中科大燃燒污染與環(huán)境保護03燃煤污染物及生成機理-1顆粒物

3.燃煤污染物及生成機理3.1粉塵與煙霧3.2硫化物3.3氮氧化物3.4CO23.5有機污染物3.6痕量元素3.1粉塵與煙霧

3.1.1微粒粉塵3.1.3煙霧3.1.2煤粉在燃燒過程中的演化和飛灰的形成思考問題什么是微粒、氣溶膠、塵、煙、霧、碳黑？燃煤飛灰的形成機理？光化學煙霧的形成過程？煤燃燒過程中礦物質的轉化過程？3.1粉塵與煙霧

3.1.1微粒粉塵

微粒是指彌散在空氣中的液態(tài)或固態(tài)物質,其粒度在分子級(直徑約0.0002um)和500um之間，具體包括氣溶膠、煙、塵、霧和碳黑等。

氣溶膠是懸浮于空氣中的固液微粒，其直徑一般小于1um；

塵是大于10um的固體微粒迅速沉降而成的，10um微粒的沉降速度約為20mm／min；

煙是小于1um的固體顆粒；

霧是液體微粒，其直徑可達100um；此外還有極細的可集成串形的碳黑。肉眼能分辨出來的微粒直徑約為100um。

微粒的粒度、性質、成因和物態(tài)

不同粒徑顆粒物可進入人體呼吸道的不同部位人體呼吸道吸入顆粒物的粒徑及份額總沉積量擴散沉積撞擊沉積鼻腔沉積肺泡沉積支氣管沉積可吸入顆粒物PM2.5大氣中各種顆粒物的粒徑范圍PM2.5PM10100

m10mm

H2O2COCO2

SO2等氣體分子可吸入顆粒物PM2.5納米級超細粉1m

m預混火焰的煙炱風沙內燃機煙炱香煙等煙霧面粉，煤粉等

靜電除塵后的粉煤灰,冶煉灰等海風攜帶鹽病毒細菌人呼吸道中沉積的顆粒燃燒升華后的凝結微粒n

m地面揚塵我國城市空氣的PM2.5大大超過環(huán)境標準PM2.5年平均濃度

g/m3清華大學和同濟大學環(huán)境系1999年測定我國PM10環(huán)境標準美國PM2.5環(huán)境標準燃煤發(fā)電廠煙塵中的的微粒

PM10PM2.53.1.2煤粉在燃燒過程中的演化和飛灰的形成粒徑

m煤粉鍋爐燃燒煤粉和原始排放的飛灰質量濃度g/m3粉煤燃燒的煤粉和飛灰粒徑和濃度煤粉飛灰煤燃燒過程中礦物質轉變示意圖

①炭粒中單個礦物團發(fā)生凝聚；②灰粒子從炭粒表面脫落；③由于炭粒破碎而產生的不完全凝聚；④由于揮發(fā)分的析出，灰粒子從炭粒表面產生對流輸運；⑤無機礦物質破碎；⑥煤胞的形成；⑦無機礦物質蒸發(fā)，爾后冷卻凝聚，即氣化-凝結。

飛灰形成過程包含的物理變化有如下幾種：飛灰粒徑的雙峰分布

氣化-凝結機理

煤中的礦物質在燃燒過程中經歷一系列變化，大顆粒物質熔解再凝結，形成與煤粒大小成正比的球狀灰粒。在燃燒的高溫區(qū)，某些礦物質發(fā)生氣化，當煙氣冷卻時，它們以均相成核形式或異相凝結作用凝結。在高溫燃燒室內氣化的礦物蒸汽依據(jù)熱力平衡、反應動力學及傳熱傳質定理沉積或起反應，在燃燒室低溫段的后續(xù)過程中，發(fā)生沉積或冷凝，而均相結核和異相沉積即為冷凝過程的兩個機理。這兩個機理同時起作用，但隨著運行條件不同，凝結速率也不同。均相凝結是在無機礦物蒸汽分壓超過某一臨界值時，爐內氣體處于超飽和狀態(tài)形成一些分子團；異相沉積是發(fā)生在當爐內有足夠的冷凝表面，并且飽和程度要低些的時候。爐內現(xiàn)存粒子及爐壁都將是異相沉積的表面。礦物質在高溫爐內和其它機械產生的粒子一起形成懸浮粒子，這些粒子和燃氣進行交流，從而經歷不同的物理轉換，影響粒子的尺寸分布。

3.1.3煙霧

煙霧是一種含有固體微粒和液體微滴的氣溶膠。1．倫敦煙霧(LondonSmog))

倫敦煙霧主要是S02和微粒(其主要成分是氧化鐵)的混合物，經化學作用，生成硫酸而危害人類的呼吸系統(tǒng)。大氣中的S02，通過含有重金屬的飄塵的催化作用而氧化成SO3，SO3遇水蒸汽后，便可生成硫酸煙霧。

倫敦和紐約污染死亡人數(shù)與SP的關系一天內洛杉磯煙霧各成分濃度的變化

當空氣中有微粒物質共存時，SO2的危害可增大(3-4)倍，所以空氣質量標準中采用“S02濃度(×10－4容積濃度)與微粒濃度(ug／m3)的乘積”(SP)為標準。

重金屬飄塵的催化作用2．光化學煙霧(PhotochemicalSmog)

光化學煙霧主要是HC和NOx在陽光作用下發(fā)生化學反應而生成的有刺激性的產物。NOx和烴反應生成硝酸過氧化乙酰(PAN)，它與NO2和臭氧一起形成薄霧狀況氣體。

NO2在太陽光的照射下，產生如下反應：NO十O2→NO2NO2十hv→NO十OO十O2→O3O3十CnHm→CH3CHO十CH3C02O十NO→NO2十O2O十N02→NO十O3O十CnHm→CH3十CH3CHOCH3十02→CH302CH3O3十NO→CH3O十N02CH3O→CH3十O