大气污染与温室效应 PPT

• 估算：物料衡算法（见例）
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产品估算法
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经验估算法
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估测估算法
重油：C 88.3%；S 1.6%；H2O 0.5%；灰分 0.10%，确 定理论空气量、产物量 1kg重油中
• 主要污染物
1、含硫化合物
• 大气中的含硫化合物有SO2、H2S、H2SO4以及各种硫酸盐。
• 硫是地壳中含量相当丰富的一种元素，几乎所有的燃料都含有硫， 各种金属矿也多为硫化矿，因此在发电、取暖、冶金、化工等过程 中，都会有大量的含硫方气或硫化物颗粒排入大气中，其中最主要 的就是SO2、H2S。
• 碳：可燃元素。
• 1 kg纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ的热量。 • 不完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。 • 无烟煤含碳量约90%~98%，一般煤的含碳量约50%~95%。
• 氢：是燃料中发热量最高的元素。
• 煤中氢的含量为2%~10% • 1 kg氢完全燃烧时能放出120500 kJ的热量。
概念 • 边界层：又叫摩擦层、行星边界层，是受下垫面
影响的空气层次，高度范围1000~2000m，气象 要素分布有明显的地域特点
3、逆温与逆温层
• 概念、特点： • 有多个逆温层存在，且存在具有时效性，对流层逆温层对
污染物的扩散具有重要影响，是环境监测、评价和保护重 要区域
• 逆温及逆温现象、逆温对物质水平/垂直扩散的影响
• 燃料燃烧所需要的氧一般从空气中获得
• 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
• 理论空气量由燃料的组成决定．可根据燃烧方程 式计算求得
•按化学反应的需氧量而供给的空气量。
•液体燃料完全燃烧时所需的理论空气量
C+O2─→CO H2+O2─→H2O S+O2─→SO2
燃烧1kg碳需用氧=2.67 kg 燃烧1kg氢需用氧=8 kg 燃烧1kg硫需用氧=1 kg
• 过剩空气系数一般在1.05~1.25之间
• 取决于以下几个方面： 1.燃料情况，烧煤、烧气还是烧油 2.通风情况，自然通风还是强制通风 3.炉内气氛，是正压还是负压
• 通过仪表可直接测定过剩空气系数，一 般是通过测定烟气中的含氧（氧气、一 氧化碳）量
• 《炼油工程师手册》 P505 过剩空气系数
在实验室内进行燃料分析时的试样成分
C a d H a d O a d N a d S a d A a d W a d 1 0 0 %
煤的分类和组成
✓ 干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基 更能反映出灰分的多少
C d H d O d N d S d A d 1 0 0 %
烟煤：热值为4200~7500kcal/kg
• 形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％，成焦性较强 • 挥发分在10% ~40%之间，适于炼焦、气化、动力燃料
无烟煤：热值为4200~7500kcal/kg
• 煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差 • 挥发分小于10%，适于民用、冶金、建材、气化
逆温示意图
逆温层对污染物扩散的影响
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
描述大气状态的参量
1、 温度
表示方法及换算 物体温度的确定 温度的水平分布、周期变化 温度的垂直分布、温度层结、温度廓线
2、 湿度
3、 大气环流与风
用风矢表示，由风向秆和风羽组成。
风向秆: 指出风的业向，下图表示8个方位，另外还有16个方位的。 风羽: 由3、4个短划和三角表示大风风力，垂直在风向杆末端右侧 （北半球）
燃油 燃烧器类型 自然通风 1.25 强制送风 1.20
燃气
1.20 1.15
空燃比
• 空燃比：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量
• 空燃比可由燃烧方程式直接求得 • 汽油理论空燃比约为14.7
不一定完全燃烧
• 例甲烷在理论空气量下的完全燃烧的空燃比计算为：
6、 燃烧产生的污染物（回顾）
热化学关系式
• 排污量的计算
1、烟气体积计算
• 理论烟气体积：理论空气量下的烟气体积
