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大气污染控制(概述)

摘要: 大气污染控制是为了对付大气污染物而采取的污染物排放控制技术和控制污染物排放政策,各种工业排放的特殊气体污染物,比较容易通过改变生产工艺或甚至关闭、迁移工厂的方式解决。目前主要的大气污染物是由于燃烧化石...

大气污染控制是为了对付大气污染物而采取的污染物排放控制技术和控制污染物排放政策,各种工业排放的特殊气体污染物,比较容易通过改变生产工艺或甚至关闭、迁移工厂的方式解决。目前主要的大气污染物是由于燃烧化石燃料产生的烟尘、二氧化碳和硫化物,以及汽车尾气排放的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物。

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一、    绪论

1、 基础内容:基础知识、燃烧、除尘、脱硫、脱氮、工程设计。

2、 大气组成:对流层——平流层(臭氧层位于顶部)——中间层——暖层——散逸层

3、 大气组成: (分子量:28.966  密度:1.293kg/m3

A、恒定成分:N2、O2、惰性气体等。

B、可变成分:CO2、O3、H2O。

4、 大气污染物:

A、 颗粒污染物:PM10、PM2.5、TSP(空气动力学当量直径)

B、 气态污染物:

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5、 污染源:工业污染源、交通污染源、生活污染源。

6、 大气污染分类:局部地区污染、地区性污染、广域污染、全球性污染。

7、 全球性大气污染问题:温室效应、臭氧层破坏、酸雨。

8、 污染物治理技术

A、 颗粒物防治技术:机械除尘、静电除尘、过滤出尘、湿式除尘等。

B、 气态污染物治理技术:吸收法、吸附法、催化转化法、生物法、冷凝法等。

C、 硫氧化物、氮氧化物、有机废气、放射性废气控制方法。

二、    燃烧与大气污染

1、 燃料分类:

A、 按状态分类:固体燃料、液体燃料、气体燃料。

B、 按获得方式分类:天然燃料、人工燃料。

2、 一般燃料组成:碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分。

3、 常规燃料:煤、石油、天然气。

4、 影响燃烧的主要因素:燃烧是否彻底、元素含量。

5、 燃料完全燃烧的条件:空气条件、温度条件、时间条件、燃料与空气的混合条件(3T)

6、 燃烧所需空气量计算的假定条件:

A、 空气组成:只含有N2、O2且比例为N2/O2=3.78。

B、 燃料中的固定氧可用于燃烧。

C、 燃料中硫主要被氧化为SO2

D、 不考虑氮氧化物的生成,燃料中的N在燃烧时转换为N2

7、 理论空气量计算公式:

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8、 实际空气量:V=α(空气过剩系数)V0

9、 空燃比AF

A、 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量

B、 理论空燃比与燃料中氢的相对含量有关,随氢含量减少而减小。

  10、燃烧产物

A、 热力型NOx:燃烧用空气中的N2在高温下氧化而生成的氮氧化物。

B、 燃料型NOx:主要由燃料N转化而生成的氮氧化物。 

  11、生成燃烧产物的影响因素:温度、燃料种类及组成、燃烧方式。

  12污染物产量与温度的关系:

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   13、燃烧发热量

A、 高位发热量:包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热。

B、 低位发热量:燃烧产物中水蒸气以气态存在时,完全燃烧过程所放出的热量。

C、 燃烧设备的热损失:排烟热损失、不完全燃烧热损失、炉体散热损失。

D、 充分混合,热损失在在理论空气量条件下最低;不充分混合时,热损失最小值在空气过剩时。

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   14、烟气量的计算:实际烟气量=理论烟气量(干空气量+水蒸气)+过剩空气量

   15、烟气量计算:

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   16、烟气体积和密度的矫正:工程计算中可把烟气视为理想气体,用理想气体状态方程来换算温度、压力和体积。

   17、过剩空气矫正(未形成充分燃烧的产物,未消耗气体应加上理论过剩空气得到真正的过剩空气)。

   18、燃烧污染物的控制:

