高等燃烧学-8燃料燃烧引起的污染及其防治

InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114由于人类活动和自然过程，引起某种物质进入大气中呈现出足够浓度、达到足够时间，因而危害了人体健康、舒适感和环境的，都叫做空气污染。能引起空气污染的物质，叫做空气污染物。空气污染物浓度的两种方法表示方式：1、以气体污染物占体积的百万分之一，缩写为ppm2、单位体积内空气污染物的重量，μg/m3，每立方米中多少微克，在标准温度（25℃）和压力1atm时，两者换算关系为：ppmmg24.4510/133－分子量第七章燃料燃烧引起的污染及其防治§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114成分清洁空气污染空气SO20.001-0.01ppm0.02-2ppmCO2310-330ppm350-370ppmCO1ppm5-200ppmNox0.001-0.01ppm0.01-0.5ppmCmHn1ppm1-20ppm氧化剂0.02ppm0.2-0.4ppm颗粒物质10-20μg/m370-700μg/m3清洁空气与污染空气载某些成分的含量：§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031141、按形成过程分类：1)原始污染物：直接从污染源排放到大气中的有害物质，常见的原始污染物有：SO2、CO、Nox及颗粒物2)次生污染物：进入大气中原始污染物之间相互作用，或它们与大气中正常组分发生一系列化学或光化学反应而后生成新的污染物，最常见的次生污染物有臭氧、醛类（甲醛、乙醛和丙烯醛等），过氧乙酰硝酸酯（PAN）以及硫酸烟雾和硝酸烟雾。§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031142、按存在状态分类：1)颗粒状污染物：除了纯水以外的任何一种以液态或固态形式存在于大气中的物质如尘、烟、雾尘：散布在气体中的固体微粒（粒径1-200μm）烟：较高浓度的过饱和蒸气凝结形式的小颗粒（0.01-1μm）雾：水蒸气凝结生成的悬浮小液滴烟雾：具有烟、雾的二重性，即当烟雾同时形成时为烟雾硫酸烟雾：燃烧产生的SO2与SO3遇水合成硫酸雾＋烟硝酸烟雾：汽车排放中NOX及HC遇水合成硝酸雾＋烟§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031142、按存在状态分类：2)气态污染物：以SO2为主的含硫化合物，以NO和NO2为主的含氮化合物，碳的氧化物，碳氢化合物及卤素化合物等类别原始污染物次生污染物人为源含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO4、MSO4燃烧含硫燃料含氮化合物NO、NH3NO2、MNO3高温燃烧碳氢化合物HC醛、酮、过氧乙酰、基硝酸酯（PAN）燃烧、精炼石油碳的化合物CO、CO2无燃烧卤素化合物HF、HCl无冶金作业§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031141)燃料燃烧过程2)工业生产过程3)交通运输过程我国对烟尘、SOx、NOx和CO四种污染物的统计分析表明：燃烧料燃烧产生的空气污染物约占70%，其中煤燃烧污染占95%工业生产产生的约占20%，机动车产生约10%。§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031141、空气污染对大气性质的影响降低能见度形成雾及降水减少太阳辐射改变温度和风的分布2、空气污染对原材料的影响3、空气污染对植物的影响酸性或碱性颗粒会腐蚀原材料（如油漆、石质、金属）臭氧极易损坏橡胶制品破坏叶绿素，致使光合作用无法进行§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031144、空气污染对人类健康的影响CO窒息性气体，与红血球里血红蛋白结合成碳氧血红蛋白后，使血液载氧的能力降低。当CO的浓度达到0.5%，只需20-30min，血液中碳氧血红蛋白即可达70%。CO2非有害物质，但它使空气中含氧量减少，因而使人感到头痛和呼吸短促；CO2还会影响气候，产生温室效应。NOxNO无色无臭，有毒，与血液中血色素结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹症；NO2红褐色有窒息性臭味气体，毒性为NO的4-5倍。SO2易溶解，易被上呼吸系统所吸收，空气中1ppm的SO2就导致呼吸道阻碍。生成硫酸烟雾后，可形成酸雨。