(完整word版)《大气污染控制工程》教案第二章
大气污染控制工程第二章1-2
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
（3）时间条件
时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。燃料 在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
（4）燃料与空气的混合程度
一般取决于空气的湍流度。若混合不充分， 部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较多未燃尽物 质。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
完全燃烧需要的条件
2.1.1 固体燃料的燃烧
煤的燃烧 在燃烧器中，煤主要以煤粉或块状固体形式燃 烧。 a.煤粉燃烧 煤粉的燃烧受到两种形式的控制：同相燃烧和 异相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
同相燃烧
燃料中挥发性组分首先被蒸 馏，与空气扩散混合，达到着火 点后迅速燃烧，称为同相燃烧。
异相燃烧
煤粉挥发后残留的固定 碳与空气反应，以固态燃 烧，称为异相燃烧。
图4 煤的同相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.煤块燃烧
煤块燃烧则是将块状固体置于炉栅上或随炉栅 移动而燃烧。右图是上部加煤的层燃炉结构示意图。
图6 煤块的燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
2.1.2液体燃料和气体燃料的燃烧
a.液体燃料的燃烧
燃料油的燃烧过程包括： 燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散， 以及可燃物与空气的混合燃烧，燃烧状态受蒸发过程 控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.气体燃料的燃烧
燃烧过程包括气体燃料与空气的混合、可燃 气的加热与着火、燃烧反应三个阶段。燃烧状态 受空气的扩散和混合过程控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
小结：
1.煤的挥发分以气态燃烧，称为固相燃烧； 2.煤中的固定碳以固态燃烧，称为异相燃烧； 3.煤的燃烧速率取决于氧气向表面的扩散速率； 4.液体燃料以气态形式燃烧，燃烧过程受蒸发 过程控制 5.气体燃料最易燃烧，燃烧过程受空气的扩散 和混合控制
大气污染及其防治教案
大气污染及其防治教案第一章：大气污染概述1.1 教学目标了解大气污染的定义、来源和危害。
掌握大气污染物的种类和特点。
理解大气污染对人类和环境的影响。
1.2 教学内容大气污染的定义和来源。
大气污染物的种类（如颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等）和特点。
大气污染对人类健康的影响（如呼吸系统疾病、心血管疾病等）。
大气污染对环境的影响（如气候变化、酸雨等）。
1.3 教学活动引入讨论：什么是大气污染？它对我们的生活有什么影响？展示图片和数据：大气污染物的种类和特点。
案例分析：介绍一些典型的大气污染事件及其影响。
小组讨论：大气污染对人类和环境的具体影响是什么？1.4 教学评估小组讨论：学生能够描述大气污染的定义和来源。
填空题：学生能够填写大气污染物的种类和特点。
问题解答：学生能够解释大气污染对人类和环境的影响。
第二章：大气污染物的来源和传输2.1 教学目标了解大气污染物的来源和传输途径。
掌握主要的大气污染物排放源。
理解大气污染物的传输机制。
2.2 教学内容大气污染物的来源（如工业排放、交通排放、农业活动等）。
大气污染物的传输途径（如风速、风向、大气稳定度等）。
主要的大气污染物排放源及其影响。
大气污染物的传输机制和范围。
2.3 教学活动展示图片和数据：大气污染物的来源和排放量。
实验演示：大气污染物的传输和扩散。
小组讨论：不同来源的大气污染物对环境和人类的影响。
模拟游戏：大气污染物的传输和控制。
2.4 教学评估填空题：学生能够填写主要的大气污染物排放源。
问题解答：学生能够解释大气污染物的传输机制。
小组讨论：学生能够分析不同来源的大气污染物对环境和人类的影响。
第三章：大气污染的监测和评估3.1 教学目标了解大气污染的监测方法和指标。
掌握大气污染评估的原理和技术。
理解大气污染数据的分析和解释。
3.2 教学内容大气污染的监测方法（如采样、分析、监测仪器等）。
大气污染指标（如PM2.5、NOx、SO2等）及其意义。
大气污染评估的原理和技术（如空气质量指数、污染等级划分等）。
大气污染控制工程第二章
CH N S O 0.808 0.013 0.013 0.057 α(O2 3.78N2 )