A、 烟尘产生量与煤种、炉型、燃烧条件有关。控制方法:采取除尘措施,改善燃烧条件。

B、 硫氧化物的形成与控制:采用低硫燃料、洗煤、型煤固硫、燃烧过程中脱硫、烟气脱硫。

C、 氮氧化物的形成与控制:降低燃烧温度和氧气浓度、缩短烟气在高温区的停留时间。

三、    除尘技术基础

1、 颗粒的直径

A、 显微镜法粒径:定向直径(最大投影长度)>投影面积直径(面积相同的圆的直径)>定向面积等分直径(面积二等分线段)

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B、 筛分法筛分直径:颗粒能过通过的最小筛孔的宽度,通常每一英寸长度上有多少筛孔则称为多少目。

C、 光散射法直径:等体积球体直径。

D、 沉降法:斯托克市直径ds:同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径;空气动力学当量直径da:在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度(1g/m3)的球体直径。

2、 粒径分布:不同粒径范围内颗粒(个数或质量)所占的比例。

A、 个数分布和个数频率。

B、 粒数筛下累计频率和粒数频率密度。

C、 颗粒众径(众数)和粒数中位径(F=0.5时对应的粒径)(常用)。

D、 与个数分布相同,以上可同样适用于质量分布。

E、 平均粒径:长度平均直径、表面积平均直径、体积平均直径、几何平均直径。

3、 粉尘的物理性质

A、 密度:堆积密度(堆积体积)pb=真密度(内部无空隙)pp * (1-ε(空隙率))

B、 安息角:粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。

C、 滑动角:自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角。

D、 安息角和滑动角的影响因素:粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性等。

E、 含水率:粉尘表面的自由水和内部的结合水。含水率=水分质量/粉尘总质量。

F、 含水率影响粉尘导电性、粘黏性、流动性等物理特性。(吸湿现象:平衡含水率)

G、 粉尘的润湿性:粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着的难易程度的性质。

H、 润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关,还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。

I、 粉尘的润湿性随压力增大而增大,随温度升高而下降,润湿性是选择湿式除尘器的主要依据。

J、 粉尘的荷电性和导电性:导电机制:高温(>473k)体积比电阻(电子、离子作用);低温(<373K)表面积比电阻(水分、化学物质);中间温度二者同起作用。比电阻对电除尘影响大,适宜范围104~1010Ω*。

K、 粉尘的粘附性:粘附力:克服附着现象所需要的力。包括:分子力、毛细力、静电力。

L、 粉尘的自燃性:自然发热原因:氧化热、分解热、聚合热、发酵热。

M、 粉尘的爆炸性:爆炸条件:氧气接触且浓度处于一定范围;存在足够能量的火源。

4、 净化装置的性能指标

A、 技术指标:处理气体流量、净化效率、压力损失。

B、 经济指标:设备费用、运行费用、占地面积

5、 净化装置技术性能的表示方法:7.png

A、 分割粒径:粒级效率正好为50%的颗粒直径,分级效率ηd=50%时颗粒的直径,以dc表示。它是除尘装置除尘效率的简明表示,除尘装置的分割直径愈小,装置的除尘性能愈好。

B、   处理气体流量:Q = 0.5×(Q+Q

C、 漏风率:8.PNG

D、 压力损失、总净化效率、通过率、分级除尘效率。

E、 串并联净化效率。

F、  分级效率公式:9.PNG(a——给料中小于直径含量,b——溢流中小于粒径含量,c——沉沙中小于粒径含量)

四、 除尘工艺与设备10.png

1、 机械除尘:利用质量力(重力、惯性力、离心力等)的作用使颗粒物与气体分离的装置,常有的有重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器。

2、 重力沉降室:通过重力作用使尘粒从气流中沉降的除尘装置。分层流式和湍流式两种。

 

3、 层流式重力沉降室:

