大氣污染控制工程課件

大氣污染控制工程馬斯河谷事件：1930年12月1～5日，比利時馬斯河谷工業(yè)區(qū)工業(yè)區(qū)處於狹窄盆地中發(fā)生氣溫逆轉(zhuǎn)，工廠排出的有害氣體在近地層積累。3天後，有人發(fā)病，癥狀為胸痛、咳嗽、呼吸困難等。一周內(nèi)有60多人死亡。心臟病、肺病患者死亡率最高。多諾拉事件：1948年10月26～31日，美國賓夕法尼亞州多諾拉鎮(zhèn)。該鎮(zhèn)處於河谷，10月最後一個星期大部地區(qū)受反氣旋和逆溫控制，加上26～30日持續(xù)有霧，使大氣污染物在近地層積累。二氧化硫及其氧化作用的產(chǎn)物與大氣中塵粒結(jié)合是致害因素。發(fā)病者

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人，占全鎮(zhèn)總?cè)丝?3%。癥狀是眼痛、肢體酸乏、嘔吐、腹瀉；死亡17人。洛杉磯光化學(xué)煙霧事件：20世紀40年代初期，美國洛杉磯全市50

多萬輛汽車每天消耗汽油約1600萬升，向大氣排放大量碳氫化合物、氮氧化物、一氧化碳。該市臨海依山，處於50千米長的盆地中，汽車排出的廢氣在日光作用下，形成以臭氧氣為主的光化學(xué)煙霧。倫敦?zé)熿F事件：1952年12月5～8日，英國倫敦市。5～8日，英國幾乎全境為濃霧覆蓋，4天中死亡人數(shù)較常年同期約多4000人：45

歲以上的死亡最多，約為平時3倍；1歲以下死亡的，約為平時2倍。事件發(fā)生的1周中，因支氣管炎死亡的人數(shù)是平時的9.3倍。

20世紀重大污染事件20世紀重大污染事件四日市哮喘事件：1961年，日本四日市。1955年以來，該市石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣嚴重污染城市空氣。重金屬微粒與二氧化硫形成硫酸煙霧。1961年，哮喘病發(fā)作。1967年，一些患者不堪忍受痛苦而自殺。1972年，全市共確認哮喘病患者達817

人，死亡10多人。米糠油事件：1968年3月，日本北九洲市、愛知縣一帶生產(chǎn)米糠油時所用的脫臭熱載體多氯聯(lián)苯，由於生產(chǎn)管理不善，混入米糠油中，人食用後中毒，患病者超過1400人。至7～8月份，患病者超過5000人，其中16人死亡，實際受害者約13000

人。水俁病事件：1953～1956

年，日本熊本縣水俁市含甲基汞的工業(yè)廢水污染水體，使水俁灣和不知火海的魚中毒，人食毒魚後受害。1972年，日本環(huán)境廳公佈：水俁灣和新縣阿賀野川下游汞中毒者有

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人，其中60人死亡。痛痛病事件：1955～1972年，日本富山縣神通川流域鋅、鉛冶煉工廠等排放的含鎘廢水污染了神通川水體。兩岸居民利用河水灌溉農(nóng)田，使稻米含鎘，居民食含鎘稻米和飲用含鎘水而中毒。1963～1979年3月，共有患者130人，其中死亡

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人。

地球誕生已經(jīng)有40多億年了。若我們將這漫長的數(shù)億年的地質(zhì)年代壓縮成百年的話，那麼在最初的32年間，地球同其他星球一樣，還是茫茫無際的荒漠。

50年後，地球上出現(xiàn)了最原始的植物和動物。而恐龍等大型爬行動物是大約在地球98歲時才出現(xiàn)的；在這虛擬的地球百年史中，我們?nèi)祟愂且粋€地地道道的新成員，來到這個世界還不到1天。然而，我們?nèi)祟惡苄疫\。歡迎我們的是一個富有生機和活力的，萬紫千紅的大花園。但是，我們這個初來者在對地球這個古老花園的改造上，卻比地球上任何其他物種做的事情都要多。大約開始於5分鐘前的工業(yè)革命，極大改善了人類的生產(chǎn)、生活條件，但也對地球造成了前所未有甚至不可恢復(fù)的的破壞。

－－地球百年地球百年我國環(huán)境問題中國就占了16個?。?！世界銀行2001年發(fā)展報告：世界污染最嚴重的城市有20個??？我國國土面積的1/3被酸雨污染，主要水系的2/5成為劣五類水，3億多農(nóng)村人口喝不到安全的水，4億多城市居民正呼吸著嚴重污染的空氣，1500萬人因此患有支氣管炎和呼吸道癌癥。據(jù)測算，2003年中國環(huán)境污染和生態(tài)破壞造成的經(jīng)濟損失占當(dāng)年GDP的15%據(jù)近期遙感調(diào)查，我國水土流失面積已占國土面積37.42%，損失的肥力折合成化肥，占全國年化肥產(chǎn)量的一倍以上；全國水庫泥沙淤積已達200億噸，相當(dāng)於減少了200座庫容一億立方米的水庫。全國已有168.9萬平方公里沙化土地，其中116萬平方公里僅靠現(xiàn)有技術(shù)難以治理，90多萬平方公里的土地正處於明顯沙化過程；近50年來我國土地沙漠化面積有三個海南省那麼大。我國每年土地沙化造成的直接經(jīng)濟損失達540億元。以上數(shù)據(jù)說明，影響生態(tài)安全的水資源安全、國土安全正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，從這個角度講，中國的環(huán)境保護任務(wù)迫在眉睫。我國環(huán)境問題核算結(jié)果表明，2004年全國廢水排放量為607.2億t，COD排放量為2109.3萬t，氨氮排放量為223.2萬t；二氧化硫、煙塵、粉塵和氮氧化物排放總量分別為2450萬t、1095萬t、905萬t和1646.6萬t；工業(yè)固體廢物排放量為1761萬t，生活垃圾堆放量為6667.5萬t。2004年全國因環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失為5118億元，占當(dāng)年GDP的3.05%。虛擬治理成本為2874億元，占當(dāng)年GDP的1.80%

——中國綠色國民經(jīng)濟核算研究報告2004

我國環(huán)境問題中國大氣環(huán)境形勢依然十分嚴峻，城市大氣污染問題依然突出。2005年監(jiān)測的522個城市中，4.2%的城市達到國家環(huán)境空氣品質(zhì)一級標(biāo)準，56.1%的城市達到二級標(biāo)準，39.7%的城市處於中度或重度污染。顆粒物仍是影響中國環(huán)境空氣品質(zhì)的首要污染物。除燃煤外，工業(yè)粉塵、地面揚塵、建築工地塵、土壤風(fēng)蝕塵等都對空氣中顆粒物濃度有較大影響，特別是可吸入顆粒物對人體健康造成的危害更大，目前大多數(shù)城市人口長期生活在可吸入顆粒物超標(biāo)的環(huán)境空氣中。人口超過百萬的特大城市，空氣中二氧化硫和顆粒物超標(biāo)比例較高，空氣品質(zhì)達標(biāo)比例偏低。近年來，城市機動車保有量快速增加。2005年，中國汽車保有量超過3100萬輛，機動車尾氣排放已經(jīng)成為大城市空氣污染的重要來源，其中氮氧化物排放量已占總量的50%，一氧化碳占85%。中小城市機動車保有量也將日益增加，如不及時提高機動車尾氣排放標(biāo)準和燃油品質(zhì)，到2015年，城市機動車污染物排放量將比2000年上升一倍。

我國大氣污染中國可持續(xù)發(fā)展能否實現(xiàn)取決於三個“極限”：2030年，實現(xiàn)人口“零增長”；2040年，實現(xiàn)能源消耗“零增長”；2050年，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境退化“零增長”——中國社科院的國情報告如何解決環(huán)境問題課程簡介系統(tǒng)介紹大氣污染產(chǎn)生、控制及排放的原理和理論基礎(chǔ)，重點論述大氣污染控制的技術(shù)和裝置以及有關(guān)設(shè)計計算問題，並結(jié)合工程應(yīng)用進行分析討論。主要參考書目童志權(quán)等編，大氣污染控制工程，2006，機械工業(yè)出版社環(huán)評郝吉明編，大氣污染控制工程，2004，高等教育出版社童志權(quán)編,工業(yè)廢氣淨(jìng)化與利用,2001,化工出版社林肇信編,大氣污染控制工程,1991,高教出版社蒲恩奇編,大氣污染治理工程,1999,高教出版社吳忠標(biāo)編,大氣污染控制工程,2002,科學(xué)出版社第一章緒論§1、大氣的組成及結(jié)構(gòu)?§2、大氣污染、污染物和污染源?§3、全球性大氣污染問題?§4、室內(nèi)環(huán)境污染?§5、大氣污染綜合防治?

