第七章氣體污染物控制技術(shù)new

第二篇大氣污染控制工程第五章大氣污染與空氣質(zhì)量管理第六章顆粒污染物控制技術(shù)第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)第八章機(jī)動車污染控制技術(shù)第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)第一節(jié)氣態(tài)污染物凈化原理第二節(jié)二氧化硫污染控制技術(shù)第三節(jié)氮氧化物污染控制技術(shù)第四節(jié)揮發(fā)性有機(jī)污染物控制技術(shù)第五節(jié)大氣污染物稀釋法控制技術(shù)第一節(jié)氣態(tài)污染物凈化原理吸收：利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中溶解度的不同，或與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將有害組分從氣流中分離出來的過程。特點：捕集效率高、設(shè)備簡單、一次性投資低，廣泛用于氣態(tài)污染物處理；但也存在運行費用較高，運行維護(hù)較復(fù)雜，吸收劑富液需后續(xù)處理等缺點。物理吸收化學(xué)吸收專一性吸收效率高吸收速度快吸收類型一、吸收法（一）吸收平衡物理吸收時，常用亨利定律來描述氣液相間的平衡。常壓或低壓下的稀溶液溶質(zhì)在氣相和液相中的分子狀態(tài)相同pi*——i組分在氣相中的平衡分壓，Paxi

——i組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)Ei

——i組分的亨利系數(shù)，Paci

——i組分在液相中的濃度，kmol/m3Hi

——i組分的溶解度系數(shù)，kmol/(m3?Pa)（二）吸收速率方程雙膜理論氣膜界面液膜界面氣液平衡（三）吸收設(shè)備要求：氣液有效接觸面積大，處理能力大，分離效果好，設(shè)備壓損小，結(jié)構(gòu)簡單，操作穩(wěn)定，投資和運行費用低。擴(kuò)散控制化學(xué)反應(yīng)速度較快氣液相間傳質(zhì)較慢化學(xué)反應(yīng)速度較慢氣液相間傳質(zhì)較快增加相際接觸面增加過程推動力降低吸收溫度大液氣比提供足夠液相體積和反應(yīng)空間動力學(xué)控制（三）吸收設(shè)備類型原理舉例液膜表面吸收器液體依靠其流動性、濕潤性在固體表面鋪展開來，氣體在固定的液膜表面吸收降膜吸收器填料吸收器機(jī)械液膜吸收器鼓泡吸收塔氣泡表面吸收器氣相以氣泡形式分散于大量液相中進(jìn)行吸收篩板塔其它板式塔液滴表面吸收器利用摩擦力和慣性力，以機(jī)械霧化、氣流霧化等方式，使液體呈液滴分散于氣相中進(jìn)行吸收噴霧塔噴射吸收器機(jī)械噴灑吸收器（三）吸收設(shè)備篩板塔—氣泡填料塔—液膜噴霧塔—液滴吸附：利用多孔固體表面存在的未平衡的分子引力或化學(xué)鍵力，將氣體混合物中某一組分或某些組分吸留在固體表面上，從而分離氣體混合物的過程。二、吸附凈化特點：捕集效率高、能回收有用組分、設(shè)備簡單、操作方便、易于自動控制，但吸收容量一般不高。尤其適于分離低濃度有害氣體或處理排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的廢氣。吸附劑吸附質(zhì)（一）吸附過程作用力反應(yīng)溫度吸附熱選擇性可逆性吸附層物理吸附范德華力低溫小無可逆單/多分子層化學(xué)吸附化學(xué)鍵力較高溫大有不可逆單分子層1、物理吸附與化學(xué)吸附2、吸附劑（1）比表面積大、吸附容量大、選擇性好；（2）具有一定的粒度、較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)/熱穩(wěn)定性；（3）來源廣泛、價格低廉。3、吸附劑再生（1）加熱解吸；（2）降壓或真空解吸；（3）置換再生（二）吸附裝置——固定床半連續(xù)吸附流程A1吸附循環(huán)A2解吸循環(huán)（二）吸附裝置——流動床回轉(zhuǎn)吸附床（二）吸附裝置

