大氣污染控制工程1第2章大氣污染物的生成控制2.1能源與大氣污染2.2固定源燃燒過程中大氣污染物的生成機(jī)理及控制2.3燃燒計(jì)算2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制2.5清潔生產(chǎn)大氣污染控制工程22.1能源與大氣污染2.1.1能源的分類

能源是能提供可利用能量的資源，可分為直接從自然界取得的一次能源和由一次能源轉(zhuǎn)換得到的二次能源。一次能源還可分為可再生能源和不可再生能源。

一次能源可再生能源風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋熱能、潮汐能、地震、火山、地?zé)岬炔豢稍偕茉椿剂希?、石油、天然氣）、核燃料（鈾、釷、氫）二次能源電能、氫能、汽油、煤油、柴油、火藥、酒精、甲醇、丙烷、硝化甘油等大氣污染控制工程3

通常還把能源分為常規(guī)能源（煤、石油、天然氣、水能、核能等）與新能源（太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能和氫能等）兩大類。能源又可分為污染型能源（化石燃料）和清潔型能源（水力、電力、太陽能、風(fēng)能和核能等）。2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程41）能源結(jié)構(gòu)決定大氣污染的形成和特點(diǎn)

a.能源結(jié)構(gòu)中污染性能源（如煤、石油、天然氣等）占主體大量消耗是大氣污染形成的根本原因；

b.努力開發(fā)并盡可能采用清潔能源是減輕大氣污染的根本方法。

2）能源的利用方式與利用效率對大氣污染也有很大影響

改進(jìn)能源的利用方式，提高能源的利用率是改善大氣污染的另一根本方法。如清潔煤技術(shù)（CleanCoaltechnology)2.1.2

能源利用與大氣污染2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程52003年全球的能源需求量已達(dá)到140億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中石油占38%，煤炭占26%，天然氣占24%,核能占6%,其它能源占6%，污染型能源占88%。據(jù)預(yù)測，到2010和2050年全世界煤炭和石油的總耗量仍將分別占世界總能耗的64%和52%。我國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消耗國，煤炭的生產(chǎn)和消耗均占世界總量的30%左右，同時，也是世界上極少數(shù)以煤炭為主要能源的國家之一。2005年我國一次能源生產(chǎn)總量約為12.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭占63.8%、石油18.8%、天然氣6.0%、水電和核電11.4%。我國煤炭燃燒產(chǎn)生的SO2、CO2、NOX及TSP排放量分別約占總排放量的90%、85%、60%和70%。2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程6燃料燃燒產(chǎn)生的大氣污染物黑煙（炭黑）

粉塵氮氧化物一氧化碳碳?xì)浠衔镢U化合物二氧化硫燃料不完全燃燒含鉛汽油灰分燃料硫空氣氮和燃料氮大氣污染物主要來自燃燒過程。2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程72.1能源與大氣污染2.1.3

能源利用過程中的污染控制1）清潔能源的開發(fā)和利用

2）提高能源利用效率、節(jié)約能源3）研究燃燒過程中污染物的生成機(jī)理，采取適當(dāng)措施減少污染物的生成量。4）凈化煙氣，降低排煙中已經(jīng)生成的污染物排放量。大氣污染控制工程82.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

2.2.1燃料的分類

煤（1）煤的分類褐煤：最低品位的煤，形成年代最短，水分含量高，熱值較低；煙煤：成焦性強(qiáng)，碳含量為75％－90％，含氧量低，適用于工業(yè)一般應(yīng)用，在空氣中比褐煤更能抵抗風(fēng)化；無煙煤：碳含量最高(>93%)，煤化時間最長，著火困難，貯存時穩(wěn)定，成焦性極差。大氣污染控制工程9（2）煤的工業(yè)分析水分水分包括外部水分（318K－323K，8h）和內(nèi)部水分（375K－380K，2h），水分使熱值降低，一般控制煤中水分在10％－13％左右?；曳置褐胁豢扇嫉V物質(zhì)的總稱。我國煤炭的平均灰分為25％。揮發(fā)分煤在與空氣隔絕的條件下加熱分解出的可燃?xì)怏w物質(zhì)。揮發(fā)分越高，就越容易燃著；但揮發(fā)分含量過高，容易直接逸出，污染環(huán)境。固定碳2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程10（3）煤中硫的形態(tài)有機(jī)硫（CxHySz）黃鐵礦硫（FeS2）硫酸鹽硫（MeSO4）元素硫可燃硫灰分2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

單質(zhì)硫無機(jī)硫可燃硫在我國煤炭資源中，硫的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.11％大氣污染控制工程11（4）煤的成分表示方法一般用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，通常有四種基準(zhǔn)。

1）收到基（以下標(biāo)“ar”表示）包括水分與灰分的煤作為100％的成分，即煤的實(shí)際應(yīng)用成分。燃燒計(jì)算通常采用此方法。

2）空氣干燥基（以下標(biāo)“ad”表示）

指去除外在水分的煤作為100％的成分。通常是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作煤樣分析時采用。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程12（3）干燥基（以下標(biāo)“d”表示）失去水分的煤作為100％的成分。因?yàn)榕懦怂值挠绊?，所以干燥基能?zhǔn)確反映出灰分的多少。（4）干燥無灰基（以下標(biāo)“daf”表示）失去水分、去掉灰分的煤作為100％的成分。常用以表示煤的揮發(fā)分的含量。大氣污染控制工程13

石油石油是液體燃料的主要來源。原油由鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等碳?xì)浠衔锝M成，主要含有C、H，少量的S、N和O，微量的釩、鎳、鉛、砷、氯等。原油中的硫含量一般在0.1%~0.7%，大部分硫以有機(jī)硫的形式存在。在輕餾分中，硫以H2S、RSH、RSR′、RSSR′等形態(tài)存在。原油中的硫80%~90%留于重餾分中，以復(fù)雜的環(huán)硫結(jié)構(gòu)存在。重餾分與一定比例的輕油相配合而成為重油，原油中的硫大部分轉(zhuǎn)入重油中。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程143天然氣

組成一般為甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%，含碳更高的碳?xì)浠衔镆部赡艽嬖谟谄渲小?非常規(guī)燃料城市固體廢棄物、商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物、農(nóng)產(chǎn)物及農(nóng)村廢物、水生植物和水生廢物、污泥處理廠廢物、天然存在的含碳和含碳?xì)涞馁Y源等。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程152.2.2煙塵的生成機(jī)理及其控制氣相析出型煙塵剩余型煙塵酸性塵積炭粉塵2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