CO2 0.404H2O 0.013SO2 (3.78α 0.0065)N2
例2 假定煤的化学组成以质量计为：C:77.2%，H:5.2%， N:1.2％，S:2.6%，O:5.9%，灰分:7.9%。试计算这种煤燃 烧时的理论空气量。
解：首先确定煤的摩尔组成。为计算简便，相对于单一原子 标准化其摩尔组成。
C H N S O 灰分
％(以质量计)
77.2
÷12＝
5.2
÷1＝
1.2
Va
Va0
通常α〉1，α值的大小取决于燃料种类、燃烧装置形 式及燃烧条件等因素。
3、空燃比
单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可以 由燃烧方程式直接求得。
例如，甲烷燃烧：
CH 4 2O 2 7.56N 2 CO 2 2H 2O 7.56N 2
空燃比：
AF 2 32 7.56 28 17.2 116
（3）时间条件
（4）燃料与空气的混合条件
燃料和空气中氧的充分混合也是有效燃烧的 基本条件。混合程度取决于空气的湍流度。 若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产 生。对于蒸汽相的燃烧，湍流可以加速液体 燃料的蒸发。对于固体燃料的燃烧，湍流有 助于破坏燃烧产物在燃料表面形成的边界层， 从而提高表面反应的氧利用率，并使燃烧过 程加速。
Cx H y SzO w
(x
y 4
z
w 2
)O2
大气污染控制工程课程设计(电除尘器等)
大气污染控制工程课程设计院系：水利与环境科学学院班级：环境工程学号：姓名：日期：20**-6-17第一章概述第一节设计任务题目、目的和要求一、设计题目某燃煤锅炉房除尘系统设计（振动炉排式链条炉+强制送风+800吨/年）。
二、设计目的1、通过课程设计全面总结课程学习的成果，加深对课程理论内容的理解，掌握应用理论知识解决实际工程问题的完整过程。
2、掌握大气污染物处理工程设计的全过程。
3、掌握编制设计方案（除尘方案比较选择与确定）。
4、掌握除尘器选型计算，系统布置，烟风道阻力计算，风机选型等。
5、除尘系统平面的布置、立面、除尘装置布置、及主要构筑物设计。
6、工程造价估算。
三、设计要求方案选择合理，系统布置紧凑，占地面积小，计算准确，图纸绘制达到扩大初步设计要求（图纸线条均匀，标注准确，说明齐全）。
第二节设计依据一、大气质量标准当地大气质量执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。
二、烟尘排放浓度执行《大气环境质量标准》“GB13271-2001”中的二级标准。
本标准按锅炉建成使用年限分为两个阶段，执行不同的大气污染物排放标准：I时段：2000年12月31日前建成使用的锅炉。
II时段：2001年1月1日起建成使用的锅炉（含在I时段立项未建成或未运行使用的锅炉、建成使用锅炉中需要扩建、改建的锅炉）见表1。
三、锅炉烟囱高度应根据锅炉房总设计确定新建锅炉烟囱周围半径200ni的距离内有建筑物时，烟囱高度应高出最高建筑物3ni以上, 达不到此要求时，锅炉烟尘排放浓度限值及黑度按“GB13271-2001”中的二类区域的浓度标准执行。
烟囱的高度由锅炉蒸发量确定见表2。
四、燃煤锅炉烟尘初始排放浓度和烟气黑度限值根据锅炉锅炉销售出厂时间按表3的时间段规定执行。
第三节设计原始资料一、设计参数烟气粘度：2. 4X10-5pa. s 烟气温度：473K 允许压力损失：lOOOpa 烟气密度：1. 18kg/m3 烟气真密度：2. 25g/cm3二、煤质表三、烟气中烟尘颗粒粒径分布表第二章除尘器的选型及计算根据现在环保要求，采用电除尘设备。
大气污染控制工程课程设计
火电厂烟气净化系统设计系别：环境工程专业：环境工程班级：环本1315姓名：刘超指导老师：郝艳红设计日期2016 年12 月26 日至2016 年12 月31 日目录前言 (1)课程设计任务书 (3)第一章原始设计资料计算 (8)1.锅炉排烟量的计算 (1)2.烟尘，NOx和SO2浓度及去除效率 (1)3.烟气净化系统的总体设置方案 (2)第二章脱硝系统1. 脱销工艺说明 (3)35第三章除尘系统 (6)1.除尘工艺 (6)2.烟气量计算 (11)3.电除尘器计算 (14)4.布袋除尘部分 (16)第四章脱硫系统 (19)1.脱硫系统工艺流程说明 (19)2.脱硫剂耗量 (19)3.相应工艺水耗量及氧化空气量 (20)4.吸收塔本体尺寸计算 (20)5.浆液池计算 (20)6.喷淋系统设计 (20)7.吸收区高度 (20)8.除雾区高度 (20)9.石膏脱水系统 (20)10.风机选型 (20)11.泵的选型 (20)第五章烟囱的计算 (2)第六章阻力计算 (26)第七章小结 (27)主要参考文献 (27)前言按照国际标准化组织(1SO)作出的定义，“空气污染：通常系指由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。
”大气污染物的种类非常多，根据其存在状态，可将其概括为两大类：气镕胶状态污染物和气体状态污染物。
