1、第一章 概論,大氣污染的定義,大氣污染指大氣中某種物質(zhì)的濃度超過(guò)正常水平，造成可測(cè)的對(duì)人體、動(dòng)物、植被和材料的影響的大氣狀況。 大氣污染指大氣中某種不良成分達(dá)到一定的濃度，造成有害的影響的大氣狀況。這種成分可能對(duì)人體健康、植被、器物或者全球環(huán)境以及通過(guò)渾濁的空氣或不愉快的氣味對(duì)環(huán)境美學(xué)造成負(fù)面的影響。 如果大氣中的物質(zhì)達(dá)到一定濃度，并持續(xù)足夠的時(shí)間，以致對(duì)公眾健康、動(dòng)物、植物、材料、大氣特性或環(huán)境美學(xué)產(chǎn)生可測(cè)量的不利影響，這就是大氣污染。,大氣污染物： 氣溶膠狀態(tài)污染物和氣體狀態(tài)污染物。 氣體狀態(tài)污染物： 一次污染物和二次污染物。,一次大氣污染物:,直接以原始形態(tài)排放入大氣中并達(dá)到足夠的排放量

2、從而造成健康威脅的污染物 一次大氣污染物來(lái)源,二次大氣污染物:,二次大氣污染物指大氣中的一次污染物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成的化學(xué)物質(zhì)。 光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€(xiàn)照射下反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。 光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O3)和過(guò)氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。 酸沉降是指某一平面上具有致酸潛勢(shì)的物質(zhì)的積累。 致酸物質(zhì)是自然和人為活動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生的。 致酸物質(zhì)按存在形態(tài)分為干和濕兩種。,全球變暖和氣候變化:,主要溫室氣體,排放源:,自然源-Natural sources 地質(zhì)-Geological: geyser,volcano,o

3、cean火山、大海 氣象Meteorological: lightning閃電 動(dòng)物群Fauna: ruminants,termites 植被Vegetations 等Etc.,排放源:,人為來(lái)源-Anthropogenic sources 運(yùn)輸-Transportation 發(fā)電-Electric power generation 工業(yè)制造-Industrial processes 工業(yè)和民用燃料的燃燒-Industrial and domestic fuel burning 垃圾焚燒-Refuse burning 等-Etc.,中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) Ambient ai

4、r quality standard GB30951996 (代替GB309582)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局1996-01-18批準(zhǔn)1996-10-01實(shí)施,主題內(nèi)容與適用范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分、標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)、污染物項(xiàng)目、取值時(shí)間及濃度限值，采樣與分析方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于全國(guó)范圍的環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)。,環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的分類(lèi)和標(biāo)準(zhǔn)分級(jí),環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分類(lèi) 一類(lèi)區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地區(qū)。 二類(lèi)區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。 三類(lèi)區(qū)為特定工業(yè)區(qū)。 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)（環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)）

5、 一類(lèi)區(qū)執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 二類(lèi)區(qū)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 三類(lèi)區(qū)執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),控制大氣污染的技術(shù)措施,清潔生產(chǎn)：清潔的生產(chǎn)過(guò)程和清潔的產(chǎn)品 可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略 改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)和布局，提高清潔能源和優(yōu)質(zhì)能源比例 提高能源利用效率和節(jié)約能源 推廣少污染的煤炭開(kāi)采技術(shù)和清潔煤技術(shù) 積極開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源 建立綜合性工業(yè)基地：各企業(yè)間相互利用原材料和廢棄物，減少污染物排放總量,控制污染的經(jīng)濟(jì)政策,必要的環(huán)境保護(hù)投資 環(huán)保投資占國(guó)民生產(chǎn)總值（GNP）的比例，發(fā)展中國(guó)家為0.5%1，發(fā)達(dá)國(guó)家為1%2 我國(guó)目前比例為0.7%0.8，希望能達(dá)到1.5 實(shí)行“污染者和使用者支付原則”，可采用的經(jīng)濟(jì)手段： 建立市場(chǎng)（

