大气污染控制工程课件.ppt

大气污染控制工程 主讲教师 林建伟副教授博士所在单位 海洋学院海洋环境系联系电话子邮件 jwlin 办公室 海洋学院A231室 选用的教材 大气污染控制工程 郝吉明马广大主编高等教育出版社 考核要求 考勤 占20 作业 占20 期末考试 占60 第1章概论 大气 环绕地球的全部气体的总合 空气 人类 植物 动物和建筑物暴露于其中的室外气体 大气组成 干燥清洁的空气 水蒸气 杂质 氮 氧 氩 二氧化碳 99 996 氖 氦 氪 甲烷等 0 004 悬浮颗粒物 气态物质 大气污染由于人类活动或自然过程使得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 因此危害了人体的舒适 健康和人们的福利 甚至危害了生态环境 大气污染类型 局部 地区 广域和全球性污染全球性污染 温室效应臭氧层破坏酸雨 温室效应 温室气体 二氧化碳 甲烷 一氧化二氮 臭氧 氟氯碳 水蒸气等 温室效应 使太阳短波几乎无衰减地通过 却可以可以吸收地表的长波辐射 由此引起地球气温升高的现象 气候变化 人类活动使大气中CO2浓度增加 从而导致全球气温升高 臭氧层破坏 臭氧主要集中于平流层 可以吸收太阳紫外线的辐射 氟氯碳 NOx等物质向大气排放逐渐增多 导致臭氧层破坏 酸雨 pH小于5 6雨 雪或其他形式的大气降水称为酸雨 形成原因 化石燃料燃烧和汽车尾气排放的SOx和NOx 于大气中形成硫酸和硝酸 又以雨 雪 雾等形式返回地面 形成 酸沉降 大气污染物气溶胶状态污染物气体状态污染物 1 粉尘 2 烟 3 飞灰 4 黑烟 5 雾 总悬浮颗粒物 TSP 可吸入颗粒物 PM10 气体状态污染物以分子状态存在的污染物 种类 五类含硫化合物含氮化合物碳氧化物有机化合物卤素化合物 另一种分类 1 一次污染物 直接从污染源排放到大气中的原始污染物质 2 二次污染物 由一次污染物与大气中已有组分或者几种一次污染物之间一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质 1 硫氧化物 SO2 2 氮氧化物 NO NO2 N2O 3 碳氧化物 CO CO2 4 有机物 CH4VOC 挥发性有机物 5 硫酸烟雾 硫酸雾和硫酸盐气溶胶 6 光化学烟雾 臭氧 过氧乙酰硝酸酯 酮类 醛类 大气污染物的来源 按照主要污染物的统计分析 燃料燃烧固定源工业生产交通运输流动源 按照空间分布 点源面源 煤烟型SO2和TSP 大气污染防治的基本点是防和治的综合 大气污染综合防治 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 从而得出最优的控制技术方案和工程措施 大气污染防治 1 全面规划 合理布局 大气污染综合防治措施 5 绿化造林 2 严格环境管理 3 控制大气污染的技术措施实施清洁生产实施可持续发展的能源战略建立综合性工业基地 4 控制污染的经济政策保证必要的环境保护投资实行 污染者和使用者支付原则 安装废气净化装置 环境空气质量控制标准的种类和作用 环境空气质量控制标准 环境空气质量标准 以保护生态环境和人群健康的基本要求为目标而对环境空气中的各类污染物的容许浓度所做的规定 大气污染物排放标准 以实现环境空气质量标准为目标 对从污染源排入大气的污染物浓度所做的限制性规定 环境空气质量控制标准的种类和作用 环境空气质量控制标准 大气污染控制技术标准 为保准达到污染物排放标准而从某一方面做出的具体技术规定 警报标准 为保护环境空气质量不致恶化或根据大气污染发展趋势 预防发生污染事故而规定的污染物含量的极限值 环境空气质量标准 GB3095 1996二氧化硫 SO2 总悬浮颗粒物 TSP 可吸入颗粒物 PM10 二氧化氮 NO2 环境空气质量标准 一氧化碳 CO 臭氧 O3 铅 Pb 苯并 a 芘 B a P 氟化物 三级标准 一级标准 为了保护自然生态和人群健康 长期接触情况下 不发生危害性影响的空气质量要求 二级标准 为了保护人群健康和城市乡村的动植物 短期和长期接触情况下 不发生危害性影响的空气质量要求 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正常生长的空气质量要求 环境空气质量标准 三类区 一类区 自然保护区 风景名胜区 