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文檔簡介
大氣環(huán)境第一節(jié)大氣結構和組成氣象學中的大氣是指地球引力作用下包圍地球的空氣層,其最外層的界限難以確定。通常把自地面至1200km左右范圍內(nèi)的空氣層稱做大氣圈或大氣層,而空氣總質(zhì)量的98.2%集中在距離地球表面30km以下。超過1200km的范圍,由于空氣極其稀薄,一般視為宇宙空間。1、1大氣的組成自然狀態(tài)的大氣由多種氣體的混合物、水蒸氣和懸浮微粒組成。其中,純凈干空氣中的氧氣、氮氣和氬氣三種主要成分的總和占空氣體積的99.97%,它們之間的比例從地面直到90km高空基本不變,為大氣的恒定的組分;二氧化碳由于燃料燃燒和動物的呼吸,陸地的含量比海上多,臭氧主要集中在55~60km高空,水蒸氣含量在4%以下,在極地或沙漠區(qū)的體積分數(shù)接近于零,這些為大氣的可變的組分;而來源于人類社會生產(chǎn)和火山爆發(fā)、森林火災、海嘯、地震等暫時性的災害排放的煤煙、粉塵、氯化氫、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物為大氣的不定的組分。1.2大氣結構一、大氣圈垂直結構——氣象要素(氣溫、氣壓、大氣密度、大氣成分等)的垂直分布1、氣溫的垂直分布(1)對流層(平均12km)大氣邊界層(1~2km)、近地層(50-100m)(2)平流層(對流層頂?shù)?0—55km)(3)中間層(平流層頂?shù)?5km)(4)熱成層(暖層或電離層)(中間層頂?shù)?00km)(5)逸散層(外層)(暖層頂以外)2、大氣壓力的垂直分布隨高度的升高而降低,可用氣體靜力學方程描述;3、大氣密度的垂直分布與大氣壓力的變化規(guī)律幾乎相同;4、大氣成分的垂直分布——取決于分子擴散和湍流擴散的強弱(1)80-85km以下,以湍流擴散為主,稱為均質(zhì)層;(2)80-85km以上,以分子擴散為主,稱為非均質(zhì)層;1.對流層對流層是大氣圈最靠近地面的一層,集中了大氣質(zhì)量的75%和幾乎全部的水蒸氣、微塵雜質(zhì)。受太陽輻射與大氣環(huán)流的影響,對流層中空氣的湍流運動和垂直方向混合比較強烈,主要的天氣現(xiàn)象云雨風雪等都發(fā)生在這一層,有可能形成污染物易于擴散的氣象條件,也可能生成對環(huán)境產(chǎn)生有危害的逆溫氣象條件。因此,該層對大氣污染物的擴散、輸送和轉化影響最大。大氣對流層的厚度不恒定,隨地球緯度增高而降低,且與季節(jié)的變化有關,赤道附近約為15km,中緯度地區(qū)約為10~12km,兩極地區(qū)約為8km;同一地區(qū),夏季比冬季厚。一般情況下,對流層中的氣溫沿垂直高度自下而上遞減,約每升高100m平均降低0.6-0.65℃。低層大氣:從地面向上至1~2km高度范圍內(nèi)的對流層稱為大氣邊界層,該層空氣流動受地表影響最大。由于氣流受地面阻滯和摩擦作用的的影響,風速隨高度的增加而增大,因此又稱為摩擦層。地表面冷熱的變化使氣溫在晝夜之間有明顯的差異,可相差十幾乃至幾十度。由于從地面到lOOm左右的近地層在垂直方向上熱量和動量的交換甚微,所以上下氣溫之差可達1~2℃。大氣邊界層對人類生產(chǎn)和生活的影響最大,污染物的遷移擴散和稀釋轉化也主要在這一層進行。邊界層以上的氣流受地面摩擦作用的影響越來越小,可以忽略不計,因此稱為自由大氣。