按煙塵的生成機(jī)理不同，可分為1.煙塵的分類及生成機(jī)理大氣污染控制工程16

根據(jù)氣體燃料和空氣混合狀況的不同，可將氣體燃料的燃燒過程分為：有焰燃燒（擴(kuò)散燃燒）、無焰燃燒（預(yù)混燃燒）和半無焰燃燒三種過程。有焰燃燒（擴(kuò)散燃燒）：可燃物與氧化物的混合時間遠(yuǎn)大于燃燒反應(yīng)時間的燃燒，如可燃?xì)馀c空氣分別通入燃燒室，邊混合邊燃燒的情況屬于此類。無焰燃燒（預(yù)混燃燒）：可燃物與氧化物的混合時間遠(yuǎn)小于燃燒反應(yīng)時間的燃燒，預(yù)先混合均勻的可燃混合氣體的燃燒屬于此類。大氣污染控制工程17脫氫分解聚合氣液固相燃料燃燒釋放可燃性氣體缺氧塵（炭黑）氣相析出型煙塵粒徑很細(xì)（如重油燃燒產(chǎn)生的炭黑粒徑在0.02~0.05μm），比表面很大，每公斤可達(dá)數(shù)萬平方米。收集下來的煙塵呈絮狀，體積大，重量輕。（1）氣相析出型煙塵2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程18（2）液體燃料的燃燒和剩余型煙塵（也稱石油焦或煤胞）工業(yè)窯爐常用的液體燃料有重油和渣油。燃料油的燃燒過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。它包括燃料油的霧化、油霧粒子中可燃物的蒸發(fā)與擴(kuò)散、可燃?xì)怏w與空氣的混合以及可燃?xì)怏w的氧化燃燒等諸過程。此外還可能有油滴熱解和裂化過程。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程19液體油滴裂化熱分解氣體成分絮狀空心球焦炭（煤胞）主要發(fā)生在未完全氧化之前，熱反應(yīng)速度大于與氧氣的反應(yīng)速度。粒徑為10～300微米。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程20（3）酸性塵氣相析出型煙塵和剩余型煙塵在煙氣溫度接近露點(diǎn)時，吸收煙氣中的H2SO4，長大成為像雪片形狀的煙塵。酸性塵由于顆粒較大，一般沉落在煙囪附近。（4）積炭油滴附著在燃燒器、燃燒器旋口、燃燒室爐墻上，受爐內(nèi)高溫氣化而剩余下來的煙塵。其顆粒形狀不定，但粒度較大。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程21（5）粉塵固體燃料燃燒產(chǎn)生粉塵，包括飛灰和黑煙。飛灰：不可燃礦物質(zhì)黑煙：未完全燃燒的炭粒大氣污染控制工程222.影響煙塵生成量的因素（1）

燃料種類的影響

a.氣體燃料：氫氣、甲醇、乙醇燃燒時不產(chǎn)生煙塵；烯烴比烷烴易產(chǎn)生黑煙；乙炔、芳香族、鏈狀碳?xì)浠衔镆桩a(chǎn)生黑煙；碳?xì)浔仍礁撸a(chǎn)生黑煙愈多；碳原子數(shù)愈多，愈容易產(chǎn)生碳黑。

b.液體燃料：與殘留碳含量有關(guān)，油質(zhì)愈重，殘留碳越多，煙塵越多。對擴(kuò)散燃燒而言2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程23c.固體燃料：與燃料中灰分率有關(guān)，劣質(zhì)煤灰份高，粉塵濃度就高。易于燃燒又不易出現(xiàn)黑煙的燃料順序?yàn)椋簾o煙煤、焦炭、褐煤、低揮發(fā)分煙煤、高揮發(fā)分煙煤。（2）

燃料粒度的影響重油燃燒時，油滴的直徑越大，殘留性煙塵濃度急劇增大。固體燃料粒度越大，燃燒可能越不充分，可能使黑煙增多。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程24（3）

氧氣濃度和空氣過剩系數(shù)的影響空氣過剩系數(shù)＝實(shí)際供給的空氣量／理論空氣量必須保證一定大小的空氣過剩系數(shù)（1.2～1.3），使得有足夠的氧氣濃度供燃料燃燒充分。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

圖2-1排塵濃度與剩余氧氣體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系大氣污染控制工程25（4）

燃燒方式及其它因素的影響

a.對氣體燃料燃燒而言，預(yù)混（無焰）燃燒生成煙塵量少，但擴(kuò)散燃燒易于控制。故大多采用擴(kuò)散燃燒。

b.對固體燃料而言，燃燒爐型、燃燒溫度及煤質(zhì)情況均有影響自然引風(fēng)鍋爐的煙氣流速較低，排塵濃度也較低。但自然引風(fēng)只適用于小鍋爐．對于較大鍋爐，自然引風(fēng)會造成爐膛內(nèi)氧量不足，致使?fàn)t溫降低．燃燒不完全．熱損失較大。對于機(jī)械引風(fēng)鍋爐，需合理地控制風(fēng)量，防止引風(fēng)帶塵的濃度過高。大氣污染控制工程26爐排和爐膛的熱負(fù)荷也將對排塵濃度產(chǎn)生影響。爐排熱負(fù)荷是每平方米爐排面積上每小時燃料燃燒所釋放出來的熱量。爐排熱負(fù)荷增加，導(dǎo)致單位爐排面積上燃煤量增大，則流過爐排的氣流速度也將成正比增加，灰分被氣流夾帶而飛逸的可能性就越大。爐膛熱負(fù)荷是每立方米爐膛容積內(nèi)每小時燃料燃燒所釋放出的熱量。爐膛必須保持足夠的燃燒空間，以使燃燒逸出的可燃?xì)怏w有充分的時間進(jìn)行燃燒．提高鍋爐的消煙效果。鍋爐負(fù)荷增加，煙塵濃度增大2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程27爐型不同，燃料中的灰分變?yōu)轱w灰的份額不同。燃燒方式占燃料中的灰分（％）手燒爐15～20鏈條爐15～20拋煤機(jī)爐24～40沸騰爐40～60煤粉爐75～85

各爐型下的煙塵顆粒粒徑組成不同。如：手燒爐燃燒排放的煙塵中大于149微米的顆粒占51％，而煤粉爐燃燒排放的煙塵中大于149微米的顆粒只占2％。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程283.煙塵生成量的控制在燃料一定時，促進(jìn)燃料的完全燃燒是減少煙塵量的主要措施。保證燃料完全燃燒的條件是適宜的過?？諝庀禂?shù)、良好的湍流混合（Turbulence）、足夠的溫度（Temperature）和停留時間（Time），即供氧充分下的“三T”條件。