——沸騰床流化床吸附裝置1、塔板2、溢流堰3、加熱器三、催化凈化催化：使氣態(tài)污染物通過催化劑床層，經(jīng)歷催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物質(zhì)的方法。特點：（1）無需使污染物與主氣流分離，避免了它法可能產(chǎn)生的二次污染，又使操作過程簡化；（2）對不同濃度的污染物均有較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)用廣泛；（3）催化劑價格較高，廢氣預(yù)熱耗能。（一）催化作用與催化劑催化作用

——化學(xué)反應(yīng)速率因加入某種物質(zhì)而改變，而加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)在反應(yīng)終了時卻不變的作用。催化劑正催化

——加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化作用。催化劑由主活性物質(zhì)、載體和助催劑組成。1、提供大的比表面積，節(jié)約主活性物質(zhì)，提高催化劑活性2、增大催化劑的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性及熱穩(wěn)定性，延長其壽命降低活化能（二）催化反應(yīng)過程1、外擴(kuò)散過程——反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑外表面；2、內(nèi)擴(kuò)散過程——反應(yīng)物進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散；3、吸附過程——反應(yīng)物在催化劑表面上被吸附；4、表面反應(yīng)過程——反應(yīng)物在催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；5、脫附過程——反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面上脫附下來；6、內(nèi)擴(kuò)散過程——反應(yīng)產(chǎn)物從微孔內(nèi)擴(kuò)散到催化劑外表面；7、外擴(kuò)散過程——反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流；熱力學(xué)控制動力學(xué)控制（三）催化應(yīng)用舉例1、采用V2O5作為活性組分，以K2SO4作助催化劑，將高濃度SO2煙氣中的SO2氧化為SO3，再吸收生成硫酸；2、用H2S作還原劑，在浸漬硅酸鹽的活性炭存在下，可將SO2

催化氧化成元素硫；3、采用還原劑將硝酸尾氣中的NOx還原成無害的N2；4、在貴金屬催化劑或金屬氧化物地作用下，利用汽車排氣中的CO將NOx還原成N2，而CO被氧化為CO2；5、一些惡臭物質(zhì)和含碳?xì)浠衔锏膹U氣常采用催化燃燒法將其銷毀；四、燃燒凈化燃燒：通過熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉(zhuǎn)化為無害或易于進(jìn)一步處理和回收的物質(zhì)的方法。特點：（1）工藝簡單、操作方便、可回收含烴廢氣的熱能；（2）廣泛用于高濃度有機(jī)廢氣的處理；（3）廢氣中可燃組分含量低時，預(yù)熱耗能，注意熱能回收。（一）燃燒轉(zhuǎn)化中的重要參數(shù)1、空燃比——空氣與燃料的質(zhì)量比2、爆炸極限濃度范圍CmHn+(m+n/4)O2mCO2+(n/2)H2O+Q氧化？燃燒？爆炸（二）燃燒類型及裝置特點燃燒種類直接燃燒熱力燃燒催化燃燒燃燒溫度預(yù)熱至1100℃進(jìn)行氧化反應(yīng)預(yù)熱至600～800℃進(jìn)行氧化反應(yīng)預(yù)熱至200～400℃進(jìn)行催化氧化反應(yīng)燃燒狀態(tài)在高溫下滯留短時間生成明亮火焰在高溫下停留一定時間，不生成火焰與催化劑接觸，不生成火焰特點不需預(yù)熱，能回收廢氣中的熱能。只用于濃度高于爆炸下限的氣體預(yù)熱耗能較多，燃燒不完全時產(chǎn)生惡臭，可用于各種氣體燃燒預(yù)熱耗能較少，催化劑較貴，不能用于催化劑中毒的氣體燃燒裝置配焰燃燒爐離焰燃燒爐火炬燃燒器有熱回收的催化燃燒過程直接燃燒催化燃燒熱力燃燒一、燃燒前脫硫洗煤：物理、化學(xué)、生物煤炭轉(zhuǎn)化：熱解、氣化、液化第二節(jié)二氧化硫污染控制技術(shù)二、燃燒中脫硫流化床：溫度脫硫劑：石灰石、石灰、白云石三、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）石灰石/石灰法洗滌三、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）2.改進(jìn)的石灰石/石灰濕法煙氣脫硫雙堿法用堿金屬鹽類或堿類水溶液吸收SO2，后用石灰或石灰石再生解決結(jié)垢問題和提高SO2的利用率三、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）3.噴霧干燥法煙氣脫硫三、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）3.噴霧干燥法煙氣脫硫三、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）4.氧化鎂脫硫三、燃燒后脫硫（煙氣脫硫）5.氨法脫硫氨水做吸收劑氮氧化物NOxNOxNONO2熱力型NOx燃料型NOx第三節(jié)氮氧化物污染控制技術(shù)瞬時型NOx（快速型NOx）一、低NOx燃燒器（LNB）空氣分級的低NOx旋流燃燒器空氣/燃料分級的低NOx燃燒器二、選擇性催化還原脫硝（SCR）催化劑：貴金屬還原反應(yīng)——主反應(yīng)200～400oC95％的NO還原劑：氨、尿素80％～90％的NOx脫除率三、選擇性非催化還原脫硝（SNCR）還原劑：氨、尿素還原反應(yīng)——主反應(yīng)850~1100℃冷凝法吸收法吸附法燃燒法催化燃燒法第四節(jié)揮發(fā)性有機(jī)污染物控制技術(shù)一、影響污染物在大氣中擴(kuò)散的氣象要素動力因子熱力因子風(fēng)湍流大氣溫度層結(jié)大氣穩(wěn)定度第五節(jié)大氣污染物稀釋法控制技術(shù)（一）、氣象的動力因子1、風(fēng)