2.平流層平流層是指從對流層頂?shù)诫x地高度約50km范圍的大氣層,該層和對流層包含了大氣質(zhì)量的99.9%。平流層內(nèi)空氣稀薄,比較干燥,幾乎沒有水汽和塵埃。平流層的溫度分布是:從對流層頂?shù)诫x地約22-30km的高度范圍為同溫層,氣溫幾乎不隨高度變化,約為-55℃。從15-35km進入臭氧帶,在這里太陽的紫外輻射被吸收,轉化為熱能,導致氣溫隨高度增加而上升,到達層頂時氣溫升高到-3℃左右。平流層內(nèi)氣溫下低上高的分布規(guī)律,使得該層空氣的豎直對流混合微弱,大氣基本處于平流運動。因此,該層大氣的透明度較好,氣流穩(wěn)定,很少出現(xiàn)云雨及風暴等天氣現(xiàn)象。平流層中的臭氧層是80~100km處的氧分子在太陽紫外輻射作用下光解為氧原子,再與其它氧分子化合成臭氧而形成的,其化合作用主要在30~60km處。從對流層頂向上,臭氧濃度逐漸增大,在22~25km處達最大值,往后逐漸減小,到平流層頂臭氧含量極其微小。因為40km以上,在光化作用下,由氧化合為臭氧和由臭氧光解成氧的過程幾乎保持平衡狀態(tài)。在某種環(huán)流作用下,臭氧被送到很少光解的高度以下積聚,集中在15~35km高度之間。通常將22~25km處稱為臭氧層。3.中間層中間層是指從平流層頂?shù)礁叨?0km左右范圍內(nèi)的大氣層,其空氣質(zhì)量僅占大氣質(zhì)量的10-3%。該層內(nèi)溫度隨高度的增加而下降,層頂?shù)臏囟瓤山档剑?3℃左右。因此,空氣的對流運動強烈,垂直方向混合明顯。4.熱成層、暖層暖層為中層頂延伸到800km高空的大氣層。暖層在強烈的太陽紫外線和宇宙射線作用下,其氣溫隨高度上升而迅速增高,暖層頂部溫度可高達500~2000K,且晝夜溫度變化很大。暖層的空氣處于高度電離狀態(tài),因此存在著大量的離子和電子,故又稱為電離層。5逸散層800KM以外的大氣層,大部分已經(jīng)電離,空氣極為稀薄,受地心引力極小。第二節(jié)大氣污染二、大氣污染及污染源1、大氣污染的定義大氣污染是指由于人類活動或自然過程使得某些物質(zhì)進入大氣,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達到了足夠的時間,并因此危害了人體的舒適、健康和人們的福利,甚至危害了生態(tài)環(huán)境。大氣污染的分類:局部地區(qū)污染、地區(qū)性污染、廣域性污染和全球性污染。2、大氣污染源的分類(1)按污染源存在的形式分:固定污染源和移動污染物;(2)按污染物排放的方式分:點源(高架源)、面源、線源和體源;(3)按污染物排放的時間分:連續(xù)源、間斷源和瞬間源;(4)按污染物產(chǎn)生的類型分:工業(yè)污染源、生活污染源、交通運輸源和農(nóng)業(yè)污染源(5)按主要污染物分類統(tǒng)計分:燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸三、大氣污染物(一)大氣污染物的概念與分類1、定義大氣污染物是指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對人和環(huán)境產(chǎn)生有害影響的那些物質(zhì)。2、分類(1)按存在方式分:氣溶膠狀態(tài)污染物(顆粒物)和氣態(tài)污染物;(2)按污染物形成的方式分:一次污染物和二次污染物二次污染物是指由一次污染物與大氣中已有組分或幾種一次污染物之間經(jīng)過一系列化學或光化學反應生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物質(zhì)。(3)按化學成分分:含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、鹵代化合物、塵類顆粒物、有機化合物、放射性物質(zhì)和其它有毒物質(zhì)。(二)主要大氣污染物1、顆粒物(1)顆粒物的粒度、性質(zhì)和成因(2)幾種顆粒物的區(qū)分(a)粉塵(dust)粒徑1~200微米,主要機械作用或是土壤、巖石的風化形成的,如粘土粉塵、煤粉等。