气体状态污染物种类极多，主要有五个方面：以二氧化硫为主的含硫化合物、以氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物等。
关于大气污染物的危害，在这里主要介绍粉尘和二氧化硫的危害。
粉尘的危害：粉尘的危害，不仅取决于它的暴露浓度，还在很大程度上取决于它的组成成分、，理化性质、粒径和生物活性等。
粉尘的成分和理化性质是对人体危害的主要因素。
有毒的金属粉尘和非金属粉尘（铬、锰、镐、铅、汞、砷等）进入人体后，会引起中毒以至死亡。
(完整word版)大气污染控制工程课程设计说明书(完整版附图纸)
环境治理课程设计说明书课程设计题目：某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计指导教师：彭伟功院系：土木建筑工程学院环境工程专业:孙秀枝姓名:070508127学号:2010-12-6日期:大气污染控制工程课程设计任务书一、课程设计的题目某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计二、课程设计的目的《大气污染控制工程》课程设计是大气污染控制工程课程的重要实践性环节，本课程设计是环境工程专业学生在校期间第一次较全面的大气污染控制设计能力的训练，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。
本课程设计旨在使学生通过这一环节，掌握《大气污染控制工程》课程各基本原理和基本设计方法的应用，培养学生确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力，使学生受到大气污染控制工程设计的基本训练，为学生以后从事本工程领域的设计打下基础。
通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养学生运用所学理论知识进行大气污染控制系统方案设计的初步能力。
结合前续课程《大气污染控制工程》的内容，运用各种污染物的不同控制、转化、净化原理和设计方法，进行除尘、除硫、脱氮等大气污染控制工程设计，从课程设计的目的出发，通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：1．通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用大气污染控制设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决大气污染控制设计问题的能力；2．学习大气污染控制设计的一般方法、步骤，掌握大气污染控制设计的一般规律，重点掌握除尘技术的基本理论，学会正确选用除尘设备、设计除尘系统；气态污染物净化的基本原理，主要污染物的典型净化工艺流程和设备；设计、选择和运行大气污染净化系统；3．进行大气污染控制设计基本技能的训练：例如设计计算、绘图工程图、查阅资料和手册、运用标准和规范；编写设计说明书。
三、课程设计原始资料1. 应用行业或者领域：水泥建材行业、冶金行业、焦炭行业、采暖通风、工业与民用建筑等。
《大气污染物控制工程》燃烧与大气污染
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
Cdaf + H daf + Odaf + N daf + S daf = 100%
三、煤的性质 3、煤的成分的表示方法
ar ad d daf
A Sly 灰分
C 固定碳
固体部分 （焦炭）
O + SO → SO2 + h
在所有的情况下，SO都作为一种重要的反应中间体
二、硫的氧化机理 有机硫化物的氧化
RCH2SSCH2R O2 RCH2S S CHR HO2 RCH2SS CHR RCH2S RCHS RCH2S RH RCH2SH R RSH O2 RS HO2 RS O2 R SO2
原油中还含有微量金属，如钒、镍、氯、砷、铅等。
氢含量增加时，比重减少，发热量增加
五、天然气的组成与性质
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、
乙烷10％、丙烷3％ 单位热量产生的CO2最少，且无灰分，是最清洁的化石燃料 天然气中还含有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
东华大学
第二章 燃烧与大气污染
磷黄铁矿(Fe1-xS)
无机硫
黄铜矿(CuFeS2)
石膏(CaSO4·2H2O)
煤
硫酸盐硫 绿矾(FeSO4 ·7H2O)
中
重晶石(BaSO4)
硫 的
硫醇或醚基化合物（R-SH)
形
硫醚(R-S-R)
态
有机硫
二硫醇羧(R-S-S-R)
噻吩类环硫化物
环醌化合物
元素硫
大气污染控制工程郝吉明课件及习题答案第二章2
✓ 黑烟：未燃尽的碳粒 ✓ 飞灰：不可燃矿物质微粒
➢ 煤粉燃烧过程
➢ 碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与O2反应
灰
外扩散
层