1．適宜的過量空氣系數(shù)燃燒時，如果空氣供應(yīng)不足，燃燒就不完全；相反，空氣量過大，會降低爐溫，增加鍋爐的排煙損失。因此按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量是十分必要的。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程292．改善燃料與空氣的混合燃料和空氣充分混合是有效燃燒的又一基本條件，混合不均勻就會產(chǎn)生大量的煙塵和不完全燃燒產(chǎn)物?；旌铣潭热Q于湍流度，對于蒸氣相的燃燒，湍流可以加速液體燃料的蒸發(fā)；對于固體燃料的燃燒，湍流有助于破壞燃燒產(chǎn)物在燃料顆粒表面形成的邊界層，從而提高表面反應(yīng)的氧利用率，并使燃燒過程加速。大氣污染控制工程303．保證足夠的溫度

燃料只有達(dá)到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。著火溫度通常按固體燃料、液體燃料、氣體燃料的順序上升，如無煙煤713~773K，重油803~853K，發(fā)生爐煤氣973~1073K。在著火溫度以上，溫度越高，燃燒反應(yīng)速度越快，燃燒越完全，煙塵越少。大氣污染控制工程314．保證足夠的燃燒時間燃料在高溫區(qū)的停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需要的時間。燃料粒子燃盡時間tb與粒子初始直徑(2r0)、粒子表面溫度T和氧氣濃度P0有關(guān)。大氣污染控制工程32圖2-2焦粒燃燒時間與初始直徑、粒子表面溫度的關(guān)系圖2-3炭黑燒掉95%所需時間大氣污染控制工程33參考：

燃盡時間計(jì)算公式的推導(dǎo)假設(shè)固體物質(zhì)的燃燒主要在其表面進(jìn)行，則該燃燒速度取決于氧氣擴(kuò)散到固體表面上的擴(kuò)散速度和固體表面進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)速度。以單個球形固體粒子為例，設(shè)粒子半徑為r，氧分壓為P0，粒子密度為

p。對于如下非催化氣固反應(yīng)：C（s）＋O2（g）＝CO2（g）

BAC2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程34單位面積上的反應(yīng)速度為：①固體物質(zhì)B的減少表現(xiàn)為未反應(yīng)核的縮小，故②①式代入②式，得：2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程35根據(jù)阿累尼烏斯公式，反應(yīng)常數(shù)與溫度的關(guān)系：假定反應(yīng)期間，T與P0均不變，則：2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程362.2.3.1燃燒過程中含硫污染物的生成1.燃料中的硫含量燃料種類不同，硫的形態(tài)與含量也有區(qū)別。天然氣、煤氣：以硫化氫為主，有機(jī)硫較少，含硫量一般小于1％。表2-2液體和固體燃料中含硫量和含氮量

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

2.2.3

含硫污染物的生成機(jī)理及控制大氣污染控制工程37

2.二氧化硫的生成燃料中的可燃硫（包括無機(jī)硫和有機(jī)硫）在燃燒條件下（空氣過剩系數(shù)大于1）全部生成二氧化硫，煤中的硫酸鹽一般轉(zhuǎn)入灰分。若空氣過剩系數(shù)小于1，有機(jī)硫?qū)⒎纸?，除SO2外，還有S、H2S、SO等。煙氣中的SO2量正比于燃料中的含硫量。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

（mg/Nm3）kgwt%m3大氣污染控制工程383.三氧化硫的生成在一般燃燒條件下，有1％～5％的SO2會繼續(xù)氧化為SO3。

其生成機(jī)理為：

a.火焰中生成的原子氧參加反應(yīng)SO2＋OSO3O2O＋Ok+k_

空氣過剩系數(shù)越大，溫度越高，反應(yīng)時間越長，SO3生成量就越多。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程39b.對流受熱面上的積灰和氧化膜的催化作用生成SO3的危害：

SO3的存在會使煙氣露點(diǎn)溫度大大升高，易產(chǎn)生結(jié)露，而形成低溫腐蝕。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程404.硫酸SO3＋H2OH2SO42.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

這一反應(yīng)從200~250℃左右開始進(jìn)行，當(dāng)煙氣溫度降到110℃時，反應(yīng)基本完成。當(dāng)溫度進(jìn)一步降低時，硫酸蒸汽才凝結(jié)成硫酸液滴。如果硫酸蒸汽凝結(jié)在鍋爐尾部受熱面上，將引起低溫腐蝕，并產(chǎn)生硫酸塵。因此，鍋爐排煙溫度不能太低。排入大氣中的煙氣，與大氣混合，溫度進(jìn)一步降低，煙氣中的硫酸蒸汽將再次凝結(jié)而形成硫酸霧，霧滴在大氣中的漫反射使煙氣呈白色，故又稱為白煙。大氣污染控制工程415.酸性塵含有硫酸蒸汽的煙氣，當(dāng)溫度降低到露點(diǎn)以下，硫酸蒸汽將凝結(jié)在微小的煙塵粒子表面，然后，這些粒子凝結(jié)在一起，長大成雪片狀的酸性塵。另外，鍋爐尾部、金屬煙道和煙囪被硫酸腐蝕生成的鹽類和含酸粉塵脫落后也形成酸性塵。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

排入大氣中的SO2，由于金屬飄塵的觸媒作用，也會被空氣中的氧氧化為SO3，遇水汽形成硫酸霧，再與粉塵結(jié)合而形成酸性粉塵，或者被雨水淋落而產(chǎn)生硫酸雨。大氣污染控制工程422.2.3.2

SOX的生成控制

1.SO2生成控制生成控制方法有：采用低硫燃料、燃料脫硫、以及燃燒過程脫硫。（1）燃料脫硫

1）

煤炭洗選脫硫：是指通過物理、化學(xué)或生物的方法對煤炭進(jìn)行凈化，以去除原煤中的硫。原煤經(jīng)過洗選既可脫硫又可除灰，提高煤炭質(zhì)量和熱能利用效率。

2003年，我國煤炭年產(chǎn)量約為15億噸，入洗率為38.6%，全硫脫除率為45%~55%，硫鐵礦硫脫除率60%~80%。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程43

