南京航空航天大学能源与动力学院(2)

1,热动力装置的排气污染与噪声,2,前言污染（Pollution）,由于人类活动而产生对周围环境的破坏人类对环境的依赖人类发展对环境的破坏人类污染历史煤的使用（1213世纪欧洲）18世纪工业革命19世纪金属冶炼业油的使用（1859年，美国宾州第一口商业油井）20世纪以后，电力的使用，小污染源减少，产生大污染源,3,前言污染（Pollution）,著名污染事件人类活动破坏了自然净化能力，导致区域性污染，进而产生全球性污染酸雨CO2臭氧空洞方式空气污染水土污染噪声污染,4,前言污染（Pollution）,空气污染内燃机，交通工具汽车排放标准2004年7月全面执行欧II标准(上海20032008年全面执行欧III标准汽油机，柴油机,5,前言污染（Pollution）,空气污染化工石油化工炼油厂塑料厂烯烃冶炼金属冶炼炼焦厂污染源燃烧过程【CO，SO2，粉尘】化工过程【HC，卤素，气体泄漏】,6,前言污染（Pollution）,空气污染电站热力设备燃烧过程COCO2Nox粉尘热量排放,7,前言污染（Pollution）,空气污染生活家用燃烧过程家用炉灶锅炉，取暖，餐饮,8,前言污染（Pollution）,落叶剂橙剂越战，胡志明小道,9,前言污染（Pollution）,空气污染自然火山森林大火，沼气,10,第1章空气污染(AirPollution),第一节空气污染物的组成及其危害,11,第1章空气污染(AirPollution),清洁空气不受人类活动以及其他不良影响的具有相对稳定组成的空气以体积百分比计:氮N278.09%氧O220.94%氩Ar0.93%二氧化碳CO20.032%共计99.99%,12,第1章空气污染(AirPollution),大气污染空气中含有的物质浓度达到足以危害人体健康、舒适、安全、或影响对於各种资源的使用（享用）。广义的空气污染物系指任何对人体健康、农作物、建筑物、古迹有危害的物质。,13,第1章空气污染(AirPollution),浓度表示1)体积浓度:气体污染物占体积的百万分之一(ppm)2)质量浓度:单位体积内污染物的质量,g/m33)换算关系:(25,1atm下),14,第1章空气污染(AirPollution),清洁空气与污染空气,15,第1章空气污染(AirPollution),含氧量在污染物测定时，一般还规定含氧量的条件。例如：对于不同基准含氧量的NOx值换算公式如下：,16,第1章空气污染(AirPollution),比较标准5O2Nox250ppm6O2Nox220.41ppm,17,第1章空气污染(AirPollution),空气污染物分类(按形成过程）1）原始污染物（一次污染物）（primarypollutants）直接排放到大气中：气体：CO，Nox，SO2，碳氢化合物(hydrocarbons)VOC(VolatileOrganicCompounds)微粒：金属熏烟、香烟微粒,18,第1章空气污染(AirPollution),空气污染物分类(按形成过程）2）次生污染物（二次污染物）（secondarypollutants）由原始污染物经某些化学反应而生成：光化学烟雾(photochemicalsmog)NOx及hydrocarbons在阳光中发生光化学反应产生的化合物（如近地层臭氧、PAN、醛类等）其他化学反应硝酸烟雾、硫酸烟雾等,19,第1章空气污染(AirPollution),空气污染物分类(按存在状态）1）颗粒状污染物（ParticulateMatter）除了纯水以外的在正常状态下以液态或固态存在于大气中的物质：尘：固态颗粒，1200m烟：蒸气凝结成的小颗粒，0.01-1m轻雾和雾：水蒸气凝结成的液滴烟雾：固液气溶胶-硝酸烟雾、硫酸烟雾,20,第1章空气污染(AirPollution),空气污染物分类(按存在状态）气溶胶（Aerosols）固态：烟灰、尘埃、花粉、石棉粉末、砷、铅铜铁等金属粉末液态：硫酸、硝酸、油滴、杀虫剂、PCBs（多氯联苯）,21,第1章空气污染(AirPollution),空气污染物分类(按存在状态）2）气态污染物在正常状态下以气态存在于大气中的物质：含硫化合物：Sox,H2S含氮化合物：Nox,NH3含碳化合物：CO,CO2,CnHm卤素化合物：HF,HCl,22,第1章空气污染(AirPollution),23,第1章空气污染(AirPollution),空气污染的影响1）严重影响人类和动物的健康，危害植物的生长2）弄脏并毁坏原材料3）改变气候，降低能见度和减少太阳辐射4）损害生产过程，造成安全事故以及常常有害于生命财产,24,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康CO一氧化碳：无色，无臭，剧毒不完全燃烧产生易与红血球结合，造成主要器官及组织缺氧，影响知觉、思考、反射动作、晕眩、昏睡，严重者因心脏衰竭或窒息而死亡。,25,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康SO2二氧化硫：无色，有臭味化石燃料燃烧产生对眼睛和呼吸道黏膜产生刺激，呼吸短促、气喘、支气管炎。