§6、大氣環(huán)境標(biāo)準?§7、主要氣體參數(shù)的換算與計算?1.1.1大氣的組成幹潔空氣（N2、O2、Ar、CO2、臭氧）水汽（0.02％～6％）懸浮顆粒、大氣塵埃及其他懸浮雜質(zhì)自然狀況下的大氣是由以下幾部分組成的：大氣（atmosphere):TheentiremassofairwhichsurroundstheEarth.環(huán)境空氣（ambientair):Outdoorairtowhichpeople,plants,animalsandstructuresareexposed.1.1大氣的組成及結(jié)構(gòu)

大氣圈具有層狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)氣溫在垂直於地球表面方向上的分佈，一般將大氣分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層等5層。1.1.2

大氣層的構(gòu)成對流層是大氣圈最低的一層，其特徵是：（1）層內(nèi)氣溫隨高度增加而降低，大氣易形成強烈的對流（升降）運動；（2）厚度隨緯度增加而降低，對同一地區(qū)，其厚度夏季大於冬季；（3）集中了大氣總品質(zhì)的75%和幾乎全部的水汽，主要天氣現(xiàn)象和通常所說的大氣污染都發(fā)生在這一層，對人類活動影響最大；（4）層內(nèi)溫度和濕度的水準分佈不均勻，常發(fā)生大規(guī)模的空氣水準運動。平流層對流層頂?shù)?0～55km高度的一層稱為平流層，層內(nèi)幾乎沒有大氣的對流運動。從對流層頂?shù)?2km左右的一層，氣溫幾乎不隨高度而變化，為-55℃左右，稱為同溫層；同溫層之上，氣溫隨高度增高而上升，至平流層頂達-3℃左右，稱為逆溫層。平流層集中了大氣中大部分臭氧，在20～25km高度內(nèi)形成臭氧層。

中間層平流層頂?shù)?0～85km高度為中間層。這一層氣溫隨高度增高而降低，層頂可降到-83℃，大氣具有強烈的對流運動。暖層中間層頂?shù)?00km高度為暖層。由於強烈的太陽紫外線和宇宙射線的作用，氣溫隨高度增加而增高，層頂可達500～2000K，極為稀薄的氣體分子被高度電離，存在著大量的離子和電子，故又稱為電離層。散逸層暖層以上的大氣層統(tǒng)稱為散逸層。它是大氣的外層，氣溫很高，空氣極為稀薄，氣體離子的運動速度很高，可以擺脫地球引力而散逸到太空中。1.2大氣污染、大氣污染物和污染源1.2.1大氣污染(AirPollution)1.大氣污染的概念國際標(biāo)準化組織（ISO）定義：

大氣污染，通常是指由於人類活動和自然過程引起某些物質(zhì)進入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到足夠的時間，並因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境。

2.大氣污染的類型

①按污染所涉及的範(fàn)圍分：

局部污染、地區(qū)性污染(Area)、廣域性污染(Widely)和全球性污染(Global)。

②按能源性質(zhì)和污染物的種類分：

煤炭型主要污染物是煙塵和二氧化硫，早期與目前仍以煤炭作為主要能源的國家和地區(qū)大氣污染屬於此類。

石油型碳氫化合物和氮氧化物為主，污染形式多為光化學(xué)煙霧。混合型煤和石油共同造成。特殊型特定污染物引起。如包頭鋼鐵廠附近鐵礦含氟量高，雲(yún)南個舊砷污染嚴重。1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源1.2.2大氣污染物(Airpollutants)

⑴定義：由於人類活動或自然過程排入大氣的並對人或環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。

⑵分類：大氣污染物氣溶膠態(tài)污染物懸浮在氣體介質(zhì)中的固態(tài)或液態(tài)顆粒所組成的氣體分散體系氣態(tài)污染物粉塵（dust）炱（fume）飛灰（flyash）煙（smoke）霧（fog）化學(xué)煙霧（smog）無機氣態(tài)污染物有機氣態(tài)污染物1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源按形成過程分：一次污染物：直接從污染源排出的污染物。二次污染物：一次污染物與空氣中原有成分或幾種污染物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物。如：硫酸煙霧、硝酸及硝酸鹽氣溶膠和光化學(xué)煙霧等。二次污染物較之一次污染物危害更大。如二氧化硫在乾燥空氣中，其含量達8×10－4時，人還可以忍受，但在形成硫酸氣溶膠後，其含量僅為8×10－7時，人即不可忍受。1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源常用概念：ⅰ總懸浮顆粒(totalsuspendedparticles,TSP)：空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小於100微米的固體粒子。ⅱ可吸入顆粒(inhalableparticles，PM10)：空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小於10微米的固體粒子，不易沉降而能長期飄浮在空氣中。ⅲ降塵：空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑大於10微米的固體粒子，靠重力作用能在較短時間內(nèi)沉降到地面。在我們國家大氣環(huán)境中，影響普遍的廣域污染物為懸浮微粒、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、總氧化劑和鉛等。1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源1.2.3大氣污染源1）主要污染源有三方面：燃料燃燒工業(yè)生產(chǎn)過程交通運輸固定源流動源2）分類a.工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源和生活污染源；b.

根據(jù)污染源的幾何形狀和排放方式分為點源、線源和麵源；c.

根據(jù)污染源離地面的高度分為地面源和高架源；d.

根據(jù)釋放污染物的持續(xù)時間可分為暫態(tài)源、間斷源和連續(xù)源。1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源喀什和田庫爾勒烏魯木齊哈密阿勒泰伊寧酒泉格爾木西寧蘭州銅川額濟納旗呼和浩特太原延安西安安康鄭州武漢恩施芷江貴陽桂林南寧廣州贛州廈門福州臺北溫州杭州上海南京合肥南昌徐州青島濟南天津石家莊北京大連赤峰瀋陽長春哈爾濱嫩江海拉爾漠河長沙重慶成都西昌甘孜昆明保山江城拉薩延吉?？趫D例強沙塵暴沙塵暴揚沙南海諸島全國沙塵天氣分佈圖2002年3月18日17時～3月20日08時

大氣顆粒物沙塵暴對我國北方城市影響嚴重。由於荒漠化加劇、生態(tài)惡化，我國現(xiàn)已有24000個村莊消失，絕不能這種悲劇在城市中上演！

MostsevereinspringoverChina,KoreaandJapancausevariousproblemsinthebreathingsystem沙塵暴一次強沙塵天氣的觀測

光化學(xué)煙霧:NO2光解引發(fā)O3(臭氧)，OH自由基的產(chǎn)生碳氫化合物在氧化性大氣中的複雜反應(yīng)形成二次污染物。光化學(xué)煙霧的兩大破壞性物質(zhì)：O3和PAN(過氧乙醯硝酸酯)光化學(xué)煙霧形成過程光化學(xué)煙霧實例光化學(xué)煙霧形成前光化學(xué)煙霧形成後1952年12月倫敦?zé)熿F事件中死亡人數(shù)與大氣中煙塵和二氧化硫濃度的相關(guān)性1.2.4大氣污染的危害1）對人類健康的危害大氣污染對人體健康的危害包括急性和慢性兩方面。急性危害一般出現(xiàn)在污染物濃度較高的工業(yè)區(qū)及其附近。慢性危害是在大氣污染物直接或間接的長期作用下對人體健康造成的危害。這種危害短期表現(xiàn)不明顯，不易覺察。據(jù)我國十個城市統(tǒng)計，呼吸道疾病的患病率和檢出率在工業(yè)重污染區(qū)為30％～70％，而在輕污染區(qū)只有它的一半。2）居民生活費用增加

大氣污染造成的居民生活費用增加，包括清掃、洗滌和生活物質(zhì)損壞三方面。根據(jù)1985年估算，每年全國損失達16億元。1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源3）物質(zhì)材料破壞