• 烟气体积和密度的校正：根据气体方程将烟气换算为标气
• 过剩空气校正：因为一般存在过剩空气，所以实际烟气应为理
论烟气体积与过剩空气量之和。可用奥氏分析仪测定烟气成分与过剩系 数。
2、排污量的计算与估算
• 可根据燃烧方程计算排污量，参考教材。
• 空气供应不足，燃烧就不完全 • 空气量过大，会降低炉温，增加锅炉排烟损失 • 因此，有必要按燃烧不同阶段供给相适应的空气量
温度条件
• 着火温度：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、气体燃料的顺序亡升。
• 为什么燃气和油料更容易着火，甚至爆炸？
• 燃料只有达到着火温度．才能与氧化合而燃烧
• 常见燃料的着火温度见教材
• 燃烧的维持：燃烧过程的放热速率高于向周围的散热速率， 从而维持较高的温度
为什么燃气和油 料更容易着火
时间条件
• 燃料在高温区的停留时间应不短于燃料燃烧所需要 的时间
• 停留时间由燃烧室的大小、形状和燃料燃烧速度 （即温度）共同决定
• 煤中硫的形态
煤的分类和组成
• 煤的成分的表示方法
要确切说明煤的成分，必须同时指明百分比的基准，常用的
基准有以下四种：
✓ 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分
✓ 空气干C 燥a r 基 ：H 以a r 去 O 掉a 外r 部N 水a r 分 的S a 燃r 料A 作a r 为W 10a 0r % 的1 0 成0 分% ，即
燃料与空气的混合条件
• 燃料和空气的充分混合可加快燃烧过程，混合程度 则取决于空气的湍流度
• 混合不充分，将导致不完全燃烷
• 对于气相的燃烧，湍流可加速液体燃料的蒸发
• 对于固体燃料，湍流有助于破坏燃烧产物在燃料颗 粒表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利用 率．并使燃烧过程加速
5、 燃料燃烧的理论空气量
✓ 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
C d a f H d a f O d a f N d a f S d a f 1 0 0 %
煤的分类和组成
• 煤的成分的表示方法及其组成的相互关系
第二节 大气污染的主要产生过程：燃烧
1. 燃烧过程及燃烧产物 燃烧过程是可燃物的快速氧化过程（放热反应）
大气污染对人主要表现为呼吸道疾病，另外降低能见度导 致紫外线强度城市比农村少10～25%，城市佝偻发病率增 加
大气污染使植物生理机制受抑制，生长不良，抗病抗虫能 力减弱，甚至死亡
大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量
酸雨使河湖、土壤酸化、鱼类减少甚至灭绝，森林发育受 影响
燃烧与大气污染
燃料性质
• 请仔细阅读教材
煤的分类和组成
• 煤的成分分析
✓ 工业分析（ proximate analysis ）
测定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分。估测碳含量和热值， 是评价工业用煤的主要指标。
✓ 元素分析（ห้องสมุดไป่ตู้ultimate analysis ）
用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、 氮、硫和氧的含量。
煤的分类和组成
理论空气量的计算
空气其他成分与氧气的 比：氧21，其他79
空气过剩系数
• 燃料完全燃烧所需实际空气量取决于理论空气量和“三T”条件 • 实际燃烧中的 “三T”条件不可能达到理想程度，为使燃料完全
燃烧必须供给过量空气 • —般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量
• 实际空气量与理论空气量之比即为空气过剩系数
Ql4 2 2 4 3 61 .6 81 3 . 81 78 95 22d . 7 d
气体燃料的发热值
1标准立方米燃料完全燃烧时所放出的热量，单位kJ/nm3。
高发热值： 低发热值：
Qh Σyiqh i Ql Σyiql i
燃料设备的热损失
• 主要包括： • 排烟热损失 • 不完全燃烧热损失 • 炉体散热损失
发热量
• 燃料的发热量：单位燃料完全燃烧，在状态相同条件下，初始反 应物与反应终产物之间的热量变化(通常为298K和1atm)
• 单位：kJ／kg或kJ／m3
• 高位发热量包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热
• 低位发热量是指燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时完全燃烧所 释放的热量
• 一般燃烧设备小的排烟温度均远远超过水蒸汽凝结温度，因此大 部按低位发热量计算燃料发热量
