九年级科学下册 5.4 大气污染与温室效应课件 鄂教版.ppt

大气污染与温室效应 全面规划 合理布局严格环境管理技术措施研究与应用 生产工艺改进与提高综合利用高烟囱 废气净化经济策略绿化造林 大气和大气污染 大气的组成 大气组成相对稳定 2 对流层 对流层的高度特点 温度垂直分布 对流交换强 温湿度分布对流层的分层 常见的有边界层概念 逆温层等概念边界层 又叫摩擦层 行星边界层 是受下垫面影响的空气层次 高度范围1000 2000m 气象要素分布有明显的地域特点 3 逆温与逆温层 概念 特点 有多个逆温层存在 且存在具有时效性 对流层逆温层对污染物的扩散具有重要影响 是环境监测 评价和保护重要区域逆温及逆温现象 逆温对物质水平 垂直扩散的影响 逆温示意图 逆温层对污染物扩散的影响 描述大气状态的参量 1 温度 表示方法及换算物体温度的确定温度的水平分布 周期变化温度的垂直分布 温度层结 温度廓线 2 湿度 3 大气环流与风 用风矢表示 由风向秆和风羽组成 风向秆 指出风的业向 下图表示8个方位 另外还有16个方位的 风羽 由3 4个短划和三角表示大风风力 垂直在风向杆末端右侧 北半球 大气环流 大气环流是影响大气污染物扩散的重要因素大气环流包括纬向环流和经向环流我国及其大部分国家与人口集中在北温带 该地带上空盛行稳定的西风气流 称为西风带由于大气环流的作用 大气污染具有了全球性 地转角速度与地转力 4 能见度 概念分级 根据能见距离的不同 分为10级 见下表 表中视程为 白日视程 单位m 大气污染对气候与生态环境的影响 对气候的影响 以co2等气体的 温室效应 为例另外 气溶胶对气候也有重要影响 如降低大气能见度 增加云雾量等 对生态环境的影响 对生态环境的影响主要表现为对生物原始生境的改变 及生物对生态环境改变的适应 包括 原始生态环境破坏 生物发生适应 不适应者被淘汰原始生态环境毁灭 原生物灭绝 但可能引入或创生新物种原始生态环境灭绝 可逆 生物消失 但可恢复原始生态环境灭绝 不可逆 生物消失且不可恢复 大气污染对人主要表现为呼吸道疾病 另外降低能见度导致紫外线强度城市比农村少10 25 城市佝偻发病率增加大气污染使植物生理机制受抑制 生长不良 抗病抗虫能力减弱 甚至死亡大气污染物能腐蚀物品 影响产品质量酸雨使河湖 土壤酸化 鱼类减少甚至灭绝 森林发育受影响 燃烧与大气污染 燃料性质 请仔细阅读教材重点了解和掌握煤炭 石油 天然气 同种燃料产地不同 可能性质差异巨大新能源 太阳能 水能 风能 生物能 核能等对环境保护的作用太阳能发电及其悖论水能 风能 生物能 生物柴油 沼气等 实际上是广义的太阳能 燃料分类 部分燃料的元素组成及发热值 燃烧的本质 高温条件下剧烈的化学反应 燃料组成对燃烧的影响 碳 可燃元素 1kg纯碳完全燃烧时 放出32860kj的热量 不完全燃烧生成co时 放出9268kj的热量 无烟煤含碳量约90 98 一般煤的含碳量约50 95 氢 是燃料中发热量最高的元素 煤中氢的含量为2 10 1kg氢完全燃烧时能放出120500kj的热量 燃料组成对燃烧的影响 氧 氧在燃料中与碳和氢生成化合物 降低了燃料的发热量氮 燃料中含氮量很少 一般为0 5 1 5 硫 以三种形态存在 有机硫 硫化铁硫和硫酸盐硫 前两种能放出热量 称之为挥发硫 硫燃烧生成产物为so2和so3 其中so2占95 以上 燃料组成对燃烧的影响 水分 煤中水分由表面 外部 水分和吸附 内部 水分组成 外部水分可以靠自然干燥除去 内部水分要放在干燥箱中加热到102 105 c 保持2h后才能除掉 灰分 是燃料中不可燃矿物质 面条可燃 煤的分类和组成 煤的基本分类褐煤 热值为3000 4000kcal kg最低品位的煤 形成年代最短挥发分大于40 适于烧锅炉 气化烟煤 热值为4200 7500kcal kg形成年代较褐煤长 碳含量75 90 成焦性较强挥发分在10 40 之间 适于炼焦 气化 