導論Chapter5大氣污染控制技術ppt課件

1、環(huán)境科學與工程導論華南理工大學環(huán)境科學與工程學院吳錦華 副教授11015987大氣污染及治理技術除塵技術脫硫、脫氮技術大氣污染吸收、吸附、催化技術剛剛過去的二十世紀發(fā)生的8次艱苦的世界公害有5次是由于工業(yè)廢氣而引發(fā)的大氣污染(其它3次為工業(yè)廢水引發(fā)的水源污染)，呵斥大量的人畜死亡，森林、植物被毀，影響極其深遠。自1800年以來，隨著工業(yè)化和城市化的開展，廢氣排放量逐年添加，特別是近50年，大氣污染程度遠遠超越前150年。酸雨、粉塵、沙塵肆虐、氣候變化異常、地球外表溫度升高、南北極冰川逐漸消融，南極上空臭氧層“空洞、大量森林被毀和“沙漠化 。中國大氣污染1999年

2、全國主要因熄滅煤炭產(chǎn)生的二氧化硫的排放量已到1858萬噸，煙塵排放量1159萬噸，工業(yè)粉塵排放量1175萬噸，這些數(shù)字使中國成為世界上大氣污染物排放量最大的國家之一。我國又是繼歐洲、北美之后的世界第三大酸雨中心。20年來，我國死亡率增幅最大的是肺癌，城市中每10萬人就有近40人死于這種可怕的疾病。肺癌的死亡率與大氣污染、特別是其中懸浮顆粒物中的多環(huán)芳烴等有機物有顯著相關性。廣東大氣污染情況城市首要污染物為氮氧化物，其次為總懸浮顆粒物和降塵，二氧化硫污染相對較輕，空氣質(zhì)量較差的是廣州、佛山和江門，梅州和河源較好。二氧化硫佛山和廣州兩市超標；全省氮氧化物廣州、佛山、深圳、東莞、中山和珠海六市超標；

3、全省總懸浮顆粒物清遠、云浮、江門、陽江、佛山和廣州六市超標。屬于重酸雨區(qū)的城市有廣州、韶關、深圳、佛山、江門、清遠、東莞和潮州。大氣污染一、大氣污染定義 由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)介入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度和到達了足夠的時間，而危害了人體的溫馨、安康及福利。飄塵 10m 可長時間 漂浮于大氣降塵 10m 在較短時間內(nèi)沉降到地面總懸浮微粒TSP) 100m 的一切固體顆粒 粉塵 (dust) 1 m 200m 先懸浮后沉降煙 (fume) 0.01m 1m 漂浮于大氣霧 (fog) 100m 懸浮于大氣的小水滴飛灰 fly ash) 特指燃料熄滅產(chǎn)生的較細的灰份黑煙 smoke) 特指

4、燃料熄滅產(chǎn)生的可見的氣溶膠主要污染物1、顆粒污染物分類 顆粒污染物是指固體粒子、液體粒子或它們在氣體介質(zhì)中的懸浮體，又稱為氣溶膠形狀污染物氣態(tài)污染物分類刺激眼睛，破壞中樞神經(jīng)，破壞植物生長影響呼吸系統(tǒng)功能 危害O3、PAN、醛、酮硫酸霧、硫酸鹽 成分陽光照射下，NOX、CmHn與氧化劑共同 反響生成的蘭色煙霧SO2與水霧、重金屬飄塵、NOX共同反響 產(chǎn)生光化學煙霧 硫酸煙霧 類別續(xù)表1. 按能源性質(zhì)和污染物組成及反響2. 按排放源類型3. 按污染物產(chǎn)生類型大氣污染分類1、按能源性質(zhì)和大氣污染物組成及反響2. 按排放源類型 點源 面源 線源 延續(xù)源 瞬時源3. 按污染物產(chǎn)生類型 燃料熄滅 工業(yè)消

5、費 交通運輸除塵技術除塵器分類重力沉降室旋風除塵器濕式除塵器電除塵器布袋除塵器除塵器分類重力沉降室除塵效率：4070優(yōu)點：簡單、投資少、易維護缺陷：占地大，除塵效率低運用：初級除塵重力沉降室重力沉降室是利用重力作用使塵粒自然沉降而從氣流中分別的一種最簡單的除塵安裝。這種安裝具有構造簡單、造價低、耗能小、便于維護管理的特點，而且可以處置高溫氣體，處置最高煙氣溫度普通為350-550，其阻力普通為50-130Pa。重力沉降室體積較大，除塵效率較低，普通為40%-60%，且只能去除粒徑大于40-50m的大顆粒，普通作為預除塵器運用。不同粒徑的塵粒的沉降速度可用Stokes公式求出沉降室內(nèi)氣流的速度由