碳层
2. 燃煤烟尘的形成
➢ 煤粉燃烧过程
✓ 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
颗粒物的影响
➢ 黑烟形成的化学过程
2. 燃煤烟尘的形成
➢ 高灰分燃料的扩散燃烧
2. 燃煤烟尘的形成
➢ 灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素
2. 燃煤烟尘的形成
➢ 飞灰的形成过程
2. 燃煤烟尘的形成
➢ 影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素 ✓ 煤质 ✓ 燃烧方式 ✓ 烟气流速 ✓ 炉排和炉膛的热负荷 ✓ 锅炉运行负荷 ✓ 锅炉结构
➢ 影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素——热负荷
第六节 燃烧过程中其他污染物的形成
1.有机污染物的形成
➢ 形成历程 1. 链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔 2. 延长乙炔的链形成各种不饱和基 3. 不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔 4. 不饱和基通过环化反应形成C6－C2型芳香族化 合物 5. C6－C2基逐步合成为多环有机物
2. CO的形成
3. Hg的形成与排放
➢ Hg对人的肾和神经系统有危害 ➢ 煤碳燃烧是Hg的一大来源 ➢ 煤中Hg的析出率与燃烧条件有关 ➢ 燃烧温度>90oC时，析出率>90％ ➢ 还原性气氛的析出率低于氧化性气氛 ➢ Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一
4. NOx的形成
➢ NOx的形成机理
2. SO2和SO3之间的转化
➢ 反应方程式
• SO2 + O + M SO3 + M • SO3 + O SO2 + O2 • SO3 + H SO2 + OH • SO3 + M SO2 + O + M
(郝吉明)大气污染控制工程第二章02课解析
N2
xCO2
y 2
H 2O
zSO2
3.78
x
y 4
z
w 2
N2
Q
燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w
理论空气量：
22.4
4.78
x
y 4
z
w 2
/(12 x
1.008
y
32 z
16w)
m3 / kg
煤 4-7 m3/kg，液体燃料10-11 m3/kg
燃料中固定氧可用于燃烧 燃料中硫主要被氧化为 SO2 不考虑NOX的生成 燃料中的N在燃烧时转化为N2 燃料的化学方程式为CxHySzOw
2.燃料燃烧的理论空气量
燃烧方程式：
CxH
y SzOw
x
y 4
z
w 2
O2
3.78
x
y 4
z
w 2
全燃烧过程所释放的热量
qL qH 25(9WH WW ) (kJ / kg)
4.热化学关系式
燃烧设备的热损失
• 排烟热损失 • 不完全燃烧热损失 • 散热损失
在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最 低
不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。
4.热化学关系式
燃烧热损失与空燃比的关系
空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低 炉温，增加热损失
大气污染控制工程课程设计
前言大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，构成了环境系统的大气环境子系统。
一切生命过程，一切动物、植物和微生物都离不开大气。
大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。
它的状态和变化，时时处处影响到人类的活动与生存。
造成大气污染的原因，既有自然因素又有人为因素，尤其是人为因素，如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。
随着人类经济活动和生产的迅速发展，在大量消耗能源的同时，也将大量的废气、烟尘物质排入大气，严重影响了大气的质量，特别是在人口稠密的城市和工业区域。
造成大气污染的物质主要有：一氧化碳CO、二氧化硫SO2、一氧化氮NO、臭氧O3以及烟尘、盐粒、花粉、细菌、苞子等。
酸雨对人类产生着最直接、最严重的危害。
形成酸雨的根本原因是燃煤过程向大气中排放大量的硫氧化物等酸辛气体。
我过是以煤为主要能源的国家。
随着国民经济的发展，能源的消耗量逐步上升，大气污染物的排放量相应增加。
而就我国的经济和技术发展就我国的经济和技术发展水平及能源的结构来看，以煤炭为主要能源的状况在今后相当长时间内不会有根本性的改变。
我国的大气污染仍将以煤烟型污染为主。
因此，控制燃煤烟气污染是我国改善大气质量、减少酸雨和SO2危害的关键问题。