A、 基本原理:假定沉降室内气流为层流,颗粒均匀分布与烟气中,忽略气体浮力,粒子仅受重力和阻力的作用。

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B、  除尘效率和全部沉降最小粒子11.PNG

C、 提高沉降室效率的主要途径:降低沉降室内气流速度、增加沉降室长度、降低沉降室高度(沉降室内的气流速度一般为0.3~2.0m/s)。

D、 多层沉降室(浅层沉淀理论:设斜管沉淀池池长为L,池中水平流速为V,颗粒沉速为u0,在理想状态下,L/H=V/ u0。可见L与V值不变时,池身越浅,可被去除的悬浮物颗粒越小。若用水平隔板,将H分成3层,每层层深为H/3,在u0与v不变的条件下,只需L/3,就可以将u0的颗粒去除。也即总容积可减少到原来的1/3。如果池长不变,由于池深为H/3,则水平流速可正加的3v,仍能将沉速为u0的颗粒除去,也即处理能力提高倍。同时将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍。

4、 湍流式重力沉降室

A、 原理:沉降室中气流处于湍流状态,垂直于气流方向的断面上的粒子完全混合。

B、 相比于层流式沉降室,效率低,处理量大。

5、 重力沉降室的优缺点及适用范围

A、 优点:结构简单、投资少、压力损失小(一般为50~100Pa)、维修管理容易。

B、 缺点:体积大、效率低。

C、 适用范围:除尘系统第一级(预除尘)、密度大,粒度粗(>50um)

6、 惯性除尘器:利用粉尘运动的惯性与管壁相撞,从而从空气中脱离处理,达到除尘效果。

7、 旋风除尘器:利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。13.png

A、 组成:进气管、筒体、椎体、排气管等。

B、 气流与尘粒的运动:外涡旋、内涡旋、上涡旋。

C、 切向速度外涡旋反比与旋转半径的次方,内涡旋正比于半径,内外旋涡交接处速度最大。

 

D、 压力损失=沿程阻力损失+局部阻力损失

E、 结构形式(按进气方式):切向进入式、轴向进入式(压力损失小,但是效率低)。

F、 结构形式(按气流形式):回流式、直流式、平流式、旋流式。

G、 多管旋风除尘器:由多个小型旋风除尘器组成,常见的有回流式和直流式两种。

8、 旋风除尘器特点:压力损失2K Pa以下,效率80%,分离粒径>5um;结构简单,占地小,投资低,维修方便;对5um以下粉尘效率低,一般只用于预除尘;适用范围广泛,一般用于预除尘。

9、 电除尘器:含尘气体通过高压电场进行电离的过程。使尘粒带电,并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上,将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。(不适用于高比阻颗粒A)

10、电除尘器的主要优点:

A、 压力损失小,一般为200~500Pa。

B、 处理烟气量大,可达105~106 m3/h。

C、 能耗低,大概0.2~0.4度/(1000 m3)。

D、 对细粉尘有很高的捕集效率,可达99%。

E、 可在高温或强腐蚀气体下操作。

11、     工作原理:悬浮粒子荷电、带电粒子在电场中的迁移和捕集、捕集物从集尘表面上清除。

12、电晕放电:电晕产生自由电子被气体分子俘获,产生负离子,向正极移动。

13、驱进速度:w=Q*E/(3π*u*d)

14、对于斯托克斯区域的颗粒,当静电力和阻力达到平衡时,颗粒便达到了一个静电沉降的末端速度,习惯上称之为颗粒的驱进速度。

15、有效驱进速度:实际中根据在一定的除尘器结构形式的和运行条件下测得的总捕集效率值,代入德意希分级效率方程反算出的相应驱进速度值。

16、粒子荷电:d>0.5 um时以电场荷电为主;d<0.15 um时以扩散荷电为主;二者之间都受影响。

17、异常荷电现象:

A、 沉积在集尘器表面的高比阻粒子会导致低电压下火花放电或者反电晕现象。

B、 当气流中微小粒子浓度过高,会形成大的空间电荷,使尘粒不能得到电荷,降低除尘效率。

C、 当含尘量大到一定数值时,电晕现象会消失。还有二次效应。

18、带电粒子在电场中的迁移和捕集:驱进速度和捕集效率。

19、demo:80%效率 长度*2 效率变为96%。

20、捕集物从集尘表面上清除:电磁振打器。

21、电除尘器的类型:单区(管式电除尘器用于流量小,含雾滴气体或用水冲刷场合;板式电除尘器用于工业,气体处理量为:25~50 m3。)