(b)煙(fume)粒徑0.01~1微米,主要由冶金過程熔融物質(zhì)揮發(fā)后生成的氣態(tài)物質(zhì)的冷凝物,如PbO煙、ZnO煙等。(c)飛灰(flyash)燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣排出的分散的較細的灰分。(d)黑煙(smoke)燃料燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠。(e)霧(fog)氣體中液滴懸浮體的總稱,如水霧、酸霧、油霧。(3)幾個重要的指標(a)總懸浮顆粒物(TSP,TotalSuspendedParticulate):懸浮于空中,空氣動力學當量粒徑小于等于100微米的顆粒物;(b)可吸入顆粒物(PM10):懸浮于空中,空氣動力學當量粒徑小于等于10微米的顆粒物;(c)PM2.5:懸浮于空中,空氣動力學當量粒徑小于等于2.5微米的顆粒物;(d)降塵:顆粒粒徑大于10微米的顆粒物;(e)飄塵:顆粒粒徑大于10微米的顆粒物。(4)危害①遮擋陽光,使氣溫降低,或形成冷凝核心,使云霧和雨水增多,以致影響氣候;②使可見度降低,交通不便,航空與汽車事故增加;
③可見度差,照明耗電增加,燃料消耗隨之增多,因此空氣污染也更嚴重.形成惡性循環(huán);④燃煤時生成的SOx,再加上微粒的作用,對呼吸系統(tǒng)的危害特別大;
⑤用四乙基鉛作汽油的防爆劑時,排入空氣中的鉛有97%為直徑小于0.5微米的微粒,分布很廣,危害很大。
2、一氧化碳(CO)性質(zhì):無色、無味、無臭的氣體;有毒,能與氧氣爭奪血液中的血色素,使血液攜帶氧氣能力大大降低,使人體缺氧而窒息。數(shù)量:是城市大氣中數(shù)量最多的污染物(約占大氣污染物總量的1/3)。主要來源:汽車尾氣。3、氮氧化物(NOx)(1)主要污染物:NO、NO2(2)性質(zhì):棕黃色、有刺激性氣味(黃龍);(3)主要來源:燃料燃燒、汽車尾氣、部分生產(chǎn)或使用硝酸的工廠排放的尾氣;(4)燃燒過程中NOx的產(chǎn)生情況:熱力(熱解)NOx、燃料(燃燒)NOx和瞬時NOx。(5)危害:(a)毀壞棉花,尼龍等織物;(b)損害植物——使柑桔落葉、發(fā)生萎黃病和減產(chǎn);(c)引起急性呼吸道病變。會導致光化學煙霧。4、碳氫化合物(CxHy)(1)主要來源:自然源——生物分解;(CH4)人為源——不完全燃燒和有機物的揮發(fā)。(2)主要危害能生成有害的光化學煙霧。5、硫氧化合物(SOx)(1)主要污染物:SO2、SO3(2)性質(zhì):有刺激性氣味;SO2能與水反應生產(chǎn)亞硫酸;SO3能與水反應生成硫酸。(2)主要來源:礦物燃料的燃燒;(3)危害:(a)對人體健康造成危害,還有促癌作用;(b)會形成硫酸煙霧,危害更大;(SOx與顆粒物(主要是FeO)的混合物,經(jīng)過化學反應生成硫酸,如倫敦煙霧事件。)(c)對植物造成傷害,破壞葉面結構;(d)腐蝕材料。6、光化學煙霧——洛杉磯煙霧(1)產(chǎn)生:在陽光照射下,大氣中的氮氧化物、碳氫化合物和氧化劑之間發(fā)生一系列光化學反應而生成的藍色煙霧(有時帶些紫色或黃褐色)。(2)主要成分:臭氧(O3)、過氧乙酸硝酸酯(PAN)、酮類、醛類等。(3)危害(a)刺激眼睛;(b)臭氧會引起胸部壓縮、刺激粘膜、頭痛、咳嗽、疲倦等癥狀;(c)臭氧能損害有機物質(zhì);(d)可能會引起哮喘病的增多,還會引起植物毀壞。四、大氣污染與人體健康1、引起空氣污染事故2、慢性健康影響——慢性氣管炎、氣喘病、肺癌二、影響空氣污染的氣象因素1、風(1)風的概念水平方向的空氣運動稱為風,風是一個矢量,具有大小和方向。風速用來表示風的大小,風向是指風的來向。風速:u=3.02×F3/2
