大气污染课件1.ppt

PM2 5与PM10 总悬浮颗粒物 TSP 也称为PM100 即直径小于或等于100微米的颗粒物空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物称为PM10 又称为可吸入颗粒物或飘尘直径小于或等于2 5微米的颗粒物 也称为可入肺颗粒物单位 mg m3 PM2 5与PM10 可吸入颗粒物被人吸入后 会累积在呼吸系统中越细小的颗粒物对人体危害越大 粒径超过10微米的颗粒物可被鼻毛吸留 也可通过咳嗽排出人体 而粒径小于10微米的可吸入颗粒物可随人的呼吸沉积肺部 甚至可以进入肺泡 血液在肺部沉积率最高的是粒径为1微米左右的颗粒物 这些颗粒物在肺泡上沉积下来 损伤肺泡和粘膜 引起肺组织的慢性纤维化人体生理结构决定了对PM2 5基本没有过滤 阻拦能力PM2 5占PM10七成左右 PM2 5与PM10 来源 粒径2 5 10微米 主要来自道路扬尘PM2 5 日常发电 工业生产 汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物 大多含有重金属等有毒物质 课程组成 大气物理与大气化学大气物理 大气结构及其特点 状况的描述 大气运动特点及其动力系统 大气稳定度状况 影响大气污染物扩散的因素大气化学 大气污染的扩散理论 研究方法与应用大气污染的控制理论 设备原理与应用 什么是大气污染 大气中污染物或由它转化成的二次污染物的浓度达到了有害程度的现象 称为大气污染 当大气中某些有毒 有害物质的含量超过正常值或大气的自净能力时 就发生了大气污染 有害物质进入大气 对人类和生物造成危害的现象有害物质的排放达到致害程度 即构成污染 排放地为大气层的即大气污染 环境 自净能力 包括稀释 转化 沉降 清洗等 不同条件下有一定差异 常见的污染源 标准不同 对污染源的描述不同 从几何状态分 点源 线源 面源从运动状态分 运动源 固定源从排放点高度分 高架源 地面源 常见的污染物 气溶胶 aerosol 类分散相为固体或液体小质点 其大小为10 2mm 10 6mm固态 粉尘 烟 飞灰 黑烟 等液态 各种污染雾 气体类SOX NOX COX CHX等 可再生能源 清洁能源 一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类型再生能源包括太阳能 水力 风力 生物质能 波浪能 潮汐能 海洋温差能等推荐发展 水能 风能 太阳能 地热能坚决反对 与口粮相争的生物质能 大气污染的综合防治措施 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 第一章大气和大气污染 大气的组成 大气组成相对稳定 大气层的结构 1 大气分层大气层在垂直方向上分为5层 对流层平流层中间层热层散逸层 2 对流层 对流层的高度 因维度 季节不同而差异很大对流层的高度绝对值也很大 因此也存在分层问题 且异常复杂 人们看到的简单对流层模式在实际应用中几乎是不存在的对流层的分层 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 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 温度廓线 2 湿度 3 大气环流与风 垂直分布符合指数规律或对数规律 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 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 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 第二章燃烧与大气污染 第一节燃料性质 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 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 油料 汽油 主要是由C4 C10各族烃类组成 按辛烷值分为90号 93号 97号三个牌号 具有较高的辛烷值和优良的抗爆性 用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上 可提高发动机的功率 减少燃料消耗量 具有良好的蒸发性和燃烧性 能保证发动机运转平稳 燃烧完全 积炭少煤油 C12 C15烃类混合物 航空煤油纯度高 热值高 燃点高 非气化不燃烧 不粘结 因此安全性高 动力强劲柴油 轻质石油产品 C10 C22复杂烃类混合物 含更多的杂质 燃烧时更容易产生烟尘 造成空气污染 但柴油机较汽油机热效率高 功率大 燃料单耗低重油 原油提取汽油 柴油后的剩余重质油 其特点是分子量大 粘度高 难挥发 比重超过0 91 含有大量的氮 硫 蜡质以及金属 基本不流动 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 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 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 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 空气过剩系数一般在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 基本依据就是化学平衡 空燃比 空燃比 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量理论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 7 热化学关系 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