22、电除尘器的结构:电晕电极、集尘极、高压供电设备、气流分布板。

23、比集尘板表面积:14.PNG

24、袋式除尘器:使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。一般效率可达99%,具有效率高、性能稳定、操作简单的优点(干气体)。

25、粉尘初层:颗粒因一系列截留、碰撞、静电、扩散作用,逐渐在滤袋表面形成的粉尘层。

26、气布比:又称表面过滤速度,是单位时间处理含尘气体的体积与滤布面积之比。

27、工作原理:袋式除尘器中过滤其主要作用是粉尘初层,滤布起着形成粉尘除尘和支撑的骨架作用。

28、袋式除尘器的压力损失和滤料种类。(棉毛便宜,适宜无腐蚀性的低温气体)

29、清灰:

    A、机械式振动:稳定、清灰效果好、但损坏较快,后续工作量大。

    B、逆气流清灰:(反吹风、反吸风)常采用标准化设计,结构简单、清灰效果好、滤袋磨损小、适用于玻璃纤维滤袋。

    C、脉冲式清灰:逆流反吹,可全自动清灰,过滤负荷高,滤袋磨损小,安全可靠。

30、湿式除尘器:使含尘气体与液体密切接触,利用水滴与颗粒的惯性碰撞与其他作用捕集颗粒,或使颗粒粒径增大的装置。(0.1~20 um)(亲水性颗粒)

31、分类(按净化机理):重力喷雾洗涤器、旋风洗涤器、自激喷雾洗涤器、板式洗涤器、填料洗涤器、文丘里洗涤器、机械诱导喷雾洗涤器。

32、除尘机理:水滴与颗粒的惯性碰撞与拦截作用。

33、惯性碰撞系数、接触功率、分割粒径除尘效率。

34、喷雾塔洗涤器:含尘气体向上,液滴向下捕获颗粒沉在塔底。(一般塔内有效液滴比例不高)。

35、旋风洗涤器:含尘气体在旋风外侧运动,内部喷淋。(节水,可作为文丘里洗涤器后的脱水器)适用于烟气量大,含尘浓度高。

36、文丘里洗涤器:高效湿式洗涤器,常用于高温烟气降温和除尘,由收缩管产生的高速气流与洗涤剂雾化,充分的雾化是高效除尘的基本条件。产生较大的含尘液滴,以便被其他装置捕集下来。

37、文丘里洗涤器的压力损失、几何尺寸、除尘效率。

38、除尘器的选择:趋向大型化、高效化、标准化、自动化。

五、    气态污染物治理技术

1、吸收法的基本原理

A、 物理吸收:吸收限度取决于溶解平衡,吸收速率取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。

B、 化学吸收:吸收限度取决于气液平衡和液相反应的平衡条件,吸收速率取决于扩散速度和反应速度。

C、 同:两类吸收所依据的基本原理以及所采用的吸收设备大致相同。

D、 异:化学反应的存在能提高反应速度,并使吸收的程度更趋于完全。

E、 大气污染治理工程中所需净化治理的废气,具有气量大,污染物浓度低等特点,实际中多采用化学吸收法。

2、吸收的平衡理论

A、 物理平衡:气体在液体中溶解度影响因素:温度、压力、气体种类。15.png

B、 亨利定律:在等温等压下,某种挥发性溶质(一般为气体)在溶液中的溶解度与液面上该溶质的平衡压力成正比。其公式为C=H*p(稀溶液适用)

C、 温度增大、压力增大、可增大化学吸收量(化学吸收);温度降低,压力增大,可增强物质的溶解度(物理吸收)。

D、 吸收过程中的物料平衡:GB(Y-Y1)=LS(X-X2)