,SO2污染事件,26,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康NOx氮氧化物（主要为NONO2）NO无色，无臭味NO2红褐色，有臭味引擎燃烧、细菌分解产生对眼睛和肺产生刺激，气管炎、肺炎、减低抵抗力使呼吸道易受感染，致癌,27,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康O3近地层臭氧（O3）无色，有刺鼻味光化学产生吸入肺部会使气喘恶化，肺功能降低，呼吸道发炎，呼吸急促，减低肺部对传染性疾病及毒素的抵抗力。臭氧亦会妨碍植物的光合作用。,28,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康PM颗粒物（PM）急性健康效应：气喘的加剧、肺功能的降低、胸痛、咳嗽、呼吸困难、以及其他呼吸道病症。慢性呼吸效应：肺功能的降低、肺部组织细胞及结构的变化、呼吸道防卫机能的减退、慢性支气管炎、肺气肿、气喘、慢性阻塞性呼吸道疾病、以及肺癌。,29,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康HC碳氢化合物（HC）碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳香烃，其中影响最大的是芳香烃和多环芳烃苯是芳香烃中最基本的化合物，也是大气中分布相当广泛的污染物在煤、石油和夫然气燃烧排出的废气中均含有苯及其同系物（如甲苯、二甲苯、乙基苯等）苯的毒性要比其同系物大它们对人体的心血管系统和神经系统都有明显的影响,30,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康Dioxin二恶英（Dioxin）二恶英是指含有二个或一个氧键连结二个苯环的含氯有机化合物。该化合物可经皮肤、粘膜、呼吸道、消化道进入体内，有致癌、致畸形及生殖毒性，可造成免疫力下降、内分泌紊乱。高浓度二恶英可引起人的肝、肾损伤，变应性皮炎及出血,31,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康Dioxin二恶英（Dioxin）,32,第1章空气污染(AirPollution),危害人类和动物的健康Dioxin二恶英（Dioxin）（1）苯酚类的除草剂的生产过程和燃烧过程及对用这种除草剂喷洒过的植物的燃烧过程;（2）造纸厂在纸浆的氯气漂白过程中漂白废液;（3）焚烧含有石油产品、含氯塑料（聚氯乙烯）、无氯塑料（聚苯乙烯）、纤维素、木质素、煤炭等垃圾物;（4）含铅汽油的使用;（5）烟草的燃烧;（6）在农药生产和氯气生产过程中以副产品或杂质形式产生二恶英;（7）灭螺用的五氯酚钠含有痕量二恶英。通过近几年的研究发现，城市垃圾的不完全燃烧是城市二恶英的主要来源。,33,第1章空气污染(AirPollution),34,第1章空气污染(AirPollution),著名污染事件12,35,第1章空气污染(AirPollution),影响大气性质1）降低能见度(Visibility)反映大气透明度的一个指标。一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大地面水平距离。还有一种定义为目标的最后一些特征已经消失的最小距离。光线的吸收和散射,36,第1章空气污染(AirPollution),影响大气性质2）雾的生成3）减弱太阳辐射4）影响温度分布改变气候厄尔尼诺现象,37,第1章空气污染(AirPollution),对原材料的影响空气污染可因弄脏或化学变质而影响原材料，浓烟和颗粒物会弄脏衣服和建筑物酸性或碱性颗粒会腐蚀原材料（如油漆、石质建筑物、纺织品等）臭氧极易损坏橡胶制品,38,第1章空气污染(AirPollution),对植物生长的影响,39,第1章空气污染(AirPollution),大气环境质量标准1982年大气环境质量标准（GB3095-82)3级标准：一级标准：为保护自然生态和人民健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求二级标准：为保护人民健康以及城市、乡村和动、植物在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求三级标准：为保护人体不发生急性或慢性中毒以及城市一般动、植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量要求,40,第1章空气污染(AirPollution),1982年大气环境质量标准（GB3095-82),41,第1章空气污染(AirPollution),大气环境质量标准1982年大气环境质量标准（GB3095-82)3类地区：一类区：如国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、名胜古迹和广大农村等三类区：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢纽、干线等,42,第1章空气污染(AirPollution),第二节空气污染化学过程,43,第1章空气污染(AirPollution),污染物在大气中的化学过程次生污染物的形成过程,44,第1章空气污染(AirPollution),大气的光化学反应原子、分子、自由基或离子吸收光子而引起的反应A为基态分子，A*是A的激发态激发态分子A*极不稳定，可发生以下反应：,产生新物质,失去能量,45,第1章空气污染(AirPollution),大气的光化学反应1）产生很