排入大氣中的二氧化硫、氮氧化物、各種有機物等不僅直接腐蝕建築物、橋樑、機器和設(shè)備，而且衍生的二次污染物光化學(xué)氧化劑、酸雨等能對這些物質(zhì)材料產(chǎn)生更大的破壞。4）農(nóng)林水產(chǎn)損失

大氣污染物對我國農(nóng)業(yè)、森林、水產(chǎn)造成嚴重的危害，其中特別是農(nóng)業(yè)和森林受害最大，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、林木衰敗。1.2大氣污染、大氣污染物和污染源5）影響全球大氣環(huán)境

大氣污染物不僅污染低層大氣，而且能對上層大氣產(chǎn)生影響，形成酸雨、破壞臭氧層、氣溫升高等全球性環(huán)境問題，可能給人類帶來更嚴重的危害。1.2大氣污染、大氣污染物和污染源1.2.5我國大氣污染的現(xiàn)狀1.我國大氣污染物的排放量1.2

大氣污染、大氣污染物和污染源1.2大氣污染、大氣污染物和污染源大氣污染物環(huán)境濃度遠超出國際標(biāo)準（1995年數(shù)據(jù)）

總懸浮顆粒物 二氧化硫來源：世界銀行數(shù)據(jù)2.我國大氣污染的特點：

概括地說，我國的大氣污染是以塵和二氧化硫為主要污染物的煤煙型污染。北方城市的污染水準高於南方城市（尤以冬季為甚），冬季高於夏季，早晚高於中午。北方城市的突出問題是冬季（採暖期）的顆粒物污染和二氧化硫污染，南方城市則是二氧化硫造成的酸雨和高硫煤地區(qū)的二氧化硫污染。

1.2大氣污染、大氣污染物和污染源

這一特點主要是由於我國能源以煤炭為主，且大部分直接燃燒，能源利用方式落後；此外南方土壤偏酸性，對酸緩衝能力弱，也有利於酸雨的形成。1.2大氣污染、大氣污染物和污染源

隨著機動車數(shù)量的劇增，機動車尾氣已成為北京、上海、廣州等大城市中大氣污染物的重要來源。我國特大城市的空氣污染正由煤煙型向混合型轉(zhuǎn)變。1.2大氣污染、大氣污染物和污染源3．我國城市大氣污染現(xiàn)狀

仍處於污染較重的水準。

在監(jiān)測的340個城市中，僅有142個城市達到環(huán)境空氣品質(zhì)二級標(biāo)準（居住區(qū)標(biāo)準），占41.7％；空氣品質(zhì)為三級和劣於三級標(biāo)準的城市占58.3％。監(jiān)測結(jié)果表明，顆粒物和SO2仍是影響我國城市空氣品質(zhì)最主要的兩種污染物。在監(jiān)測的340個城市中，有54.4％的城市顆粒物濃度超過二級標(biāo)準，顆粒物污染較重的城市主要分佈在西北、華北、中原和四川東部。有25.6％的城市SO2超過二級標(biāo)準，SO2污染較重的城市主要在山西、河北、河南、湖南、內(nèi)蒙古、陝西、甘肅、貴州、四川和重慶地區(qū)。

2003年，由SO2和NOx造成的酸雨污染仍然是我國大氣污染的主要問題之一。

1.3

全球性環(huán)境問題溫室效應(yīng)：溫室氣體吸收的長波輻射部分反射回地球，從而減少了地球向外層空間散發(fā)的能量，使空氣和地球表面變暖。

2．溫室氣體對全球氣候的影響

大氣中二氧化碳含量的變化人為排放的CO2不斷增加和森林植被的大量破壞，破壞了CO2產(chǎn)生和吸收的自然平衡，大氣中CO2的體積分數(shù)已從1750年的280×10-6增加到目前的360×10-6左右（圖1－2）。預(yù)計到21世紀中葉，大氣中CO2的體積分數(shù)將達到540×10-6～970×10-6。除CO2外，大氣中其他溫室氣體的含量也在不斷增加。200多年前大氣中CH4的體積分數(shù)為800×10-9，1992年增加到1720×10-9。工業(yè)革命前，大氣中N2O的體積分數(shù)為285×10-9，現(xiàn)在已升至310×10-9，每年以0.2％～0.3％的比例增加。全球平均氣溫的變化20世紀是過去2000年中最溫暖的100年。阿姆斯特丹（荷）佈雷斯特（法）毫米毫米毫米年希維諾烏伊希切（波）全球變暖引起海平面上升20世紀上升最快，從1900年全球平均上升10-20釐米

近50年全球平均海平面上升工業(yè)革命以來氣候變化的輻射強迫增溫降溫溫室氣體

大氣氣溶膠（懸浮在大氣中的0.001到幾十微米的顆粒物）鹵化碳N2OCH4CO2氣溶膠間接效應(yīng)土地利用（反照率）平流層臭氧硫酸鹽化石燃料燃燒(有機碳)生物質(zhì)燃燒對流層臭氧化石燃料燃燒(黑碳)礦塵航太航空凝結(jié)尾流卷雲(yún)太陽變化IPCC，2001增溫？降溫？可信度高中等中等低很低很低很低很低很低很低很低很低輻射強迫W.m-2能否抵消溫室氣體的增溫效果3．氣候變化對自然界和人類的影響雪蓋和冰川面積減少；海平面上升；降水格局變化；氣候災(zāi)害事件增加；影響人類健康；對農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。1.3全球性環(huán)境問題1.3

全球性環(huán)境問題4．應(yīng)對措施

（1）控制氣候變化的措施

(a)控制溫室氣體的排放

(b)增加溫室氣體的消耗

(c)適應(yīng)氣候變化

（2）控制氣候變化的國際行動

1992年《氣候變化框架公約》；

1997年《京都議定書》；

2005年2月16日，《京都議定書》正式生效。1.3.2臭氧層破壞

2000年南極上空臭氧洞面積首次超過2800萬km2，相當(dāng)於4個澳大利亞的面積。2005年9月9－10日，南極上空臭氧洞面積創(chuàng)記錄的達到3000萬km2。1.3

全球性環(huán)境問題1956－1994年測得的總臭氧全球平均值注：Dobson單位－將0°C，標(biāo)準海平面壓力下，10-5m厚的臭氧

定義為一個Dobson單位臭氧層破壞機理：大氣平流層中的活性催化物質(zhì)通過自由基鏈式反應(yīng)消除O3Y+O3→YO+O2YO+O→Y+O2消耗臭氧層物質(zhì)：

（1）奇氫類HOx（H、OH、HO2）

（2）奇氮類NOX(NO、NO2)（3）奇鹵類XOX(Cl、ClO、Br、BrO)：氟利昂（CFCs）和溴氟烷（Halons,哈龍）

1.3

全球性環(huán)境問題

保護臭氧層受到了國際社會的關(guān)注。1985年，28個國家通過了保護臭氧層的《維也納公約》，1987年46個國家聯(lián)合簽署了《關(guān)於消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，提出了8種受控物質(zhì)削減使用時間的要求。1990年、1992年和1995年的三次議定書締約國國際會議擴大了受控物質(zhì)的範(fàn)圍，現(xiàn)包括氟利昂（CFCs）、哈龍（CFCB）、四氯化碳（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）、氟氯烴（HCFC）和甲基溴（CH3Br）等，並提前了停止使用的時間。修改後的議定書規(guī)定，發(fā)達國家1994年1月停止使用哈龍，1996年1月停止使用氟利昂、四氯化碳、甲基氯仿。發(fā)展中國家2010年全部停止使用這四種ODSs。中國1992年加入了《蒙特利爾議定書》。1.3

全球性環(huán)境問題南極臭氧洞問題在南極的春天（每年10月），南極大陸上空氣柱臭氧總量急劇下降，形成一個面積與極地渦旋相當(dāng)?shù)臍庵粞蹩偭亢艿偷牡貐^(qū)。南極臭氧洞是一種自然現(xiàn)象。它是由南極冬季盛行的強大環(huán)極環(huán)流造成。這種環(huán)流結(jié)構(gòu)造成了南極上空平流層極低的溫度（-84℃以下），以致在南極上空經(jīng)常出現(xiàn)極地平流層雲(yún)，有利於臭氧的破壞過程，再加上冬季無太陽輻射，臭氧產(chǎn)量極低，便在極區(qū)形成了臭氧濃度極低的氣團。另一方面，南極的環(huán)極渦旋阻止了極區(qū)大氣與中低緯度大氣的交換。南極臭氧洞變化1.3.3酸雨1．酸雨問題

