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1、第七章 气态污染物控制技术,第一节 气态污染物净化原理第二节 二氧化硫污染控制技术第三节 氮氧化物污染控制技术第四节 挥发性有机污染物控制技术第五节 大气污染物稀释法控制技术,第一节 气态污染物净化原理,吸收：利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，或与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。,特点：捕集效率高、设备简单、一次性投资低，广泛用于气态污染物处理；但也存在运行费用较高，运行维护较复杂，吸收剂富液需后续处理等缺点。,物理吸收化学吸收,吸收类型,一、吸收法,（一）吸收平衡,物理吸收时，常用亨利定律来描述气液相间的平衡。,常压或低压下的稀溶液溶质在气相和液
2、相中的分子状态相同,pi*i组分在气相中的平衡分压，Paxi i组分在液相中的摩尔分数Ei i组分的亨利系数，Paci i组分在液相中的浓度，kmol/m3Hi i组分的溶解度系数，kmol/(m3Pa),（二）吸收速率方程,双膜理论,气膜,界面,液膜,界面气液平衡,（三）吸收设备,要求：气液有效接触面积大，处理能力大，分离效果好，设备压损小，结构简单，操作稳定，投资和运行费用低。,扩散控制,化学反应速度较快气液相间传质较慢,化学反应速度较慢气液相间传质较快,增加相际接触面增加过程推动力降低吸收温度,大液气比提供足够液相体积和反应空间,动力学控制,（三）吸收设备,（三）吸收设备,筛板塔气泡,填
3、料塔液膜,喷雾塔液滴,吸附：利用多孔固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，将气体混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，从而分离气体混合物的过程。,二、吸附净化,特点：捕集效率高、能回收有用组分、设备简单、操作方便、易于自动控制，但吸收容量一般不高。尤其适于分离低浓度有害气体或处理排放标准要求严格的废气。,（一）吸附过程,1、物理吸附与化学吸附,2、吸附剂,（1）比表面积大、吸附容量大、选择性好；（2）具有一定的粒度、较高的机械强度、化学/热稳定性；（3）来源广泛、价格低廉。,3、吸附剂再生,（1）加热解吸；（2）降压或真空解吸；（3）置换再生,（二）吸附装置固定床,半连续吸附流程A1
4、吸附循环 A2解吸循环,（二）吸附装置流动床,回转吸附床,（二）吸附装置 沸腾床,流化床吸附装置1、塔板 2、溢流堰 3、加热器,三、催化净化,催化：使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。,特点：（1）无需使污染物与主气流分离，避免了它法可能产生的二次污染，又使操作过程简化；（2）对不同浓度的污染物均有较高的转化率，应用广泛；（3）催化剂价格较高，废气预热耗能。,（一）催化作用与催化剂,催化作用 化学反应速率因加入某种物质而改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时却不变的作用。,正催化 加快化学反应速率的催化作用。,催化剂 由主活性物质、载体和
5、助催剂组成。,（二）催化反应过程,1、外扩散过程反应物从气流主体扩散到催化剂外表面；2、内扩散过程反应物进一步向催化剂的微孔内扩散；3、吸附过程反应物在催化剂表面上被吸附；4、表面反应过程反应物在催化剂表面发生化学反应；5、脱附过程反应产物从催化剂表面上脱附下来；6、内扩散过程反应产物从微孔内扩散到催化剂外表面；7、外扩散过程反应产物从催化剂外表面扩散到主气流；,（三）催化应用举例,1、采用V2O5作为活性组分，以K2SO4作助催化剂，将高浓度SO2 烟气中的SO2氧化为SO3，再吸收生成硫酸；2、用H2S作还原剂，在浸渍硅酸盐的活性炭存在下，可将SO2 催化氧化成元素硫；3、采用还原剂将硝酸
6、尾气中的NOx还原成无害的N2；4、在贵金属催化剂或金属氧化物地作用下，利用汽车排气中的CO将NOx还原成N2，而CO被氧化为CO2；5、一些恶臭物质和含碳氢化合物的废气常采用催化燃烧法将其销毁；,四、燃烧净化,燃烧：通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。,特点：（1）工艺简单、操作方便、可回收含烃废气的热能；（2）广泛用于高浓度有机废气的处理；（3）废气中可燃组分含量低时，预热耗能，注意热能回收。,（一）燃烧转化中的重要参数,1、空燃比 空气与燃料的质量比,2、爆炸极限浓度范围,CmHn+(m+n/4)O2,mCO2+(n/2)H2O+Q,氧化？燃
