第3章 冶金大气污染控制

第3章冶金大气污染控制桂林理工大学南宁分校有色金属保护第3章冶金大气污染控制3.1.1大气环境污染的定义与分类大气污染通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够浓度，持续了足够时间，并因此而危险了人体的舒适，健康和福利或危害了环境。3.1.1大气环境污染的定义与分类•按大气污染的范围分类：•1.局部性大气污染•2.区域性大气污染•3.涉及更广域的大气污染•4.全球性性大气污染3.1.2冶金过程中颗粒物的形成与控制固体燃料液体燃料气体燃料根据燃料性质及大气污染物的组成和反应，可将大气污染分为以下四个类型石油型煤碳型混合型特殊型3.1.3冶金过程中硫氧化物的形成与控制•冶金过程中硫氧化物的形成与控制•S+O2→SO2•燃烧过程中，部分SO2会进一步氧化成SO3•O2→2O•SO2+O→SO3•注意：1.空气过剩系数越大，燃烧温度越高，火焰区停留时间越长，O原子浓度就越大，SO3浓度也会随之增加。•2.的形成还与锅炉对流受热面上积灰的性质，灰层厚度和金属氧化膜及悬浮颗粒的催化作用有关。煤炭的脱硫选矿阶段物理方法化学方法成品阶段气化法液化法•燃料燃烧过程脱硫•沸腾燃烧法脱硫（最常用）•特点：•1.燃料适应性广•2.能够控制燃烧过程中产生污染物的排放•脱硫的主要反应:•CaCO3→CaO+CO2•CaO+SO2+1/2O2→CaSO43.1.4冶金过程中氮氧化物的形成与控制•氮氧化物的生成受到燃料中含氮量和燃烧过程空气中氮气氧化产生的氮氧化物等因素的影响，即燃烧所生成的NOX，•其氮的来源可分为两方面：•1.助燃空气中氮分子在高温状态下氧化生成的NOX。•2.由燃料中含氮化物在燃烧过程中部分氧化生成的NOX。3.1.4根据NOX来源可分为三种类型热力型NOX•空气中的N2在高温燃烧发生部分支链反应而生成的氮氧化物燃料型NOX•燃料中的氮经过复杂氧化还原反应产生的氮氧化物快速温度型NOX•在高温燃烧富燃料区的火焰中心附近，由空气中的N和燃料中的CH组分反应生成的氮氧化物。3.1.5冶金过程中颗粒物的形成与控制气体燃料燃烧烟尘液体燃料燃烧烟尘固体燃料燃烧烟尘3.2烟尘治理技术•3.2.1烟尘的划分及基本性质•1.粉尘(dust)：指悬浮于气体介质中，由固体物质的破碎，分级，碾磨等机械过程或土壤，岩石风化等自然过程形成的细小固体粒子。•2.烟气(fume)：指在冶金过程中由熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，或称之为气溶胶。•3.飞灰(flyash)：系含碳物质燃烧后残留的固体渣，由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子组成。•4.黑烟(smoke)：指由冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。黑烟粒度范围0.05-1um。•5.液滴(droplet)：在静止条件下能沉降，在紊流条件下能保持悬浮状态尺寸和密度较小的液滴，主要粒径范围在200um以下•6.总悬浮颗粒(TSP)：指大气中粒径小于100um的固体粒子，能较长时间悬浮于大气中。颗粒污染物的一般物理性质•1.密度•单位体积粉尘的质量，单位kg/m3。•粉尘密度有真密度和堆积密度。•真密度：单位体积不包括粉尘颗粒之间的空隙和粉尘颗粒内部的空隙的粉尘密度。•堆积密度：单位体积包括了颗粒内部空隙和颗粒之间的空隙。•粉尘粒径•粉尘颗粒大小不同，它的物理，化学性质也不同。•粒子形状•粒子的粒径测定与粒子形状密切相关。•粒径分布•指不同粒径范围内的颗粒所占的比例，也指粒子的分散度。•粉尘的比表面积•粉尘的比表面积表示粒子群总体的细度，特别是微细粒子存在的细度的一种粒度特性值•粉尘的浸润性•不同粉尘对同一液体的亲和程度称为粉尘的浸润性。•粉尘的荷电性及导电性•在其产生和运动过程中，由于相互碰撞，摩擦和放射性照射，电晕放电及接触带电体等原因，带有一定电荷。•粉尘的黏附性•安息角与滑动角•粉尘自漏斗连续落到水平板上堆积成圆锥体，其母线同水平面的夹角成为安息角。•滑动角是指光滑平面倾斜时，粉尘开始滑动的倾斜角。•磨损性•指粉尘在流动过程中对管壁的磨损性能。•光学特性•包括粉尘对光的反射，吸收和透光程度等。•自然性和爆炸性•粉尘的自燃是由于放热反应散热速度超过系统排热速度，使氧化反应自动加速而造成的。3.2.2机械除尘•1.重力沉降•指利用粉尘与气体的密度不同，使粉尘依靠自身重力作用从气流中自然沉降下来，达到分离或捕集含尘气流中粒子。•2.