§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-651031144、空气污染对人类健康的影响HC烷烃、烯烃和芳香烃，苯对人体的心血管系统和神经系统都有明显的影响。烟雾一种含有固体微粒和流体微粒的气溶胶。固体微粒有烟黑、粉粒等，烟黑中含有蒽、菲、芘等物质，这些物质对人体危害极大，其中不少是强致癌物质；尘是固体分散性微粒，其中粒径会引起呼吸道疾病。§7.1空气污染和空气污染物空气污染和空气污染物InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114我国于1982年制定了第一个《大气环境质量标准》（GB3095－82），规定大气环境质量标准分为三级：三级标准：为保护自然生态和人民健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。一级标准：二级标准：为保护人民健康以及城市、乡村和动、植物在长期或短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。为保护人体不发生急性或慢性中毒以及城市一般动、植物能正常生长的空气质量要求。§7.1空气污染和空气污染物大气环境质量标准InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114烟尘种类及生成机理燃料燃烧时生成的烟尘，按其生成机理可分为气相析出型、剩余型烟尘和粉尘三种：（1）气相析出型气相析出型的烟尘来源于气体燃料、已蒸发的液体燃料气和固体燃料的挥发分气体，在空气不足的高温条件下热分解所生成的固体烟尘。粒径很小，一般在0.02-0.05μm范围内。火焰中含有这种炭黑后，辐射力增强，发出亮光，形成发光焰，由于其粒子细，容易粘附于物体而难于清除。研究表明，气相析出型烟尘是经过一系列氢聚合反应面生成的。§7.2烟尘的形成与防治InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114碳黑种类及生成机理（1）气相析出型242HCCH2622426232HCHCHHCHC炭黑多环芳烃（炭黑）26642222242332HHCHCCHHHCHC甲烷在缺氧条件下进行热分解：乙烷的热分解：一次反应：二次反应：500℃：900－1100℃：§7.2烟尘的形成与防治InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114碳黑种类及生成机理（2）剩余型烟尘液体燃料燃烧时剩余下来的固体颗粒，它是由重质油雾化滴在高温下蒸发产生蒸汽的同时，发生聚缩反应，一面激烈地发泡，一面固化，从而生成絮状空心微珠，通常称之为油灰或烟炱，油灰粒径较大，约100-300μm。积炭也是剩余型烟尘的一种，它是重质油滴附着在喷口、炉壁上，并在炉内高温加热气化而残留下来的固体残渣，它的颗粒较大，形状不定。§7.2烟尘的形成与防治InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114碳黑种类及生成机理（3）粉尘粉尘是固体燃料燃烧时产生的飞灰，其主要成分是碳和灰，固体燃料在燃烧之后，一部分变成炉渣，一部分以飞灰形式排入大气中。以煤粉炉为例，有85-95%的灰分以飞灰排入大气。§7.2烟尘的形成与防治InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114影响烟尘生成的因素（1）燃料种类的影响C/H越大，产生炭黑数量越多；碳原子数越多就越容易产生炭黑；液体燃料的残碳含量越多，产生碳黑就越大。挥发分多的煤，其炭黑生成量要比挥发分少的煤多得多，但煤燃烧时产生的烟尘主要以飞灰形式出现。对碳氢化合物燃料而言§7.2烟尘的形成与防治InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114影响烟尘生成的因素（2）氧气浓度和过剩空气系数的影响碳黑是在富燃缺氧条件下产生，因此如果碳氢化合物燃烧与足够的氧气充分混合，能防止碳黑产生，防止产生烟尘所需要的氧气量，随着燃烧种类而异。§7.2烟尘的形成与防治InstituteofEnergyandEnvironment,ChongqingUniversityChongqing40044,P.R.CHINAE-mail:[e-mail]，023-65103114影响烟尘生成的因素（3）燃料粒径的影响燃料粒径大，其燃烬时间也长，因而在炉内有限的停留时间内燃料滴不易燃尽，使烟尘浓度急剧增加。而且燃料滴粒径大，所生成的空心微珠也大，当燃料滴碰到炉壁时，如果炉壁温度低，则燃料滴焦化成炭块，它们可能会脱落而随烟尘排入大气中，使