• 湍流混合 燃料与空气的混合条件
• 链式反应 释放的热量足够维持燃烧
• 适当的控制这些因素：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”
空气条件
• 燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气 量
大气污染与温室效应
• 严格环境管理 • 技术措施研究与应用： • 生产工艺改进与提高 • 综合利用 • 高烟囱、废气净化
• 绿化造林
大气和大气污染
大气的组成 • 大气组成相对稳定
2、对流层
• 对流层的高度 • 特点：温度垂直分布、对流交换强、温湿度分布 • 对流层的分层：常见的有边界层概念、逆温层等
面条可燃
• 煤中水分由表面（外部）水分和吸附（内部）水分组成。
• 外部水分可以靠自然干燥除去。
• 内部水分要放在干燥箱中加热到102~105C，保持2h后才 能除掉。
• 灰分：是燃料中不可燃矿物质。
煤的分类和组成
• 煤的基本分类
褐煤：热值为3000~4000kcal/kg
• 最低品位的煤，形成年代最短 • 挥发分大于40%，适于烧锅炉、气化
大气环流
• 大气环流是影响大气污染物扩散的重要因素 • 大气环流包括纬向环流和经向环流 • 我国及其大部分国家与人口集中在北温带，该地带上空盛行稳
定的西风气流，称为西风带
• 由于大气环流的作用，大气污染具有了全球性
地 转 角 速 度 与 地 转 力
4、 能见度
• 概念 • 分级：根据能见距离的不同，分为10级，见下表（表中视
• 重点了解和掌握煤炭、石油、天然气， 同种燃料产地不同，可能性质差异巨大
• 新能源：太阳能、水能、风能、生物能、 核能等对环境保护的作用 太阳能发电及其悖论
• 水能、风能、生物能（生物柴油、沼气 等）实际上是广义的太阳能
燃料分类
部分燃料的元素组成及发热值
燃烧的本质：高温条件下剧烈的化学反应
燃料组成对燃烧的影响
燃料组成对燃烧的影响
• 氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发 热量
• 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%~1.5%
• 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。 前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为 SO2和SO3，其中SO2占95%以上。
燃料组成对燃烧的影响
• 水分：
• 温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响（见后图） • 燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响
3. 燃烧产物与温度的关系
也就是污染物
4.燃烧条件
• 影响完全燃烧的条件：
用风机灭火
• 空气条件 充足的空气。过小，气量不足；过大，温度不能保证。
• 温度条件 达到着火点
• 时间条件 燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间
程为“白日视程”，单位m）
大气污染对气候与 生态环境的影响
对气候的影响
• 以CO2等气体的“温室效应” 为例 • 另外，气溶胶对气候也有重要影响，如降低大
气能见度、增加云雾量等
对生态环境的影响
• 对生态环境的影响主要表现为对生物原始生境的改 变，及生物对生态环境改变的适应，包括：
• 原始生态环境破坏：生物发生适应，不适应者被淘汰 • 原始生态环境毁灭：原生物灭绝，但可能引入或创生新物种 • 原始生态环境灭绝（可逆）：生物消失，但可恢复 • 原始生态环境灭绝（不可逆）：生物消失且不可恢复
燃料发热量计算
燃料油发热值
1公斤燃料完全燃烧时所放出的热量，单位kJ/kg。 (1)根据燃料油元素组成（质量百分数）计算: 高发热值： Qh339. 1 12 45 7 6 C 1.018H. 8 O6 )2(S
低发热值： Q l 339 1 .0 13 4 0 7 1. C 00 8 0 . O 2 8 2 )H 6 52 .( (2)根据燃料油的相对密度计算:
✓完全燃烧的产物：CO2、H2O ✓不完全燃烧的产物： CO2、H2O & CO、黑烟及其
他部分氧化产物 ✓如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO ✓空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx
2. 燃烧过程产生的污染物
• 燃烧可能释放的污染物： CO2、CO、SOx、NOx、CH 烟、飞灰、金属及其氧化物等