惯性除尘•利用粉尘与气体在运动中的惯性力不同使粉尘从气流中分离出来的除尘方法。•3.旋风除尘•利用旋转的含尘气体所产生的离心力将粉尘从气流中分离出来的一种干式固体分离方式。3.2.3湿法除尘•1.喷淋塔•结构最简单的一种洗涤器，一般不用作单独除尘。•喷淋塔多应用于温度较低的预收尘。3.2.3湿法除尘•2.文丘里洗涤器•由收缩管，喉管和扩张管以及在喉管处注入高压洗涤水的喷雾器组成。•最大的特点是不需要任何输送气体的风机。•冲击水浴式除尘器•冲击水浴式除尘器由喷头，本体，水池，挡水板，进气管，进水管及溢流管等部分组成。起到对含尘气体的除尘和冷却等作用。•水膜除尘器•由水箱，管束，排水沟和沉淀池等部分组成。•湿式除尘器除尘效率高，特别是高能量的湿式洗涤除尘器。在粒子很小时，仍能保持很高的效率。3.2.4过滤式除尘•1，袋式除尘器•按结构可分为圆袋式和扁袋式。按过滤方向可分为内滤式和外滤式。3.2.4过滤式除尘•2，颗粒除尘器•一种新型除尘器，是以硅石，砾石，矿渣和焦炭等粒状颗粒物作为滤料去除含尘气体中粉尘粒子的一种内滤式除尘装置。3.2.5电除尘•电除尘是利用高压电场产生的静电力作用实现固体粒子或液体粒子与气流分离。3.3烟气净化技术•3.3.1烟气的产生及特点•烟气主要指来自燃烧，工业生产和机动车辆产生的含有气体状态污染物的气体。（以分子态存在）•常见的有五大类：•1.以二氧化硫为主的硫化合物；•2.以一氧化氮和二氧化氮为主的氮化合物；3.以烷烃，烯烃，芳烃及其衍生物为主的碳氢化合物；•4.一氧化碳，二氧化碳；•5.卤素化合物。3.3.2吸收法•吸收净化法是使混合气体与吸收液接触，利用吸收液使不同溶解度的污染物组分被选择性吸收，从而使气体得以净化的方法。•吸收过程可分为物理吸收和化学吸收。1.吸收机理•混合气体与吸收剂接触后，混合气体中溶质A由于自身的物理性质决定其向液相迁移的能力。其迁移的速度随时间的推移，由快向慢变化，最终达到动态平衡。•亨利定律是计算吸收过程气液间平衡，溶质溶解度以及吸收设备的重要依据和定律。2吸收设备•1.填料塔•结构简单，阻力小，便于用非金属耐磨腐蚀材料制造，适于小直径塔等优点。2.板式塔•板式塔与填料塔内气液两相浓度沿塔高呈连续变化不同，内有多块板式分离部件，是逐级型的气液传质设备。•3.喷淋塔•在喷淋塔内液体呈分散相，气体呈连续相，一般液气比较小，适用于极快或快速反应的化学吸收过程。•4.鼓泡塔•鼓泡塔是圆柱形塔内存有一定量液体，气体从塔下部多孔花板下方通入，穿过花板时被分散成很细的气泡，在花板之上形成一层鼓泡层，使得气液间具有大的接触面积3.3.3吸附法•1.物理吸附和化学吸附•物理吸附：是一种可逆过程，是吸附质与吸附剂之间由定向力，诱导力和逸散力等分子间作用力引起的，不发生化学作用的结果。•化学吸附：需要一定的活化能，故又称活化吸附。物理吸附和化学吸附区别•1.吸附热•化学吸附的吸附热与化学反应热相近，而物理吸附的吸附热与气体的液化热相近。•2.选择性•化学吸附具有较高的选择性，而物理吸附则选择性不强。•3.温度•化学吸附可以看成是一个表面化学过程，往往需要一定的活化能，化学吸附的吸附与脱附速度都很小；温度升高时，化学吸附的吸附速度都显著增加。物理吸附不需要活化能，其吸附与解吸速率均较快，一般不受温度影响，但吸附容量随温度升高而下降。•4.吸附厚度•化学吸附总是单分子层或单原子层的，吸附作用力为化学键力，不易解吸。物理吸附可以是氮分子层或多分子层的，吸附作用力范德华力，解吸容易。基本吸附理论•从两方面考虑：•由吸附剂与吸附质本身的物化性质所决定的吸附平衡，以及由物质传递所决定的吸附动力学（吸附速率）。•吸附平衡时的理想状态是吸附剂与吸附质长期接触后达到的状态，而吸附速率则体现了吸附过程与时间的关系，它反映了吸附过程的操作条件（温度，浓度，压力等），以及床层的结构，充填情况，吸附剂的形状大小，流体在床层中的流动情况等因素对吸附容量的影响。吸附设备•1.固定床吸附器•固定床吸附器多为圆柱形立式设备，内置格板或孔板，其上放置吸附剂颗粒。•2.移动床吸附器•移动床吸附器中吸附剂在床层中不断移动，一般吸附剂由上向下移动，气体由下向上流动，形成逆流操作。•3.流化床吸附器•流化床吸附器中气流速度大，强化了处理气体的能力，气，固接触充分，传热，传质效果好，适于大气量，连续稳定气源的废气治理。3.3.4催化转化法•能够加速化学反应速度而本身的化学性质和数量在化学反应前后没有改变的物质称为催化剂或触媒。•催化净化法是利用催化剂将废气中有害的污染物转化成无害的物质，或转化成更易处理和回收利用的物质。•催化剂在化学反应过程中所起的加速作用称为催化作用。谢谢