(km/h)式中F為風力等級,0-12級(2)風對空氣污染的影響風速的大小決定著污染物的擴散和稀釋狀況,通常污染物在大氣中的濃度與平均風速成反比;風向影響污染物的擴散方向。(3)風玫瑰圖(風向頻率玫瑰圖、風向頻率、風速聯(lián)合玫瑰圖、污染系數(shù)玫瑰圖)污染系數(shù)=風向頻率÷該風向的平均風速風向頻率是指吹某一方向的風的次數(shù)與總觀測次數(shù)的比值。(4)風隨高度的變化——大氣邊界層風速廓線模式u2為距地面高度為Z2處10min的平均風速,m/s;u1為距地面高度為Z1處10min的平均風速,m/s;P為風速高度指數(shù),與大氣穩(wěn)定度及地形有關。2、大氣穩(wěn)定度(1)干絕熱直減率γd干絕熱遞減率,干空氣塊或未飽和的濕空氣塊在絕熱條件下,每升高單位高度所造成的溫度下降數(shù)值。通常取100米表示,rd=0.98℃/100m或0.98K/100m,一般取rd=1℃/100m(2)大氣的降溫率(垂直遞減率)γ(3)溫度層結——
大氣的溫度和密度在垂直方向上的分布
溫度層結曲線1:正常(遞減)層結γ>1;2:中性層結γ=1;3:等溫層結γ=0;4:逆溫γ<0(4)大氣穩(wěn)定度概念:垂直方向大氣的穩(wěn)定程度。判斷:假如一空氣塊由于某種原因受到外力的作用,產(chǎn)生了上升或下降運動后,可能發(fā)生三種情況:
(a)當外力去除后,氣塊就減速并有返回原來高度的趨勢,稱這種大氣是穩(wěn)定的;
(b)當外力去除后,氣塊加速上升或下降,稱這種大氣是不穩(wěn)定的;
(c)當外力去除后,氣塊靜止或作等速運動,稱這種大氣是中性的。判據(jù):當γ>γd時.大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài);當γ=γd時,大氣處于中性平衡狀態(tài);當γ<γd時,大氣處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。
(5)不同溫度層結下的煙型翻卷型錐型平展型上升型熏煙型(5)逆溫種類及其產(chǎn)生原因:(a)下沉逆溫;(b)輻射逆溫;(c)平流逆溫;(d)湍流逆溫;(e)鋒面逆溫。3、降水的影響能有效地吸收、淋洗空氣中的各種污染物。4、霧的影響霧會使空氣污染狀況加劇。5、空氣污染“事故日”與污染指數(shù)事故日:連續(xù)幾天低混合高度、低風速和無雨發(fā)生事故日的條件是:持續(xù)2天混合層高度小于1500米,風速小于4m/s和無雨。污染指數(shù)Id
:Id=sp/(vh)
Id為d方向的污染指數(shù);s為大氣穩(wěn)定度;
p為降水;v為風速;h為混合層高度。s、p、v和h的值是按實際氣象資料的數(shù)值轉換為無量綱的相對值。Id≤0.8時,為清潔大氣,即該地區(qū)不易發(fā)生空氣污染事故Id值越大,d方向下側污染越……?不適于發(fā)展……?(農(nóng)業(yè)區(qū))(越重;工業(yè))事故日多的地區(qū)適于……?三、影響大氣污染的地理因素1、山區(qū)地形
——山風和谷風;
2、海陸界面
——海風和陸風;白天晚上3、城市
——城市熱島環(huán)流:由城鄉(xiāng)溫度差引起的局地風。
城市熱島效應是指城市平均氣溫比周圍鄉(xiāng)村高的現(xiàn)象,造成的原因有:城市能耗高、城市覆蓋物熱容量大、城市上空籠罩一層煙霧和二氧化碳等。4.地形、地物山脈:過山氣流(背風坡、背風渦、下洗)城市高層建筑(下洗)四、小結1、空氣中的污染物的積累取決于三個條件:風速、逆溫層和地形;2、廠址選擇、新建城市選址應當考慮風向、風速、溫度層結和地形的影響,應當選擇在山谷外面、遠離海岸線或“事故日”較少的地方。第三節(jié)全球性大氣環(huán)境問題的形成機制與其防治對策一、全球變暖與防治對策1、近百年來的全球氣候(1)全球氣溫上升趨勢明顯,平均大約上升0.6攝氏度;(2)全球氣溫的變化不呈直進式,而是呈現(xiàn)冷暖交替的波動2、溫室效應與溫室氣體(1)什么是“溫室效應”?所謂“溫室”即指“暖房”,屋頂和四周是玻璃或透明塑料薄膜建成,由于玻璃和透明塑料薄膜可以使太陽光(短波輻射)射入室內(nèi),但室內(nèi)向外的輻射(長波輻射)卻不易透過玻璃或薄膜外逸,使室內(nèi)溫度提高,起到防寒升溫、在寒冷季節(jié)也能栽種喜溫作物的作用。大氣中的溫室氣體所起的作用與玻璃溫室相同,它不影響太陽光照射到地面,但卻可以吸收地面向外的紅外(長波)輻射,使低層大氣變暖,于是人們便把這種作用稱為“溫室效應”。
