第四章-大气污染控制技术

第四章大气污染控制技术第一节大气污染物1.1大气污染的定义大气污染系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气或由它们转化而成的二次污染物，达到一定的浓度和持续时间，足以对人体健康、动植物、材料、生态或环境要素产生不良影响和效应的现象。人类活动包括生产活动、也包括生活活动，如取暖、交通等。1.2大气污染物的分类大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气并对人和环境产生有害影响的那些物质或由它们转化而成的二次污染物。按其存在的状态大气污染物可概括为两大类：颗粒污染物和气态污染物。（1）颗粒污染物包括粉尘、烟、飞灰和雾。粉尘是悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用能发生沉降，但在一段时间内能保持悬浮状态。颗粒的尺寸范围，一般为1～200μｍ左右。烟一般指由生产、生活过程形成的固体颗粒的气溶胶。它是熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生成过程中伴有诸如氧化之类的化学反应。烟颗粒的尺寸很小，一般为0.01～1μｍ左右。如有色金属冶炼过程中产生的氧化铅烟、氧化锌烟等。黑烟一般系指由燃料燃烧产生的能见气溶胶。飞灰指随燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分。雾是气体中液滴悬浮体的总称。在工程中，雾一般泛指小液体粒子悬浮体，它可能是由于液体蒸气的凝结、液体的雾化及化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、碱雾、油雾等。在环境空气质量标准中，根据颗粒物直径的大小，将其分为总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物。前者指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μｍ的颗粒物；后者指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μｍ的颗粒物。（什么叫空气动力学当量直径？）（2）气态污染物气态污染物系以分子状态存在的污染物。主要包括硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、有机化合物、硫酸类化学烟雾等。①硫氧化物硫氧化物主要指SO2，它主要来自化石燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼等热过程。②氮氧化物污染大气的NOX主要是NO和NO2。NO毒性不太大，NO2的毒性约为一氧化氮的5倍。当NO2参与大气的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。③碳氧化物碳氧化物是指CO和CO2，主要来自燃料燃烧和机动车尾气排放。④有机化合物有机化合物种类很多，从甲烷到长链聚合物的烃类。《大气污染防治法》第37条第2款规定：“向大气排放转炉气、电石气、电炉法黄磷尾气、有机烃类尾气的，须报经当地环境保护行政主管部门批准。”第56条第1款第2项规定：“未经当地环境保护行政主管部门批准，向大气排放转炉气、电石气、电炉法黄磷尾气、有机烃类尾气的，由县级以上地方人民政府环境保护行政主管部门或者其他依法行使监督管理权的部门责令停止违法行为，限期改正，可以处五万元以下罚款。”⑤硫酸烟雾硫酸烟雾系大气中的SO2等硫氧化物，在水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。⑥光化学烟雾光化学烟雾是在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。其主要成分有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、酮类和醛类等。第二节净化装置的分类、性能2.1大气污染物的一般净化方法⑴对于非均相混合物，一般都采用物理方法进行分离，主要是利用气体分子与固体(或液体)粒子在物理性质上的差异进行分离。如利用较大粒子的密度比气体分子大很多，则可用重力、惯性力、离心力进行分离；利用粒子的尺寸和质量较气体分子大得多，用过滤的方法加以分离；利用某些粒子易被水润湿、凝聚增大而被捕集，用湿式洗涤进行分离；利用荷电性的差异，用静电除尘等。