多自由基，自由基是很活泼的物质，导致原始污染物转化成毒性更大的次生污染物；2）光化学烟雾就是光化学反应的结果；3）不同物质，由于分子结构不同，其吸收特性也不同，在特定的条件下才会产生光化学反应,46,第1章空气污染(AirPollution),大气的光化学反应,47,第1章空气污染(AirPollution),氮氧化物反应（NO，NO2）【以NO2的产生与消耗为主线】Nox的基本源是燃烧过程产生的，主要为NO1）NONO2的氧化反应：2）NO,NO2的光化学反应,48,第1章空气污染(AirPollution),氮氧化物反应（NO，NO2）3）NO与自由基的反应：4）CO,OH促进NO到NO2的转化,49,第1章空气污染(AirPollution),氮氧化物反应（NO，NO2）5）NO2转化成硝酸的反应：,50,第1章空气污染(AirPollution),氮氧化物反应（NO，NO2）6）NO2与过氧自由基形成PAN和过氧硝酸：,过氧酰基硝酸,51,第1章空气污染(AirPollution),碳氢化合物反应（烃的氧化）1）氧原子的氧化反应烷烃：烯烃：,烷基自由基,氢氧自由基,烷基自由基,酰基自由基,环氧化合物,NO2光解,52,第1章空气污染(AirPollution),碳氢化合物反应（烃的氧化）2）氢氧自由基的氧化反应烷烃：烯烃：,脱氢反应,HNO3光解或自由基分解反应,OH反应比O快得多,53,第1章空气污染(AirPollution),碳氢化合物反应（烃的氧化）3）臭氧的氧化反应烯烃：,O3的氧化性比O和OH弱，但是当O3的浓度很高时，与烯烃的反应比较明显,分子臭氧化合物,54,第1章空气污染(AirPollution),碳氢化合物反应（含氧碳氢化合物的氧化）1）光解,55,第1章空气污染(AirPollution),碳氢化合物反应（含氧碳氢化合物的氧化）2）氧原子的氧化3）氢氧自由基的氧化,酰基自由基,56,第1章空气污染(AirPollution),硫氧化物反应（SOx）大气中硫氧化物特别是SO2最终转化成硫酸盐转化途径有两条：催化氧化光化学氧化,57,第1章空气污染(AirPollution),SO2的催化氧化一般情况下SO2SO3的均相反应速度缓慢在电厂烟气中反应速度高10100倍SO2在金属盐下的催化反应：,在污染空气中存在大量的金属盐颗粒,58,第1章空气污染(AirPollution),SO2的光化学氧化SO2的直接分解反应在近地层大气中不能实现,2180A,清洁大气,59,第1章空气污染(AirPollution),SO2在含有烃和氮氧化物的光化学氧化,污染大气,60,第1章空气污染(AirPollution),总结No在大气中反应（与O2或自由基反应），产生NO2；NO2光解产生OO3；NO2反应消耗HC氧化反应生成自由基【为NO2的产生提供条件】Sox氧化成硫酸盐,61,第1章空气污染(AirPollution),第三节光化学烟雾,62,第1章空气污染(AirPollution),大气污染分类根据反应机理和产物，大气污染分类：还原型伦敦型，煤炭型，主要是烟尘、SO2氧化型洛杉矶型，石油型，主要是O3,63,第1章空气污染(AirPollution),还原型与氧化型大气污染的区别,64,第1章空气污染(AirPollution),还原型与氧化型大气污染的区别,65,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾由氮氧化合物和碳氢化合物，在阳光作用下发生光化学反应而形成的。,66,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾的形成机制燃烧过程的原始污染物为NO，但是光化学烟雾的反应机理一般认为是从NO2的光解开始的。1)NO2光解产生O2）O与氧分子和碳氢化合物反应产生O3和OH,67,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾的形成机制3）O、O3和OH自由基均可与碳氢化合物产生更多的自由基反应以O和OH为主O3参与很少,68,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾的形成机制4）自由基进一步与O2反应，产生过氧自由基,69,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾的形成机制5）上述自由基都可以高效的将NO转化成NO2，同时产生新的自由基,70,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾的形成机制6）回到1）NO2继续光解7）O3的消耗量与产生量相比微不足道最终导致大气中O3和NO2含量增多,71,第1章空气污染(AirPollution),光化学烟雾的形成机制总结：,NO2,NO,O,O2,O3,HC,OH，O,R,O2,ROO,NO2,72,第1章空气污染(AirPollution),影响光化学烟雾生成的因素1）原始污染物质浓度：Nox来源燃烧过程HC汽车废气和石油工业过程Nox和HC的浓度增高O3等氧化剂浓度增高微粒物质的类型、大小和浓度对光化学烟雾气溶胶的形成和稳定有很大影响,73,第1章空气污染(AirPollution),影响光化学烟雾生成的因素2）太阳辐射：32003300埃的紫外线有助于形成光化学烟雾3）气