6、粉塵的密度和粒徑來確定，普通為0.2-2.0m/s。旋風除塵器各部件對除塵效率的影響除塵效率：平均80左右優(yōu)點：簡單、投資少、易操作缺陷：磨損嚴重，旋風子易堵運用：多級除塵的預除塵旋風除塵器原理表示圖筒體直徑 筒體高度H 排氣管伸入 筒體的深度 排灰口影響要素旋風除塵器旋風除塵器是使含塵氣體作旋轉(zhuǎn)運動，利用離心力作用將塵粒從氣流中分別并捕集下來的安裝。這種除塵器歷史悠久運用近100年、運用廣泛普及多種工業(yè)部門、型式繁多達百種以上、構造簡單、沒有運動部件、造價廉價、維護管理方便，除塵效率普通達85%-90%。旋風除塵器的構造旋風除塵器由進氣管、筒體、錐體和排出管組成。旋風除塵器可分為單管、多管和

7、組合式三類。按入口方向可分為切向入口和軸向入口按入口位置可分為上入口和下入口。通常為干式，好像時噴淋液體那么為濕式任務原理含塵氣流從切線進口進入除塵器后，沿外壁由上向下作旋轉(zhuǎn)運動，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外旋流。外旋流到達錐體底部之后，轉(zhuǎn)而向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排向機外。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)旋流。外旋流和內(nèi)旋流的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的。濕式除塵器除塵效率：90以上優(yōu)缺陷幾種常用濕式除塵器水膜除塵器、 斜棒柵式除塵器、文丘里式除塵器、 噴淋塔式除塵器運用：中、小型機組采用， 大型機組普通不采用Gaseous emission controlGas OutletGas InletLiquid Pool

8、Liquid inletLiquid outletParticle collectorsGas outletWater inletWater outletGas inletVenturi ScrubberPlate Scrubber 板式Liquid outGas outLiquid inGas inplatesPacked Bed Scrubber填料式Preformed Spray Scrubber 噴霧式Preformed Spray Scrubber 噴霧式Gas-Atomized Centrifugal Scrubber 氣體霧化氣體霧化 水膜除塵器原理 濕式除塵和旋風除塵結合起來，

9、提高效率，減少磨損 溢流水槽的設計使內(nèi)壁水膜均勻設計特點：文丘里式效率：95以上液氣比： 0.261.30kg/m3效率：99以上液氣比：0.672.68kg/m3噴淋塔式缺陷能耗大，耗水量大有廢液、泥漿處置問題在冰冷地域運用需防凍 可同時除塵和除有害氣體 構造簡單，造價低 能處置濕度大、溫度高的氣體優(yōu)點布袋除塵器除塵效率：99.5以上按清灰方式分類 機械振打式 逆氣流式 脈沖反沖式優(yōu)缺陷運用：對布袋不易呵斥腐蝕的氣體的除塵任務步驟： 1.過濾 2.清灰布袋除塵器原理表示圖布袋除塵器外觀實例優(yōu)點缺陷 構造簡單，造價及運轉(zhuǎn)費用低 可提高干法脫硫的脫硫率 處置高溫、高濕度、腐蝕性氣體應慎選濾袋 濾

10、袋易破損 阻力損失大 除塵效率高，處置量大 體積和占地面積都很大靜電除塵器任務原理及設備構造優(yōu)缺陷除塵效率：99以上運用：300MW以上機組均采用靜電除塵器原理、構造主要構件： 電暈極 集塵極 清灰安裝外形圖靜電除塵器外形優(yōu)點除塵效率高能耗低，壓損小處置煙氣量大，耐高溫缺陷鋼耗大，占地面積大制造、安裝、運轉(zhuǎn)的要求高對粉塵特性敏感揮發(fā)性有機污染物 (VOCs)控制技術現(xiàn)狀 每年排放量2000萬噸 廣東珠三角地域是重污染區(qū)： 四氯乙烯、三氯甲烷、苯、 甲苯、硝基苯等理化特性蒸氣壓 0.01 psia (0.0007atm)沸點 260 碳氫化合物水溶性、脂溶性控制技術吸附吸收熄滅冷凝吸附 把氣體中

11、的污染物如氣體和液體吸附在顆粒外表進展分別的技術，常用的吸附劑有活性炭、樹脂、分子篩等。吸附過程種類兩種類型物理吸附經(jīng)過分子力吸附在吸附劑外表，過程可逆?；瘜W吸附經(jīng)過化學鍵吸附在吸附劑外表，過程不可逆。活性炭吸附及再生置換 & 再生吸附飽和 置換無法再生時置換吸附劑再生經(jīng)過物理或化學的方法使污染物從吸附劑上脫附實現(xiàn)吸附劑再生、污染物去除或資源化利用活化原始資料水果皮, 果核煤, 植物纖維 石油物 絕氧焙燒 1560o to 1740o F 產(chǎn)物 多孔性活性炭活性炭granularpelletizedpowderedcoconut shell, 3500X magnification活性炭吸附塔

12、活性炭吸附塔吸收Absorption is the mass transfer of pollutants from the gas to the liquid phase which is driven by a concentration gradient at the gas-liquid interfaceAbsorption is useful whenthe concentration of pollutant in gas is highthe gas is highly soluble in the solventpollutants are inorganic compoun