7、烧？爆炸,（二）燃烧类型及装置,特点,燃烧装置,配焰燃烧炉,离焰燃烧炉,火炬燃烧器,有热回收的催化燃烧过程,直接燃烧,催化燃烧,热力燃烧,一、燃烧前脱硫,洗煤：物理、化学、生物煤炭转化：热解、气化、液化,第二节 二氧化硫污染控制技术,二、燃烧中脱硫,流化床：温度脱硫剂：石灰石、石灰、白云石,三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）,石灰石/石灰法洗涤,三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）,2.改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫,双碱法用碱金属盐类或碱类水溶液吸收SO2，后用石灰或石灰石再生解决结垢问题和提高SO2的利用率,三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）,3.喷雾干燥法烟气脱硫,三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）,3.喷雾干燥法烟气脱
8、硫,三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）,4.氧化镁脱硫,三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）,5.氨法脱硫,氨水做吸收剂,氮氧化物NOx,NOx,NO,NO2,热力型NOx,燃料型NOx,第三节 氮氧化物污染控制技术,瞬时型NOx（快速型NOx）,一、低NOx燃烧器（LNB）,空气分级的低NOx旋流燃烧器,空气/燃料分级的低NOx燃烧器,二、选择性催化还原脱硝（SCR）,催化剂：贵金属,还原反应主反应,200400oC,95的NO,还原剂：氨、尿素,8090的NOx脱除率,三、选择性非催化还原脱硝（SNCR）,还原剂：氨、尿素,还原反应主反应,850 1100,冷凝法吸收法吸附法燃烧法催化燃烧法,第四节 挥发性
9、有机污染物控制技术,一、影响污染物在大气中扩散的气象要素,动力因子,热力因子,风,湍流,大气温度层结,大气稳定度,第五节 大气污染物稀释法控制技术,（一）、气象的动力因子,1、风 气象上，空气的铅直运动称为升降气流；空气的水平运动称为风。,风主要是由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。,风向 风的来向。风速 单位时间内空气在水平方向上运动的距离。(单位：m/s),1、风 风向,方位表示法：(地面风)用8个方位或16方位表示角度表示法：(高空风)以正北为零点，角度顺时针增加 正北为360(或0)；正东90;正南180;正西270,风向的16个方位及对应角度,
10、2、湍流,风的阵性和摆动称为大气湍流,大气污染物的扩散主要靠大气湍流的作用,小尺寸湍流作用下的烟云扩散,大尺寸湍流作用下的烟云扩散,复合尺寸湍流作用下的烟云扩散,3、局地风,（1）海陆风,（2）山谷风,（3）城市热岛效应,（二）气象的热力因子,近地层大气温度随地表温度的升高而增高随地表温度的降低而降低,大气绝热过程：大气中的某一空气块作垂直升降运动时 与周围空气不发生热量交换。,1、大气温度层结,（1）干绝热递减率,气温随高度的分布,自下而上地被加热自下而上地被冷却,?,（1）干绝热递减率,一质量恒定的空气块在大气中绝热上升时，因周围气压降低而膨胀，部分内能用于抵抗外界压力而做膨胀功，则其温度
11、将下降；一质量恒定的空气块在大气中绝热下降时，因外界气压增大而被压缩，外界压力对气块做功并转化为内能，因而其温度将上升。,i空气块d干空气,干绝热递减率：干空气团或未饱和湿空气团绝热上升或下降单位高度（100m）时，温度降低或升高的数值。单位：K/100m,d 约为0.98K/100m，可近似1/100m,（2）气温递减率,气温随高度增高而降低，为正值气温随高度增高而增高，为负值,温度层结（层结）气温沿铅直高度的变化。,气温垂直递减率 单位高差（通常取100m）下 气温变化的负值。,（3）大气温度层结的四种类型,A、递减层结（正常分布层结）气温随高度的增加而递减，d B、中性层结 气温随高度的
12、变化等于（或近似）d，=dC、等温层结 气温随铅直高度增加是不变的，=0D、气温逆转（逆温）气温随高度的增加而增加，0,（3）大气温度层结的四种类型,A、递减层结B、中性层结C、等温层结D、逆温,2、逆温,日落开始形成,黎明强度最大,日出开始消失,（1）辐射逆温,（2）下沉逆温,H H,h h,（3）湍流逆温,z,T,0,rd,（4）锋面逆温,3、大气稳定度,一空气块受外力作用产生上升或下降运动。当外力去除后：气块减速并有返回原来高度的趋势 稳 定气块加速上升或下降 不稳定 既不上升也不下降，保持最后状态 中 性,垂直方向上大气的稳定程度，即是否容易发生对流,大气稳定度是大气对污染源排放污染物