目前烟气脱硫除尘一体化装置主要是通过工艺改造和设备优化组合来实现脱硫除尘的目的，很少有人来通过改良脱硫除尘剂的配方来实现这一目的。
假如能够在现有的成熟的高效率脱硫工艺的基础上，在投资成本和运营成本都不高的情况下，通过一些工艺的改良和脱硫药剂的改善来提高其除尘效率，使得该脱硫除尘一体化装置既有良好的脱硫效果，又能获得较高的除尘效率。
这种技术的研制和开发一定会有很好的推广价值，产生良好的社会效益和经济效益。
目录前言第一章总论 (5)1.1 概述 (5)1.2 设计任务书 (6)1.3 设计依据和原则 (8)第二章除尘系统 (9)除尘技术简介1 机械除尘器 (9)2 袋式除尘器 (10)3 电除尘器 (12)4 湿式除尘器 (13)第三章烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算 (14)3.1烟气量的计算 (14)3.2 烟气含尘浓度的计算 (15)3.3 烟气中二氧化硫浓度的计算 (16)第四章除尘器的选择 (16)4.1 除尘器应达到的除尘效率 (16)4.2工况下的烟气量 (16)第五章脱硫装置的选择 (17)5.1概述 (17)5.2湿式石灰脱硫 (18)第六章确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 (19)6.1各装置及管道布置的原则 (20)6.2管径的确定 (20)6.3烟囱的设计 (21)6.4系统阻力计算 (22)6.5风机和电动机的选择及计算 (25)6.6 系统中烟气温度的变化 (27)第七章设备及系统布置图 (28)7.1设备一览表 (28)7.2通风除尘系统布置图 (28)参考文献 (29)设计小结 (30)第一章总论1.1 概述随着经济和社会的发展，燃煤锅炉排放的二氧化硫严重地污染了我们赖以生存的环境。
大气污染控制工程
大气污染控制工程第一章绪论第一节大气与大气污染一、大气污染指由于人类活动或自然过程引起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，并因此而危害了人类的舒适、健康和福利或危害了生态环境。
二、全球性大气污染问题温室效应、臭氧层破坏和酸雨。
第二节大气污染物及其来源一、大气污染物指由于人类活动或自然过程排入大气的，并对人和环境产生有害影响的物质。
按存在形态可分为两大类：气溶胶状态污染物和气态污染物①气溶胶状态污染物：粉尘、烟、飞灰，黑烟、霾、雾；②气体状态污染物：一次污染物：直接从污染源排到大气中的原始污染物质；SO X、NO X二次污染物：由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过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型污染物。
光化学烟雾、硫酸烟雾。
二、大气污染物的来源和发生量大气污染物的来源：自然污染源和人为污染源。
自然源：自然原因向环境释放污染物的地点或地区，如火山喷发、森林火灾等。
人为源：按空间分布：点源、面源按人类活动：生活型污染、工业型污染、交通型污染三、中国城市大气污染概况以煤烟型为主，主要污染物为颗粒物和SO2。
第四节大气污染综合防治一、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实施。
二、大气污染综合防治措施1、全面规划、合理布局；2、严格环境管理；3、控制大气污染的技术措施；（1）实施清洁生产。
（2）实施可持续发展的能源战略。
（3）建立综合性工业基地。
（4）对SO2实施总量控制。
4、控制污染的经济政策；（1）保证必要的环境保护投资。
（2）实行“污染者和使用者支付原则”。
5、控制污染的产业政策；6、绿化造林；7、安装废气净化装置。
第五节环境空气质量控制标准环境空气质量标准：各种污染物在环境空气中的允许浓度大气污染物排放标准：污染源排入大气的污染物浓度限制大气污染物控制技术标准：未达到污染物排放标准而从某一方面做出的具体技术规定大气污染警报标准：预防发生污染事故而规定的污染物含量的极限值第二章燃烧与大气污染第一节燃料的性质一、煤1、煤的工业分析评价工业用煤的主要指标：包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳，以及估测硫含量和热值。
大气污染控制工程教案
第一章绪论（1学时）教学重点：大气的结构和组成，大气污染物及其来源，环境空气质量标准，空气污染指数。
教学难点:大气污染物及其来源。
教学要求：掌握大气的结构和组成，大气污染发生和发展过程，大气污染物及其来源,空气污染指数；了解环境空气质量标准，国内外大气污染控制现状.教学内容：人是完全靠空气生存的，成年人平均每天约需１Kg粮食和2Kg水，但对空气的需求就大得多，每天约13。
6Kg(合10m3）。