6、排污許可證制度等） 稅收手段（污染稅、資源稅等） 收費(fèi)制度（排污費(fèi)等） 財(cái)政手段（生態(tài)環(huán)境基金等） 責(zé)任制度（賠償損失和罰款等）,1、大氣污染物的種類(lèi)很多，按其存在狀態(tài)可概括為兩大類(lèi)： 氣溶膠狀態(tài)污染物 和 氣體狀態(tài)污染物 。,5、按人們的社會(huì)活動(dòng)功能不同，大氣人為污染源主要有三方面： 生活污染源、工業(yè)污染源和交通運(yùn)輸污染源。,2、氣態(tài)污染物又可分為： 一次污染物 和 二次污染物 。,3、一次污染物主要有： 硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物 和 有機(jī)化合物 。,4、二次污染物主要有： 硫酸煙霧 和 光化學(xué)煙霧 。,6、中國(guó)的大氣污染仍以 為主， 煤煙型 主要污染物是： SO2和煙塵。,7、大氣污染

7、物固定源包括二類(lèi)： 燃料燃燒 和 工業(yè)生產(chǎn) 。,8、大氣污染侵入人體主要有三種途徑： 表面接觸、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空氣。,9、環(huán)境空氣質(zhì)量分為 級(jí)；環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分為 類(lèi)；一類(lèi)區(qū)執(zhí)行 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；二類(lèi)區(qū)執(zhí)行 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；三類(lèi)區(qū)執(zhí)行 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。,簡(jiǎn)答題,列舉大氣和干潔空氣的組成 簡(jiǎn)述目前存在的全球性大氣污染問(wèn)題 列舉大氣中主要的氣態(tài)污染區(qū)及其來(lái)源 氣溶膠狀態(tài)污染物按來(lái)源和物理屬性可分為哪幾類(lèi)？ 大氣中SO2發(fā)生機(jī)制有如下說(shuō)法，判斷對(duì)錯(cuò) 1）大氣中SO2污染一半由認(rèn)為污染源所排放 2）主要是由燃燒含硫煤和石油而產(chǎn)生 3）當(dāng)大氣相對(duì)濕度較大，且顆粒物粉塵受太陽(yáng)紫外光照射時(shí)，SO2將會(huì)產(chǎn)生

8、硫酸型光化學(xué)煙霧。,第二章 燃燒與大氣污染,1. 燃料的性質(zhì) 2. 燃料的燃燒過(guò)程 3. 煙氣體積計(jì)算 4. 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成 5. 顆粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成,第一節(jié) 燃料的性質(zhì),燃料的分類(lèi),一.煤的分類(lèi)和組成,煤的基本分類(lèi) 褐煤 最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低 煙煤 形成年代較褐煤長(zhǎng)，碳含量75%90。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)一般應(yīng)用 無(wú)煙煤 煤化時(shí)間最長(zhǎng)，含碳量最高（高于93），成焦性差,發(fā)熱量大,煤的成分分析 工業(yè)分析（ proximate analysis ） 測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱值，是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤的主要指標(biāo)。 元素分析（ ult

9、imate analysis ） 用化學(xué)分析的方法測(cè)定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。,煤的工業(yè)分析 水分： 一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)318323K溫度下干燥8h，取出冷卻，稱(chēng)重 外部水分 將失去外部水分的煤樣保持在375380K下，約2h后，稱(chēng)重 內(nèi)部水分 揮發(fā)分： 失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在1200K的馬弗爐中加熱7min，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱(chēng)重,固定碳 失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的環(huán)境中灼燒到重量不再變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳 灰分： 從煤中扣除水分、灰分以及揮發(fā)分后剩余的部分為固定碳,煤的元素分

10、析 碳和氫：通過(guò)燃燒后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測(cè)定 氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉(zhuǎn)化為氨，堿液吸收，滴定 硫：與氧化鎂和無(wú)水硫酸鈉混合物反應(yīng)，S SO42-，滴定,煤中硫的形態(tài),煤的成分的表示方法 收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%的成分，即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行燃料分析時(shí)的試樣成分,干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥無(wú)灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分,煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系,第二節(jié) 燃料燃燒過(guò)程,1.影響燃燒過(guò)程的主要因素 燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)物 完全燃燒：CO2、