氣象上，空氣的鉛直運動稱為升降氣流；空氣的水平運動稱為風(fēng)。風(fēng)主要是由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。

風(fēng)向——

風(fēng)的來向。風(fēng)速——

單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動的距離。

(單位：m/s)1、風(fēng)——

風(fēng)向方位表示法：(地面風(fēng))用8個方位或16方位表示角度表示法：(高空風(fēng))以正北為零點，角度順時針增加[正北為360°(或0°)；正東90°;正南180°;正西270°]風(fēng)向的16個方位及對應(yīng)角度2、湍流風(fēng)的陣性和擺動稱為大氣湍流大氣污染物的擴(kuò)散主要靠大氣湍流的作用機(jī)械湍流熱力湍流小尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散大尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散復(fù)合尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散3、局地風(fēng)（1）海陸風(fēng)陸地海洋較暖陸地海洋較冷（2）山谷風(fēng)較冷較暖較冷較暖（3）城市熱島效應(yīng)（二）氣象的熱力因子近地層大氣溫度隨地表溫度的升高而增高隨地表溫度的降低而降低大氣絕熱過程：大氣中的某一空氣塊作垂直升降運動時與周圍空氣不發(fā)生熱量交換。1、大氣溫度層結(jié)（1）干絕熱遞減率氣溫隨高度的分布自下而上地被加熱自下而上地被冷卻?

（1）干絕熱遞減率

一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱上升時，因周圍氣壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于抵抗外界壓力而做膨脹功，則其溫度將下降；一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱下降時，因外界氣壓增大而被壓縮，外界壓力對氣塊做功并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因而其溫度將上升。i－空氣塊d－干空氣干絕熱遞減率：干空氣團(tuán)或未飽和濕空氣團(tuán)絕熱上升或下降單位高度（100m）時，溫度降低或升高的數(shù)值。單位：K/100mγd約為0.98K/100m，可近似1℃/100m

（2）氣溫遞減率氣溫隨高度增高而降低，γ為正值氣溫隨高度增高而增高，γ為負(fù)值溫度層結(jié)（層結(jié)）——氣溫沿鉛直高度的變化。氣溫垂直遞減率

——單位高差（通常取100m）下氣溫變化的負(fù)值。

（3）大氣溫度層結(jié)的四種類型A、遞減層結(jié)（正常分布層結(jié)）

氣溫隨高度的增加而遞減，γ>γd

B、中性層結(jié)