急需特殊保护区 二类区 居住区 商业交通居民混合区 文化区 一般工业区 农村地区 三类区 特定工业区 环境空气质量标准 GB16297 1996 规定了33种大气污染物的排放限值 指标分别为最高允许排放浓度 最高允许排放速率 无组织排放监控浓度 任何排气筒必须同时遵守最高允许排放浓度和最高允许排放速率 超过任何一项即超标 按照污染源所在的环境空气质量标准功能区类别 执行相应级别的排放速率标准 大气污染物综合排放标准 第一章概论第二章燃烧与大气污染第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第五章颗粒污染物控制技术基础第六章除尘装置第七章气态污染物控制技术基础第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物的污染控制第十章集气罩和管道系统设计 课程内容 第2章燃烧和大气污染 常规燃料 固体燃料 液体燃料 气体燃料 煤 石油 天然气 燃烧迅速 燃烧状态由空气与燃料的扩散或混合所控制 受蒸发过程控制 气态燃烧受蒸发控制 固态燃烧受氧向固体表面的扩散控制 固体燃料 可燃成份主要由碳 氢及少量的氧 氮和硫等一起构成的有机聚合物 分类 褐煤 烟煤和无烟煤 第1节燃料的性质 煤 工业分析 1 水分 外部水和内部水 10 13 左右 2 灰分 不可燃矿物质的总称 25 左右 3 挥发分 与空气隔绝条件下加热分解出可燃气体 4 固定碳 是煤的主要可燃物质 去掉外部水分的煤中主要组成碳 氢 氮 硫和氧等含量 元素分析 C 分析尾气的CO2 H 分析尾气的H2O N 先转换为氨 再通过碱吸收 S 先转换为硫酸钡 再用重量法测定 硫的形态 全硫 硫化铁 有机硫 硫酸盐硫 元素硫 黄铁矿硫 原生和次生化学方法脱硫 挥发性硫 灰分的一部分 4 干燥无灰基以去掉全部水分和灰分的燃料作为100 的成分 煤的成份表示方法 1 收到基以包括全部水分和灰分的燃料作为100 的成分 2 空气干燥基以去掉外部水分的燃料作为100 的成分 3 干燥基以去掉全部水分的燃料作为100 的成分 液体燃料 是多种化合物的混合物 主要由链烷烃 环烷烃和芳香烃等碳氢化合物 主要成份为碳和氢 少量硫 氮和氧 石油 硫的形态 绝大部分以有机硫的存在 气体燃料 甲烷85 乙烷10 丙烷3 天然气 硫的形态 H2S 第2节燃料燃烧过程 燃烧是指可燃混合物的快速氧化过程 并伴随能量的释放 同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物 燃烧产物主要为二氧化碳和水蒸气 不完全燃烧会生产黑烟和一氧化碳 若燃料含硫和氮 则生成SO2和NO 如果温度较高 空气中的部分氮会被氧化成NOx 燃料完全燃烧的条件 1 空气条件 2 温度条件 3 时间条件 4 燃料和空气的混合条件 第2节燃料燃烧过程 假设 1 空气仅氮和氧构成 且体积比为79 1 20 9 3 78 2 燃料中的固态氧可用于燃烧 3 燃料中硫主要被氧化为SO2 4 热力型NOx忽略 5 燃料的化学式为CxHySzOw 燃料燃烧的理论空气量 单位量燃料按燃料方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量 CxHySzOw x y 4 z w 2 O2 3 78 x y 4 z w 2 N2xCO2 y 2H2O zSO2 3 78 x y 4 z w 2 N2 QVa0 22 4 4 78 x y 4 z w 2 12x 1 008y 32z 16w 107 1 x y 4 z w 2 12x 1 008y 32z 16w m3 kg 空气过剩系数 Va Va0空燃比单位质量燃料完全燃烧所需要的空气质量 燃烧产生的污染物燃烧烟气 悬浮的少量颗粒物 燃烧产物 未燃烧和部分燃烧的燃料 氧化剂以及惰性气体等污染物 二氧化碳 一氧化碳 硫的氧化物 氮的氧化物 烟 飞灰 金属及其氧化物 金属盐类 醛 酮和稠环碳氢化合物污染物的产生的影响因素 燃料组成 燃烧方式 燃料设备的热损失 1 排烟热损失 2 不完全燃烧热损失 3 散热损失 防治大气污染最有力的措施就是有效利用燃料资源 烟气成分 CO2 SO2 N2和水蒸气 干烟气 CO2 SO2 N2水蒸汽体积 燃料中氢燃烧后生成 燃料中所含水蒸气 