(2)溫室氣體(a)概念當在大氣中的濃度增加時,會加劇“溫室效應”,引起地區(qū)表面和大氣層下沿溫度升高的氣體。(b)種類二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、氟利昂(CFC11)、一氧化二氮(N2O)等。二氧化碳起55%的作用,甲烷和氟利昂起20%的作用。3、全球變暖對人類的影響(1)沿海地區(qū)的海岸線變化——海平面上升;(2)氣候帶移動——溫度帶北移和降水帶的移動(3)對中國的影響(a)使中國農(nóng)業(yè)不穩(wěn)定性增大;(b)海水平面上升使沿海經(jīng)濟發(fā)展受到威脅;(c)對生物多樣化產(chǎn)生影響。4、控制全球變暖的綜合對策(1)調(diào)整能源戰(zhàn)略——提高能源利用率和向清潔能源轉化;(2)綠化對策;(3)控制人口,提供糧產(chǎn),限制毀林;(4)加強環(huán)境意識教育,促進全球合作。二、臭氧層破壞與防治對策1、臭氧層破壞的機理(1)臭氧的自然平衡過程式中M為反應第三體,一般是氮分子或氧分子。(2)當有活性催化物質(zhì)存在時式中Y為活性催化物,在反應中并不消耗,有些物質(zhì)可在平流層中存在數(shù)年,所以一個Y自由基可以破壞數(shù)萬或數(shù)十萬個臭氧分子。Y物種包括三大家族:奇氫家族HOx、奇氮家族NOx和奇鹵家族XOx。(3)氯氟烴(CFCs)類物質(zhì)是臭氧層破壞的一個主要原因
CFCs的化學穩(wěn)定性好,在對流層不易分解而進入平流層。到達平流層CFCs受到短波紫外線的照射,分解為Cl自由基,參與臭氧的消耗。常用的CFCs中CFC-11(CFCl3)和CFC-12(CF2Cl2)的壽命大約為50年和110年,有的CFCs的壽命可達數(shù)千年。2、臭氧層的變化對人類的影響(1)對人類健康的影響——增加皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率;(2)對植物的影響——使農(nóng)作物減產(chǎn);(3)對水生系統(tǒng)的影響——減少浮游生物的產(chǎn)量;(4)對城市大氣質(zhì)量和建筑材料的影響——易發(fā)生光化學反應、產(chǎn)生光化學煙霧;加速建筑材料的老化。3、應對措施(1)提高利用效率,降低操作損失;(2)回收和在循環(huán);(3)改進CFCs產(chǎn)品;(4)非CFCs產(chǎn)品的替代品。三、酸沉降與防治措施1、酸雨(acidrain)概念:pH低于5.6的降水,包括雨、雪、霜、霧雹與露等各種降水形式。兩控區(qū)(酸雨控制區(qū)和二氧化硫控制區(qū))包括175個地級以上城市和地區(qū),總面積109萬km2,其中酸雨控制區(qū)為80萬km2;二氧化硫控制區(qū)為29萬km2;兩控區(qū)內(nèi)總人口占全國人口的39%,國內(nèi)生產(chǎn)總值占全國的67%。包括四個直轄市、21個省會城市、4個經(jīng)濟特區(qū)、11個沿海開放城市。2、酸雨的來源(1)天然排放的硫化合物和氮化合物;生物源,如:海浪濺沫、火山噴發(fā)等;非生物源,如:細菌分解有機物。(2)人為排放的硫化合物和氮化合物化石燃料的燃燒產(chǎn)生的SO2和NOx排放是產(chǎn)生酸雨的根本原因。