目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣的是物理選煤方法中的跳汰選煤、重介質(zhì)選煤和浮選三種。跳汰選煤通過流體作用下不斷變化過程，使原本為不同類型顆?；旌衔锏拇矊映尸F(xiàn)出以密度差別為主要特征的分層，從而使煤中密度大的硫鐵礦與有機(jī)質(zhì)分離。b.重介質(zhì)選煤用密度介于煤與煤矸石之間的懸浮液作為分選介質(zhì)的選煤方法。目前國內(nèi)外普遍采用磁鐵礦粉與水配制的懸浮液作為選煤的分選介質(zhì)。c.浮選包括泡沫浮選、浮選柱、油團(tuán)浮選、表面和選擇性絮凝等，實(shí)際生產(chǎn)中最常用的是泡沫浮選和浮選柱。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程442）煤的氣化：煤炭氣化是在一定的溫度和壓力下，通過加入氣化劑使煤轉(zhuǎn)化為煤氣的過程。它包括煤的熱解、氣化和燃燒三個化學(xué)反應(yīng)過程。煤氣化所用的原煤可以是褐煤、煙煤或無煙煤。氣化劑有空氣、氧氣和水蒸氣，近年來也開始用氫氣以及這些成分的混合物作氣化劑。生成氣體的主要成分有CO、CO2、H2、CH4和H2O，氣化介質(zhì)為空氣時，還帶入N2。

煤氣化后便于凈化除去硫和灰分煤氣中的硫主要以硫化氫存在，多用濕法－干法去除。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程453）煤的液化：煤的液化是將固體煤在適宜的反應(yīng)條件下轉(zhuǎn)化為潔凈的液體燃料和化工原料的過程。根據(jù)提高煤中含氫量的過程不同，煤液化工藝可分為直接液化、間接液化和煤油共煉三種。我國石油資源比較缺少，而煤炭儲量豐富，因此，煤的液化是解決我國石油緊缺的重要途徑之一。同時，煤的液化還便于回收利用煤中的硫和氮，環(huán)境效率顯著。大氣污染控制工程464）氣體燃料脫硫

在煤炭氣化過程中，煤中的絕大部分硫轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S等氣相產(chǎn)物進(jìn)入煤氣，小部分殘存于灰渣中?，F(xiàn)在的煤氣凈化除了脫硫以外，通常還包括NH3、CO2、C6H6、HCN等物質(zhì)的脫除與回收利用。煤氣凈化的費(fèi)用約占整個煤氣生產(chǎn)費(fèi)用的50%。天然氣和煤氣等氣體燃料中含硫主要是H2S和有機(jī)硫，大多數(shù)情況下，有機(jī)硫被轉(zhuǎn)化為H2S加以脫除。目前脫除H2S的方法很多，如吸收法、液相催化氧化法、吸附法和氣固相反應(yīng)法等。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程475）液體燃料脫硫通常，石油及石油產(chǎn)品的脫硫，幾乎都可以采用加氫脫硫或加氫裂解的方法，使原料中的硫化物與氫起催化作用，碳硫鍵斷裂，氫取而代之生成H2S，可以很容易地從油中分離出來，同時還可以除去油中的含氮化合物。RSR＋2H2→2RH＋H2SC5H5N＋5H2→C5H12＋NH3

大氣污染控制工程48（2）燃燒過程脫硫

1）燃燒過程加脫硫劑脫硫

在煤燃燒過程中加入的脫硫劑石灰石或白云石粉受熱分解生成CaO和MgO，再與煙氣中的SO2結(jié)合生成硫酸鹽進(jìn)入爐渣和煙塵。脫硫劑的熱分解

CaCO3＝CaO＋CO2

Ca(OH)2＝CaO＋H2O脫硫反應(yīng)

Ca(OH)2＋SO2＝CaSO3＋H2O

CaO＋SO2＝CaSO32.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

750℃以下，困難

大氣污染控制工程49中間產(chǎn)物的氧化和歧化反應(yīng)

2CaSO3＋O2＝2CaSO4

4CaSO3＝CaS＋3CaSO4脫硫產(chǎn)物的高溫分解反應(yīng)

CaSO3＝CaO＋SO2

CaSO4＝CaO＋SO2＋O分解溫度1040℃分解溫度1320℃在850℃~950℃的流化床鍋爐內(nèi)脫硫較為合適。大氣污染控制工程50工業(yè)燃煤爐有層燃爐、懸燃爐和流化床爐三類。層燃爐是中、小型工業(yè)鍋爐的主要燃燒方式，是將較大塊的煤撒在爐排上呈層狀燃燒。向?qū)尤紶t直接噴射石灰石利用率很低。懸燃爐是使用細(xì)煤粉懸浮于爐膛空間燃燒的一種鍋爐，燃燒完全，但飛灰量大，一般用于大型鍋爐。爐溫可達(dá)1600℃，工業(yè)上一般不在這類鍋爐中加石灰石粉脫硫。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程51流化床爐系使碎煤（目前國內(nèi)多采用8mm以下的粒度）在料層中呈流態(tài)化狀態(tài)燃燒的設(shè)備。流化床爐是工業(yè)上爐內(nèi)脫硫的主要爐型。摻有一定比例石灰石粉的燃料在流化床內(nèi)的適宜溫度(850℃~950℃)下進(jìn)行燃燒和脫硫反應(yīng)，可獲得高的脫硫率。流化床爐是一種有利于環(huán)境保護(hù)的爐型。爐內(nèi)溫度適當(dāng)可使NOX生成量和灰分中鉀、鈉的揮發(fā)大為減少。大氣污染控制工程52

圖2-4表明，當(dāng)流化速度一定時，脫硫率隨Ca/S比增大而增大；當(dāng)Ca/S比一定時，隨流化速度降低，脫硫率升高。圖2-4脫硫率與Ca/S摩爾比的關(guān)系大氣污染控制工程532）型煤脫硫技術(shù)

用瀝青、石灰、電石渣、無硫紙漿黑液等作為黏結(jié)劑，將粉煤經(jīng)機(jī)械加工成一定形狀和體積的煤?？蓽p少二氧化硫排放40％～60％，提高燃燒熱效率20％～30％。3）水煤漿技術(shù)：

20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種以煤代油的新型燃料，是將灰分很低而揮發(fā)分很高的煤研磨成細(xì)微煤粉，按煤水合理的比例，加入分散劑和穩(wěn)定劑配制而成，可以象燃料油一樣運(yùn)輸、貯存和燃燒。由于水煤漿以液態(tài)輸送，這給加入石灰石粉或石灰與煤漿均勻混合而進(jìn)行脫硫創(chuàng)造了條件。

生產(chǎn)水煤漿的原料煤，灰分一般小于8％，硫分小于0.5％。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程54