动力燃料无烟煤 热值为4200 7500kcal kg煤化时间最长 含碳量最高 高于93 成焦性差挥发分小于10 适于民用 冶金 建材 气化 煤的分类和组成 煤的成分分析工业分析 proximateanalysis 测定煤中水分 挥发分 固定碳和灰分 估测碳含量和热值 是评价工业用煤的主要指标 元素分析 ultimateanalysis 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳 氢 氮 硫和氧的含量 煤的分类和组成 煤中硫的形态 煤的分类和组成 煤的成分的表示方法要确切说明煤的成分 必须同时指明百分比的基准 常用的基准有以下四种 收到基 锅炉炉前使用的燃料 包括全部灰分和水分空气干燥基 以去掉外部水分的燃料作为100 的成分 即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 煤的分类和组成 干燥基 以去掉全部水分的燃料作为100 的成分 干燥基更能反映出灰分的多少干燥无灰基 以去掉水分和灰分的燃料作为100 的成分 煤的分类和组成 煤的成分的表示方法及其组成的相互关系 第二节大气污染的主要产生过程 燃烧 1 燃烧过程及燃烧产物燃烧过程是可燃物的快速氧化过程 放热反应 完全燃烧的产物 co2 h2o不完全燃烧的产物 co2 h2o co 黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有s和n 则会生成so2和no空气中的部分n可能被氧化成no 热力型nox 2 燃烧过程产生的污染物 燃烧可能释放的污染物 co2 co sox nox ch烟 飞灰 金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响 见后图 燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响 3 燃烧产物与温度的关系 也就是污染物 4 燃烧条件 影响完全燃烧的条件 空气条件充足的空气 过小 气量不足 过大 温度不能保证 温度条件达到着火点时间条件燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间湍流混合燃料与空气的混合条件链式反应释放的热量足够维持燃烧适当的控制这些因素 空气与燃料之比 温度 时间和湍流度 是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的 评价燃烧过程和燃烧设备时 必须认真地考虑这些因素 通常把温度 时间和湍流称为燃烧过程的三 t 用风机灭火 空气条件 燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量空气供应不足 燃烧就不完全空气量过大 会降低炉温 增加锅炉排烟损失因此 有必要按燃烧不同阶段供给相适应的空气量 温度条件 着火温度 在氧存在下可燃质开始燃烧所必须达到的最低温度 各种燃料都具有自己特征的着火温度 按固体燃料 液体燃料 气体燃料的顺序亡升 为什么燃气和油料更容易着火 甚至爆炸 燃料只有达到着火温度 才能与氧化合而燃烧常见燃料的着火温度见教材燃烧的维持 燃烧过程的放热速率高于向周围的散热速率 从而维持较高的温度 为什么燃气和油料更容易着火 时间条件 燃料在高温区的停留时间应不短于燃料燃烧所需要的时间停留时间由燃烧室的大小 形状和燃料燃烧速度 即温度 共同决定 燃料与空气的混合条件 燃料和空气的充分混合可加快燃烧过程 混合程度则取决于空气的湍流度混合不充分 将导致不完全燃烷对于气相的燃烧 湍流可加速液体燃料的蒸发对于固体燃料 湍流有助于破坏燃烧产物在燃料颗粒表面形成的边界层 从而提高表面反应的氧利用率 并使燃烧过程加速 5 燃料燃烧的理论空气量 