酸雨是指pH<5.6的酸性降水，但現(xiàn)在泛指以濕沉降或幹沉降形式從大氣轉(zhuǎn)移到地面的酸性物質(zhì)，濕沉降包括降落地面的酸性雨、雪，幹沉降則指降落地面的酸性顆粒物。1.3

全球性環(huán)境問題2.酸雨形成機理（1）降水中酸的來源

SO42-和NO3-是酸雨的主要成分，它們主要是由SO2和NOx轉(zhuǎn)化而來。

二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸的途徑主要有：（a）催化氧化作用，即在大氣中顆粒物所含F(xiàn)e、Mn等的催化下二氧化硫與氧反應(yīng)生成三氧化硫，再與水汽結(jié)合，形成硫酸氣溶膠；（b）光氧化作用，二氧化硫經(jīng)光量子激化後與氧結(jié)合成為三氧化硫；（c）二氧化硫與光化作用形成的自由基結(jié)合形成三氧化硫。1.3

全球性環(huán)境問題NOX轉(zhuǎn)化為硝酸的機理與SO2類同。（2）雨水酸化機制

酸雨形成的機制一般分成兩個過程污染物的雲(yún)內(nèi)成雨清除過程：水蒸氣凝結(jié)在硫酸鹽、硝酸鹽等微粒組成的凝結(jié)核上，形成液滴，液滴吸收SOx、NOx和氣溶膠粒子，並互相碰撞、絮凝而結(jié)合在一起形成雲(yún)和雨滴；雲(yún)下沖刷清除過程：雲(yún)下的酸性物質(zhì)被雨滴從大氣中捕獲、吸收、沖刷帶走。1.3

全球性環(huán)境問題水的低pH值使得魚的骨骼畸形生長，最終導(dǎo)致死亡引起樹木的大量不正常死亡嚴重腐蝕建築物3.酸雨的危害4.中國酸雨的分佈變化酸雨區(qū)域分佈範(fàn)圍基本穩(wěn)定，2004年降水年均pH值小於5.6（酸雨）的城市主要分佈在華中、西南、華東和華南地區(qū)。華中酸雨區(qū)污染最為嚴重，降水年均pH值（≤5.6）為酸雨的城市占58.3%，酸雨頻率大於80%的城市比例達21.4%。湖南和江西是華中酸雨區(qū)酸雨污染最嚴重的區(qū)域。華南酸雨區(qū)主要分佈在廣東以珠江三角洲為中心的東南部和廣西東部。降水年均pH值小於5.6的城市比例為58.9%，與上年相比，華南地區(qū)酸雨污染加重。西南酸雨區(qū)以四川的宜賓、南充、貴州的遵義和重慶為中心，降水年均pH值小於5.6的城市比例為49.0%；與上年相比，酸雨污染有所緩和。華東酸雨區(qū)分布範(fàn)圍較廣，覆蓋江蘇省南部、浙江全省、福建沿海地區(qū)和上海。高酸雨頻率（≥80%）和高酸度降水（pH≤4.5）的城市比例僅次於華中酸雨區(qū)，分別為21.0%和14.6%。北方城市中的北京，天津，河北的秦皇島和承德，山西的侯馬，遼寧的大連、丹東、錦州、阜新、鐵嶺、葫蘆島，吉林的圖們，陝西的渭南和商洛，甘肅的金昌降水年均pH值小於5.6。

中國2004年酸雨分析我國酸雨的化學(xué)特徵5.對策及措施:

1972年以來，歐洲、美國、加拿大等國家召開了一系列國際會議，研討控制酸雨的對策，提出了削減SO2和NOx排放的協(xié)定。20世紀80年代，中國政府組織了較大規(guī)模的研究和監(jiān)測，其後制定了SO2排放標(biāo)準和SO2排汙收費等一系列政策法規(guī)，1998年國務(wù)院批復(fù)了國家環(huán)保局上報的酸雨控制區(qū)和SO2污染控制區(qū)（兩控區(qū)）方案。目前，中國正在大規(guī)模開展包括燃料脫硫、燃燒過程脫硫和煙氣脫硫在內(nèi)的各種減排SO2工作。為了控制NOx對酸雨的貢獻，中國從2004年開始實行了NOx排汙收費制度，並將制定其他減排NOx的措施。1.3

全球性環(huán)境問題1.4

室內(nèi)環(huán)境污染

1.4.1

室內(nèi)環(huán)境污染定義

室內(nèi)環(huán)境是指採用天然材料或人工材料圍隔而成的小空間，是與外界大環(huán)境相對分隔而成的小環(huán)境。室內(nèi)環(huán)境主要是指居室環(huán)境，從廣義上講，也包括教室、會議室、辦公室、候車（機、船）大廳、醫(yī)院、旅館、影劇院、商店、圖書館等。我國於2002年11月9日發(fā)佈了《室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準》(GB／T18883—2002)，該標(biāo)準於2003年3月1日正式開始實施。

1.4.2室內(nèi)環(huán)境污染分類1.化學(xué)污染燃燒型污染，如SO2、顆粒物等；烹調(diào)油煙；各種裝修材料、家俱、塗料所含或釋放的污染物，如甲醛、苯系物、氨等；家庭使用的化學(xué)品，如洗滌劑、化妝品、洗潔劑等；吸煙的煙霧。1.4

室內(nèi)環(huán)境污染

2.物理污染放射性污染電磁輻射污染光污染3.生物因素細菌、真菌（包括真菌孢子）、花粉、病毒、生物體有機成分等，帶來生物污染，在這些生物污染因數(shù)中有一些是人類呼吸道傳染病的病原體，有些是過敏原。1.4

室內(nèi)環(huán)境污染

1.4.3室內(nèi)空氣污染控制1.污染源控制：從源頭著手避免或減少污染物的產(chǎn)生，或利用屏障設(shè)施隔離污染物，不讓其進入室內(nèi)環(huán)境。2.通風(fēng)：借助自然作用力或機械作用力將不符合衛(wèi)生標(biāo)準的污濁空氣排至室外或排至空氣淨(jìng)化系統(tǒng)，同時，將新鮮空氣或經(jīng)過淨(jìng)化的空氣送入室內(nèi)。1.4

室內(nèi)環(huán)境污染

3.室內(nèi)空氣淨(jìng)化活性炭吸附：利用活性炭或活性炭纖維吸附和催化氧化污染物，對消除香煙氣味、裝飾塗料氣味、家俱氣味、分解臭氧效果十分理想。光催化淨(jìng)化室內(nèi)空氣：利用紫外光在封閉或半封閉空間裏，由光催化反應(yīng)將室內(nèi)的有害氣體分解為無毒害的CO2、H2O等小分子物質(zhì)。常用的催化劑是納米二氧化鈦。另外，該催化體系在紫外光激發(fā)的同時，能有效殺滅一些細菌和病毒。靜電集塵、臭氧殺菌、負氧離子、濾網(wǎng)過濾等。1.4