E、 吸收操作线必须处于平衡线之上;操作线与平衡线之间的距离反映了吸收推动力的大小;平衡线与操作线不能相交或相切。

F、         最小液气比(低浓度时)服从亨利定律17.PNG

G、 实际操作液气比必须大于最小液气比;喷淋塔密度应大于所需最小喷淋密度,此时设备阻力较小;考虑设备操作费用,已达到最经济的要求;根据实际经验L=(1..1~1.2)*Lmin

 

H、 双模理论:在气液两相接触时,相界面附近两侧存在气模和液膜;在界面上,气液两相呈平衡态,相界面上无扩散阻力;在两相主体中吸收质的浓度均匀不变,因而不存在传质阻力,薄膜中发生浓度变化,存在传质阻力。

 

I、 吸收传质速率方程:NA = KG * (P-Pi ) = KL * (Ci-C)16.png

 

J、 吸收速率:气体吸收质在单位时间内通过单位界面而被吸收剂吸收的量。

 

K、 吸收法控制步骤(慢的是决定因素):易溶气体气膜传质控制,难溶气体液膜传质控制。

 

L、 伴有化学反应的吸收速率:相较于常规,多一个增强系数β。

 

3、化学吸收的优点

A、 溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉,溶剂容纳的溶质增多。

B、 液膜扩散阻力减低。

C、 填料表面的停滞层仍为有效湿表面。

4、吸收设备设计的依据:

A、 气体流量。

B、 气体的组成成分。

C、 吸收液的种类。

D、 净化后气体的温度。

E、 压力,温度等。

F、 经济效益。

5、常用的吸收剂:

A、 水(净化煤气中的CO2和废气中的SO2、HF、SiF4以及去除NH3、HCl等。)

B、 碱液(吸收酸性气体溶解度比水大)

6、填料塔设计

A、 比表面积、润湿性、孔隙率、耐腐蚀、强度高、造价低、稳定性好。

B、 塔径计算:19.PNG

7、吸收法的应用:

A、 净化生产工艺含硫尾气。

B、 吸收法净化氮氧化物。

C、 吸收法净化含氟、氯废气。

8、吸附平衡:当吸附速度等于脱附速度时,吸附平衡,此时吸附量达到极限值。(极限吸附量受气体压力和温度的影响)。

9、吸附方程

A、 弗洛德里希方程(等温中压)。21.png20.png

B、 朗格缪尔方程(単分子层)。

C、 BET方程(多分子层)

10、吸附过程(总速率受三个过程的控制):外扩散(气流主体-外表面)、内扩散(外表面-内表面)、吸附。

11、吸附剂要求:比表面积大、选择性好、机械性能好、稳定性高、便宜可再生、吸附容量大。

12、常用吸附剂:活性炭、活性氧化铝、硅胶、白土、沸石、分子筛。

13、吸附剂活性:静活性(吸附平衡时的吸附量)、动活性(流出气体中有吸附质时,床内吸附剂的吸附量)。

14、吸附剂再生:加热解吸再生、降压、真空再生、置换再生、溶剂萃取。

15、吸附工艺:固定床、移动床,流化床。22.png

16、保护设计时间:又称穿透时间,由气流进入固定吸附床床层到床层被穿透的时间间隔。确定保护作用时间是固定床吸附器设计的要求之一,通常根据希洛夫方程确定。保护作用时间可用来确定吸附剂工作周期。

17、希洛夫方程

18、吸附法应用:

A、 活性炭脱硫工艺:烟气经过文丘里洗涤器除尘后进入吸附塔吸收SO2(串联时脱硫90%,并联时80%);影响因素(催化剂性质、烟气空速与SO2浓度、温度与湿度、烟气中氧含量)。

B、 净化有机蒸汽(烟气经过滤去除固化颗粒,同时安装阻火器,在水冷器中冷却,降温后进行吸附)。

C、 净化含氟废气(氧化铝为吸附剂,吸附氯化氟)。

D、 净化含氮氧化物废气(分子筛吸附法、硅胶吸附法、活性炭吸附法、泥煤吸附法。

19、催化转换法:

A、 基本理论:含尘气体通过催化床发生催化反应,使污染物转换为无害或易于处理的物质。

B、 催化作用:改变反应历程,降低活化能;提高反应速率。

C、 特征:对于正逆反应的影响相同,不改变化学平衡,且具有一定的选择性。

D、 催化剂组成:活性成分+助催化剂+载体。

E、 催化剂性能:活性、选择性、稳定性(老化、中毒)

F、 催化剂反应过程:外扩散-内扩散-动力学过程-内扩散-外扩散

G、 控制方法:外扩散控制(降低催化剂表面浓度,降低反应速度。气流速度到达一定程度时,外扩散影响消除)、内扩散控制(降低催化剂内浓度,降低反应速度。粒径减小到一定程度时,外扩散影响消除)。

H、 催化反应器的设计参数:停留时间、空间速度、接触时间、催化剂填装量、反应器直径、床层高度、吸附床阻力。

I、 催化反应器种类:单段绝热反应器、多段绝热反应器、列管式反应器(根据反应热、温度要求;尽量降低反应器阻力;易于操作和经济效益选择合适的反应器)。

J、 催化净化的应用:工业尾气和烟气去除SO2;工业尾气和烟气去除氮氧化物;挥发性有机物VOCS和臭气的催化燃烧净化;汽车尾气的催化净化。

六、    硫氧化物的控制

1、硫循环与硫排放

A、S +O2 = SO2(化石燃料燃烧)

B、CaCO3 + SO2 + 0.5O2 =CaSO4 + CO2(二氧化硫固定)

C、人为活动是造成SO2大量排放的主要原因。

2、硫氧化物的污染问题

A、 二氧化硫浓度升高(早期)

B、 二氧化硫引起的酸沉降(近一百年)

C、 二氧化硫形成的二次微细粒子(最近)

3、燃烧前脱硫

A、 煤炭的固态加工-煤炭洗选:物理洗煤、化学洗煤、微生物洗煤。

B、 煤炭的转化:煤的汽化(利用空气、氧气、二氧化碳、水蒸气为气化剂在反应炉内生成不同组分不同热值的煤气;移动床、流化床、气流床三种方法)、煤的液化(通过化学加工转换为液体产品;直接液化和间接液化)、重油脱硫(在催化剂作用下高压加氢,产生H2S脱离出来;直接脱硫和间接脱硫)。

4、燃烧中脱硫技术23.png

A、 型煤固硫:型煤是煤粉加少量固硫剂加工压制而成,具有一定强度和形状的煤制品,分民用型和工业型两类,固硫率一般50%左右。

B、 流化床燃烧技术:气流速度介于临界速度和输送速度之间,煤粒保持流化状态,有利于燃料的充分燃烧。

C、 流化床燃烧技术的分类:按流态(鼓泡流化床和循环流化床)按运行压力(常压流化床和增压流化床)。

D、 常用脱硫剂:白云石(Caco3 * MgCO3)、石灰石(CaCO3

E、 脱硫反应:Caco3 = CaO + CO2   CaO+SO2+0.5O2 = CaSO4

F、 注意事项:硫酸钙的摩尔体积大于碳酸钙,由于空隙堵塞,氧化钙不可能完全转化为硫酸钙。

G、     钙硫比R:表示脱硫剂用量的指标,影响最大的性能参数。脱硫率近似表达:n = 1-exp(-m*R)

H、 流化床燃烧脱硫影响因素:钙硫比、煅烧温度(800~850摄氏度,温度过低,反应限制在颗粒外表面;温度过高,碳酸钙的煅烧作用变得严重)、脱硫剂的颗粒尺寸和空隙结构(中间范围效果好)、脱硫剂的种类。

I、 脱硫剂的再生:一级再生法(1100摄氏度以上)加氢气、一氧化碳酸产生二氧化硫和氧化钙;二级再生法(870~930摄氏度)产生硫化钙;三级再生法(540~700摄氏度)硫化钙反应产生硫化氢。

5、燃烧后烟气脱硫技术:

A、 烟气脱硫方法分类:按脱硫产物处置方法(抛弃法和再生法)、按脱硫产物状态(湿法和干法)