11、H2O 不完全燃燒： CO2、H2O & CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物 如果燃料中含有S和N，則會(huì)生成SO2和NO 空氣中的部分N可能被氧化成NO熱力型NOx,1.影響燃燒過(guò)程的主要因素,燃料完全燃燒的條件 空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過(guò)大，會(huì)降低爐溫，增加熱損失 溫度條件（Temperature）：達(dá)到燃料的著火溫度 時(shí)間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間應(yīng)超過(guò)燃料燃燒所需時(shí)間 燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合,2.燃料燃燒的理論空氣量,建立燃燒方程式的假定： 空氣組成 20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/ O2 = 3.78 燃料中

12、固定氧可用于燃燒 燃料中硫主要被氧化為 SO2 不考慮NOX的生成 燃料中的N在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2 燃料的化學(xué)式為CxHySzOw,2.燃料燃燒的理論空氣量,燃燒方程式： 燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w 理論空氣量： 煤 47 m3/kg，液體燃料1011 m3/kg,空燃比（AF） 單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量 例如：汽油（C8H18）的完全燃燒： 汽油的質(zhì)量：128+1.00818 = 114.14 空氣的質(zhì)量：3212.5+283.7812.5 = 1723 空燃比 AF=15.11,3.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物,燃燒可能釋放的污染物： CO2、CO、SOx、NOx、

13、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等 溫度對(duì)燃燒產(chǎn)物的絕對(duì)量和相對(duì)量都有影響 燃料種類(lèi)和燃燒方式對(duì)燃燒產(chǎn)物也有影響,4.熱化學(xué)關(guān)系式,發(fā)熱量： 單位燃料完全燃燒時(shí)，所放出的熱量，即在反應(yīng)物開(kāi)始狀態(tài)和反應(yīng)產(chǎn)物終了狀態(tài)相同下的熱量變化（kJ/kg or kcal/kg） 高位發(fā)熱量：包括燃燒生成物中水蒸氣的汽化潛熱 低位發(fā)熱量：燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時(shí)，完全燃燒過(guò)程所釋放的熱量,燃燒設(shè)備的熱損失 排煙熱損失 不完全燃燒熱損失 散熱損失 在充分混合的條件下，熱損失在理論空氣量條件下最低 不充分混合時(shí)，熱損失最小值出現(xiàn)在空氣過(guò)剩一側(cè),第三節(jié) 煙氣體積及污染物排放量計(jì)算,1.煙氣體積計(jì)算 理論煙氣體

14、積 CO2、SO2、N2和H2O 干煙氣、標(biāo)準(zhǔn)干煙氣、濕煙氣 煙氣體積和密度的校正 轉(zhuǎn)化為標(biāo)態(tài)下（273K、1atm）的體積和密度 注意：美、日和全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)態(tài)為298K、1atm。,1.煙氣體積計(jì)算,過(guò)剩空氣校正 實(shí)際空氣量 = （1+ ）（O2 + 3.78N2） 完全燃燒：與理論空氣量相比多（O2+ 3.78N2） 此時(shí)煙氣中，O2的量為O2P= O2，N2的量為N2P = 3.78（1+）N2 空氣中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的空氣總氧量為 0.264N2P,理論需氧量 = 0.264 N2P - O2P，空氣過(guò)剩系數(shù) = 1 + O2P /

