石化燃料与空气污染.ppt

石化燃料與空氣汙染,正常的空氣組成,乾燥的氣體濃度,*PPM：氣體體積/百萬,空氣汙染,經由人類活動或大自然災變，所產生對環境有負面影响的物質。形態：氣体懸浮微粒(particulate)Aerosol內容：CO，SOx，NOx，CH，Particulate,汙染物量測單位,PPMμg/m3,圖8.7美國空氣污染物主要來源(1997年)。,大自然淨化作用,植物、土壤、水吸收氧化作用、轉化作用植物光合作用空氣氣流稀釋,一氧化碳,由於碳原子的不完全燃燒C+1/2O2→CO正常濃度：10~30PPM令人昏沈濃度：50~100PPM,SOX,含硫燃料燃燒及氧化結果包括SO2(98%)及SO3(2％)煤含6%硫)是SOX主要來源正常空氣中濃度＜0.2PPB超過3PPM令有窒息感,SOX與流行病學(一),吸入SO2會損及上呼吸道，破壞肺部組織。1952年英國倫敦曾因SO2急劇上升至正常值7倍，導致4000人直接間接死亡者(死亡率增加3倍),SOX與流行病學(二),圖8.8SO2污染對於健康的影響，圖示指出濃度範圍及暴露時間：(a)報導死亡的人數超出預期值；(b)發生嚴重的健康影響；(c)可疑的健康病例。,SOX與酸雨,2SO2+O2→2SO3SO3+H2O→H2SO4SO2也會形成硫酸鹽懸浮微粒如FeSO4等PH酸鹹刻度表,酸度是以pH值表示，通常是一對數。pH值每改變1單位，則表示其酸度改變了10倍。例如pH5的溶液比純水(pH為7)的酸度大100倍。,酸雨與生態破壞,仰制有機物細菌分解能力溶解濾除掉士壤中不物質，例如Ca、Mg、Na..等損及樹葉，減少光合作用變發生。,SOX,中國大陸75%電力來自燃煤SO2空氣濃度：100~400μg/m3(0.04~0.16PPM)美國：SO2空氣濃度20~100μg/m3(0.008~0.04PPM),NOX,主要有N2O(笑氣)、NO2及N2O5來自高溫氧化過程中，空氣中的氮原子氧化汽車及發電廠是NOX主要來源,NOX反應鏈,光+NO2→NO+OO+O2→O3(臭氧)O3+NO→NO2有CH化物有在時，會形成刺激性有機酸根，剌激眼睛。與懸浮微粒結合後會形成光化霧遇水也會形成酸雨HNO3,臭氧層(一),地面臭氧濃度與NOX排放有關，且對生態有害。大氣層上方的臭氧層有遮蔽紫外光作用，有益於整個生態。接近地面的臭氧對環境及健康有害-呼吸道感染，肺炎，過敏氣喘。,圖8.9加州洛杉磯盆地每日NOx及臭氧污染濃度隨時段不同會有變化。,臭氧層(二),在地球大氣同溫層(10-50Km)中臭氣濃度約為300PPb，可防止太陽紫外線，直射地面。1988年研究報告顯示，1967~1987美國上空的臭氧層濃度下降2.3%，南北半球的臭氧層濃度較正常低9%。,臭氧層(三),1974年UCIrvine的化學家S.Roland及M.Molina二人(1995諾貝爾化學獎得主)提出CFC是破壞臭氧元兇。uv+CFC→CFC＋ＬL+O3→LO1+O2L+O→L+O2一個?原子可以破壞100，000個以上臭氧分子。,圖8.7美國空氣污染物主要來源(1997年)。,蒙特婁協定,1987年簽定，將CFC產量凍結在1986年水準。1995年降低50%。2000年以後不再生產CFC。估計CFC年7~10年才會上升至同溫層。除CFC外，CL4及CHL4溶於前也具有臭氧層破壞力。開發代用品：HFC，HCFC。,揮發性有機化合物(VOCS),VolatileＯrgcmicＣompounds自然界產生及石油產品的使用會形成臭氧及光化霧,懸浮微粒,懸浮微粒直徑0.01~50μm以固態或液態存在於空氣中又稱aerosol直徑小於１０μm的微粒狀(PM-10)可到達下呼吸道，對健康影響很大。人為懸浮微粒主要來自工廠排放。次微米微粒可在空中停留數天之久，可隨氣流遠漂。,例題,一個直徑1μm之微粒，其下降速度大約為0.05cm/s，若自200m高煙囪排出後，多久才會落地？