由理论空气量所带入的水蒸气湿烟气 干烟气 水蒸气 第3节烟气体积及污染物排放量计算 理论烟气体积理论空气量条件下 燃料完全燃烧所生成的烟气体积 以Vfg0表示 Vn Vs Ps Tn Pn Ts 标准状态 273K和1atm 烟气体积和密度的校正 观测状态下 Ps Ts Vs标准状态下 Pn Tn Vn 过剩空气校正实际烟气体积 理论烟气体积 过剩空气量Vfg Vfg0 Va0 1 如果采用奥氏烟气分析仪分析干烟气成分 则 1 O2p 0 264N2p O2p 如果燃烧过程产生CO 则 1 O2p 0 5COp 0 264N2p O2p 0 5COp 污染物排放量计算 2 通过测定烟气污染物的浓度 并根据实际排放量 计算得到污染物的排放量 1 根据同类燃烧设备的排污系数 燃料组成和燃烧状况 预测烟气量和污染物浓度 第3章大气污染气象学 污染源 大气污染 传输和扩散 1 污染源本身特性 2 气象条件 3 地面特征 4 周围地区建筑物分布 对流层平流层中间层暖层散逸层 第3章大气污染气象学 大气圈垂直结构 1 对流层集中了整个大气质量的3 4和几乎全部水蒸气 2 大气温度随高度的增加而降低 3 空气具有强烈的对流运动 4 温度和湿度的水平分布不均匀 经常发生大规模的水平运动 大气边界层 摩擦层 对流层的下层 厚度约为1 2km 其中气流受地面阻滞和摩擦的影响很大 近地层 从地面到50 100m左右的一层 上下温差很大 2 气压大气的压强 气象要素 1 气温地面1 5米处的空气温度 1hPa 100Pa 3 气湿 气象上把水平方向上的空气运动称为风 气象要素 4 风向和风速 风向指风的来向 风速指单位时间之内水平方向上空气运动的距离 漂浮于空中的水汽凝结物 气象要素 5 云 水汽凝结物由大量小水滴或小冰晶或两者的混合物构成 云量云高 一 太阳 大气和地面的热交换二 气温的垂直变化三 大气稳定度 第2节大气的热力过程 低层大气的增热和冷却 是太阳 大气和地球之间进行热量交换的结果 一 太阳 大气和地面的热交换 1 近地层大气温度随地表温度的升高而增加 自下而上的被加热 2 近地层大气温度随地表温度的降低而降低 自下而上的被降低 二 气温的垂直变化 大气的绝热过程 如果大气中某一空气块作垂直运动时与周围空气不发生热量交换 则这样的状态变化过程称为大气绝热过程 T T0 P P0 R Cp P P0 0 288泊松方程描述了绝热升降过程中气块的初态和终态之间的关系 干绝热直减率 干空气块绝热上升或下降单位高度时 温度降低或升高的数值 称为干空气温度绝热垂直递减率 简称干绝热直减率 以 d表示 气温的垂直分布 气温随高度的变化可以用气温垂直递减率 气温直减率 表示 气温直减率表示单位高度 通常取100米 气温的变化值 如果气温随高度的增加而递减的 则气温直减率为正值 反之则为负值 温度层结 气温随垂直高度的分布的曲线 称为气温沿高度分布曲线或温度层结曲线 简称温度层结 1 递减层结 气温随高度的增加而降低 且 d 2 中性层结 d 3 等温层结 0 4 逆温 0 三 大气稳定度 大气稳定度 垂直方向上大气稳定的程度 即是否会发生对流 1 大气不稳定 d 2 大气稳定 d 3 中性 d 四 逆温 1 辐射逆温 2 下沉逆温 3 平流逆温 4 湍流逆温 5 锋面逆温 五 烟流形状与大气稳定度的关系 1 波浪型 2 锥型 3 扇型 4 爬升型 5 漫烟型 不稳定 中性 逆温 下部稳定 上部不稳定 下部不稳定 上部稳定 一 引起大气运动的作用力 第3节大气的运动和风 1 水平气压梯度力 2 地转偏向力 3 惯性离心力 4 摩擦力 二 近地层风速廓线模式 1 对数律风速廓线模式 2 指数律风速廓线模式 中性 非中性 以1m3的干烟气作为基础 则SO2的体积为120 10 6m3 换算为标准状态下的体积为 Vn Vs Ps Tn Pn Ts 120 10 6 700 133 322 101 325 273 443 6 811 10 5m3 SO2密度 6 811 10 5 103 22 4 64 0 1946g m3 城市热岛环流是由城乡温度差引起的局地风 城市热岛环流 城市气温高 农村气温低 城市风 第4章大气扩散浓度估算模式 湍流 风速 湍流 1 热力湍流 2 机械湍流 风和湍流是决定大气扩散最主要因素 4 扩散过程中污染物的质量是守恒的 