13、的扩散能力的度量,（1）大气稳定度的判别,当-d 0，气块加速运动，大气不稳定；当-d 0，气块减速运动，大气稳定；当-d=0，大气为中性。,是大气环境中的气温递减率,是在太阳、地球的热量幅射和其他气象因素作用下形成的实际环境状况。,d是一质量衡定的空气块在干绝热条件下垂直升降而导出的气温垂直递减率，是由气态方程给定的确定值。,（2）大气稳定度与烟流扩散的关系,波浪型：0，d 大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污染物扩散良好；锥 型：0，d 大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；扇 型：0，d，稳定状态 排放口下方0
14、，d，稳定状态 烟流大量下沉，形成严重污染；,大气稳定度与烟流类型,波浪型：0，d 大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污染物扩散良好；,大气稳定度与烟流类型,锥 型：0，d 大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；,大气稳定度与烟流类型,扇 型：0，d 大气逆温，烟流几乎无上下流动，而沿两侧扩散，呈扇型，烟流可能扩散很远或下沉形成严重污染；,大气稳定度与烟流类型,屋脊型：排放口上方0，d，不稳定状态 排放口下方0，d，稳定状态 烟流向上扩散，一般无严重污染；,大气稳定度与烟流类型,熏烟型：排放口上方0，d，不稳定状态
15、烟流大量下沉，形成严重污染；,4、大气稳定度的分类,根据常规气象资料确定稳定度的级别。A 强不稳定B 不稳定C 弱不稳定D 中性E 稳定F 强稳定,大气稳定度的确定方法,1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。,3,太阳倾角概略值,大气稳定度的确定方法,1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。,太阳高度角，（）；当地地理纬度，（）；当地地理经度，（）；进行观测的北京时间，（h）；太阳倾角，（）。,太阳高度
16、角,大气稳定度的确定方法,1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。,太阳辐射等级,大气稳定度的确定方法,1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。,大气稳定度的等级,二、烟气抬升高度,烟羽：烟气在水平方向的扩散烟羽抬升高度：烟羽轴线与烟囱口间的距离H有效烟囱高度：烟气所达到的高度HH=Hs+HHs：烟囱实体高度,排放因素,气象因素,下垫面状况,（一）烟气抬升过程,喷出阶段：依靠烟流本身的初始动量向上喷射浮升
17、阶段：由于烟流的热力作用（烟空），促使烟流在浮力作用下上升瓦解阶段：上升一定高度后，烟流与空气充分混合，丧失浮力和动力作用随风飘动，气流波动很大变平阶段：大气湍流的作用下，烟流向上下左右扩散，烟羽越来越大（截面积）,（二）烟气抬升高度的计算,中国国家标准中规定的公式：1、当Qh5004.18kJ/s 或 TsTa 35K时：式中：QH烟气热释放率，kJ/s；Qv实际排烟量，m3/s；排气筒出口处平均风速,m/s；Ts烟气出口温度，K；Ta大气平均温度（5年平均值），K；pa大气压力，kPa；n0 烟气热状况及地表系数，见表86；n1 烟气热释放率指数，见表86；n2排气筒高度指数，见表86。,
18、中国国家标准中规定的公式：2、当Qh5004.18kJ/s 或 TsTa35K时：,三、污染物落地浓度,高斯模式应用湍流扩散统计理论提出正态分布假设下的扩散模式,由湍流引起的扩散,（一）高斯模式的有关假定,原点：污染物排放点或排放点在地面的投影点。x轴：平均风向方向。y轴：在水平方向上垂直于x轴，正向在x轴的左向。z轴：垂直于水平面xoy，向上为正向。,坐标系,（一）高斯模式的有关假定,1、污染物浓度在y、z轴上的分布是正态分布；2、在全部空间中风速是均匀的、稳定的；3、源强是连续、均匀的；4、在扩散过程中污染物质的质量是守恒的；5、在x方向平流作用远大于扩散作用；6、地面足够平坦（镜面）。,
19、（二）高斯模式的基本公式,1、无限空间，地面连续点源的高斯模式,2、有界，高架连续点源的高斯模式,（三）一般气象条件下的高斯模式,地面浓度,地面轴线浓度,有界、一般气象条件下，地面连续点源：,（三）一般气象条件下的高斯模式,有界、一般气象条件下，高架连续点源：,地面浓度,地面轴线浓度,地面最大浓度,第七章 气态污染物控制技术要 点,1、吸收净化（化学反应下的几种气液平衡关系、双膜理论、吸收设备）2、吸附净化（吸附装置、吸附平衡、吸附穿透曲线）3、催化转化（催化剂的组成、催化净化一般工艺过程）4、燃烧转化（空燃比、燃烧类型及相应设备）5、生物处理（适用范围及特点）6、风、湍流、大气湍流作用下的烟云扩散、局地风及其对污染物扩散的影响、干绝热递减率、气温递减率、温度层结、温度层结类型、逆温及主要类型、大气稳定度的判断及其与烟流扩散的关系7、影响烟气抬升高度的因素,