B、 石灰(PH5.8~6.2)/石灰石(PH:8~9)法:主要工艺参数:PH、石灰石粒度、液气比、钙硫比、气流速度、浆液的固体含量、SO2浓度、吸收塔结构。

C、 石灰石/石灰法影响吸收塔长期可靠运行因素:设备腐蚀、结垢和堵塞、除雾器堵塞、脱硫剂的利用率、脱硫产物及综合利用。

D、 改进的湿法脱硫:添加己二酸(抑制SO2溶解影响PH,加强反应能力,减低钙硫比)、添加硫酸镁(解决结垢问题)、双碱流程(解决结垢和提高SO2利用率)。

E、 其他脱硫方法:氨水、海水脱硫、喷雾干燥法烟气脱硫(半干法脱硫:采用氢氧化钙、碳酸钠溶液吸收,后干燥,处理简单废物量小,能耗低)。

F、 半干法:进入湿吸收剂,排除干物质,脱硫产物为干粉状,操作温度控制在60~80摄氏度。

G、 干法脱硫:向炉内喷干燥的生石灰或石灰石粉末,操作温度在800~1300摄氏度。

七、    氮氧化物的控制

1、氮氧化物的来源和性质

A、 来源:固氮菌、雷电等自然过程(5*108 t/a)、人类活动(燃料燃烧(95%NO,5%NO2,5*107 t/a))

B、 危害:N2O(温室效应为二氧化碳的200倍参与臭氧层破坏)、NO(光化学烟雾的活跃成分)、NO2(硝酸酐,酸沉降的重要成分)。

C、 热力型NOx:燃烧用空气中的N2在高温下氧化而生成的氮氧化物。

D、 燃料型NOx:主要由燃料N转化而生成的氮氧化物。

E、 热力型氮氧化物的形成:N2+O2 = 2NO NO+0.5O2 = NO2

F、 控制氮氧化物形成的主要因素:空燃比(控制过氧量)、燃烧区温度及其分布。

2、传统燃烧氮氧化物燃烧技术

A、 低氧燃烧:减低氮氧化物的同时提高锅炉热效率(一氧化碳、碳氢化合物、炭黑产生量增加)。

B、 降低助燃空气预热温度(燃烧空气由300K预热到588K,NO排放量增加3倍)。

C、 烟气循环燃烧(降低氧浓度和燃烧区温度,减少热力型氮氧化物)。

D、 两段燃烧技术:第一段(氧气不足,烟气温度低,氮氧化物生成量很小);第二段(二次空气,CO、HC完全燃烧,烟气温度低)。

3、先进的低氮氧化物燃烧技术

A、 低空气过剩系数+分段燃烧技术(炉膛内整体空气分级的低氮氧化物直流助燃器)。

B、 空气/燃料分级的低氮氧化物燃烧技术。

4、烟气脱硝的难点:

A、 处理烟气体积大。

B、 氮氧化物浓度相当低。

C、 氮氧化物的总量相对较大。

5、选择性催化还原法(SCR)

A、 氨作为还原剂。

B、 催化剂:贵金属、碱性金属氧化物、V2O5/TiO2应用广泛。

C、 基本化学反应:4NO+4NH3+O2 = 4N2+6H2O  6NO2+8NH3 = 7N2+12H2O

D、 副作用化学反应:SO2+0.5O2 = SO3  NH3+SO3+H2O = NH4HSO4

E、 控制作用:通过控制氨的流量。

F、 空气预热器的作用:加热,以便于和空气混合性能更好,充分燃烧,提高经济性和动力性。预热的方式有电加热、废气加热、冷却液加热。

G、 SCR温度一般在300~400摄氏度(高效)。

6、SCR技术特点:

A、 氮氧化物脱除效率(70~90%。出口浓度可降至100mg/m3).