2.SO3生成控制低氧燃燒控制空氣過剩系數(shù)低于1.05，一般為1.02~1.03。要注意采取以下技術(shù)措施，防止出現(xiàn)燃燒不完全和不穩(wěn)定的現(xiàn)象：選用性能良好的霧化器，使霧化良好；選用性能良好的調(diào)風(fēng)器，以獲得需要的空氣動力工況，并保證燃料與空氣混合良好達(dá)到完全燃燒；選用合適的配風(fēng)系統(tǒng)，保證各燃燒器空氣分配均勻；選用高質(zhì)量的儀表和自動調(diào)整設(shè)備。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程552.2.4NOX的生成機(jī)理及控制

氮氧化合物有N2O、NO、NO2、N2O4等，總稱氮氧化物。其中主要污染大氣的是NO和NO2

，主要來源于燃料燃燒過程。

NOx的排放依氣、油、煤的順序而增加。

2.2.4.1燃燒過程N(yùn)Ox的生成機(jī)理

1.分類燃燒過程中生成的NOx有三種：

a.溫度型NOx（ThermalNOx）：燃燒用空氣中的氮?dú)庠诟邷叵卵趸蒒Ox。

b.瞬時機(jī)理型NOx

（PromptNOx

）：碳?xì)湎等剂显谶^濃燃燒時產(chǎn)生,通常生成量很少。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程56其中NO約占90％，其余為NO2。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

c.燃料型NOx

（fuelNOx

）：燃料中含有的氮的化合物，在燃燒過程中氧化而生成的氮氧化物。大氣污染控制工程572.各類型NOx生成機(jī)理及其控制原理

a.溫度型NOx的生成機(jī)理及其控制原理根據(jù)“準(zhǔn)定常近似”，控制步驟2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

-+大氣污染控制工程58，k2和k－1數(shù)量級基本相同。令氧氣的離解反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，可得：2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程59K0為離解反應(yīng)平衡常數(shù)，2K0k1=3×1014exp(-542000/RT)由★式可知：(1)溫度對NO的生成速度起決定作用。當(dāng)T<1500℃時，溫度型NOx生成量極少，T>1500℃時，反應(yīng)才變得明顯。(參看圖2－5)(2)氧氣濃度和停留時間對NO的生成量也有影響2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程60大氣污染控制工程61

空氣過剩系數(shù)<1時，NO生成量隨氧氣濃度增大而增加；空氣過剩系數(shù)>1時，NO生成量由于溫度降低而減少。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

圖2-6NO濃度與過量空氣系數(shù)和停留時間的關(guān)系大氣污染控制工程62NO生成反應(yīng)在燃料基本燃燒完后進(jìn)行，即是在火焰的下游區(qū)域生成。故控制措施為：（1）降低燃燒溫度；（2）降低氧氣濃度；（3）燃燒條件遠(yuǎn)離理論空氣比；（4）縮短高溫區(qū)的停留時間。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程63b.快速溫度型NO的生成

快速溫度型NO是碳?xì)湎等剂显谶^量空氣系數(shù)為0.7～0.8并采用預(yù)混合燃燒時產(chǎn)生的，是這種情況下的特有現(xiàn)象。通常情況下．在不含氮的碳?xì)湎等剂系蜏厝紵龝r，才重點(diǎn)考慮快速溫度型NO?？焖贉囟刃蚇O的生成對溫度依賴性很弱。生成量也很少。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程64c.燃料型NO生成及控制原理

液體燃料和固體燃料中含有一定數(shù)量的含氮有機(jī)物，如哇林C5H5N、吡啶C9H7N等，燃燒時有機(jī)物中的原子氮容易分解出來，并生成NO。影響因素：生成燃料型NO步驟的反應(yīng)活化能較低，燃料中N的分解溫度低于現(xiàn)有燃燒設(shè)備中的燃燒溫度，因此，燃料型NO的生成受燃燒溫度的影響很小。燃料N含量愈高，燃料N向燃料型NO的轉(zhuǎn)化率反而降低。普通燃燒條件下，燃油鍋爐中氮的轉(zhuǎn)化率為32％～40％；粉煤鍋爐中一般為20％～25％，不會超過32％。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程65燃料N的轉(zhuǎn)化率在空氣過剩系數(shù)α大于1.1后，不再增加。

α<1.0時，燃料生成量急劇下降，α低于0.7時，轉(zhuǎn)化率≈0。這是因?yàn)榈c碳?xì)湓谌紵^程中競爭氧氣的能力較弱。燃料中N向燃料型NO的轉(zhuǎn)化率與含氮化合物的種類無關(guān)?？刂拼胧椋翰捎煤康偷娜剂?；降低過量空氣系數(shù)燃燒；擴(kuò)散燃燒時，推遲混合。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程66

總的來說，溫度和空氣過剩系數(shù)對NO生成量有很大影響。具體到實(shí)際操作，包括空氣／燃料比、燃燒空氣的預(yù)熱溫度、燃燒區(qū)的冷卻程度及燃燒器的形狀設(shè)計(jì)。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程67[例]某鍋爐燃煤量為1000kg/min，煤中氮含量為1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其中40%在燃燒時轉(zhuǎn)化為NOX。設(shè)燃料型NOX占總排放量的80%，求鍋爐的：①燃料型NOX排放量；②NOX總排放量；③NOX排放系數(shù)。大氣污染控制工程68

燃燒過程中生成的NOX以溫度型和燃料型為主。其中，機(jī)動車以汽油和柴油為主要燃料，含N量比較低，但是燃燒溫度較高，因此生成的NOX主要是溫度型；在我國，固定源燃燒以煤和重油為主要燃料，它們的含N量較高，生成的NOX以燃料型為主，其次是溫度型。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程692.2.4.2低NOX燃燒技術(shù)

1.低氧燃燒在低空氣過剩系數(shù)狀況下運(yùn)行。主要對燃料型NO有作用。應(yīng)防止由于空氣不足，煙塵生成量增大。

2.煙氣再循環(huán)燃燒采用較多的控制溫度型NO的有效方法，可以用于大型鍋爐。原理：利用循環(huán)煙氣降低爐內(nèi)溫度。對燃料型NO沒有作用，適合含氮量少的燃料。通常取再循環(huán)率為20％～30％。采用排氣再循環(huán)方法時，裝置中需要有再循環(huán)泵和管路設(shè)備，在某些情況下，可能還需要冷卻器，并需設(shè)置排氣再循環(huán)率控制機(jī)構(gòu)。這樣，設(shè)備面積將會增大。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程70