高斯扩散模式 无界空间连续点源扩散模式 假设 1 y轴和z轴上污染物浓度满足高斯分布 2 全部空间中风速是均匀和稳定的 3 源强是连续均匀的 高架连续点源扩散模式 3 地面最大浓度模式 1 地面浓度模式 2 地面轴线浓度模式 烟气抬升高度计算公式 1 当QH 2100kW和 Ts Ta 35K 第3节污染物浓度的估算 Pa大气压力 hPaQv实际排烟量 m3 su烟囱出口处的平均风速 m sTs烟囱出口处的烟气温度 KTa环境大气温度 KQH烟气的热释放率 kW 一 烟气抬升高度的计算 烟囱的有效高度等于烟囱的几何高度与烟气抬升高度之和 2 当1700 QH 2100kW 3 当QH 1700kW或者 T 35K 4 当10m高处的年平均风速小于或者等于1 5m s vs为烟气出口流速 m s 例题1 某城市火电厂的烟囱高100m 出口内径5m 出口烟气流速12 7m s 温度140 流量250m3 s 烟囱出口处的平均风速4m s 大气温度20 当地气压978 4hPa 试确定烟气抬升高度和有效源高 解 查表得到n0 1 303 n1 1 3 n2 2 3 Ts Ta 140 20 120 QH 0 35 978 4 250 120 140 273 24875kW 求得烟气抬升高度 H 1 303 248751 3 1002 3 4 1 204 9mH 100 204 9 304 9m 大气的稀释扩散能力 A强不稳定B不稳定C弱不稳定D中性E较稳定F稳定 二 扩散参数的确定 1 现场测定 2 模拟实验 3 经验公式 首先确定大气的稀释扩散能力 再采用P G扩散曲线计算得到扩散参数 先按照太阳高度角和云量确定太阳辐射等级 再由太阳辐射等级和地面风速确定稳定度级别 大气稳定度确定的方法 平原地区农村和城市远郊区A B C直接计算 D E F需向不稳定方向提半级后计算 扩散参数的选取 丘陵山区的农村或城市同工业区 工业区和城区点源A B直接计算 C提到B级 D E F需向不稳定方向提一级后计算 例题2 例题1条件下 当烟气排出的SO2速率为150g s时 试计算阴天的白天SO2的最大着地浓度及出现的距离 解 1 确定大气稳定度 根据题意 阴天的白天为D级 根据扩散参数的选取方法 对于城市点源 D级向不稳定方向提一级 则为C级 2 计算最大落地浓度 一 封闭型扩散模式 第4节特殊气象条件下的扩散模式 1 当x xD xD为烟流垂直扩散高度刚好达到逆温层底时的水平距离 查表求出与此对应的下风距离x 即为xD 3 当xD x 2xD取x xD和x 2xD两点浓度的内插值 2 当x 2xD 例4 5某电厂烟囱有效高度为150m SO2的排放量为151g s 夏季晴朗的下午 地面风速为4m s 上部存在锋面逆温使得垂直混合限制于1 5km之内 试估算正下风向3km和11km处的SO2浓度 解 夏季晴朗的下午 太阳为强辐射 当地面风速为4m s时 从表4 3查得大气稳定度为B级 x 6756m 500m x 4967m 当x 3km时 地面轴线浓度为 二 熏烟型扩散模式当夜间发生辐射逆温后 清晨太阳升起后 逆温从地面开始破坏而逐渐向上发展 当逆温破坏到烟流下边缘以上时 便发生强烈的向下混合作用 使地面污染物浓度增大 第4节特殊气象条件下的扩散模式 熏烟过程 假定烟流是排入稳定层之内的 当逆温层消失到高度hf时 这时高度hf以下浓度的垂直分布是均匀的 则地面浓度可以采用下式进行计算 当逆温层消失到H时 即hf H可以认为烟流的一半已经向下混合 另一半仍留于上面的稳定大气中 这时的地面浓度为 当逆温层消失到烟流的上边缘时 即hf H 2 z可以认为烟流全部混合 地面浓度达到最大值 例4 6某电厂烟囱有效高度为150m SO2的排放量为151g s 夜间和上午地面风速为4m s 夜间云量为3 10 如果清晨发生熏烟现象 确定下风向16km处的地面轴线浓度 解 夜间u 4m s 云量 3 10 可以确定稳定度为E级 当x 16km时 确定扩散参数 一 烟囱高度的计算既要满足大气污染物的扩散稀释的要求 又要考虑节省投资 最终目的是保证地面浓度不超过 环境空气质量标准 采用高斯模式的简化公式 1 按地面最大浓度的计算方法按保证污染物的地面最大浓度不超过国家标准规定的浓度限值确定烟囱高度 第5节烟囱高度的设计 二 烟囱设计中的几个问题 