,T=d/ν=200m/0.0005m/s=4000,000sec=4.6天,空氣品質標準,1970年美國政府制定「周遭空氣品質國際標準」NAASQS(NationalAmbientAirQualilyStandard)選擇SOX,NOX,O3,CO,Pb及Particulate作為空氣品質評的依據。政府對周遭空氣品質標準逐年提高，以提升人類生活品質。1987,1997年兩次修訂NAAQS,去掉>45μm微粒納入<2.5μm,1997年美國週遭空氣品質的國家標準(NAAQS),汽車排氣改變,汽車的主要污染排放：CO,CxHy,NOX.使用PCV(PositiveCrankcaseVentilation)使用EGR(ExhanstGasRecirai)使用觸媒轉換器將燃燒後CO,CxHy與O2在觸媒表面作用,PCV&EGR,圖8.14汽車排氣控制,美國對汽車排氣之管制,資料來源：美國環保署,汽車的代替能源(一),ZEV(ZeroEmittingVehicle)為終極目標美國政府要求2003年加州售出汽車須有10%為ZEV(Delayed)汽車的替代能源,汽車的替代能源(二),表8.4汽油替代物,化石火力電廠的污染控制,使用低硫及低灰塵含量燃料燃燒前去硫燃燒後移去浮塵及硫化物高空排放改變燃料,幾種常用污染控制裝置,沉澱室(SettingChamber)重力收集器(GravationalColletor)慣性氣旋收集器(InertialCegloneCollector)靜電集塵器濾網(FabricFilter)洗滌器(Scrubber)高空排放,圖8.16慣性式或氣旋式的收集器。當氣體進行圓周運動時，較重的粒子具有較大的慣性，碰撞收集器壁後會掉落到底部，收集後集中處理。,圖818靜電集塵設備之一實用模型：準備一薄金屬長的圓筒，中心拉直一條導線並施於外加高壓線圈，而圓筒則加以接地。(金屬圓筒可以利用網球罐替代),使用靜電集塵設備前後,圖8.17燃煤電廠使用靜電集塵設備前後之外觀比較。,洗滌器(一),圖8.21流化床燃燒機組。當流體空氣由下往上送時，灰燼爐床即開始流體化(換言之，固體好像液體般地「流動」)。爐床內燃燒著碎煤固體燃料加熱灰燼。過程中加入石灰混合燃燒，其可用以抑低煙道氣的SOx排放量。,洗滌器(二),2SO2+2CaCO3+O2→2CaSO4+2CO2(氣體)(固體)(氣體)CaSO4污泥→掩埋(每噸煤→0.4噸污泥)1000MW燃煤電廠→10,000噸/天燃煤→4000噸/天污泥),典型化學燃料電廠,圖8.20典型化石燃料電廠概圖，使用裝置設法移除煙道氣或鍋爐廢氣的污染物。,烟囪高度比較圖,稀釋是解決污染最『便宜』的方式死道友不死貧道將問題留給看不到的未來,圖8.19有些煙囪高度已名列世界超高建築物之林。,空氣污染不分國界,圖8.6地球風的來源，由於自轉產生複雜的風的型態，形成寒冷極區的風吹向赤道，而溫暖熱帶區的風吹向兩極。,圖9.5地球的碳循環，顯示空氣、植物、海洋、燃燒化石燃料及森林砍伐之間碳的流動關係，排放物單位：109公噸/年。在無人為影響情況下，碳在空氣、植物及海洋間的流動大致會維持平衡關係。,熱污染,看不到的污染1000MW發電廠→10,000加侖/分冷卻水→T<8C水可以重複使用，但有熱污染,熱污染對生態影響,水中含氧量減少化學反應速率增加水中食物鏈繁殖，成長及行為模式改變水質優養化，湖泊死亡,優養化循環圖,湖泊各水層自然溫差→水層對流→物質交換→生態平衡電廠自深層取冷水→將熱水排到表層水→影響自然對流→深層養分排至表層→藻類滋生,冷卻塔,濕式冷卻塔改變Local氣候易形成大霧,乾式冷卻塔投資成本昂貴，約4倍於濕式冷卻,圖9.13機械式通風濕冷卻塔。,圖9.14自然式通風、濕冷卻塔，外觀好像是汽車散熱器。,廢熱利用,能量守恆，廢熱利用→有用的能一汽電共生一海水淡化一空氣加熱(空調)一溫水養殖一溫室調溫,汽電共生,台灣汽電共生之沿革現況及未來–Homework,