氣溫隨高度的變化等于（或近似）γd

，γ=γdC、等溫層結(jié)

氣溫隨鉛直高度增加是不變的，γ=0D、氣溫逆轉(zhuǎn)（逆溫）氣溫隨高度的增加而增加，γ<0（3）大氣溫度層結(jié)的四種類型A、遞減層結(jié)B、中性層結(jié)C、等溫層結(jié)D、逆溫zT0ABCD2、逆溫輻射逆溫下沉逆溫湍流逆溫鋒面逆溫

逆溫（按成因分）逆溫高度：逆溫層的下限。逆溫層厚度：逆溫層的上、下限的高度差。逆溫強(qiáng)度：逆溫層上、下限的溫度差。zT0Az0Bzzz000TTTTEDC接地逆溫逆溫厚度逆溫強(qiáng)度逆溫高度逆溫厚度高處逆溫層日落開始形成黎明強(qiáng)度最大日出開始消失

（1）輻射逆溫（2）下沉逆溫hh'HH'H>H'h>h'（3）湍流逆溫DCErABzT0rd混合逆溫層T1T3T2T4暖空氣冷空氣層結(jié)曲線鋒面層（4）鋒面逆溫3、大氣穩(wěn)定度

一空氣塊受外力作用產(chǎn)生上升或下降運動。當(dāng)外力去除后：

氣塊減速并有返回原來高度的趨勢——穩(wěn)定氣塊加速上升或下降——不穩(wěn)定

既不上升也不下降，保持最后狀態(tài)——中性垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即是否容易發(fā)生對流大氣穩(wěn)定度是大氣對污染源排放污染物的擴(kuò)散能力的度量（1）大氣穩(wěn)定度的判別當(dāng)γ-γd>0，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定；當(dāng)γ-γd<0，氣塊減速運動，大氣穩(wěn)定；當(dāng)γ-γd=0，大氣為中性。γ是大氣環(huán)境中的氣溫遞減率,是在太陽、地球的熱量幅射和其他氣象因素作用下形成的實際環(huán)境狀況。

γd是一質(zhì)量衡定的空氣塊在干絕熱條件下垂直升降而導(dǎo)出的氣溫垂直遞減率，是由氣態(tài)方程給定的確定值。（2）大氣穩(wěn)定度與煙流擴(kuò)散的關(guān)系波浪型：γ>0，γ>γd

大氣不穩(wěn)定，對流強(qiáng)烈，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向上下左右翻滾，呈波浪型，污染物擴(kuò)散良好；錐型：γ>0，γ≈γd

大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向擴(kuò)散，兼顧上下左右擴(kuò)散，呈圓錐型，污染物擴(kuò)散速度較波浪型慢；扇型：γ<0，γ<γd

大氣逆溫，煙流幾乎無上下流動，而沿兩側(cè)擴(kuò)散，呈扇型，煙流可能擴(kuò)散很遠(yuǎn)或下沉形成嚴(yán)重污染；屋脊型：排放口上方γ>0，γ>γd，穩(wěn)定狀態(tài)排放口下方γ<0，γ<γd，不穩(wěn)定狀態(tài)煙流向上擴(kuò)散，一般無嚴(yán)重污染；熏煙型：排放口上方γ<0，γ<γd

，不穩(wěn)定狀態(tài)排放口下方γ>0，γ>γd

，穩(wěn)定狀態(tài)煙流大量下沉，形成嚴(yán)重污染；波浪型ZT大氣穩(wěn)定度與煙流類型波浪型：γ>0，γ>γd

大氣不穩(wěn)定，對流強(qiáng)烈，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向上下左右翻滾，呈波浪型，污染物擴(kuò)散良好；錐型ZT大氣穩(wěn)定度與煙流類型錐型：γ>0，γ≈γd

