维质隔热材料,1,隔热材料的种类,隔热材料按内部,组织和构造分类,(2),多孔质颗粒类隔热材料,(3),发泡类隔热材料,81,(1),多孔纤维质材料,由无机纤维制成的单一纤维毡或纤维布或者几种纤维复合而成的毡布。,常见的有超细玻璃棉、石棉、矿岩棉等。,(2),多孔质颗粒类材料,常见的有膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等材料。,82,常见的有三类：,无机类,:,泡沫玻璃、泡沫水泥等；,有机类,:,聚氯脂泡沫、聚乙烯泡沫、酚醛泡沫及聚胺酯泡沫等；,混合型,:,由空心玻璃微球或陶瓷微球与树脂复合热压而成的闭孔泡沫材料。,(3),发泡类隔热材料,83,2,隔热材料的基本性能,不同领域中隔热材料的选择及隔热技术的应用也各不相同。,热导率：,隔热材料最基本的指标；,衡量隔热效果的主要参数；,通常热导率越低越好,空心微珠导热率仅,0.08,0.1W/,（,m,K,），,隔热性能极好。,密度（表观密度和压缩密度）：,隔热材料的密度一般都比较小；,密度过高会增加隔热层重量。,强度：,隔热材料需具备一定的强度；,强度太低易导致变形,其他：耐热性,、,防水性,、,耐火性,、,抗腐蚀性,和,施工方便性,等。,84,2,隔热材料的基本性能,不同领域中隔热材料的选择及隔热技术的应用也各不相同。,（,1,）矿井巷道隔热技术,矿井巷道隔热材料要求导热系数和密度小，具有,一定的强度和防水性能。,一般导热率低于,0.23W/,（,mK,）,时，才能起到较,高的隔热作用。,巷道隔热材料的组成：表,6-20,胶凝材料：隔热材料的强度组成；集料：改善隔热性能；,外掺料：用于减少水泥用量；外加剂：提高隔热材料的各项性能。,自来水,增强剂、发泡剂,减水剂、防水剂,粉煤灰,硅灰石、膨胀珍珠岩,水泥、生石灰,水,外加料,外掺料,集料,胶凝材料,表,6-20,巷道隔热材料的组成,（,2,）工业炉窑隔热技术,炉衬结构使用的隔热材料须耐高温,（,2000,）,。,轻质碳砖隔热技术性能：表,6-21,不同隔热材料优化组合，分区段匹配使用。,1800,1.5,20.0,1.2,35.0,93.0,6.0,TKQ-2,16002000,1.5,22.5,1.25,30.0,84.0,15.0,TKQ-1,使用温度,/,导热系数,/W/mK,抗压强度,/MPa,体积密度,/,g,cm,-3,气孔率,/%,固定碳,/%,灰分,/%,性能指标,种类,表,6-21,轻质炭砖技术性能指标,自来水,增强剂、发泡剂,减水剂、防水剂,粉煤灰,硅灰石、膨胀珍珠岩,水泥、生石灰,水,外加料,外掺料,集料,胶凝材料,表,6-20,巷道隔热材料的组成,（,3,）建筑工程隔热技术,各建筑部位常用的隔热材料：,表,6-22,。,分类,围护结构使用部位,内墙保温隔热材料,外墙保温隔热材料,材料的状态及工艺,板块状保温隔热材料,浆体保温隔热材料,（,4,）低温工程隔热技术,隔热材料的蓄热系数越大，冷却降温速度越慢。,速冻间选择蓄热系数小的材料做隔热内层，有利于提高降,温速度、减少冷负荷、节省投资和运行费用。,冷藏间则应选用蓄热系数较大的隔热材料，以减少库内壁,表面的温度波动，保持库内温度稳定，节省动力消耗。,85,（四）空冷技术,优点：,显著节约水资源；,有助于控制水体热污染。,缺点：,耗电量大；,增加燃料消耗。,适用：能源丰富、水源短缺的地区。,86,生物能技术,（三）生物质气化技术,（四）生物质燃料酒精,二、生物能技术,（五）生物质热裂解液化技术,（一）生物能的特点及开发现状,（二）生物质压缩成型技术,87,（一）生物能的特点及开发现状,动物,生物质,植物,排泄物,有机,废水,有机,垃圾,88,以生物质为载体的能量,是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量,形式。,生物能,载体是以实物形式存在的有机物；,是唯一一种能够贮存和运输的可再生资源；,可减少,CO,2,、,SO,2,和,NO,x,等污染物的排放量；,分布最广，开发和利用对常规能源具有很大的,替代潜力。