对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略⑵对于均相混合物，大多根据物理的、化学的及物理化学的原理予以分离。主要是利用它们蒸气压、溶解度、选择性吸附作用以及某些化学作用的不同进行分离。净化气态污染物的方法归纳起来主要有五种：冷凝法、吸收法、吸附法、催化转化法及燃烧法。2.2净化装置的分类2.2.1除尘装置⑴机械式除尘器重力沉降室、惯性除尘器，旋风除尘器等；⑵湿式洗涤器如旋风水膜洗涤器、喷雾洗涤器、文丘里洗涤器等；⑶过滤式除尘器如袋式除尘器等；⑷电除尘器如干式电除尘器、湿式电除尘器等。分离固体粒子的除尘器，有些也适用于分离悬浮于气体中的液体粒子。如除沫器或者除雾器等。2.2净化装置的分类2.2.2气态污染物控制技术⑴吸收法；⑵吸附法；⑶催化法；⑷冷凝法；（5）生物法。2.3净化系统的组成及性能集气罩；管路；处理装置；风机；排气筒2.3.1大气处理装置的组成2.3.2净化装置的性能表示方法技术性能指标主要有处理气体流量、净化效率和压力损失等。⑴处理气体流量一般以装置进口和出口气体流量的平均值表示。⑵净化效率净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。对于除尘装置称为除尘效率，对于吸收装置称为吸收效率，对于吸附装置则称为吸附效率。⑶压力损失压力损失是代表净化装置能耗大小的技术经济指标，指装置的进口和出口气流全压之比。净化效率的表示方法⑴净化效率η=（C1-C2）/C1⑵多级串联运行时的总净化效率若多级除尘器中每一级的运行性能是独立的，其净化效率分别是：η1,η2,…ηn，则多级串联后除尘系统的总效率为：η=1–(1-η1)(1-η2)…(1-ηn)第三节除尘装置重力沉降室旋风除尘器湿式除尘器袋式除尘器静电除尘器重力沉降一、重力沉降是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自由沉降的原理，将颗粒污染物与气体分离的过程。优点：结构简单、造价低廉、耗能小、便于维护、压力损失小，适于净化密度大、粒径粗的粉尘。对于30～50µm的粉尘，去除效率达60～80％；但对于小于5µm的粉尘净化效率几乎等于0。缺点：除尘效率低(尤其对小颗粒)，占地面积大;常为预除尘器。二、重力沉降室182pptgdutuHvL有关理想重力沉降室的假定：1、沉降室入口断面上粉尘分布均匀；2、通过沉降断面的水平气流速度分布均匀，并呈层流状态；3、颗粒的水平速度与气流速度相同。二、重力沉降室？1、理想重力沉降室中颗粒的沉降类型？2、理想重力沉降室中加入（n-1）块横隔板后会对效率有何影响？其他影响（ut、处理流量、沉降面积？182pptgdutuHvL三、降尘室的主要结构形式空心式降尘室装有横隔板的降尘室1、壳体2、灰斗3、排灰管接口4、隔板三、降尘室的主要结构形式装有竖档板的降尘室1、壳体2、灰斗3、排灰管接口5、挡板旋风除尘一、旋风除尘是利用旋转的含尘气体所产生的离心力将颗粒污染物从气流中分离出来的过程。优点：结构简单、体积小、不需要特殊的附属设备、造价低廉、操作维护方便、除尘效率高，适应粉尘负荷变化性能好，能用于处理高温、高压及腐蚀性气体。缺点：不能捕集小于5µm的粉尘粒子，适于处理5～15µm的粉尘；常为预除尘器。气流从宏观上看可归结为三个运动：外涡旋、内涡旋、上涡旋。内上内外含尘气流由进口沿切线方向进入除尘器后，沿器壁由上而下作旋转运动，这股旋转向下的气流称为外涡旋（外涡流），外涡旋到达锥体底部转而沿轴心向上旋转，最后经排出管排出。这股向上旋转的气流称为内涡旋（内涡流）。外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，含尘气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力推动下移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。气流从除尘器顶部向下高速旋转时，顶部压力下降，一部分气流会带着细尘粒沿外壁面旋转向上，到达顶部后，在沿排出管旋转向下，从排出管排出。这股旋转向上的气流称为上涡旋。