室內(nèi)環(huán)境污染

1.5.1綜合防治的基本概念大氣污染綜合防治的基本點是防、治結(jié)合，以防為主，是立足於環(huán)境問題的區(qū)域性、系統(tǒng)性和整體性之上的綜合?；舅枷胧菕袢》?、行政、經(jīng)濟和工程技術(shù)相結(jié)合的措施，合理利用資源，減少污染物的產(chǎn)生和排放，充分利用環(huán)境的自淨(jìng)能力，實現(xiàn)發(fā)展經(jīng)濟和保護環(huán)境相結(jié)合。1.5大氣污染綜合防治1.5.2大氣污染綜合防治措施1．嚴格的環(huán)境管理立法、監(jiān)測、執(zhí)法三者構(gòu)成了完整的環(huán)境管理體制。2．全面規(guī)劃，合理佈局1.5大氣污染綜合防治3.控制大氣污染的經(jīng)濟措施必要的環(huán)境保護投資環(huán)保投資占國民生產(chǎn)總值（GNP）的比例，發(fā)展中國家為0.5－1％，發(fā)達國家為1－2％我國目前比例為0.7－0.8％，希望能達到1.5％實行“污染者和使用者支付原則”，可採用的經(jīng)濟手段：建立市場（排汙許可證制度等）稅收手段（污染稅、資源稅等）收費制度（排汙費等）財政手段（生態(tài)環(huán)境基金等）責(zé)任制度（賠償損失和罰款等）1.5大氣污染綜合防治4．控制大氣污染的技術(shù)措施實施可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略包括：（a）改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，提高清潔能源和低污染能源的供應(yīng)比例；（b）提高能源利用率，節(jié)約能源；（c）對燃料進行預(yù)處理，推廣清潔煤技術(shù)；（d）積極開發(fā)新能源和可再生能源，如水電、核電、太陽能、風(fēng)能等。實行清潔生產(chǎn)，推廣迴圈經(jīng)濟，包括改革生產(chǎn)工藝，優(yōu)先採用無污染或少污染的工藝路線、原料路線和設(shè)備；加強企業(yè)管理，減少污染物的排放；開展綜合利用，企業(yè)內(nèi)部或各企業(yè)間相互利用原材料和廢棄物實現(xiàn)廢物資源化、產(chǎn)品化，減少污染物排放總量。對煙（廢）氣進行淨(jìng)化處理1.5大氣污染綜合防治5.強化對機動車污染的控制從源頭上控制汽車尾氣污染嚴格控制在用車尾氣的排放加強規(guī)劃，優(yōu)先發(fā)展城市公交事業(yè)，控制城市汽車總量，減輕汽車尾氣污染6.高煙囪稀釋擴散7.綠化造林，發(fā)展植物淨(jìng)化1.5大氣污染綜合防治1.6大氣環(huán)境標(biāo)準1.6.1大氣環(huán)境標(biāo)準的種類依用途分為環(huán)境空氣品質(zhì)標(biāo)準大氣污染物排放標(biāo)準大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準大氣污染警報標(biāo)準依適用範(fàn)圍國家標(biāo)準地方標(biāo)準行業(yè)標(biāo)準1.6.2環(huán)境空氣品質(zhì)標(biāo)準1．制定環(huán)境空氣品質(zhì)標(biāo)準的原則要保證人體健康和維護生態(tài)系統(tǒng)不被破壞；要合理協(xié)調(diào)與平衡實現(xiàn)標(biāo)準的經(jīng)濟代價和所取得的環(huán)境效益之間的關(guān)係，以確定社會可以負擔(dān)得起並有較大收益的環(huán)境品質(zhì)標(biāo)準；要遵循區(qū)域的差異性。各地區(qū)的環(huán)境功能、技術(shù)水準和經(jīng)濟能力有很大差異，應(yīng)制定或執(zhí)行不同的濃度限值。1.6

大氣環(huán)境標(biāo)準2．我國的大氣環(huán)境品質(zhì)標(biāo)準（1）我國的空氣環(huán)境品質(zhì)標(biāo)準(GB3095-1996)取代1982年《大氣環(huán)境品質(zhì)標(biāo)準》規(guī)定了二氧化硫、總懸浮顆粒、可吸入顆粒物、鉛、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、苯並比和氟化物等九項指標(biāo)。將環(huán)境空氣品質(zhì)分為三級，將環(huán)境空氣品質(zhì)功能區(qū)分為三類。1.6

大氣環(huán)境標(biāo)準1.6大氣環(huán)境標(biāo)準空氣污染指數(shù)（API）及其報告監(jiān)測專案（共五項）：可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和臭氧。API與環(huán)境空氣品質(zhì)的對應(yīng)關(guān)係空氣污染

指數(shù)(API)空氣品質(zhì)級別空氣品質(zhì)狀況0～50Ⅰ優(yōu)51～100Ⅱ良101～200Ⅲ輕度污染201～300Ⅳ中度污染>300Ⅴ重度污染污染指數(shù)污染物濃度InTSPSO2NOx5001.0002.6200.9404000.8752.1000.7503000.6251.6000.5652000.5000.2500.1501000.3000.1500.100500.1200.0500.050空氣污染指數(shù)的計算方法首先根據(jù)第k種污染物實測濃度值選定其濃度和分指數(shù)值所在區(qū)間，查出ρk,j，ρk,j+1，Ik,j，Ik,j＋1，由下式算出分指數(shù)值：各種污染物的污染分指數(shù)都計算出以後，取最大者為該區(qū)域或城市的空氣污染指數(shù)API，則該種污染物即為該區(qū)域或城市空氣中的首要污染物。1.6大氣環(huán)境標(biāo)準（2）工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準（TJ36-79）由於我國現(xiàn)行的《環(huán)境空氣品質(zhì)標(biāo)準》GB3095－1996中只有9種污染物的標(biāo)準，在實際工作中會碰到更多的大氣污染物，在國家沒有制定它們的環(huán)境品質(zhì)標(biāo)準前，可以參考執(zhí)行我國1962年頒佈並於1979年修訂的《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準》TJ36－79中的“居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度”部分。此外，為保護作業(yè)工人的健康，該標(biāo)準還規(guī)定了“車間空氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度”限值。1.6大氣環(huán)境標(biāo)準（3）室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準（GB/T18883－2002）為保護人體健康，預(yù)防和控制室內(nèi)空氣污染，我國於2002年11月首次發(fā)佈了《室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準》GB/T18883－2002，該標(biāo)準對室內(nèi)空氣中19項與人體健康有關(guān)的物理、化學(xué)、生物和放射性參數(shù)的標(biāo)準值作了規(guī)定。1.6.3大氣污染物排放標(biāo)準1.大氣污染物綜合排放標(biāo)準（GB16297-1996）我國1996年在1973年頒佈的《工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準》GBJ4－73基礎(chǔ)上修改制定的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準》GB16297－1996，規(guī)定了33種大氣污染物的排放限值，其指標(biāo)體系為最高允許排放濃度、最高允許排放速率和無組織排放監(jiān)控濃度限值。任何一個排氣筒必須同時達到最高允許排放濃度和最高允許排放速率兩項指標(biāo)，否則為超標(biāo)排放。該標(biāo)準規(guī)定，凡位於國務(wù)院批準劃定的酸雨控制區(qū)和二氧化硫控制區(qū)的污染源，其二氧化硫排放除執(zhí)行本標(biāo)準外，還應(yīng)執(zhí)行總量控制標(biāo)準（詳見GB/T13201－91）。1.6大氣環(huán)境標(biāo)準2.行業(yè)性排放標(biāo)準按照綜合性排放標(biāo)準與行業(yè)性排放標(biāo)準不交叉執(zhí)行的原則，有行業(yè)標(biāo)準的企業(yè)應(yīng)執(zhí)行本行業(yè)的標(biāo)準，其他污染源則執(zhí)行綜合排放標(biāo)準。3.制定地方大氣污染物排放標(biāo)準的技術(shù)方法（GB/T13201－91）我國於1983年制定並於1991年修訂了《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準的技術(shù)方法》。該標(biāo)準以環(huán)境空氣品質(zhì)為控制目標(biāo)，以大氣擴散模式為計算基礎(chǔ)，使用控制區(qū)排放總量允許限制和點源排放量允許限值控制大氣污染的方法，制定地方大氣污染物排放標(biāo)準。1.8大氣污染控制工程系統(tǒng)

典型的大氣污染控制系統(tǒng)一般包括污染物發(fā)生源的控制、粉塵污染物的控制、氣體污染物的控制和稀釋擴散控制等幾部分?？刂迫剂先紵^程對大氣環(huán)境的污染是典型的大氣污染控制工程系統(tǒng)，如圖所示。任重道遠！中國環(huán)境保護事業(yè)第2章大氣污染物的生成控制2.1能源與大氣污染2.2固定源燃燒過程中大氣污染物的生成機理及控制2.3燃燒計算2.4機動車大氣污染物的生成控制2.5清潔生產(chǎn)大氣污染控制工程*2.1能源與大氣污染2.1.1能源的分類

能源是能提供可利用能量的資源，可分為直接從自然界取得的一次能源和由一次能源轉(zhuǎn)換得到的二次能源。一次能源還可分為可再生能源和不可再生能源。

一次能源可再生能源風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋熱能、潮汐能、地震、火山、地?zé)岬炔豢稍偕茉椿剂希?、石油、天然氣）、核燃料（鈾、釷、氫）二次能源電能、氫能、汽油、煤油、柴油、火藥、酒精、甲醇、丙烷、硝化甘油等大氣污染控制工程*