,特点,（一）生物能的特点及开发现状,89,建立以沼气为中心的农村新能源；,建立,“,能量林场,”,、,“,能量农场,”,和,“,海洋能量农场,”,，以植物为能源发电，常,用能源植物或作物有绿玉树、续随子等；,种植甘蔗、木薯、海草、玉米、甜菜、,甜高粱等，发展食品工业的同时，用残渣,制造酒精来代替石油。,开发现状,（一）生物能的特点及开发现状,90,（二）生物质压缩成型技术,成型生物质燃料的优点,（表,6-23,）,大气污染物、固体排放量少，锅炉腐蚀程度小、节能、成本低。,表,6-23 0.5t,锅炉采用不同燃料的耗能情况,41.4,18 636,16.5,400,32,成型燃料,30.4,20930,20,400,40,煤,30.7,18 406,22.5,400,40,刨花、木屑,热效率,/%,热值,/%,耗能,/,（,kJkg,-1,）,水量,/kg,升温时间,/min,项 目,燃料,91,（二）生物质压缩成型技术,图,6-13,生物质压缩成型工艺流程,92,（三）生物质气化技术,生物质气化,在一定热力条件下，使生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。,工艺系统：,图,6-14,图,6-14,燃气发生的工艺系统,1-,加料器；,2-,气化器；,3-,净化器；,4-,燃气输送机,生物质经气化后排出的粗燃气中常含有一些杂质，直接进入供气系统会影响设施和管网的运行，须进行净化。,燃气输送机,：控制系统运行和启停，提供使燃气流动的压力。,93,（三）生物质气化技术,生物质气化的优势,我国生物质集中供气系统投资与天然气基本相,当，但环境效益和社会效益高得多，更具应用前景。,生物质气化后可用于发电，综合发电成本已接近,典型常规能源的发电水平。,系统技术灵活，环境污染少。,目前，中型气化发电系统已经成熟。,94,含木质素的生物质废弃物。,主要原料,与汽油比，燃烧酒精释放的有害气体少得多，,CO,2,净排放量也很少。,作为汽油添加剂，掺入,10%,15%,酒精可使汽油,燃烧更完全，减少,CO,的排放。,生产工艺原理比较简单，,优点,（四）生物质燃料酒精,95,常用工艺：,酸水解、酶水解和发酵,（四）生物质燃料酒精,图,6-15 SSCF,酶水解工艺流程,该工艺生产酒精成本仅,0.4,美元,/,升，改进后可进一步降低。,96,生物质在完全缺氧或有限供氧条件下，,热降解为,液体生物油,、,可燃气体,和,固,体生物质炭,三个组成部分的过程。,控制热裂解条件（主要是,反应温度,、,升温速率,等）可得到不同的热裂解产品。,生物质热裂解,（五）生物质热裂解液化技术,97,在,中温,（,500,600,）、,高加热速率,（,104,105/s,）和,极短气体停留时间,（约,2s,）的,条件下，将生物质直接裂解，产物快速冷却，,使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体,之前冷凝，得到高产率,（,70%,80%,）,生物质,液体油的过程。,缺点,：对设备及反应条件要求比较苛刻,优点,：产品油易存储和运输。,生物质热裂解液化,（五）生物质热裂解液化技术,98,（五）生物质热裂解液化技术,引流床液化工艺,:,（图,6-16,）,物料干燥粉碎,在重力作用下进入反应器下部的混合室,与吹入的气体充分混合。,丙烷和空气燃烧产生的高温气体与木屑混合向上流动经过反应器，发生裂解反应,生成混合物：不可冷凝气体、水蒸气、生物油和木炭。,旋风分离器分离掉大部分炭颗粒,剩余气体进入水喷式冷凝器中快速冷凝；,随后再进入空气冷凝器中冷凝,冷凝产物由水箱和接收器收集,气体经去雾器燃烧排放。,生物油产率,60%,未分离提纯的生物油是高度氧化的有机物，具热不稳定性，温度高于,185,195,就会分解。,99,三、二氧化碳固定技术,二氧化碳,最主要的温室气体。,在特殊催化体系下，可与其他化学原料发生化学,反应，固定为高分子材料。,CO,2,固定技术的关键,利用适当的,催化体系,使惰性,CO,2,活化。,CO,2,活化方法,：生物活化、配位活化、光化学辐射,活化、电化学还原活化、热解活化、化学还原活化。,100,