3.燃煤污染物及生成機(jī)理3.1粉塵與煙霧3.2硫化物3.3氮氧化物3.4CO23.5有機(jī)污染物3.6痕量元素3.1粉塵與煙霧

3.1.1微粒粉塵3.1.3煙霧3.1.2煤粉在燃燒過(guò)程中的演化和飛灰的形成思考問(wèn)題什么是微粒、氣溶膠、塵、煙、霧、碳黑？燃煤飛灰的形成機(jī)理？光化學(xué)煙霧的形成過(guò)程？煤燃燒過(guò)程中礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程？3.1粉塵與煙霧

3.1.1微粒粉塵

微粒是指彌散在空氣中的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì),其粒度在分子級(jí)(直徑約0.0002um)和500um之間，具體包括氣溶膠、煙、塵、霧和碳黑等。

氣溶膠是懸浮于空氣中的固液微粒，其直徑一般小于1um；

塵是大于10um的固體微粒迅速沉降而成的，10um微粒的沉降速度約為20mm／min；

煙是小于1um的固體顆粒；

霧是液體微粒，其直徑可達(dá)100um；此外還有極細(xì)的可集成串形的碳黑。肉眼能分辨出來(lái)的微粒直徑約為100um。

微粒的粒度、性質(zhì)、成因和物態(tài)

不同粒徑顆粒物可進(jìn)入人體呼吸道的不同部位人體呼吸道吸入顆粒物的粒徑及份額總沉積量擴(kuò)散沉積撞擊沉積鼻腔沉積肺泡沉積支氣管沉積可吸入顆粒物PM2.5大氣中各種顆粒物的粒徑范圍PM2.5PM10100

m10mm

H2O2COCO2

SO2等氣體分子可吸入顆粒物PM2.5納米級(jí)超細(xì)粉1m

m預(yù)混火焰的煙炱風(fēng)沙內(nèi)燃機(jī)煙炱香煙等煙霧面粉，煤粉等

靜電除塵后的粉煤灰,冶煉灰等海風(fēng)攜帶鹽病毒細(xì)菌人呼吸道中沉積的顆粒燃燒升華后的凝結(jié)微粒n

m地面揚(yáng)塵我國(guó)城市空氣的PM2.5大大超過(guò)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)PM2.5年平均濃度

g/m3清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)環(huán)境系1999年測(cè)定我國(guó)PM10環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)PM2.5環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)燃煤發(fā)電廠煙塵中的的微粒

PM10PM2.53.1.2煤粉在燃燒過(guò)程中的演化和飛灰的形成粒徑

m煤粉鍋爐燃燒煤粉和原始排放的飛灰質(zhì)量濃度g/m3粉煤燃燒的煤粉和飛灰粒徑和濃度煤粉飛灰煤燃燒過(guò)程中礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變示意圖

①炭粒中單個(gè)礦物團(tuán)發(fā)生凝聚；②灰粒子從炭粒表面脫落；③由于炭粒破碎而產(chǎn)生的不完全凝聚；④由于揮發(fā)分的析出，灰粒子從炭粒表面產(chǎn)生對(duì)流輸運(yùn)；⑤無(wú)機(jī)礦物質(zhì)破碎；⑥煤胞的形成；⑦無(wú)機(jī)礦物質(zhì)蒸發(fā)，爾后冷卻凝聚，即氣化-凝結(jié)。

飛灰形成過(guò)程包含的物理變化有如下幾種：飛灰粒徑的雙峰分布

氣化-凝結(jié)機(jī)理

煤中的礦物質(zhì)在燃燒過(guò)程中經(jīng)歷一系列變化，大顆粒物質(zhì)熔解再凝結(jié)，形成與煤粒大小成正比的球狀灰粒。在燃燒的高溫區(qū)，某些礦物質(zhì)發(fā)生氣化，當(dāng)煙氣冷卻時(shí)，它們以均相成核形式或異相凝結(jié)作用凝結(jié)。在高溫燃燒室內(nèi)氣化的礦物蒸汽依據(jù)熱力平衡、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及傳熱傳質(zhì)定理沉積或起反應(yīng)，在燃燒室低溫段的后續(xù)過(guò)程中，發(fā)生沉積或冷凝，而均相結(jié)核和異相沉積即為冷凝過(guò)程的兩個(gè)機(jī)理。這兩個(gè)機(jī)理同時(shí)起作用，但隨著運(yùn)行條件不同，凝結(jié)速率也不同。均相凝結(jié)是在無(wú)機(jī)礦物蒸汽分壓超過(guò)某一臨界值時(shí)，爐內(nèi)氣體處于超飽和狀態(tài)形成一些分子團(tuán)；異相沉積是發(fā)生在當(dāng)爐內(nèi)有足夠的冷凝表面，并且飽和程度要低些的時(shí)候。爐內(nèi)現(xiàn)存粒子及爐壁都將是異相沉積的表面。礦物質(zhì)在高溫爐內(nèi)和其它機(jī)械產(chǎn)生的粒子一起形成懸浮粒子，這些粒子和燃?xì)膺M(jìn)行交流，從而經(jīng)歷不同的物理轉(zhuǎn)換，影響粒子的尺寸分布。

3.1.3煙霧

煙霧是一種含有固體微粒和液體微滴的氣溶膠。1．倫敦?zé)熿F(LondonSmog))

倫敦?zé)熿F主要是S02和微粒(其主要成分是氧化鐵)的混合物，經(jīng)化學(xué)作用，生成硫酸而危害人類的呼吸系統(tǒng)。大氣中的S02，通過(guò)含有重金屬的飄塵的催化作用而氧化成SO3，SO3遇水蒸汽后，便可生成硫酸煙霧。

倫敦和紐約污染死亡人數(shù)與SP的關(guān)系一天內(nèi)洛杉磯煙霧各成分濃度的變化

當(dāng)空氣中有微粒物質(zhì)共存時(shí)，SO2的危害可增大(3-4)倍，所以空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中采用“S02濃度(×10－4容積濃度)與微粒濃度(ug／m3)的乘積”(SP)為標(biāo)準(zhǔn)。

重金屬飄塵的催化作用2．光化學(xué)煙霧(PhotochemicalSmog)

光化學(xué)煙霧主要是HC和NOx在陽(yáng)光作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成的有刺激性的產(chǎn)物。NOx和烴反應(yīng)生成硝酸過(guò)氧化乙酰(PAN)，它與NO2和臭氧一起形成薄霧狀況氣體。

NO2在太陽(yáng)光的照射下，產(chǎn)生如下反應(yīng)：NO十O2→NO2NO2十hv→NO十OO十O2→O3O3十CnHm→CH3CHO十CH3C02O十NO→NO2十O2O十N02→NO十O3O十CnHm→CH3十CH3CHOCH3十02→CH302CH3O3十NO→CH3O十N02CH3O→CH3十O