通常還把能源分為常規(guī)能源（煤、石油、天然氣、水能、核能等）與新能源（太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能和氫能等）兩大類。能源又可分為污染型能源（化石燃料）和清潔型能源（水力、電力、太陽能、風(fēng)能和核能等）。2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程*1）能源結(jié)構(gòu)決定大氣污染的形成和特點

a.能源結(jié)構(gòu)中污染性能源（如煤、石油、天然氣等）占主體大量消耗是大氣污染形成的根本原因；

b.努力開發(fā)並盡可能採用清潔能源是減輕大氣污染的根本方法。

2）能源的利用方式與利用效率對大氣污染也有很大影響

改進能源的利用方式，提高能源的利用率是改善大氣污染的另一根本方法。如清潔煤技術(shù)（CleanCoaltechnology)2.1.2

能源利用與大氣污染2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程*2003年全球的能源需求量已達到140億噸標(biāo)準煤，其中石油占38%，煤炭占26%，天然氣占24%,核能占6%,其他能源占6%，污染型能源占88%。據(jù)預(yù)測，到2010和2050年全世界煤炭和石油的總耗量仍將分別占世界總能耗的64%和52%。我國是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消耗國，煤炭的生產(chǎn)和消耗均占世界總量的30%左右，同時，也是世界上極少數(shù)以煤炭為主要能源的國家之一。2005年我國一次能源生產(chǎn)總量約為12.3億噸標(biāo)準煤，其中煤炭占63.8%、石油18.8%、天然氣6.0%、水電和核電11.4%。我國煤炭燃燒產(chǎn)生的SO2、CO2、NOX及TSP排放量分別約占總排放量的90%、85%、60%和70%。2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程*燃料燃燒產(chǎn)生的大氣污染物黑煙（炭黑）

粉塵氮氧化物一氧化碳碳氫化合物鉛化合物二氧化硫燃料不完全燃燒含鉛汽油灰分燃料硫空氣氮和燃料氮大氣污染物主要來自燃燒過程。2.1能源與大氣污染大氣污染控制工程*2.1能源與大氣污染2.1.3

能源利用過程中的污染控制1）清潔能源的開發(fā)和利用

2）提高能源利用效率、節(jié)約能源3）研究燃燒過程中污染物的生成機理，採取適當(dāng)措施減少污染物的生成量。4）淨(jìng)化煙氣，降低排煙中已經(jīng)生成的污染物排放量。大氣污染控制工程*2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

2.2.1燃料的分類

煤（1）煤的分類褐煤：最低品位的煤，形成年代最短，水分含量高，熱值較低；煙煤：成焦性強，碳含量為75％－90％，含氧量低，適用於工業(yè)一般應(yīng)用，在空氣中比褐煤更能抵抗風(fēng)化；無煙煤：碳含量最高(>93%)，煤化時間最長，著火困難，貯存時穩(wěn)定，成焦性極差。大氣污染控制工程*（2）煤的工業(yè)分析水分水分包括外部水分（318K－323K，8h）和內(nèi)部水分（375K－380K，2h），水分使熱值降低，一般控制煤中水分在10％－13％左右。灰分煤中不可燃礦物質(zhì)的總稱。我國煤炭的平均灰分為25％。揮發(fā)分煤在與空氣隔絕的條件下加熱分解出的可燃氣體物質(zhì)。揮發(fā)分越高，就越容易燃著；但揮發(fā)分含量過高，容易直接逸出，污染環(huán)境。固定碳2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*（3）煤中硫的形態(tài)有機硫（CxHySz）黃鐵礦硫（FeS2）硫酸鹽硫（MeSO4）元素硫可燃硫灰分2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

單質(zhì)硫無機硫可燃硫在我國煤炭資源中，硫的平均品質(zhì)分數(shù)為1.11％大氣污染控制工程*（4）煤的成分表示方法一般用品質(zhì)百分數(shù)表示，通常有四種基準。

1）收到基（以下標(biāo)“ar”表示）包括水分與灰分的煤作為100％的成分，即煤的實際應(yīng)用成分。燃燒計算通常採用此方法。

2）空氣乾燥基（以下標(biāo)“ad”表示）

指去除外在水分的煤作為100％的成分。通常是在實驗室內(nèi)作煤樣分析時採用。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*（3）乾燥基（以下標(biāo)“d”表示）失去水分的煤作為100％的成分。因為排除了水分的影響，所以乾燥基能準確反映出灰分的多少。（4）乾燥無灰基（以下標(biāo)“daf”表示）失去水分、去掉灰分的煤作為100％的成分。常用以表示煤的揮發(fā)分的含量。大氣污染控制工程*

石油石油是液體燃料的主要來源。原油由鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等碳氫化合物組成，主要含有C、H，少量的S、N和O，微量的釩、鎳、鉛、砷、氯等。原油中的硫含量一般在0.1%~0.7%，大部分硫以有機硫的形式存在。在輕餾分中，硫以H2S、RSH、RSR′、RSSR′等形態(tài)存在。原油中的硫80%~90%留於重餾分中，以複雜的環(huán)硫結(jié)構(gòu)存在。重餾分與一定比例的輕油相配合而成為重油，原油中的硫大部分轉(zhuǎn)入重油中。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*3天然氣

組成一般為甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%，含碳更高的碳氫化合物也可能存在於其中。4非常規(guī)燃料城市固體廢棄物、商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物、農(nóng)產(chǎn)物及農(nóng)村廢物、水生植物和水生廢物、污泥處理廠廢物、天然存在的含碳和含碳氫的資源等。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*2.2.2煙塵的生成機理及其控制氣相析出型煙塵剩餘型煙塵酸性塵積炭粉塵2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

按煙塵的生成機理不同，可分為1.煙塵的分類及生成機理大氣污染控制工程*

根據(jù)氣體燃料和空氣混合狀況的不同，可將氣體燃料的燃燒過程分為：有焰燃燒（擴散燃燒）、無焰燃燒（預(yù)混燃燒）和半無焰燃燒三種過程。有焰燃燒（擴散燃燒）：可燃物與氧化物的混合時間遠大於燃燒反應(yīng)時間的燃燒，如可燃氣與空氣分別通入燃燒室，邊混合邊燃燒的情況屬於此類。無焰燃燒（預(yù)混燃燒）：可燃物與氧化物的混合時間遠小於燃燒反應(yīng)時間的燃燒，預(yù)先混合均勻的可燃混合氣體的燃燒屬於此類。大氣污染控制工程*脫氫分解聚合氣液固相燃料燃燒釋放可燃性氣體缺氧塵（炭黑）氣相析出型煙塵粒徑很細（如重油燃燒產(chǎn)生的炭黑粒徑在0.02~0.05μm），比表面很大，每公斤可達數(shù)萬平方米。收集下來的煙塵呈絮狀，體積大，重量輕。（1）氣相析出型煙塵2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*（2）液體燃料的燃燒和剩餘型煙塵（也稱石油焦或煤胞）工業(yè)窯爐常用的液體燃料有重油和渣油。燃料油的燃燒過程是一個複雜的物理化學(xué)過程。它包括燃料油的霧化、油霧粒子中可燃物的蒸發(fā)與擴散、可燃氣體與空氣的混合以及可燃氣體的氧化燃燒等諸過程。此外還可能有油滴熱解和裂化過程。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*液體油滴裂化熱分解氣體成分絮狀空心球焦炭（煤胞）主要發(fā)生在未完全氧化之前，熱反應(yīng)速度大於與氧氣的反應(yīng)速度。粒徑為10～300微米。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*（3）酸性塵氣相析出型煙塵和剩餘型煙塵在煙氣溫度接近露點時，吸收煙氣中的H2SO4，長大成為像雪片形狀的煙塵。酸性塵由於顆粒較大，一般沉落在煙囪附近。（4）積炭油滴附著在燃燒器、燃燒器旋口、燃燒室爐牆上，受爐內(nèi)高溫氣化而剩餘下來的煙塵。其顆粒形狀不定，但粒度較大。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*（5）粉塵固體燃料燃燒產(chǎn)生粉塵，包括飛灰和黑煙。飛灰：不可燃礦物質(zhì)黑煙：未完全燃燒的炭粒大氣污染控制工程*2.影響煙塵生成量的因素（1）燃料種類的影響

a.氣體燃料：氫氣、甲醇、乙醇燃燒時不產(chǎn)生煙塵；烯烴比烷烴易產(chǎn)生黑煙；乙炔、芳香族、鏈狀碳氫化合物易產(chǎn)生黑煙；碳氫比越高，產(chǎn)生黑煙愈多；碳原子數(shù)愈多，愈容易產(chǎn)生碳黑。

b.液體燃料：與殘留碳含量有關(guān)，油質(zhì)愈重，殘留碳越多，煙塵越多。對擴散燃燒而言2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*c.固體燃料：與燃料中灰分率有關(guān)，劣質(zhì)煤灰份高，粉塵濃度就高。易於燃燒又不易出現(xiàn)黑煙的燃料順序為：無煙煤、焦炭、褐煤、低揮發(fā)分煙煤、高揮發(fā)分煙煤。（2）燃料粒度的影響重油燃燒時，油滴的直徑越大，殘留性煙塵濃度急劇增大。固體燃料粒度越大，燃燒可能越不充分，可能使黑煙增多。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*（3）氧氣濃度和空氣過剩係數(shù)的影響空氣過剩係數(shù)＝實際供給的空氣量／理論空氣量必須保證一定大小的空氣過剩係數(shù)（1.2～1.3），使得有足夠的氧氣濃度供燃料燃燒充分。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