第5节烟囱高度的设计 1 烟囱高度计算公式是根据烟流扩散范围之内温度层相同的条件下 按照锥形烟流高斯模式推导出来的 如果上部逆温出现频率较高的地区 需按封闭型扩散模式校核 如果是辐射逆温较强的地区 应该采用熏烟型扩散模式校核 第5节烟囱高度的设计 2 烟气抬升高度对烟囱高度计算影响很大 一般情况下 优先采用国家标准推荐的公式 3 为防止烟流受周围建筑的影响 烟囱高度不得低于所从属建筑物高度的2倍 为防止烟囱本身对烟流的影响 烟囱出口处的流速不得低于风速的1 5倍 为利于烟气抬升 出口烟气流速不宜过低 为20 30m s 第5章颗粒污染物控制技术基础 大气污染控制的颗粒物 1 颗粒的粒径及粒径分布 2 粉尘的物理性质 3 净化装置的性能 4 颗粒捕集的理论基础 一般指大于分子的颗粒物 实际上指粒径大于0 01 m 称为粉尘 第1节颗粒的粒径及粒径分布 一 颗粒的粒径 4 用沉降法测定得到的直径斯托克斯直径 空气动力学当量直径 1 用显微镜观察定向直径 定向面积等分直径 投影面积直径 2 用筛分法测定得到筛分直径 3 用光散射法测定得到的等体积直径 二 粒径分布 粒径分布是指粒径范围内的颗粒的个数 或质量或表面积 所占的比例 个数分布 质量分布 表面积分布 个数分布 质量分布 三 平均粒径 正态分布 对数正态分布 R R分布 第2节粉尘的物理性质 1 粉尘的密度 2 粉尘的安息角和滑动角 3 粉尘的比表面积 4 粉尘的含水率 5 粉尘的润湿性 6 粉尘的荷电性和导电性 7 粉尘的粘附性 8 粉尘的自燃性和爆炸性 1 粉尘的密度 单位体积粉尘的质量 单位为kg m3 粉尘的真密度 体积指粉尘自身所占的真体积粉尘的堆积密度 体积包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积 2 粉尘的安息角和滑动角 安息角 粉尘从漏斗连续落到水平面上 自然堆积成一个圆锥体 圆锥体母线与水平面的夹角 滑动角 自然堆积于光滑平板上的粉尘 随平板做倾斜运动时 粉尘开始发生滑动时的平板倾斜角 3 粉尘的比表面积 定义 单位体积 质量 粉尘所具有的表面积 4 粉尘的含水率 水份质量占总质量的比例 5 粉尘的润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着或附着难易程度的性质 粉尘的润湿性可以作为选用湿式除尘器的依据 6 粉尘的荷电性和导电性 粉尘的天然荷电量一般很小 并且有两种极性 粉尘的导电性通常采用比电阻表示 7 粉尘的粘附性 粉尘颗粒粘附于固体表面 或者颗粒之间彼此相互粘着的现象 8 粉尘的自燃性和爆炸性 第3节净化装置的性能 一 净化装置技术性能的表示方法 2 净化效率 1 处理气体流量 净化效率表示装置净化污染物效果的重要技术指标 3 压力损失 压力损失可以代表装置能耗大小的技术经济指标 系指装置的进口和出口气流全压之差 实质上是气流通过装置时所消耗的机械能 与通风机所耗功率成正比 二 净化效率 Q1NmN3 s 1Ng mN3S1g sQ2NmN3 s 2Ng mN3S2g s 1 总效率 2 通过率 3 分级除尘效率 除尘装置对某一粒径间隔之内粉尘的除尘效率 4 分级效率与总效率之间的关系 1 由总效率求分级效率 4 分级效率与总效率之间的关系 2 由分级效率求总效率 第4节颗粒捕集的理论基础 将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器 使颗粒相对其运载气流产生一定的位移 并从气流中分离出来 最后沉降到捕集表面上 流体阻力 颗粒之间的相互作用力 可以忽略 外力 重力 离心力 静电力 热力和惯性力等 一 流体阻力 形状阻力 摩擦阻力 阻力大小的决定因素 颗粒的形状粒径表面特性运动速度流体的性质 阻力系数的确定 当Rep 1时 颗粒处于层流状态 CD与Rep成线性关系 当1 Rep 500时 颗粒处于湍流过渡区 当500 Rep 2 105时 颗粒处于湍流区 当颗粒尺寸小到与气体分子平均自由大小差不多时 二 阻力导致的减速运动 三 重力沉降 适应范围 颗粒粒径为1 5 75微米 对于较大的颗粒 Rep 1 四 离心沉降 六 静电沉降 荷电颗粒所受的作用力主要是静电力和气流阻力 第六章除尘装置 除尘装置 除尘器 从气体中去除或捕集固态或液态的设备 1 机械除尘器 