若三者都断绝供应,引起死亡的首先是空气，要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部,通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害.大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染，它不仅时间长且范围广（较多是地域性的，也有全球性的)。
地球上发生的八大“公害事件”,其中五起是因大气污染造成的。
当然,空气污染的原因不只是人类的活动,还有像森林、火灾和火山爆发一类的天然事件。
不过后者通常在空气污染中起次要作用。
§1.1 大气与大气污染一、大气的结构和组成1、大气圈随地球引力而转的大气层叫大气圈。
大气圈的最外层的界限是很难确切划分的,但大气也不能认为是无限的。
在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10¸000Km。
有的学者就以10¸000Km作为大气圈的最外层。
一般情况下认为，从地球表面到1¸000～1¸400Km的气层作为大气圈的厚度，超出1¸400Km以外气体非常稀薄，就是宇宙空间了.大气圈中的空气分布是不均匀的，海平面上的空气最稠密.在近地层的大气层里，气体的密度随高度的上升而迅速的变稀。
但是在400~1¸400Km大气层里空气是渐渐变稀薄的。
大气圈的总质量约为6000万亿吨，约为地球质量的百万分之一。
大气的构造：根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化，划分大气圈层的结构如下图：从地球表面向上，大约到90Km高度，大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎无什么变化，具有这样特性的大气层叫均质大气层(简称均质层）。
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第二章燃烧与大气污染在大气污染物浓度较高的城市，烟尘、NOx和SO2等主要是由燃料燃烧产生的。
本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理、以及如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。
第一节燃料的性质燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。
常规燃料：煤、燃料油和天然气非常规燃料：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列。
燃料按物理状态可分为：（1）气体燃料：气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。
（2）液体燃料：液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。
（3）固体激料：固体燃料的燃烧则受此二种现象控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。
一、煤煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体。
煤的可燃成分主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。
1.煤的分类：(1)褐煤：褐煤是由泥煤形成的初始煤化物。
是煤中等级最低的一类，形成年代最短。
呈黑色、褐色、或泥土色，其结构类似木材。
水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低。
(2)烟煤：烟煤的形成历史较褐煤为长．呈黑色．外形有可见条纹。
成焦性较强，且含氧量低．水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的一般应用。
(3)无烟煤：无烟煤是碳含量最高．煤化时间最长的煤。
它具有明亮的黑色光泽，机械强度高。
碳含量一般高于93％，无机物含量低于10％，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃。
2.煤的工业分析煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳，以及故测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。
①水分：水分包括外部水分和内部水分。
测定外部水分的方法是：称取一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318—323K温度下干燥8h，取出冷却．干燥后所失去的水分质量占煤样原来质量的百分数就是煤的外部水分。
测定内部水分的方法是将上述失去外部水分的煤样继续在375—380K下干燥约2h．所失去的水分质量占试样原来质量的百分数即内部水分。
两部分水分之和即为煤所含的全水分。