圖2-1排塵濃度與剩餘氧氣體積分數(shù)的關(guān)係大氣污染控制工程*（4）燃燒方式及其它因素的影響

a.對氣體燃料燃燒而言，預(yù)混（無焰）燃燒生成煙塵量少，但擴散燃燒易於控制。故大多採用擴散燃燒。

b.對固體燃料而言，燃燒爐型、燃燒溫度及煤質(zhì)情況均有影響自然引風(fēng)鍋爐的煙氣流速較低，排塵濃度也較低。但自然引風(fēng)只適用於小鍋爐．對於較大鍋爐，自然引風(fēng)會造成爐膛內(nèi)氧量不足，致使?fàn)t溫降低．燃燒不完全．熱損失較大。對於機械引風(fēng)鍋爐，需合理地控制風(fēng)量，防止引風(fēng)帶塵的濃度過高。大氣污染控制工程*爐排和爐膛的熱負荷也將對排塵濃度產(chǎn)生影響。爐排熱負荷是每平方米爐排面積上每小時燃料燃燒所釋放出來的熱量。爐排熱負荷增加，導(dǎo)致單位爐排面積上燃煤量增大，則流過爐排的氣流速度也將成正比增加，灰分被氣流夾帶而飛逸的可能性就越大。爐膛熱負荷是每立方米爐膛容積內(nèi)每小時燃料燃燒所釋放出的熱量。爐膛必須保持足夠的燃燒空間，以使燃燒逸出的可燃氣體有充分的時間進行燃燒．提高鍋爐的消煙效果。鍋爐負荷增加，煙塵濃度增大2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*爐型不同，燃料中的灰分變?yōu)轱w灰的份額不同。燃燒方式占燃料中的灰分（％）手燒爐15～20鏈條爐15～20拋煤機爐24～40沸騰爐40～60煤粉爐75～85

各爐型下的煙塵顆粒粒徑組成不同。如：手燒爐燃燒排放的煙塵中大於149微米的顆粒占51％，而煤粉爐燃燒排放的煙塵中大於149微米的顆粒只占2％。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*3.煙塵生成量的控制在燃料一定時，促進燃料的完全燃燒是減少煙塵量的主要措施。保證燃料完全燃燒的條件是適宜的過?？諝鈧S數(shù)、良好的湍流混合（Turbulence）、足夠的溫度（Temperature）和停留時間（Time），即供氧充分下的“三T”條件。

1．適宜的過量空氣係數(shù)燃燒時，如果空氣供應(yīng)不足，燃燒就不完全；相反，空氣量過大，會降低爐溫，增加鍋爐的排煙損失。因此按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量是十分必要的。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*2．改善燃料與空氣的混合燃料和空氣充分混合是有效燃燒的又一基本條件，混合不均勻就會產(chǎn)生大量的煙塵和不完全燃燒產(chǎn)物。混合程度取決於湍流度，對於蒸氣相的燃燒，湍流可以加速液體燃料的蒸發(fā)；對於固體燃料的燃燒，湍流有助於破壞燃燒產(chǎn)物在燃料顆粒表面形成的邊界層，從而提高表面反應(yīng)的氧利用率，並使燃燒過程加速。大氣污染控制工程*3．保證足夠的溫度

燃料只有達到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。著火溫度通常按固體燃料、液體燃料、氣體燃料的順序上升，如無煙煤713~773K，重油803~853K，發(fā)生爐煤氣973~1073K。在著火溫度以上，溫度越高，燃燒反應(yīng)速度越快，燃燒越完全，煙塵越少。大氣污染控制工程*4．保證足夠的燃燒時間燃料在高溫區(qū)的停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需要的時間。燃料粒子燃盡時間tb與粒子初始直徑(2r0)、粒子表面溫度T和氧氣濃度P0有關(guān)。大氣污染控制工程*圖2-2焦粒燃燒時間與初始直徑、粒子表面溫度的關(guān)係圖2-3炭黑燒掉95%所需時間大氣污染控制工程*參考：

燃盡時間計算公式的推導(dǎo)假設(shè)固體物質(zhì)的燃燒主要在其表面進行，則該燃燒速度取決於氧氣擴散到固體表面上的擴散速度和固體表面進行的化學(xué)反應(yīng)速度。以單個球形固體粒子為例，設(shè)粒子半徑為r，氧分壓為P0，粒子密度為

p。對於如下非催化氣固反應(yīng)：C（s）＋O2（g）＝CO2（g）

BAC2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*單位面積上的反應(yīng)速度為：①固體物質(zhì)B的減少表現(xiàn)為未反應(yīng)核的縮小，故②①式代入②式，得：2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*根據(jù)阿累尼烏斯公式，反應(yīng)常數(shù)與溫度的關(guān)係：假定反應(yīng)期間，T與P0均不變，則：2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*2.2.3.1燃燒過程中含硫污染物的生成1.燃料中的硫含量燃料種類不同，硫的形態(tài)與含量也有區(qū)別。天然氣、煤氣：以硫化氫為主，有機硫較少，含硫量一般小於1％。表2-2液體和固體燃料中含硫量和含氮量

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

2.2.3

含硫污染物的生成機理及控制大氣污染控制工程*

2.二氧化硫的生成燃料中的可燃硫（包括無機硫和有機硫）在燃燒條件下（空氣過剩係數(shù)大於1）全部生成二氧化硫，煤中的硫酸鹽一般轉(zhuǎn)入灰分。若空氣過剩係數(shù)小於1，有機硫?qū)⒎纸?，除SO2外，還有S、H2S、SO等。煙氣中的SO2量正比於燃料中的含硫量。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

（mg/Nm3）kgwt%m3大氣污染控制工程*3.三氧化硫的生成在一般燃燒條件下，有1％～5％的SO2會繼續(xù)氧化為SO3。其生成機理為：

a.火焰中生成的原子氧參加反應(yīng)SO2＋OSO3O2O＋Ok+k_

空氣過剩係數(shù)越大，溫度越高，反應(yīng)時間越長，SO3生成量就越多。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*b.對流受熱面上的積灰和氧化膜的催化作用生成SO3的危害：

SO3的存在會使煙氣露點溫度大大升高，易產(chǎn)生結(jié)露，而形成低溫腐蝕。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*4.硫酸SO3＋H2OH2SO42.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

這一反應(yīng)從200~250℃左右開始進行，當(dāng)煙氣溫度降到110℃時，反應(yīng)基本完成。當(dāng)溫度進一步降低時，硫酸蒸汽才凝結(jié)成硫酸液滴。如果硫酸蒸汽凝結(jié)在鍋爐尾部受熱面上，將引起低溫腐蝕，並產(chǎn)生硫酸塵。因此，鍋爐排煙溫度不能太低。排入大氣中的煙氣，與大氣混合，溫度進一步降低，煙氣中的硫酸蒸汽將再次凝結(jié)而形成硫酸霧，霧滴在大氣中的漫反射使煙氣呈白色，故又稱為白煙。大氣污染控制工程*5.酸性塵含有硫酸蒸汽的煙氣，當(dāng)溫度降低到露點以下，硫酸蒸汽將凝結(jié)在微小的煙塵粒子表面，然後，這些粒子凝結(jié)在一起，長大成雪片狀的酸性塵。另外，鍋爐尾部、金屬煙道和煙囪被硫酸腐蝕生成的鹽類和含酸粉塵脫落後也形成酸性塵。