3、酸雨的形成(1)SO2的氧化途徑途徑一(催化氧化):途徑二(光化學氧化):(2)NOx的氧化途徑(a)NO的氧化途徑途徑一(NO氧化成NO2):途徑二(NO氧化成HONO和HNO3)(b)NO2的氧化途徑途徑一(NO2轉化成HNO3)途徑二(NO2轉化為PAN和過氧硝酸HO2NO2)3、酸雨的危害(1)對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響(a)使水體pH值降低,導致魚類死亡;(b)浸漬了土壤,侵蝕了礦物,使Al等金屬元素進入水體;(c)由于磷酸鹽與Al等金屬化合,使磷酸鹽營養(yǎng)價值降低,影響水生生物的初級生產(chǎn)力。(2)對陸生生態(tài)系統(tǒng)的影響——導致森林大面積死亡(3)損毀材料(4)間接影響人體健康。4、防治措施(1)使用低硫燃料或改進燃燒裝置;(2)煙氣脫硫脫氮;(3)控制汽車尾氣排放第四節(jié)大氣污染的防治一、綜合防治措施1、改變能源結構;2、采用合理的工業(yè)布局;3、采用區(qū)域集中供暖和、供熱;4、減少交通廢氣污染;5、綠化造林;6、加強對大氣污染物的治理二、大氣污染的治理
(一)煙氣治理的基本流程(二)煙氣中顆粒物的消除1、除塵器分類(1)機械力除塵器:包括重力沉降室;慣性沉降室和旋風除塵器;(2)過濾式除塵器:包括袋式除塵器和顆粒層除塵器;(3)靜電除塵器:包括干式靜電除塵器和濕式靜電除塵器;(4)濕式除塵器:包括噴霧塔、填料塔、文丘里洗滌器等。2、重力沉降室(1)除塵原理:利用含塵氣體中的顆粒受重力作用而自然沉降的原理,將顆粒污染物與氣體分離的過程。(2)重力沉降室的性能與特點
(a)結構簡單、造價低、耗能小、便于維護管理;(b)可以處理高溫氣體,處理最高溫度一般為350-550℃;(c)阻力一般為50-130Pa;(d)體積大,除塵效率較低,一般為80-90%,只能去除粒徑大于40-50μm的顆粒。(3)重力沉降室的分類
水平氣流沉降室和豎直氣流沉降室兩種。3、旋風除塵器(1)除塵機理:使含塵氣體作旋轉運動,利用離心力作用將塵粒從氣流中分離并被捕集。(2)性能與特點(a)結構簡單、造價低、便于維護管理;(b)除塵效率一般為85%左右,高效旋風除塵器效率可達90%。(c)只能去除粒徑大于10微米的顆粒,對于粒徑小于5微米的顆粒沒有去除能力。3、旋風除塵器4、袋式除塵器5、電除塵器(1)除塵機理:利用靜電力將固體或液體顆粒從氣流中分離并被捕集。(2)電除塵器的性能與特點優(yōu)點:
(a)除塵效率高(可達99%);(b)能耗低(0.2-0.8kWh/1000m3煙氣);(c)阻力小(100-300Pa);(d)耐高溫(350℃);(e)處理煙氣量大(105-106m3/h);(f)可以處理0.1μm的顆粒。缺點:(a)一次性投資大、占地面積大;(b)除塵效率受顆粒比電阻等物理性質(zhì)限制;(c)不適用直接處理高濃度含塵氣流。6、濕式除塵器(1)除塵機理:用水或其它液體與含塵廢氣相互接觸,從而實現(xiàn)分離和捕集塵粒和吸收有害氣體。(2)濕式除塵器的性能與特點優(yōu)點:(a)耗能相同的情況下,除塵效率比干式除塵器的效率高;(b)可以處理高溫、高濕、高比電阻、易燃易爆的含塵氣體;(c)除塵的同時,可以去除有害氣體污染物。缺點:(a)沉渣需處理,否則易造成二次污染;(b)用水量大;(c)凈化含腐蝕性氣態(tài)污染物時,洗滌水具有腐蝕性;(d)能耗較大。(3)濕式除塵器的分類(a)重力噴霧除塵器;(b)旋風水膜除塵器;(c)貯水式?jīng)_擊水浴除塵器;(d)板式塔除塵器;(e)填料塔除塵器;(f)文丘里除塵器;(g)機械動力洗滌除塵器。7、除塵器的比較
(1)分級效率的比較(2)捕集顆粒的粒徑比較(3)性能比較(三)煙氣脫硫1、濕法煙氣脫硫技術