燃料燃烧所需要的氧一般从空气中获得单位量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理论空气量由燃料的组成决定 可根据燃烧方程式计算求得 按化学反应的需氧量而供给的空气量 液体燃料完全燃烧时所需的理论空气量c o2 co燃烧1kg碳需用氧 2 67kgh2 o2 h2o燃烧1kg氢需用氧 8kgs o2 so2燃烧1kg硫需用氧 1kg 理论空气量的计算 空气其他成分与氧气的比 氧21 其他79 空气过剩系数 燃料完全燃烧所需实际空气量取决于理论空气量和 三t 条件实际燃烧中的 三t 条件不可能达到理想程度 为使燃料完全燃烧必须供给过量空气 般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量实际空气量与理论空气量之比即为空气过剩系数 过剩空气系数一般在1 05 1 25之间取决于以下几个方面 1 燃料情况 烧煤 烧气还是烧油2 通风情况 自然通风还是强制通风3 炉内气氛 是正压还是负压通过仪表可直接测定过剩空气系数 一般是通过测定烟气中的含氧 氧气 一氧化碳 量 炼油工程师手册 p505过剩空气系数燃油燃气燃烧器类型自然通风1 251 20强制送风1 201 15 空燃比 空燃比 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量空燃比可由燃烧方程式直接求得汽油理论空燃比约为14 7例甲烷在理论空气量下的完全燃烧的空燃比计算为 不一定完全燃烧 6 燃烧产生的污染物 回顾 热化学关系式 发热量 燃料的发热量 单位燃料完全燃烧 在状态相同条件下 初始反应物与反应终产物之间的热量变化 通常为298k和1atm 单位 kj kg或kj m3高位发热量包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热低位发热量是指燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时完全燃烧所释放的热量一般燃烧设备小的排烟温度均远远超过水蒸汽凝结温度 因此大部按低位发热量计算燃料发热量 气体燃料的发热值1标准立方米燃料完全燃烧时所放出的热量 单位kj nm3 高发热值 低发热值 燃料发热量计算燃料油发热值1公斤燃料完全燃烧时所放出的热量 单位kj kg 1 根据燃料油元素组成 质量百分数 计算 高发热值 低发热值 2 根据燃料油的相对密度计算 燃料设备的热损失 主要包括 排烟热损失不完全燃烧热损失炉体散热损失 排污量的计算 1 烟气体积计算 理论烟气体积 理论空气量下的烟气体积烟气体积和密度的校正 根据气体方程将烟气换算为标气过剩空气校正 因为一般存在过剩空气 所以实际烟气应为理论烟气体积与过剩空气量之和 可用奥氏分析仪测定烟气成分与过剩系数 2 排污量的计算与估算 可根据燃烧方程计算排污量 参考教材 估算 物料衡算法 见例 产品估算法经验估算法估测估算法 重油 c88 3 s1 6 h2o0 5 灰分0 10 确定理论空气量 产物量1kg重油中 主要污染物 1 含硫化合物 大气中的含硫化合物有so2 h2s h2so4以及各种硫酸盐 硫是地壳中含量相当丰富的一种元素 几乎所有的燃料都含有硫 各种金属矿也多为硫化矿 因此在发电 取暖 冶金 化工等过程中 都会有大量的含硫方气或硫化物颗粒排入大气中 其中最主要的就是so2 h2s 进入大气中的so2在潮湿的情况下很快就会被氧化为so3 so2的来源一是工业 另一就是自燃 包括s和h2s的自燃 煤的自燃等 h2s的人工来源量较小 只有自然界排放量的2 左右 进入大气后 一般认为h2s的归宿是被氧化为so2 so2的危害 酸雨 呼吸道感染等 酸雨的分布 世界最严重的三大酸雨区是西北欧 北美和中国 1983年世界降水ph年均值分布 一 欧洲北欧瑞典和挪威酸雨比较突出 在70年代 降水ph值已经低至4 0 4 5 英国则是欧洲so2和nox排放量最大的国家之一 