15、（ 0.264 N2P - O2P ） 假如燃燒過(guò)程中產(chǎn)生CO，過(guò)剩氧量必須加以校正： O2P - 0.5 COP = 1 + （ O2P - 0.5 COP ）/ 0.264 N2P - （ O2P - 0.5 COP ） 以上組分的量均可由煙氣分析儀測(cè)定。,2.污染物排放量計(jì)算,方法： 根據(jù)實(shí)測(cè)的污染物濃度和排煙量 根據(jù)燃燒設(shè)備的排污系數(shù)、燃料組成和燃燒狀況預(yù)測(cè)煙氣量和污染物濃度,第四節(jié) 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成,1.硫的氧化機(jī)理 有機(jī)硫的分解溫度較低 無(wú)機(jī)硫的分解速度較慢 含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍(lán)色，由于反應(yīng)： 在所有的情況下，它都作為一種重要的反應(yīng)中間體,1.硫的氧化機(jī)理,H2S的

16、氧化,2. SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化,反應(yīng)方程式 SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3） SO3 + M SO2 + O + M （4） 在熾熱反應(yīng)區(qū) ，O 濃度很高，反應(yīng)（1）和（2）起支配作用,SO2的消耗,2. SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化,SO3生成速率 當(dāng)dSO3 /dt = 0 時(shí)，SO3濃度達(dá)到最大 在富燃料條件下，O濃度低得多，SO3的去除反應(yīng)主要為反應(yīng)（3）， SO3的最大濃度：,燃燒后煙氣中的水蒸氣可能與SO3結(jié)合生成H2SO4，轉(zhuǎn)化率: 轉(zhuǎn)化率與溫度密切相關(guān) H2SO4濃度越高，酸露點(diǎn)

17、越高 煙氣露點(diǎn)升高極易引起管道和空氣凈化設(shè)施的腐蝕,第五節(jié) 燃燒過(guò)程中顆粒物的形成,1.碳粒子的生成 積炭的生成 核化過(guò)程：氣相脫氫反應(yīng)并產(chǎn)生凝聚相固體碳 核表面上發(fā)生非均質(zhì)反應(yīng) 較為緩慢的聚團(tuán)和凝聚過(guò)程 燃料的分子結(jié)構(gòu)是影響積炭的主導(dǎo)因素 積炭的生成與火焰的結(jié)構(gòu)有關(guān) 提高氧氣量可以防止積炭生成 壓力越低則積炭的生成趨勢(shì)越小,1. 碳粒子的生成,火焰的結(jié)構(gòu) 預(yù)混火焰：氣體燃料和空氣在燃燒前充分混合 擴(kuò)散火焰：燃料和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)，混合然后發(fā)生反應(yīng)（實(shí)際中應(yīng)用最多），不同的區(qū)域有不同的 (0) 值,1. 碳粒子的生成,石油焦和煤胞的生成 燃料油霧滴在被充分氧化之前，與熾熱壁面接觸，發(fā)生液相裂

18、化和高溫分解，出現(xiàn)結(jié)焦 多組分重殘油的燃燒后期會(huì)生成煤胞，難以燃燒。 焦粒生成反應(yīng)的順序：烷烴 烯烴 帶支鏈芳烴 凝聚環(huán)系 瀝青 半園體瀝青 瀝青焦 焦炭,2. 燃煤煙塵的形成,煙塵：固體燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物，包括： 黑煙：未燃盡的碳粒 飛灰：不可燃礦物質(zhì)微粒 煤粉燃燒過(guò)程 碳表面的燃燒產(chǎn)物為CO，它擴(kuò)散離開(kāi)表面并與O2反應(yīng),2. 燃煤煙塵的形成,煤粉燃燒過(guò)程 理論上碳與氧的摩爾比近1.0時(shí)最易形成黑煙 在預(yù)混火焰中，C/O大約為0.5時(shí)最易形成黑煙 易燃燒又少出現(xiàn)黑煙的燃料順序?yàn)椋簾o(wú)煙煤 焦炭 褐煤 低揮發(fā)分煙煤 高灰發(fā)分煙煤 碳粒子燃盡的時(shí)間與粒子的初始直徑、表面溫度、氧氣濃度等有關(guān),2.