13、ds such as hydrocarbons吸收的運用Choosing an Absorbent chemically similar to the absorbaterelatively nonvolatilenoncorrosive, nonflammableinexpensive and readily availablelow viscosity, low freezing pointlow in toxicity, chemically stable填料Packing material is used to increase the surface area of the towe

14、r, which improves collection efficiencyeach shape has a unique surface area and associated gas pressure dropRaschig ringPall ringTelleretteBerl SaddleIntalox SaddlePROCESS DESCRIPTIONDefinition: Absorption process is the transfer of gaseous contaminants from a gas phase to a liquid phase.Technical t

15、erms: absorbent: liquid to absorb gas contaminants (e.g. water); absorbate: gaseous contaminants (SO2, H2S, NH3?); carrier gas: inert portion of gas stream (e.g. air); interface: area where two phases contact; solubility: capability of a contaminant dissolving in a liquid.PROCESS DESCRIPTION1) No ch

16、emical reactions for the contaminants with large solubility in absorbent:2) Chemical reactions exist between contaminants and absorbent for less soluble contaminants: H2S (gas)H2S (dissolved in water)NH3 (gas) NH3 (dissolved in water)Two types of absorption process:NaOH + SO2 + O2Na2SO4 + H2OHCl (ga

17、s)HCl (dissolved in water)EQUIPMENT DESCRIPTION(Venturi Scrubbers)Characteristics:highest collection efficiencies;high pressure drop;different design based on the water injection and throat type;relatively shorter contact time between gas and liquid;lower gas rates and high liquid-to-gas ratios for

18、efficient absorption.EQUIPMENT DESCRIPTION(Spray tower)Characteristics: simplest device; low pressure drop; low removal efficiency; suitable for extremely soluble contaminants;(liquid, e.g. water)EQUIPMENT DESCRIPTION(Packed column)dirty air clean airCharacteristics: most common equipment; large sur

19、face area for gas-liquid contact; packing materials determine surface area and cost; pressure drop from 0.25 to 1 in./ft.熄滅Combustion alters the chemical form of the pollutant by oxidizing it to a specific end product, evolving heat in the process fueloxidized productsoxidant incomplete productsdilu

20、ent diluentCombustion is useful whenAdsorption and absorption are not feasible熄滅為維持熄滅的進展，需求外加熱源. an outside source of heat energy must be provided.inject enough fuel gas into the air-rich effluent to bring a portion of the mass into the combustible range and thereby heat the remainder to the ignitio

21、n temperature. 熄滅Residence time varies with effluent type, method of incineration, and burner type turbulence Incomplete combustiontemperature, residence time, or mixing ratioby products.secondary control systems火焰熄滅American Environmental International, Inc. (AEI)硫化物控制技術幾類污染物的污染特性SO2控制技術選擇Low sulfur

22、 coal, cokeLow sulfur heavy fuel oilLow sulfur gas oilLimestone injection/Fluidized bed combustionFlue gas desulfurization (FGD)Advanced flue gas desulfurizationSO2 的消減兩種途徑：稀釋作用：轉(zhuǎn)化成無害或有價值的化合物燃煤中消減SO2燃煤清洗: 經(jīng)過清洗或者脫硫技術，降低硫在燃煤中的含量 化學轉(zhuǎn)化: 經(jīng)過Ca(OH)2或 CaCO3在煙氣中脫硫煙氣脫硫SO2 在燃煤中的消減煤轉(zhuǎn)化: 硫被氣化并與水氣反響生成硫化氫, H2SH2S 可

23、以經(jīng)過以下反響得以消減:注：目前運用和推行的脫硫技術主要是燃煤清洗和堿吸收部分氧化化學復原氮氧化物控制技術Emissions of ConcernHydrocarbonsNitrogen Oxides (NOx)toxicityphotochemical smogCarbon MonoxideOther EmissionsEmissions of ConcernHydrocarbonsNitrogen OxidesCarbon Monoxide (CO)toxicityOther EmissionsEmissions of ConcernHydrocarbonsNitrogen OxidesC

24、arbon MonoxideOther Emissionssmogacid raintoxicityCatalytic ConverterAdvantagesoxidizes HCs and CO and reduces NOx to H2O, CO2, and N2most effective technology to dateDisadvantagesoperates only for a narrow range of fuel/air ratiosNOx-richCO, HC-leaninefficient at temperatures below 400Closs of effi

25、ciency with agepoisoning of catalystsulfur and phosphorusCatalystsOxidationPlatinumoxidizes CO & HCCerium Oxideoxidizes CO using H2OPalladiumReductionRhodiumreduces NO to N2EngineExhaust PipeOxidizing CatalystReducing CatalystExhaust PipeCatalytic ConverterControl Technologies (NOx)Post flame treatment: add a reducing agent which transforms the NOAutosStationary sourcesAlternative Fuels: AlcoholAdvantagesavailabilitybetter efficiencyfewer emissions than gasolinelow sulfur contentDisadvantageslow energy contentmore aldehydes in exhaust than gasmo