3.二段燃燒法分兩次供給空氣：第一次供給的一段空氣低于理論空氣量，約為理論空氣量的80％～85％，燃燒在燃料過濃的條件下進(jìn)行；第二次供給的二段空氣，約為理論空氣量的20％～25％，過量的空氣與過濃燃料燃燒生成的煙氣混合，完成整個燃燒過程。原理：一段利用空氣過剩系數(shù)控制；二段利用溫度控制。存在問題：二段空氣分配不當(dāng)，會使煙塵濃度和不完全燃燒的損失增加。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

大氣污染控制工程71低NOX燃燒器混合促進(jìn)型改善燃料與空氣的混合，縮短在高溫區(qū)內(nèi)的停留時間，同時可降低氧氣剩余濃度需要精心設(shè)計(jì)自身再循環(huán)型利用空氣抽力，將部分爐內(nèi)煙氣引入燃燒器內(nèi)，進(jìn)行再循環(huán)燃燒器結(jié)構(gòu)復(fù)雜多股燃燒型用多只小火焰代替大火焰，增大火焰散熱表面積，降低火焰溫度，控制NOX生成量階段燃燒型讓燃料先進(jìn)行過濃燃燒，然后送入余下空氣，由于燃燒偏離理論當(dāng)量比，可降低NOX濃度容易引起煙塵濃度增加噴水燃燒型讓油、水從同一噴嘴噴入燃燒區(qū)，降低火焰中心高溫區(qū)溫度，以降低NOX濃度噴水量過多時，將產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

4．低NOX燃燒器

大氣污染控制工程72低NOX爐膛燃燒室大型化采用較低的熱負(fù)荷，增大爐膛尺寸，降低火焰溫度，控制溫度型NOX爐膛體積增大分割燃燒室用雙面露光水冷壁把大爐膛分成小爐膛，提高爐膛冷卻能力，控制火焰溫度，從而降低NOX濃度爐膛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作要求高切向燃燒法火焰靠近爐壁流動，冷卻條件好，再加上燃料與空氣混合較慢，火焰溫度低，而且比較均勻，對控制溫度型NOX十分有效2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機(jī)理及控制

5．低NOX爐膛大氣污染控制工程732.3.1氣體燃料的燃燒計(jì)算2.3.1.1發(fā)熱量燃料發(fā)熱量有高、低位之分。高位發(fā)熱量（或高熱值）指燃料完全燃燒，并當(dāng)燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽（包括燃料中所含水分生成的水蒸汽和燃料中氫燃燒生成的水蒸汽）凝結(jié)為水時的反應(yīng)熱。低位發(fā)熱量（或低熱值）是燃料完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽仍以氣態(tài)存在時的反應(yīng)熱。因?yàn)楫?dāng)前各種爐、窯的排煙溫度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水蒸汽的凝結(jié)溫度，因此對能源轉(zhuǎn)換設(shè)備大都按低位發(fā)熱量計(jì)算。2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程74

可燃?xì)怏w發(fā)熱量可根據(jù)該氣體燃燒反應(yīng)熱算得。混合氣體的發(fā)熱量可直接用量熱計(jì)測定，也可以由各單一氣體的發(fā)熱量按下式計(jì)算：式中Q—高位發(fā)熱量或低位發(fā)熱量(kJ/Nm3)；

Qi—n種可燃?xì)怏w中任一組分i的高位發(fā)熱量或低位發(fā)熱量(kJ/Nm3)；

2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程752.3.1.2理論空氣量和實(shí)際空氣量1.理論空氣量理論空氣量是指單位燃料（氣體燃料一般用1，固體和液體燃料一般用1kg）按燃燒反應(yīng)計(jì)量方程式，完全燃燒所需的空氣量。理論空氣量是燃料完全燃燒所需的最小空氣量。可燃?xì)怏w的分子式用一般式CxHyOz來表示。CxHyOz完全燃燒的反應(yīng)式如下CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2+3.76(x+y/4-z/2)N2

=xCO2+y/2H2O+3.76(x＋y/4-z/2)N2

2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程76

若燃料氣中還有H2S，其完全燃燒反應(yīng)為H2S＋1.5O2＝SO2＋H2O

則1m3干燃料氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）燃燒需要的理論氧量V0O2（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）和理論空氣量V0a

（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）分別為大氣污染控制工程772.3燃燒計(jì)算2.空氣過剩系數(shù)與實(shí)際空氣量空氣過剩系數(shù)是指實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。

α值與燃料的種類、燃燒方法、燃燒裝置的構(gòu)造、燃料和助燃空氣的接觸狀態(tài)以及混合難易程度等因素有關(guān)。燃燒方法煤氣燒嘴油燒嘴煤粉燒嘴移動爐柵手燒水平爐柵α值1.1~1.21.2~1.41.2~1.41.3~1.61.5~2.0大氣污染控制工程783.空燃比（AF）燃燒也通常采用空燃比（A/F）這一術(shù)語，分為理論空燃比和實(shí)際空燃比兩種。理論空燃比是指單位質(zhì)量的燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量，它可以由燃燒反應(yīng)式計(jì)算得到。例如甲烷的理論A/F為17.2，汽油（辛烷）的理論A/F為15。2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程792.3.1.3理論煙氣量

理論煙氣量是指供給理論空氣量的情況下，燃料完全燃燒產(chǎn)生的煙氣量。若不考慮氮的氧化，則理論煙氣的組成是CO2、SO2、N2和水蒸汽。前三種組分合起來稱為干煙氣，包括水汽在內(nèi)時稱為濕煙氣。2.3燃燒計(jì)算

二氧化碳量氫轉(zhuǎn)化為水燃料和空氣含水空氣中氮?dú)馊剂系?dāng)空氣過剩系數(shù)為α?xí)r，則完全燃燒產(chǎn)生的濕煙氣體積為：干煙氣體積為：大氣污染控制工程802.3.1.4利用煙氣分析數(shù)據(jù)計(jì)算過?？諝庀禂?shù)燃料燃燒時，由于各種原因，實(shí)際的過?？諝庀禂?shù)常與設(shè)計(jì)值不符。過?？諝饬康拇笮≈苯佑绊懫錈嵝?。因此，必須經(jīng)常根據(jù)奧氏煙氣分析儀測定的煙氣分析結(jié)果（干煙氣中CO2、SO2、O2和CO的含量）計(jì)算過?？諝庀禂?shù)，及時檢查和調(diào)節(jié)過?？諝饬?，使其符合燃燒過程的需要。2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程81完全燃燒時的過剩空氣系數(shù)