目前世界上已開發(fā)的濕法煙氣脫硫技術,主要有石灰石(石灰)—石膏洗滌法、雙堿法、海水脫硫、氨吸收法、氧化鎂法等。據(jù)國際能源機構煤炭研究組織統(tǒng)計,濕法脫硫占世界安裝煙氣脫硫的機組總容量的85%,其中石灰石法占36.7%,其他濕法脫硫技術約占48.3%。這些裝置中,用于燃煤含硫量小于1%的裝置占23%,用于燃煤含硫量1%~2%的占28%,用于燃煤含硫量大于2%的占48%。以濕法煙氣脫硫為主的國家有日本(98%)、美國(92%)、德國(90%)等。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝過程化學化學過程總反應式2、噴霧干燥煙氣脫硫工藝(1)工藝流程
在吸收劑噴入吸收塔后,一方面吸收劑與煙氣中的SO2發(fā)生化學反應,生成固體產(chǎn)物;另一方面煙氣將熱量傳遞給吸收劑,使之不斷干燥,在塔內(nèi)脫硫反應后形成的產(chǎn)物為干粉,其部分在塔內(nèi)分離,由錐體出口排出,另一部分隨脫硫后煙氣進入電除塵器收集,其工藝流程如圖所示。噴霧干燥煙氣脫硫工藝流程包括:(1)吸收劑制備;(2)吸收劑漿液霧化;(3)霧粒與煙氣的接觸混合;(4)液滴蒸發(fā)與SO2吸收;(5)灰渣排出;(6)灰渣再循環(huán)。其中(2)~(4)在噴霧干燥吸收塔內(nèi)進行。(2)過程化學(a)化學過程:反應步驟及方程式如下所示。
生石灰制漿:
CaO+H2O→Ca(OH)2
SO2被液滴吸收:SO2+H2O→H2SO4
吸收劑與SO2的反應:
Ca(OH)2+H2SO3→CaSO3+2H2O
液滴中CaSO3過飽和沉淀析出:
CaSO3(aq)→CaSO3(s)
部分CaSO3(aq)被溶于液滴中的氧氣所氧化生成硫酸鈣:
CaSO3(aq)+1/2O2→CaSO4(aq)
CaSO4難溶于水,便會迅速沉淀析出固態(tài)CaSO4:
CaSO4(aq)→CaSO4(s)(b)物理過程
在吸收塔內(nèi)SO2的吸收過程分為兩個階段進行。第一階段為恒速干燥階段。第二干燥階段,即降速干燥階段。絕熱飽和溫度,此溫度與塔內(nèi)瞬時煙氣平均溫度之差,決定著霧粒的蒸發(fā)驅(qū)動力。3、爐內(nèi)噴鈣尾部煙氣增濕活化脫硫技術(LIFAC)(1)工藝流程(2)過程化學(1)工藝流程LIFAC工藝可以分步實施,第一步通過石灰石粉噴入爐膛可得到約25%~35%的脫硫率。第二步進行煙氣增濕和脫硫灰再循環(huán),使脫硫率可達到75%。(2)過程化學
LIFAC工藝的化學過程分為二個階段,第一階段是在爐膛中進行的化學反應;第二階段是在活化反應器中進行的反應。在活化器內(nèi)通過噴入霧化水,使煙氣增濕,煙氣中未反應的CaO與水反應生成在低溫下有很高活性的Ca(OH)2,Ca(OH)2與煙氣中剩余的SO2反應,生成CaSO3,接著部分被氧化成CaSO4。
CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2+SO2→CaSO4+H2OCaSO4+2H2O+1/2O2→CaSO4+2H2O(四)煙氣脫硝1、選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(1)SCR工藝流程(2)過程化學SCR的化學反應機理比較復雜,但主要的反應是NH3在一定的溫度和催化劑的作用下,有選擇地把煙氣中的NOx還原為N2。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H204NH3+2NO2+O2→3N2+6H20
通過選擇合適的催化劑,反應溫度可以降低,并且可以擴展到適合電廠實際使用的290~430℃范圍。催化劑有貴金屬催化劑和普通金屬催化劑之分。貴金屬催化劑由于它們和硫反應,并且昂貴,實際上不予采用,而普通催化劑
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