大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向擴(kuò)散，兼顧上下左右擴(kuò)散，呈圓錐型，污染物擴(kuò)散速度較波浪型慢；ZT扇型大氣穩(wěn)定度與煙流類型扇型：γ<0，γ<γd

大氣逆溫，煙流幾乎無上下流動，而沿兩側(cè)擴(kuò)散，呈扇型，煙流可能擴(kuò)散很遠(yuǎn)或下沉形成嚴(yán)重污染；ZT屋脊型大氣穩(wěn)定度與煙流類型屋脊型：排放口上方γ>0，γ>γd，不穩(wěn)定狀態(tài)排放口下方γ<0，γ<γd，穩(wěn)定狀態(tài)煙流向上擴(kuò)散，一般無嚴(yán)重污染；ZT熏煙型大氣穩(wěn)定度與煙流類型熏煙型：排放口上方γ<0，γ<γd

，穩(wěn)定狀態(tài)排放口下方γ>0，γ>γd

，不穩(wěn)定狀態(tài)煙流大量下沉，形成嚴(yán)重污染；4、大氣穩(wěn)定度的分類

根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度的級別。

A－強(qiáng)不穩(wěn)定

B－不穩(wěn)定

C－弱不穩(wěn)定

D－中性

E－穩(wěn)定

F－強(qiáng)穩(wěn)定大氣穩(wěn)定度的確定方法

1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計算太陽高度角；

2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；

3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期太陽傾角經(jīng)緯度太陽高度角云量太陽輻射等級風(fēng)速大氣穩(wěn)定度等級式8-7表8-4表8-3表8-512343太陽傾角概略值大氣穩(wěn)定度的確定方法

1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計算太陽高度角；

2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；

3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期太陽傾角經(jīng)緯度太陽高度角云量太陽輻射等級風(fēng)速大氣穩(wěn)定度等級式8-7表8-4表8-3表8-51234——太陽高度角，（°）；——當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，（°）；——?dāng)?shù)氐乩斫?jīng)度，（°）；——進(jìn)行觀測的北京時間，（h）；——太陽傾角，（°）。太陽高度角大氣穩(wěn)定度的確定方法

1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計算太陽高度角；

2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；

3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期太陽傾角經(jīng)緯度太陽高度角云量太陽輻射等級風(fēng)速大氣穩(wěn)定度等級式8-7表8-4表8-3表8-51234太陽輻射等級大氣穩(wěn)定度的確定方法

1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計算太陽高度角；

2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；

3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期太陽傾角經(jīng)緯度太陽高度角云量太陽輻射等級風(fēng)速大氣穩(wěn)定度等級式8-7表8-4表8-3表8-51234大氣穩(wěn)定度的等級二、煙氣抬升高度煙羽：煙氣在水平方向的擴(kuò)散煙羽抬升高度：煙羽軸線與煙囪口間的距離?H有效煙囪高度：煙氣所達(dá)到的高度HH=Hs+?HHs：煙囪實體高度排放因素氣象因素下墊面狀況煙流噴速、煙氣溫度平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、環(huán)境空氣溫度、大氣穩(wěn)定度、逆溫層地形、建筑物構(gòu)型（一）煙氣抬升過程噴出階段：依靠煙流本身的初始動量向上噴射浮升階段：由于煙流的熱力作用（ρ煙<ρ空），促使煙流在浮力作用下上升瓦解階段：上升一定高度后，煙流與空氣充分混合，喪失浮力和動力作用隨風(fēng)飄動，氣流波動很大變平階段：大氣湍流的作用下，煙流向上下左右擴(kuò)散，煙羽越來越大（截面積）（二）煙氣抬升高度的計算

中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式：

1、當(dāng)Qh≥500×4.18kJ/s或Ts－Ta≥35K時：

式中：QH－煙氣熱釋放率，kJ/s；

Qv－實際排煙量，m3/s；－排氣筒出口處平均風(fēng)速,m/s；

Ts－煙氣出口溫度，K；

Ta－大氣平均溫度（5年平均值），K；

pa－大氣壓力，kPa；

n0－煙氣熱狀況及地表系數(shù)，見表8－6；