酸雨也比较严重 根据有关的资料分析 欧洲so2排放量分布与so42 含量分布趋势十分相似 高值区出现在欧洲主要工业区 东自东德工业区和西德鲁尔 向西延伸到法国东北部 比利时 荷兰南部 过英伦海峡 延伸到英国大的工业区 由此可见 酸雨形成与工业区排放的so2之间有密切关系 二 北美北美降水中ph值以美国和加拿大最低 为4 0 4 5 最低值出现过3 2 美国酸雨始于50年代初期 由于美国很早就在发电站和大企业采用200 300m高烟囱排放so2 令so2等污染物大量被扩散到远离排放口的地区 这使与其相邻的加拿大深受其害 加拿大境内的不少酸雨 污染源竟远在美国 美国的酸雨自西向东逐渐加重 80年代开始 美国采取一系列措施控制so2和nox排放量 使整个美国降水ph没有继续降低 ph值分布 硫酸盐沉降量 硝酸盐沉降量 总氮沉降量 中国酸雨 我国的能源结构以燃煤为主 酸雨多属于硫酸型中国自70年代开始对酸雨进行监测中国酸雨大部份分布在长江以南 其中四川 贵州 湖南 广西 广东 江西 安徽 江苏 浙江等附近酸雨频率在40 以上 西自四川峨眉山 重庆 金佛山 贵州遵义 广西柳州 湖南洪江和长沙 向东直至安徽徽州 形成一条突出的酸雨带 酸雨频率均在80 以上我国酸雨一直呈发展趋势 已经形成华中 西南 华南和华东四大酸雨区 目前 中国已成为仅次于欧洲和北美的世界第三个主要酸雨区 中国酸雨频率分布示意图 1983年 酸雨腐蚀后的森林 酸雨腐蚀的雕塑 2 nox nox中重要的污染物有no和no2 no和no2在世界各地的浓度因地理位置不同而有很大的不同 其主要来源是燃料燃烧 汽车和工业排废 no是在高温燃烧条件下 如汽车的发动机 产生的 产生率与温度呈正相关nox是光化学反应和光化学污染的物质no与血红蛋白亲和力强 类似co2的作用 no2对心 肺 肾及造血组织都有影响 对植物的影响 使植物矮化 生长瘦小 座果率和产量降低用0 5ppm的no2处理的蚕豆和番茄 持续10 22天 植物鲜重和干重降低25 3 cox co和co2是低层大气的主要污染物 主要来源是燃料燃烧 工业 交通业是主要的来源 co和co2的危害很不相同 co是无色 剧毒 比空气稍轻的气体 是洛阳大火致死人员主要因素 也参与光化学反应 co2的污染作用主体现在生态环境上 是温室气体最重要成分 4 氟化物 氟的化学性质活泼 自然界含量丰富 所以氟的污染也十分普遍 如土壤中含有大量氟 经加热 如砖瓦玻璃的烧制等 在高温下会有含氟废气排放 工业排放的氟化物以hf的数量为最大 主要的氟污染源为电解铝厂 钢铁厂 磷肥厂以及砖瓦玻璃业等 氟化物的危害 对哺乳动物 主要影响ca的代谢 导致骨骼和牙齿出现畸形 其他主要影响蚕桑生产 氟斑牙氟骨症 氟化物对植物的影响 氟化物对葡萄糖激酶 磷酸果糖激酶 磷酸 酯 酶和半胱氨酸脱巯基酶等均具有抑制作用 从而使植物的磷代谢受到破坏 钙对植物细胞保持一定的形态 以及维持生物膜的透性 都具有密切关系 氟化物侵入植物体后 能与钙结合生成氟化钙 从而破坏了钙的功能 导致植物钙营养障碍 使细胞外渗性变大 内容物容易渗出 生长点 新叶 顶芽易发生溃烂 生长点枯死叶片出现伤害症状时 光合作用速率下降 下降速率与伤害面积成正比 氟化物影响植物的光合作用 与对叶绿素的破坏及影响色素的合成有关 氟化物可能与叶绿素中的镁结合 而使叶绿素受到破坏 氟化物也可能对色素合成的早期阶段产生影响 阻碍了叶绿素的合成 氟化物还能抑制希尔反应 使光合作用强度降低低浓度氟化物对植物的呼吸作用有促进作用 这种促进作用一般发生在可见伤害之前 高浓度氟化物对一些植物的呼吸作用有促进作用 对另一些植物的呼吸作用则有抑制作用 碳氢化合物 主要是各种烃 其主要来源是石化工业和以石油作为动力的行业烃的危害因烃的种类不同而有很大的不同 气态烃 ch4 c2h2 对人的健康状况目前还不构成危害 但c2h2对农作物属于剧毒 醛类对人存在刺激作用 某些多