19、 燃煤煙塵的形成,黑煙形成的化學(xué)過(guò)程,若燃燒不夠理想，煤燃燒不好，且在高溫下發(fā)生熱解作用，熱解易形成多環(huán)化合物，這樣就會(huì)冒黑煙,2. 燃煤煙塵的形成,高灰分燃料的擴(kuò)散燃燒,假設(shè)在灰層邊界上氧氣濃度和煙氣中氧的濃度相同，在燃料表面，氧氣濃度接近于0.,2. 燃煤煙塵的形成,影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素 煤質(zhì) 燃燒方式 煙氣流速 爐排和爐膛的熱負(fù)荷 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷 鍋爐結(jié)構(gòu),火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 本標(biāo)準(zhǔn)將火電廠(chǎng)按年限劃分為以下三個(gè)時(shí)段： 時(shí)段1992年8月1日之前建成投產(chǎn)或初步設(shè)計(jì)已通過(guò)審查批準(zhǔn)的新、擴(kuò)、改建火電廠(chǎng)； 時(shí)段1992年8月1日起至1996年12月31日期間環(huán)境影響報(bào)告書(shū)通過(guò)審查

20、批準(zhǔn)的新、擴(kuò)、改建火電廠(chǎng)，包括1992年8月1日之前環(huán)境影響報(bào)告書(shū)通過(guò)審查批準(zhǔn)、初步設(shè)計(jì)待審查批準(zhǔn)的新、擴(kuò)、改建火電廠(chǎng)； 時(shí)段1997年1月1日起環(huán)境影響報(bào)告書(shū)待審查批準(zhǔn)的新、擴(kuò)、改建火電廠(chǎng),大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),第時(shí)段的火電廠(chǎng)鍋爐最高允許煙塵排放濃度,火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),第時(shí)段火電廠(chǎng)各煙囪SO2最高允許排放濃度,第時(shí)段的火電廠(chǎng)鍋爐氮氧化物最高允許排放濃度（mg/m3）,第六節(jié) 燃燒過(guò)程中其他污染物的形成,除前面講到的幾種外，燃燒過(guò)程還產(chǎn)生氮氧化物、 有機(jī)污染物和CO等。 形成歷程 鏈烴分子氧化脫氫形成乙烯和乙炔 延長(zhǎng)乙炔的鏈形成各種不飽和基 不飽和基進(jìn)一步脫氫形

21、成聚乙炔 不飽和基通過(guò)環(huán)化反應(yīng)形成C6C2型芳香族化合物 C6C2基逐步合成為多環(huán)有機(jī)物,1.有機(jī)污染物的形成,比較活潑的碳?xì)浠衔锟赡苁钱a(chǎn)生光化學(xué)煙霧的直接原因 碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生量與燃料組成密切相關(guān) 燃料中高分子碳?xì)浠衔餄舛扰cPOM排放水平具有相關(guān)性 燃料與空氣的充分混合可降低有機(jī)物的含量，但不利于NOx的控制 同時(shí)減少CH和NOx的排放需要仔細(xì)控制混合的型式、溫度水平和整個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間,2. CO的形成,CO是所有大氣污染物中量最大、分布最廣的一種 CO的全球排放量為200106t/a 燃料中的碳都先形成CO，然后進(jìn)一步氧化 在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，可以降低CO含量。 CO的形成和破壞都由動(dòng)力學(xué)控制，反應(yīng)路線(xiàn)： RH R RCHO RCO CO,R碳?xì)浠?CO形成快于CO氧化,3. Hg的形成與排放,Hg對(duì)人的腎和神經(jīng)系統(tǒng)有危害 煤碳燃燒是Hg的一大來(lái)源 煤中Hg的析出率與燃燒條件有關(guān) 燃燒溫度900oC時(shí)，析出率90 還原性氣氛的析出率低于氧化性氣氛 Hg排放控制是燃煤污染控制的新課題之一,4. NOx的形成,NOx的形成機(jī)理 燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx 熱力型NOx： 高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx 瞬時(shí)NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx,1、煤的成分分析包括： 煤的工業(yè)分析 和 煤的元素分析 。,5、理論空氣量是指單