二、旋风除尘器的结构主要组成：进气管筒体椎体排出管普通旋风除尘器Xlk型旋风除尘器XLT/A旋风除尘器XLT型旋风除尘器三、旋风除尘器集尘效率的影响因素（1）入口风速12～20m/s，不小于10m/s（2）结构尺寸筒体、排气管直径，锥体长度（3）粒径与密度粒径→离心力密度→离心力、切割直径（4）气体温度气体温度影响气体粘度（5）灰斗气密性漏气量15％，捕集效率几乎为033四、旋风除尘器的设计选型(1)收集资料：含尘气体的特征(组成、温度、湿度、腐蚀性、流量等)；被分离的尘粒特性(浓度、成分、密度、粒径分布、粘度、含水量、纤维性和爆炸性等)；除尘要求(除尘效率和压力损失等)；尘粒回收利用的方式和经济价值；各种除尘器特征(效率、压力损失、价格、金属耗量、运行费用及维修管理难易程度等)；其它资料(水源、电源、安装现场、有关设备的供应情况等)34(2)选型计算法：①由入/出口浓度c0/ce(或排放标准)计算效率η；②选结构型式；③根据选用的除尘器的分级效率ηi和净化粉尘的粒径频度分布f0，计算ηT,若ηTη,即满足要求，否则按要求重新计算。④确定型号规格⑤计算压力损失。35(2)选型设计经验法：①计算所要求的除尘效率η；②选定除尘器的结构型式；③根据选用的除尘器的η—Vi实验曲线，确定入口风速Vi；④根据气量Q，入口风速Vi计算进口面积A；⑤由旋风器的类型系数求除尘器筒体直径D，然后便从手册中查到所需的型号规格。36(3)旋风除尘器设计：（一）旋风除尘器各部分尺寸比例1.筒体直径DD愈小，愈能分离细小颗粒，但过小易引起粉尘堵塞。D一般不小于150~200mm，不大于800~1100mm。当处理气量过大时，可以几个旋风除尘器并联。2.入口尺寸有圆形和矩形两种，一般采用矩形，入口高度为H，宽度为B，面积为A，旋风除尘器类型系数k表示入口特征，k=HB/D2，k一般为0.07~0.30，H/B一般为2~4.3.排气管排气管多为原型，一般与筒体同心。De=（0.4~0.6）D。4.筒体与椎体长度在一定范围内增大椎体高度L2，有利于提高捕集效率，但压损会增加。一般椎体高度L2=（2~3）D，筒体高度L1一般为（1.4~2.0）D，L1+L2不超过5D。5.圆锥角α一般取20~30°6.排尘口直径DeDe一般取（0.25~0.5）D。De过小容易堵塞，De过大易被内旋气流带走，一般宜大于70mm为宜。（二）压力降2ｖ2iP（三）设计举例已知处理气量Q=1300m3/h，粉尘密度ρp=1960kg/m3，空气密度ρ=1.29kg/m3，试确定旋风除尘器的尺寸，并计算压力损失。（1）进口面积A,查设计手册取v=18m/s,因此(2)筒体尺寸：（3）椎体尺寸：（4）压力降：20.02mm1836001300A2immDLmmBD8.04.0224.01.0441mmDLmmDDc8.04.0221.04.025.025.02PaPi8.167121829.182ｖ22袋式除尘过滤除尘器是用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装置。一、袋式除尘是利用棉、毛或人造纤维等加工的滤布捕集尘粒的过程。滤料工业原料气的精制、固体粉料的回收、通风和空调系统的气体净化工业尾气或烟气中粉尘粒子的去除应用采用纤维织物作滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广除尘效率一般可达99%以上，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用工作原理含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上；沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中；粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉尘初层；机械振动袋式除尘器示意图粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率；随着粉尘在滤袋上积聚，滤袋两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压穿过滤料，从而使除尘效率下降，要及时清灰。但清灰不应该破坏粉尘初层。二、袋式除尘器的特点—优点除尘效率高。对微米或亚微米级的粉尘粒子也有较高效率，一般可达99％，甚至可达99．99％以上。适应性强。可捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘。操作弹性大。含尘气体浓度和烟气量在相当大的范围内变化对袋式除尘器的除尘效率影响不大。结构简