B、 二次污染小。

C、 技术成熟,应用广泛。

D、 投资费用高,运行成本高(催化剂、还原剂消耗费用高)。

7、选择性非催化还原法(SNCR)

24.png

A、 不用催化剂,在850~1100摄氏度范围内还原氮氧化物,还原剂常用氨或尿素。

B、 SNCR还原NO的反应对温度特别敏感,炉膛喷入点(温度窗口)的选择,是还原效率高低的关键。

8、吸收法(碱液吸收):必须将一半以上NO氧化;NO/NO2 = 1效果最佳。

9、吸附法:吸附剂(活性炭、分子筛、硅胶、含氨泥煤、浸渍碳酸钠-氧化铝(氮氧化物和二氧化硫联合控制技术)),再生(天然气、CO)。

八、    挥发性有机物治理

1、VOC(挥发性有机化合物)控制技术

25.png

A、 防止泄露为主的预防性措施(替换原材料、改变运行条件、更换设备等)。

B、 末端治理为主的控制性措施(回收、分离、分解、转化)。

C、 源头控制(溶剂替代、工艺替代、设备改进(泄露损耗及控制))

D、 呼吸损耗:容积变化使容器产生“吸进和呼出”导致的有机物损耗

E、 浮顶罐:用于储存大量高挥发性的液体,使液面以上没有空隙,避免呼吸损耗。

2、VOC末端治理——燃烧法:

27.png

A、 直接燃烧法:可燃有害组分浓度高或热值较高的废气;设备(燃烧炉、窑、锅炉、1100摄氏度);火炬燃烧(产生大量有害气体、烟尘、热辐射)。

B、 热力燃烧:低浓度废气的净化,温度低(540~840摄氏度)控制条件(温度、停留时间、湍流混合)。

C、 催化燃烧:优点(无火焰燃烧,安全性好;温度低:300~450摄氏度,辅助燃料少;对可燃组分浓度和热值限制少);催化剂(PT(Pd、过渡金属、稀土)/Al2O3等)。

3、 VOC末端治理——生物净化法:

A、 原理:微生物将有机成分作为碳源和能源,并将其分解为CO2和H2O。

B、 工艺:

26.png

4、 VOC末端治理——冷凝法:适用于废气体积分数10-2以上的有机蒸汽,常作为其他方法的前处理。

5、 VOC末端治理——吸收法:溶剂吸收,后气液分离。

6、 VOC末端治理——吸附法:活性炭吸附VOCs的性能最佳,也有部分VOCs不易解吸,不宜采用活性炭吸附。

7、机动车污染物来源及种类28.png

A、 燃料使用:燃料气体挥发HC。

B、 燃烧过程:碳烟、CO、HC、SO2、NOx

8、汽油车行驶工况与污染排放:

A、 怠速,减速时CO, HC排放高,浓度约为:CO:1.0-6.0%; HC: 400- 3000ppm ;NOx: 10-100ppm。

B、 加速,定速时NOx高,浓度约为:NOx: 1000-4000ppm;CO: 0.5-3.0%;HC: 200- -600ppm加速时;碳烟约为: 0.005g/m3。

9、 柴油车行驶工况与污染排放:

A、 CO总是很低,约0.1%。

B、 减速,怠速时HC相对较高,浓度约为400ppm;此时NOx较低,约为30-70ppm。

C、 加速,定速时NOx高,浓度约为:NOx: 800-2500ppm;此时HC: 90-200ppm。

D、 加速时碳烟最高约为0. 30g/m3。

10、主要控制技术:29.png

A、 前处理:无铅汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油(1200ppm-50ppm)

B、 废气再循环 (EGR): 20% 循环,降低NOx约60%,但油耗增加3%。

C、 机内控制:发动机设计;表面积/容积越小越好;电子控制技术;多气门技术。

D、 机外控制技术:热反应器,催化反应器(氧化,还原-三效)

E、 改进点火系统:电控燃油控制喷射系统;废气再循环(EGR)。

11、三效催化技术(TWC):

A、 同时净化三种污染物:CO、HC、NOx

B、 只能在很窄的空燃比范围工作:闭环电控燃油喷射技术。

C、 主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt、Rd、Pd。

D、 寿命要求80000~160000km,谨防中毒。

 

 

 



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