2 电除尘器 3 袋式除尘器 4 湿式除尘器 第1节机械除尘器 机械除尘器 利用质量力 重力 惯性力和离心力 的作用使颗粒物与气流分离的装置 1 重力沉降室 2 惯性除尘器 3 旋风除尘器 1 重力沉降室 一 层流式重力沉降室 L H v0 u0 hc 沉降室的高度为H m 处理烟气量为Q m3 s 气流的停留时间 停留时间t内 粒径dp粒子的沉降距离为 重力沉降室能100 捕集的最小粒子直径 2 湍流式重力沉降室 粒径dp粒子的分级除尘效率 2 惯性除尘器 1 除尘机理为改善沉降室的除尘效果 可于沉降室内设置挡板 使含尘气流发生急剧转变 借助尘粒本身的惯性力作用 使其与气流分离 惯性力重力离心力 含尘气体 气体出口 挡板 挡板 3 应用惯性除尘器效率不高 故一般只用于多级除尘器中的第一级除尘 2 惯性除尘器结构型式 1 冲击式 利用粒子冲击挡板捕集较粗粒子 2 反转式 改变气流流动方向而捕集较细粒子 3 旋风除尘器 除尘机理 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离 1 含尘气流进入除尘器后 沿外壁由上向下做旋转运动 2 当旋转气流的大部分到达锥体的底部后 转而向上沿轴心旋转 最后经排气管排出 3 气流做旋转运动时 离心力作用下尘粒逐渐向外壁运动 到达外壁的尘粒最后逐渐落入灰斗 进口 圆柱体 锥体 排出口 储灰斗 烟气 Q 烟气流量D 旋转除尘器直径de 排出管直径A 进口面积v1 气体进口速度R 旋转半径d0 交界圆柱面直径r0 交界圆柱面半径h0 交界圆柱面高度 3 轴线速度 速度 1 切向速度 外涡旋速度vT 内涡旋速度vt 2 径向速度 vr 外涡旋的切线速度反比于旋转半径的n次方 内涡旋的切线速度正比于旋转半径 涡旋气流的平均径向速度vr 压力损失 旋风除尘器的除尘效率 如果FC FD 离心力作用下粒子将移向外壁而被捕集 如果FC FD 气流作用下粒子将移向内涡旋 如果FC FD 粒子将位于界面上不停的旋转 50 的可能性移向外壁而被捕集 旋风除尘器的除尘效率 影响旋风除尘器效率的影响因素 二次效应 较小粒径区域 理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集 实际效率高于理论效率 较大粒径区间 实际效率低于理论效率 原因是理应沉降入灰斗的尘粒却随净化后的气流一起排走 比例尺寸 相同的切向速度下 筒体直径越小 粒子受到的惯性离心力越大 除尘效率越大 如果筒体直径过小 粒子容易逃逸 使效率下降 排出管直径越小 分割直径越小 则除尘效率越高 如果排出管直径太小 会使压力损失增加 旋风除尘器的特征长度 从排出管下部至气流下降的最低点之间的距离 旋风除尘器排气管以下部分的长度应当接近或等于特征长度 除尘器下部的严密性 烟尘的物理性质 操作变量 气体的密度和粘度尘粒的大小和比重烟气的含尘浓度 提高烟气入口速度 旋风除尘器分割直径变小 效率提高 10 25m s 旋风除尘器的结构型式 按进气方式分类 切向进入式 轴向进入式 直入式 蜗壳式 旋风除尘器的设计选型 2 确定进口速度 1 根据含尘浓度 粒度分布 密度等烟气特征及除尘要求 阻力要求等 合理地选择旋风除尘器的型式 3 确定进口面积 入口宽度和高度 4 确定各部分几何尺寸 XLT A旋风除尘器 X 除尘器L 离心T 筒式 入口宽度 b 入口高度 h 筒体直径 D 排出筒直径 de 筒体高度 L 锥体高度 H 灰斗直径 d1 第2节电除尘器 气体通过高压电场进行电离的过程中 使尘粒带电 并且电场力作用下使尘粒沉积于集尘板上 从而将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备 特点 静电力直接作用于粒子上 而不是作用于整个气流上 电除尘器的主要优点 压力损失小 一般为200 500Pa 处理烟气量大 可达105 106m3 h 能耗低 大约为0 2 0 4kWh 1000m3 对细粉尘有很高的捕集效率 高达99 可以处理高温或强腐蚀性气体 一 电除尘器的工作原理 悬浮粒子荷电电场内带电粒子迁移和捕集将捕集物从集尘板表面上清除 二 电晕放电 放电金属线 金属管 电晕区 含负离子区 假定电晕电极为负极 从金属线表面或附件释放出大量的电子 电子移向正极 与气体分子发生碰撞并使之离子化 