②灰分：灰分是煤中不可燃矿物物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加工的不同而异。
煤中灰分的存在，降低了煤的热值，也增加了烟尘污染及出渣率。
高灰分、的熔点的煤极易结渣，使煤不能充分燃烧，从而影响热效率。
③挥发分：挥发分系煤干馏时所释放出的气态可燃物质．通过将风干的煤样在1200K的炉个加热7min而测定。
挥发分主要由氢气、碳氢化合物、一氧化碳及少量的硫化氢等组成。
在相同的热值下，煤中挥发分越高，就越容易燃着，火焰越长，越易燃烧完全但含量过高容易污染环境。
④固定碳：从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分。
是煤的主要可燃物质。
3.元素分析元素分折是用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧等的含量。
碳和氢是通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量而测定的。
氮含员的测定是在催化剂作用下使煤中氮转变为氨，继而用碱吸收，最后用酸滴定。
测定硫的含量，是将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合韧物上加热、使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而决定的。
4.煤中硫的形态煤中含有四种形态的硫：黄铁矿硫(FeS2)。
硫酸盐硫(MeSO4)、有机硫(C X H Y S Z)和元素硫。
(1)硫化铁硫：代表为黄铁矿硫，煤中主要的含硫成分，呈独立相分布，可转变为顺磁性物质，吸收微波能力强，可采用不同的物理或化学方法除去。
(2)有机硫：可分为原生有机硫：来源于成煤植物蛋白质的原生质。
次生有机硫：是在成煤时期，在形成黄铁矿的同时分离心来的。
有机硫分与煤中有机质构成复杂的分子．不宜用一般重力分选的办法除去，需要采用化学方法进行脱硫。
(3)硫酸盐硫：硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏(CaSO4·2H2O)为主，含量少。
5.煤的成分表示法常用基准有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。
（1）收到基：以包括全部水分和灰分的燃料作为100％的成分，即锅炉燃料的实际成分可表示为：C ar + H ar + O ar + N ar + S ar + A ar + W ar =100%ar—收到基成份（2）空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分表示法。
C ad + H ad + O ad + N ad + S ad + A ad + W ad =100%ad—空气干燥基成份（3）干燥基：以去掉全部全部水分的燃料作为100％的成分表示法。
C d + H d + O d + N d + S d + A d =100%ad—干燥基成份（4）干燥无灰基：以去掉水分和挥发分的燃料作为100％的成分表示法。
C daf + H daf + O daf + N daf + S daf =100%daf—干燥无灰基成份干燥无灰基因为避免了水分和灰分的影响，故而比较稳定。
煤矿通常提供的煤质资料为干燥无灰基成分。
二、石油液体燃料的主要来源，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组成。
三、天然气典型的气体燃料，组成一般为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％，含碳更高的碳氢化合物也可能存在与天然气中。
四、非常规燃料根据来源，非常规燃料可分为如下几类：(1)城市固体废弃物；(2)商业和工业固体废弃物；(3)农产物及农村废物；(4)水生植物和水生废物；(5)污泥处理厂废物；(6)可燃性工业和采矿废物；(7)天然存在的含碳和含碳氢的资源；(8)合成燃料。
第二节燃料燃烧过程一、影响燃烧过程的主要因素1．燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量(光和热)的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。
多数化石燃料完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸气。
不完全燃烧过程将产生黑烟、一氧化碳和其它部分氧化产物。
2．燃料完全燃烧的条件综上所述，要使燃料完全燃烧．必须具备如下条件。
(1)空气条件：很显然，燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。
如果空气供应不足，燃烧就不完全。
相反空气量过大，也会降低炉温．增加锅炉的排烟损失。
(2)温度条件：燃料只有达到着火温度．才能与氧化合而燃烧。