2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

排入大氣中的SO2，由於金屬飄塵的觸媒作用，也會被空氣中的氧氧化為SO3，遇水汽形成硫酸霧，再與粉塵結(jié)合而形成酸性粉塵，或者被雨水淋落而產(chǎn)生硫酸雨。大氣污染控制工程*2.2.3.2

SOX的生成控制

1.SO2生成控制生成控制方法有：採用低硫燃料、燃料脫硫、以及燃燒過程脫硫。（1）燃料脫硫

1）

煤炭洗選脫硫：是指通過物理、化學(xué)或生物的方法對煤炭進行淨(jìng)化，以去除原煤中的硫。原煤經(jīng)過洗選既可脫硫又可除灰，提高煤炭品質(zhì)和熱能利用效率。

2003年，我國煤炭年產(chǎn)量約為15億噸，入洗率為38.6%，全硫脫除率為45%~55%，硫鐵礦硫脫除率60%~80%。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*

目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣的是物理選煤方法中的跳汰選煤、重介質(zhì)選煤和浮選三種。跳汰選煤通過流體作用下不斷變化過程，使原本為不同類型顆粒混合物的床層呈現(xiàn)出以密度差別為主要特徵的分層，從而使煤中密度大的硫鐵礦與有機質(zhì)分離。b.重介質(zhì)選煤用密度介於煤與煤矸石之間的懸浮液作為分選介質(zhì)的選煤方法。目前國內(nèi)外普遍採用磁鐵礦粉與水配製的懸浮液作為選煤的分選介質(zhì)。c.浮選包括泡沫浮選、浮選柱、油團浮選、表面和選擇性絮凝等，實際生產(chǎn)中最常用的是泡沫浮選和浮選柱。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*2）煤的氣化：煤炭氣化是在一定的溫度和壓力下，通過加入氣化劑使煤轉(zhuǎn)化為煤氣的過程。它包括煤的熱解、氣化和燃燒三個化學(xué)反應(yīng)過程。煤氣化所用的原煤可以是褐煤、煙煤或無煙煤。氣化劑有空氣、氧氣和水蒸氣，近年來也開始用氫氣以及這些成分的混合物作氣化劑。生成氣體的主要成分有CO、CO2、H2、CH4和H2O，氣化介質(zhì)為空氣時，還帶入N2。

煤氣化後便於淨(jìng)化除去硫和灰分煤氣中的硫主要以硫化氫存在，多用濕法－幹法去除。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

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大氣污染控制工程*3）煤的液化：煤的液化是將固體煤在適宜的反應(yīng)條件下轉(zhuǎn)化為潔淨(jìng)的液體燃料和化工原料的過程。根據(jù)提高煤中含氫量的過程不同，煤液化工藝可分為直接液化、間接液化和煤油共煉三種。我國石油資源比較缺少，而煤炭儲量豐富，因此，煤的液化是解決我國石油緊缺的重要途徑之一。同時，煤的液化還便於回收利用煤中的硫和氮，環(huán)境效率顯著。大氣污染控制工程*4）氣體燃料脫硫

在煤炭氣化過程中，煤中的絕大部分硫轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S等氣相產(chǎn)物進入煤氣，小部分殘存於灰渣中。現(xiàn)在的煤氣淨(jìng)化除了脫硫以外，通常還包括NH3、CO2、C6H6、HCN等物質(zhì)的脫除與回收利用。煤氣淨(jìng)化的費用約占整個煤氣生產(chǎn)費用的50%。天然氣和煤氣等氣體燃料中含硫主要是H2S和有機硫，大多數(shù)情況下，有機硫被轉(zhuǎn)化為H2S加以脫除。目前脫除H2S的方法很多，如吸收法、液相催化氧化法、吸附法和氣固相反應(yīng)法等。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*5）液體燃料脫硫通常，石油及石油產(chǎn)品的脫硫，幾乎都可以採用加氫脫硫或加氫裂解的方法，使原料中的硫化物與氫起催化作用，碳硫鍵斷裂，氫取而代之生成H2S，可以很容易地從油中分離出來，同時還可以除去油中的含氮化合物。RSR＋2H2→2RH＋H2SC5H5N＋5H2→C5H12＋NH3

大氣污染控制工程*（2）燃燒過程脫硫

1）燃燒過程加脫硫劑脫硫

在煤燃燒過程中加入的脫硫劑石灰石或白雲(yún)石粉受熱分解生成CaO和MgO，再與煙氣中的SO2結(jié)合生成硫酸鹽進入爐渣和煙塵。脫硫劑的熱分解

CaCO3＝CaO＋CO2

Ca(OH)2＝CaO＋H2O脫硫反應(yīng)

Ca(OH)2＋SO2＝CaSO3＋H2O

CaO＋SO2＝CaSO32.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

750℃以下，困難

大氣污染控制工程*中間產(chǎn)物的氧化和歧化反應(yīng)

2CaSO3＋O2＝2CaSO4

4CaSO3＝CaS＋3CaSO4脫硫產(chǎn)物的高溫分解反應(yīng)

CaSO3＝CaO＋SO2

CaSO4＝CaO＋SO2＋O分解溫度1040℃分解溫度1320℃在850℃~950℃的流化床鍋爐內(nèi)脫硫較為合適。大氣污染控制工程*工業(yè)燃煤爐有層燃爐、懸燃爐和流化床爐三類。層燃爐是中、小型工業(yè)鍋爐的主要燃燒方式，是將較大塊的煤撒在爐排上呈層狀燃燒。向?qū)尤紶t直接噴射石灰石利用率很低。懸燃爐是使用細煤粉懸浮於爐膛空間燃燒的一種鍋爐，燃燒完全，但飛灰量大，一般用於大型鍋爐。爐溫可達1600℃，工業(yè)上一般不在這類鍋爐中加石灰石粉脫硫。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*流化床爐系使碎煤（目前國內(nèi)多採用8mm以下的粒度）在料層中呈流態(tài)化狀態(tài)燃燒的設(shè)備。流化床爐是工業(yè)上爐內(nèi)脫硫的主要爐型。摻有一定比例石灰石粉的燃料在流化床內(nèi)的適宜溫度(850℃~950℃)下進行燃燒和脫硫反應(yīng)，可獲得高的脫硫率。流化床爐是一種有利於環(huán)境保護的爐型。爐內(nèi)溫度適當(dāng)可使NOX生成量和灰分中鉀、鈉的揮發(fā)大為減少。大氣污染控制工程*

圖2-4表明，當(dāng)流化速度一定時，脫硫率隨Ca/S比增大而增大；當(dāng)Ca/S比一定時，隨流化速度降低，脫硫率升高。圖2-4脫硫率與Ca/S摩爾比的關(guān)係大氣污染控制工程*2）型煤脫硫技術(shù)

用瀝青、石灰、電石渣、無硫紙漿黑液等作為黏結(jié)劑，將粉煤經(jīng)機械加工成一定形狀和體積的煤?？蓽p少二氧化硫排放40％～60％，提高燃燒熱效率20％～30％。3）水煤漿技術(shù)：

20世紀70年代發(fā)展起來的一種以煤代油的新型燃料，是將灰分很低而揮發(fā)分很高的煤研磨成細微煤粉，按煤水合理的比例，加入分散劑和穩(wěn)定劑配製而成，可以象燃料油一樣運輸、貯存和燃燒。由於水煤漿以液態(tài)輸送，這給加入石灰石粉或石灰與煤漿均勻混合而進行脫硫創(chuàng)造了條件。

生產(chǎn)水煤漿的原料煤，灰分一般小於8％，硫分小於0.5％。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*2.SO3生成控制低氧燃燒控制空氣過剩係數(shù)低於1.05，一般為1.02~1.03。要注意採取以下技術(shù)措施，防止出現(xiàn)燃燒不完全和不穩(wěn)定的現(xiàn)象：選用性能良好的霧化器，使霧化良好；選用性能良好的調(diào)風(fēng)器，以獲得需要的空氣動力工況，並保證燃料與空氣混合良好達到完全燃燒；選用合適的配風(fēng)系統(tǒng)，保證各燃燒器空氣分配均勻；選用高質(zhì)量的儀錶和自動調(diào)整設(shè)備。2.2固定源燃燒過程中大氣污染物

的生成機理及控制

大氣污染控制工程*2.2.4NOX