结果又产生大量的电子 雪崩过程 假定存在电负性气体 氧气 水蒸气和二氧化碳 则电晕产生的电子会被气体捕获并产生负离子 雪崩过程产生的正离子与金属表面碰撞并产生新电子 起始电晕电压 开始产生电晕电流时所施加的电压 电晕特性的影响因素 气体的组成温度和压力电压的波形 三 粒子荷电 第一种 静电力作用下离子做定向运动 与粒子碰撞而使粒子荷电 称为电场荷电或碰撞荷电 第二种 由离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程 称之为扩散荷电 电场荷电 粒子直径dp 0 5 扩散荷电 粒子直径dp 0 15 四 荷电粒子的运动和捕集 粒子的捕集效率 德意希分级效率方程 德意希分级效率方程概括了分级除尘效率与集尘板面积 气体流量和颗粒驱进速度之间的关系 有效驱进速度 被捕集粉尘的清除 粉尘沉积于电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性 湿式电除尘器 用水冲洗集尘极板 使极板表面经常保持着一层 粉尘降落于水膜上 随水膜流走 从而达到清灰的目的 优点 粉尘重新进入量低可以净化部分有害气体 SO2和HF 缺点 极板腐蚀污泥处理 干式除尘器 电磁振打锤式振打 六 电除尘器结构 1 电晕电极 圆形线 星形线 锯齿线 芒刺线 电晕线的要求 起晕电压低电晕电流大机械强度大容易清灰 2 集尘极 振打时粉尘的二次扬起少 单位集尘面积消耗金属量低 应有一定的刚性 不易变形 造价低 3 高压供电设备 高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高场强和电晕电流 七 粉尘比电阻 为了电晕极和集尘极之间能顺利输送离子电流 沉积于集尘极表面的粉尘必须具有一定的导电性 克服高比电阻影响的方法 1 保持电极表面清洁 2 增加烟气湿度 或向烟气中加入SO3 NH3及Na2CO3 八 电除尘器的选择和设计 1 比集尘表面积的确定 2 集尘板长高比的确定 3 气流速度的确定 4 气体的含尘浓度 第四节袋式除尘器 净化气 含尘气体 滤袋 振动机构 一 工作原理 常见的滤料由棉 毛和人造纤维等加工而成 滤料本身网孔较大 一般为20 50 m 因而新鲜滤料的除尘效率较低 颗粒因截留 惯性碰撞 静电和扩散作用 逐渐于滤袋表面形成粉尘初层 粉尘初层 滤布 主要过滤层 形成颗粒初层和支撑它的作用 过滤速度 烟气实际体积流量与滤布面积之比 所以也称为气布比 提高过滤速度 压力损失增加和去除效率下降 提高过滤速度 将降低滤布面积 减少除尘器体积 占地面积和投资 二 压力损失 压力损失是重要的技术经济指标 它决定能量消耗 还决定清灰间隔时间 三 袋式除尘器的滤料 1 对滤料的要求必须考虑含尘气体的特征纤维本身的性质滤料表面结构 2 滤料种类 天然纤维 无机纤维 合成纤维 天然纤维 棉毛织物 适合于净化没有腐蚀性 温度低于360K以下的气体 无机纤维 玻璃纤维滤料 过滤性能好 阻力低 化学稳定 价格便宜 用硅酮树脂处理可以提高耐磨 疏水性 柔软性 提高耐温性 523K 合成纤维 尼龙织布 耐磨性好 耐酸性差 奥纶 耐磨性差 耐酸性好 涤纶芳香族聚酰胺聚四氟乙烯 四 袋式除尘器的清灰 1 机械振打清灰 机械振打滤料 3 脉冲喷吹清灰 压缩空气喷吹 2 逆气流清灰 低压气流反吹 1 机械振打清灰 滤袋沿水平方向摆动 滤袋沿垂直方向摆动 靠机械转动将滤袋扭转一定的角度 2 逆气流清灰 清灰时气流方向与正常过滤时相反 采用反吹风形式 结构简单 清灰效果好 滤袋磨损少 3 脉冲喷吹清灰 利用4 7atm的压缩空气反吹 压缩空气的脉冲产生冲击波 使滤袋振动 导致附着于滤袋上的颗粒层脱落 必须选者适当的压缩空气和适当的脉动持续时间 1 选定除尘器型式 滤料及清灰方式 五 袋式除尘器的选择与设计 2 计算过滤面积 简易清灰 vF 0 20 0 75m min机械振打清灰 vF 1 0 2 0m min逆气流反吹清灰 vF 0 5 2 0m min脉冲喷吹清灰 vF 2 0 4 0m min 3 除尘器设计 根据烟气量和总过滤面积 选择型号 第五节除尘器的选择 1 选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放要求 2 粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能具有较大影响 1 粘性大的粉尘 不宜采用干法除尘 2 比电阻过大的粉尘 不宜采用电除尘 3 憎水性粉尘 不宜采用湿法除尘 3 气体的含尘浓度 含尘浓度较高时 静电除尘器或袋式除尘器前应设置预净化设备 4 烟气温度 湿度等性质是选择除尘设备必须考虑的因素 5 选择除尘器时 考虑收集粉尘处理问题 6 选择除尘器需要考虑投资和运行费用 第七章气态污染物控制技术基础 吸收 混合气体组分从气相到液相的相间传递过程 吸附 用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或多种组分被浓集于固体表面 催化 催化转化是指将含污染物的气体通过催化反应 使其中的污染物转化为无害或者易于处理与回收利用物质的净化方法 吸收的类型 按溶质和吸附剂之间发生的作用 1 物理吸收 2 化学吸收 第1节吸收 气 液平衡 当混合气体可吸收组分与液相吸收剂接触时 部分吸收质向吸收剂进行质量传递 吸收过程 同时也发生液相中吸收质组分向气体逸出的质量传递过程 解吸过程 当吸收过程的传质速率等于解吸过程的传质速率 气液两相就达到了动态平衡 平衡时气相中的组分分压称为平衡分压 液相吸收剂所溶解组分的浓度称为溶解度 亨利定律 吸收机理 气膜 液膜 气相主体 液相主体 PA cA PAi cAi 双膜理论模型 吸收过程简化为通过气液两层层流膜的分子扩散 通过此两层膜的分子扩散阻力就是吸收过程的总阻力 吸收速率 单位面积单位时间被吸收剂吸收的量 吸收速率 吸收推动力 吸收系数 1 气相分传质速率方程 2 液相分传质速率方程 3 总传质速率方程 吸收系数 界面浓度 填料塔设计计算 混合气体 吸收液 净化气 吸收溶质的吸收液 G 单位时间通过塔内任一截面单位面积的混合气体流量 kmol m2 s L 单位时间通过塔内任一截面单位面积的吸收液流量 kmol m2 s y 任一截面上混合气体吸收质的摩尔分数x 任一截面上吸收液中吸收质的摩尔分数 GB 单位时间通过塔内任一截面单位面积的惰性气体流量 kmol m2 s LS 单位时间通过塔内任一截面单位面积的吸收剂流量 kmol m2 s Y 混合气体中吸收质与惰性气体的摩尔比X 吸收液中吸收质与吸收剂的摩尔比 GB Y1 Ls X1 Ls X2 GB Y2 GB Y Ls X 平衡线 A B X Y X1 Y1 Y2 X2 吸收剂用量的计算 吸收剂实际用量取最小用量的1 1 2 0倍 填料层高度的计算 表示单位传质推动力下 单位时间单位体积填料层内传递的溶质量 对数平均推动力法 m 第2节吸附 吸附 用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或多种组分被浓集于固体表面 吸附质 被吸附到固体表面的物质 吸附剂 附着吸附质的物质 分类 1 物理吸附 2 化学吸附 物理吸附 吸附质和吸附剂之间不发生化学反应 吸附过程极快 吸附为放热反应 吸附质和吸附剂之间的作用不强 可以解吸出来 化学吸附 吸附具有较强的选择性 吸附速率较慢 升高温度可以提高吸附速率 一 吸附剂 要具有巨大的内表面 对不同具有选择性的吸附作用 较高的机械强度 化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛 造价低廉 良好的再生性能 常见的工业吸附剂 白土 天然粘土 活性氧化铝硅胶活性炭沸石分子筛 吸附剂再生 加热再生 降压再生 置换再生 溶剂萃取 第3节气体催化净化 催化 催化转化是指将含污染物的气体通过催化反应 使其中的污染物转化为无害或者易于处理与回收利用物质的净化方法 催化作用和催化剂 化学反应因加入某种物质而改变 而反应前后被加入物质的数量和性质不变 这种性质称为催化作用 凡能加速化学反应速度 而本身的化学性质反应前后保持不变的物质 称为催化剂 催化剂组成 活性组分助催化剂载体 第8章硫氧化物的污染控制 第1节硫循环及硫排放第2节燃烧前燃料脱硫第3节流化床燃烧脱硫第4节高浓度二氧化硫尾气的回收和净化第5节低浓度二氧化硫烟气脱硫 第2节燃烧前燃料脱硫 重力分选法分选后煤炭含流量降低40 90 1 煤炭的固态加工 2 煤炭的转化 煤气主要是氢 一氧化碳和甲烷等可燃气体构成 3 重油脱硫 第