式中，、、、分別為干煙氣中O2、SO2、CO2和N2的體積分?jǐn)?shù)，均可由煙氣成分分析而得。

2.不完全燃燒時的過?？諝庀禂?shù)氣體燃料在不完全燃燒時，干煙氣的成分除了CO2、SO2和O2之外，還有CO、H2、CH4。與完全燃燒相比，消耗的氧量少。所以不完全燃燒時，煙氣的含氧量就包括過?？諝獾难鹾陀捎诓煌耆紵春挠玫难鮾刹糠?。

2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程82式中，、、、、、、分別為干煙氣中相應(yīng)組分的體積分?jǐn)?shù)。2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程83例.燃料油的重量組成為：C86%，H14%。在干空氣下燃燒，煙氣分析結(jié)果（基于干煙氣）為：O21.5%；CO600×10－6（體積分?jǐn)?shù)）。計(jì)算燃燒過程的空氣過剩系數(shù)。大氣污染控制工程84解：以1kg油燃燒計(jì)算，C860g71.67mol；H140g140mol，耗氧35mol。設(shè)生成COxmol，耗氧0.5xmol，則生成CO2（71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）mol。煙氣中O2量總氧量干空氣中N2：O2體積比為3.76：1，則含N23.76×（106.67+24.5x）。根據(jù)干煙氣量可列出如下方程：解得x=0.305例.燃料油的重量組成為：C86%，H14%。在干空氣下燃燒，煙氣分析結(jié)果（基于干煙氣）為：O21.5%；CO600×10－6（體積分?jǐn)?shù)）。試計(jì)算燃燒過程的空氣過剩系數(shù)。大氣污染控制工程85故CO2%：N2%：空氣過剩系數(shù)大氣污染控制工程862.3燃燒計(jì)算2.3.2液體和固體燃料的燃燒計(jì)算2.3.2.1發(fā)熱量

液體和固體燃料的高位與低位發(fā)熱量的換算可依照下式：若已知燃料中氫和水的重量百分?jǐn)?shù)，可采用下式計(jì)算低位發(fā)熱量：大氣污染控制工程872.3.2.2理論空氣量和實(shí)際空氣量式中，WC、WH

、WS、WO—分別為燃料中碳、氫、硫、氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。實(shí)際空氣量V（Nm3）為2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程88[例2-2]某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)量）：C88.3%，H9.5%；S1.6%，H2O0.05%，灰分0.10%。求：燃燒1kg重油所需要的理論空氣量。解：

＝[(1.866×0.883＋5.556×0.095＋0.699×0.016)/0.21]

＝10.41m32.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程892.3.2.3理論煙氣量理論煙氣量等于1kg燃料完全燃燒生成的燃燒產(chǎn)物量，加上空氣和燃料帶入的水和氮的量。因此，理論濕煙氣量（Nm3）為式中，Ww為燃料中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。過?？諝庀禂?shù)為α?xí)r，完全燃燒的濕煙氣量2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程90例［2-3］：某鍋爐燃燒組成成分為C＝86％、H＝11％、S=3％的燃料重油，經(jīng)對煙氣（基于干煙氣）組分分析得知，其組成為[CO2]+[SO2]＝13.0％，[O2]＝3.0％，[CO]＝0％。試求每燃燒1kg重油所需的理論空氣量和排煙中SO2的濃度。解：燃燒1kg重油所需理論空氣量A0為：2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程91生成的干煙氣中CO2+SO2量為：2.3燃燒計(jì)算=1.63m3/kgVCO2+SO2=1.866WC+0.699WS生成的干煙氣量為：Vf

=1.63/0.13=12.5m3/kg大氣污染控制工程92補(bǔ)充：理論空氣量和煙氣量的近似計(jì)算在缺乏燃料組分或元素分析數(shù)據(jù)，而又希望能快速算出燃燒某種燃料所必需的理論空氣量和可能生成的煙氣量時，可采用下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行近似計(jì)算。理論空氣量和煙氣量與燃料的低位發(fā)熱量有關(guān)。2.3燃燒計(jì)算大氣污染控制工程932.3燃燒計(jì)算表理論空氣量和煙氣量與發(fā)熱量的關(guān)系大氣污染控制工程942.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制2.4.1概述機(jī)動車行業(yè)發(fā)展迅速，2003年，我國成為世界上第四大汽車生產(chǎn)國和第三大消費(fèi)國；2003年我國摩托車產(chǎn)量達(dá)1450萬輛，居世界第一，保有量5929萬輛。由于以往的機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)比較寬松，控制技術(shù)相對落后，車輛的維修保養(yǎng)不好，因此，我國大部分機(jī)動車的單車排放因子很大。另外，由于大多數(shù)城市交通道路系統(tǒng)不合理，車輛擁堵頻繁，使汽車處于頻繁加、減、怠速狀態(tài)，運(yùn)行工況惡劣，這也導(dǎo)致汽車尾氣排放的大幅度增加。在很多大城市，機(jī)動車尾氣已成為這些城市空氣污染的第一大污染源。大氣污染控制工程952.4.1.1機(jī)動車的分類按其用途可分為轎車、客運(yùn)車、貨運(yùn)車、農(nóng)用車和摩托車等幾類。根據(jù)其所用能源可分為汽油車、柴油車和清潔能源車等，其中后者目前所占比例極小。2.4.1.2機(jī)動車大氣污染源及其主要污染物2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制排放源相對排放率/%COHCNOX碳煙顆粒尾氣曲軸箱燃油系統(tǒng)98~991~2055~652510~2098~991~2010000表2-12機(jī)動車主要有害物質(zhì)的排放源及其相對排放率大氣污染控制工程962.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制污染物汽油機(jī)柴油機(jī)備注CO排放比例/%HC排放濃度/×10-6NOX排放濃度/×10-6PM排放量/g.km-110<30002000~40000.010.5<5001000~40000.5汽油機(jī)約為柴油機(jī)的20倍以上汽油機(jī)約為柴油機(jī)的5倍以上兩者大致相當(dāng)柴油機(jī)為汽油機(jī)的50倍以上運(yùn)轉(zhuǎn)工況氣體污染物排放比例/%COHCNOX怠速等速加速減速4.07.181.17.84.47.038.550.10.0510.689.30.1表2-12汽油車和柴油車的主要污染物排放情況表2-13汽油車各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下氣體污染物排放的體積分?jǐn)?shù)大氣污染控制工程972.4.2汽油車的污染控制污染源：汽油車的曲軸箱排氣，這部分排放約占汽油車HC總排量的25%。汽油蒸發(fā)排放，約占汽油車HC總排放的20%。尾氣污染物主要為：CO、HC、NOX三種2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程982.4.2.1汽油機(jī)的工作原理通常使用的汽油發(fā)動機(jī)為火花點(diǎn)火的四沖程汽油機(jī)。進(jìn)氣沖程壓縮沖程作功沖程排氣沖程2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程992.4.2.2汽油車污染物的生成機(jī)理CO的生成機(jī)理空燃比小于理論空燃比時，隨著A/F的減小，CO濃度增大?；旌蠚饪杖急却笥诶碚撝禃r，由于各缸混合不一定均勻，燃燒室各處的混合也不均勻，總會出現(xiàn)局部的濃混合氣，因此排氣中仍會有少量CO產(chǎn)生。由于燃燒后的高溫，生成的CO2會有一小部分分解成CO和O2。而且，排氣中的H2和未燃烴也可能將排氣中的一部分CO2還原為CO。2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1002．HC的生成機(jī)理（1）不完全燃燒：在以預(yù)混合氣進(jìn)行燃燒的汽油機(jī)中，HC與CO一樣，也是不完全燃燒的產(chǎn)物。（2）壁面淬熄效應(yīng)：溫度較低的燃燒室壁面對火焰迅速冷卻（也稱激冷），使活化分子的能量被吸收，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷，在壁面形成厚約0.1~0.2mm左右的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬熄層，產(chǎn)生大量的未燃HC。（3）狹縫效應(yīng)：生成HC的最主要來源。（4）壁面油膜和積炭吸附