着火温度系在氧存在下可燃质开始燃烧所必须达到的最低温度。
各种燃料都具有自己特征的着火温度，按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。
(3)时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。
燃料在高温区的停留时间应超过燃烧所需时间。
(4)燃料与空气的混合程度：燃料和空气中氧的充分混合也是有效燃烧的基本条件。
二者需充分混合。
混合程度取决于空气的湍流度。
适当的控制这四个因素——空气与燃料之比、温度、时间和湍流度，是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的，评价燃烧过程和燃烧设备时，必须认真地考虑这些因素。
通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“三T”。
二、燃烧的理论空气量1.理论空气量单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。
它由燃料的组成决定，可由燃烧方程式计算求得。
建立化学方程式时通常假定：(1)空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为79.1/20.9=3.78(2)燃料中的固定态氧可用于燃烧。
(3)燃料中的硫主要被氧化成SO2.(4)热力型氮氧化物的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略。
(5)燃料中的氮在燃烧时转化为氮气和一氧化氮，一般以氮气为主。
(6)燃料的化学式为C x O y S z O w,其中x、y、z、w分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。
由此得燃烧方程式：C x O y S z O w+(x+y/4+z-w/2)O2+3.78(x+y/4+z-w/2)NxCO2+y/2H2O+zSO2+3.78(x+y/4+z-w/2)N2+Q 则理论空气量V a0=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/kg2．空气过剩系数定义：把超过理论空气量多供给得空气量称为过剩空气量。
并把实际空气量V a与理论空气量V a0之比定义为空气过剩系数。
用α表示。
α＝V a/ V a03.空燃比定义：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可由方程式求得。
如甲烷在理论空气量下的完全燃烧：CH4+2O2+7.56N2CO2+H2O+7.56N2则空燃比为AF=(2*32+7.56*28)/(1*16)=17.2三、燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物有：CO2、CO、SO x、NO x、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等。
这些都是有害物质，它们的形成与燃烧条件有关。
从图2－4可以看出，温度对各种燃烧产物的绝对量和相对量都有影响。
【例2－3】例2—1 某燃烧装量采用重油作燃料，重油成分分析结果如下(按质量)：C 88.3％；H 9．5％；S 1.6％；H2O 0.05％;灰分0.10％。
试确定燃烧1kg重油所需要的理论空气量。
解：以1 kg重油燃烧为基础，则’重量(g) 摩尔数(mol) 需氧数(mol)C 883 73.58 73.58H 95 47.5 23.75S 16 0.5 0.5H2O 0.5 0.0278 0所以理论需氧量为73.58＋23.75十0.5＝97.83mol／kg重油。
假定干空气中氮和氧的摩尔比(体积比)为3.76，则1kg重油完全燃烧所需要的理论空气量为97.83×(3.78十1)＝467.63mol／kg重油即467.63×22.4/1000＝10.47m3N／kg重油四、热化学关系式燃烧过程是放热反应、释放的能量(光和热)产生于化学键的重新排列。
单位燃料完今燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下(通常为(298K和1atm)的热量变化，称为燃料的发热量，单位是kJ／kg〔固体、液体燃料)或kJ／m3(气体燃料)。
4f；Vh一25(9H／f广外’M J (2—4)奴个rfff和队分别大示燃料中氢和水分的质民h分数。
2燃料设备的热损失燃烧设备的热损失．主要包括排烟热损失、不完金燃烧热损失和炉体散热损失等。
(1)排烟热损失：这是由于排烟带走了一部分热量造成的。
一般锅炉排烟热损失为6－12％。
(2)不完全燃烧热损失:包括化学不完全燃烧和机械不完全燃烧造成的热损失。
前者是由于烟气中含有残余的可燃气体所造成的，主要为CO，还有少量的H2、CH4等。
机械不完全燃烧热损失是由于灰中含有末燃尽的碳造成的，它包括灰渣损失．飞灰损失、调煤损失。