2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1013．NOX的生成機(jī)理

汽油機(jī)燃燒過程中生成的NOX主要是NO，NO2量很少，對一般汽油機(jī)，NO/NOX＝90%~99%。在汽油機(jī)產(chǎn)生NO的三個途徑中，燃料型和快速型NO的生成量都很小，高溫NO是其主要來源。2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1022.4.2.3汽油車大氣污染物的生成控制1．法規(guī)建設(shè)和實(shí)施2．加強(qiáng)城市規(guī)劃和交通管理3．在用車排放污染的檢測/維護(hù)（I/M）制度4．燃料的改進(jìn)和替代汽油的改進(jìn)清潔氣體燃料清潔液體燃料氫燃料新型動力汽車2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1035．汽油機(jī)改進(jìn)

汽油箱蒸氣控制：采用密封式汽油箱蒸氣控制裝置。碳罐吸收和儲存蒸氣，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，利用化油器的真空將貯存的汽油蒸氣吸入化油器，回收作燃料。曲軸箱排氣的回收：將抽出的氣體引入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，強(qiáng)制通風(fēng)。汽油直接噴射技術(shù)：將汽油直接氣化、霧化噴入發(fā)動機(jī)，目前我國生產(chǎn)的轎車，基本上采用了電噴系統(tǒng)。廢氣再循環(huán)2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1042.4.3柴油車大氣污染物的生成控制由于柴油機(jī)使用的混合氣空燃比大于理論空燃比，混合氣的形成及燃燒方式與汽油機(jī)不同，因此排放特性與汽油機(jī)的不同。柴油機(jī)的CO和HC排放不到汽油機(jī)的十分之一，NOX總體排放略低于汽油機(jī)，但柴油機(jī)排放的顆粒物卻是汽油機(jī)的幾十倍。因而柴油機(jī)排放控制的重點(diǎn)是顆粒物和NOX。柴油機(jī)的排放特性與燃燒室的形式有很大關(guān)系。擴(kuò)散型燃燒是柴油機(jī)燃燒的主要形式。2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1052.4.3.1柴油車污染物的生成機(jī)理柴油機(jī)氣態(tài)污染物的生成機(jī)理（1）柴油機(jī)的噴注模型

噴入氣缸內(nèi)的油束稱為噴注。噴注的外形呈焰體狀；噴注心部的油粒粗，速度高，越向外層，油粒越細(xì)，速度越低；在噴注的最外層和前端幾乎為蒸氣。（2）噴注燃燒和氣態(tài)污染物的生成2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1062.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制（2）噴注燃燒和氣態(tài)污染物的生成2．柴油機(jī)顆粒物的生成機(jī)理柴油機(jī)排出的顆粒物一般是汽油機(jī)的30~80倍，其直徑大約在0.1~10μm。柴油機(jī)排出的顆粒物與汽油機(jī)不同，汽油機(jī)排放的顆粒物主要是含鉛微粒和低分子量的物質(zhì)；柴油機(jī)顆粒物是由碳煙（DS）、可溶性有機(jī)物（SOF）和硫酸鹽三部分組成。大氣污染控制工程107

柴油機(jī)的排煙通?？煞譃榘谉?、藍(lán)煙和黑煙三種。白煙是直徑大于1μm的微粒，一般出現(xiàn)在寒冷天氣冷起動和怠速工況時。改善柴油機(jī)起動性能后，白煙可減少。藍(lán)煙是燃油或潤滑油在幾乎沒有燃燒或部分燃燒而處于分解狀態(tài)下，呈直徑小于0.4μm的液態(tài)微粒的排出物。通常發(fā)生在柴油機(jī)充分暖車之前，或在很小的負(fù)荷下運(yùn)行時。黑煙通常是在大負(fù)荷時產(chǎn)生的。燃油在高溫缺氧的條件下，發(fā)生部分氧化、熱裂解和脫氫，形成碳粒子，經(jīng)碰撞凝聚而形成碳煙。2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制大氣污染控制工程1082.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制對過剩空氣系數(shù)α<0.6的混合氣，在1500K以上溫度燃燒后必定產(chǎn)生碳煙，在1600~1700K范圍內(nèi)碳煙的生成量達(dá)到最大值。若要使燃燒后的碳煙和NOX都很少，混合氣的過剩空氣系數(shù)應(yīng)該在0.6~0.9之間。在實(shí)際中如何將過?？諝庀禂?shù)控制在該范圍內(nèi)，又保證完全燃燒，是一個很困難的技術(shù)課題。大氣污染控制工程109

在整個燃燒過程中，碳煙要經(jīng)歷生成和氧化兩個階段。加速碳煙氧化的措施，往往會引起NOX的增加，因此，為了同時降低NOX的排放，控制碳煙排放應(yīng)著重控制碳煙的生成階段。2.4機(jī)動車大氣污染物的生成控制