第四章1大氣污染要掌握的內容：污染的種類、來源及其危害大氣污染物擴散原理及其模式大氣污染控制（排放標準、綜合控制措施）

第一節概述1.大氣組成

大氣是人類及一切生物賴以生存必不可少的物質和基本環境要素之一。

（食、水、空氣：人缺乏食物約可生存5周；斷絕飲水約可生存5天；而離開空氣，則5min就會死亡。）通常認為海平面附近的干燥空氣是潔凈空氣，其組成基本不變。

1000公里的高空以內稱為大氣層或大氣圈，其密度隨著高度的減小而增加，大氣質量約99.9％都集中在55km以下的空間。一、大氣污染大氣組成：①干燥潔凈的混合氣體（空氣）：78.09％N2,20.94％O2,0.934％Ar和0.032％CO2。共占大氣總容積的99.996％。(CO2和O3含量甚微，但對大氣溫度和生物生存起著重要作用。CO2吸收地表的長波輻射，阻止地球散熱。

0.2510-5％O3

吸收太陽紫外輻射99%，集中在20～25km的高度處。）

②懸浮微粒：固體微粒（懸浮灰、塵、花粉、細菌、冰晶）、顆粒狀液體（水滴、云霧、）。影響大氣的能見度，削弱太陽的輻射強度。③水蒸氣：含量不大，構成天氣現象（云、霧、雨、霜、露）。2.大氣污染

國際標準化組織(ISO)定義：“空氣污染，通常是指由于人類活動和自然過程引起某些物質進入大氣中，呈現出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環境。”其明確了：(1)形成大氣污染的原因：自然因素、人為因素；(2)造成大氣污染的必要條件：即污染物在大氣中要含有足夠的濃度，并且停留足夠的時間，超過了允許限度，使得大氣質量惡化，從而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環境。）3.影響大氣污染形成的主要因素

污染物濃度愈高，停留時間愈長，污染愈嚴重。地理、地形特征：影響大氣的擴散能力。不同的特征，在不同氣候條件下，會形成各種大氣環流—風。風可能加速、也可能不利于污染物的擴散。氣象條件：不同的氣象條件具有不同的稀釋擴散能力。包括：風速和風向、大氣氣溫垂直分布和穩定度、降水過程。排放源高度：高煙囪把污染物排向遠離污染源的高空，在更廣闊的區域中擴散稀釋，降低污染物在近地面的濃度。但是污染物的總量沒有減少。二、大氣污染源定義：造成大氣污染的污染物發生源。按排放方式：點源、線源、面源；按排放形式：固定源、流動源；按排放時間：連續源、間斷源、瞬時源；按排放位置：地面源、高架源。通常人工污染源分為：①生活污染源。生活中爐灶、熱水器、采暖鍋爐。②工業污染源。燃料燃燒、工業生產排放的物質。③農業污染源。農藥和化肥分解產生有害氣體、粉塵飛揚。④交通污染源。交通工具燃燒排放的有害廢氣。

（其中，燃料燃燒排放的大氣污染物占70～80％）三、大氣污染的分類1.大氣污染的類型按大氣污染的影響范圍：

①局部性大氣污染：某個污染源的小范圍（如某一火電廠）；(Local)

②地區性污染：工業區及附近、整個城市；(Regional)

③廣域性污染：超過行政區域的廣大地域；(Widerange)

④全球性大氣污染：超越國界、全球。（World－wide）按污染物的種類：

①煤煙型。煤炭燃燒，SOx、煙塵等，以及形成的二次污染物。

②石油型。石油生產、石油制品使用，NOx、COx、HC等，以及形成的光化學煙霧。

③混合型。有煤煙型和石油型的綜合特征，以煤碳、石油為燃料綜合的污染源，以及從工廠企業排出各種化學物質的污染源。

④特殊型。某些特殊的氣態污染物，如放射性廢氣、含氯氣體、含氟氣體。煤炭和石油燃燒排放的廢氣，在一定的氣象條件下形成二次污染的特征：①氧化型大氣污染(汽車尾氣型)。石油類燃料燃燒，汽車排氣中CO2、NOx。強烈陽光作用，污染物發生光化學反應后生成臭氧、過氧乙酰基硝酸酯類等氧化性二次污染物。氣象條件：較強烈的陽光，氣溫高于23℃，濕度低于75％，風速小于3m/s，通常發生在夏、秋季節的白天，以中午污染最嚴重。（洛杉磯型、石油型）。②還原型大氣污染(煤炭型)。煤炭燃燒，產生煙塵、SO2和CO，多發生于煤炭和石油混合使用的地區。氣象條件：多云，氣溫低于8℃，濕度高于85％，基本無風、伴有逆溫。一次污染物低空聚積，生成還原性硫酸煙霧。通常發生在冬季，以早晨污染最嚴重。（倫敦型、煤炭型）。

2.我國的大氣概況和特點

能源消費以煤炭為主，主要是SO2和煙塵的污染，大氣污染的特征屬于煤煙型。污染水平：北方城市＞南方城市，冬季＞夏季，早晚＞中午。南方城市是酸雨和高硫煤地區的污染，北方城市是冬季采暖期的污染。1997年，污染物排放達到最高值。其中SO2排放過了美國，成為世界SO2排放第一大國。1997年后，煙塵、SO2排放總量呈下降，但數量仍巨大；石油消費和機動車輛急劇增加，氮氧化物污染呈上升。第二節大氣污染物已認定的大氣污染物約有100種，主要為氣溶膠態和氣態污染物。氣溶膠態污染物氣態污染物一、氣溶膠態污染物沉降速度可以忽略的固體、液體顆粒在氣體介質中的懸浮體

。分為以下三種形式:1.粉塵(dust):

較小懸浮固體顆粒，＜200μm。煤粉、水泥、金屬粉塵、粘土粉塵、石棉等。一般，粉塵＜75μm，粗塵＞75μm。2.煙塵:燃燒、冶金中的細微顆粒：①煙炱(fume)，冶金過程中的固體粒子。熔融物質揮發產生的氣態冷凝物，＜1μm。如氧化鋁（鋅、鉛）等；②飛灰(flyash)，燃料燃燒中的細小灰粒，＜10μm；③黑煙(smoke)，燃燒產生的可見氣溶膠,燃料高溫缺氧，烴類熱分解生成的碳黑顆粒，0.01～1μm。3.霧(fog):微小液體顆粒。水霧、油霧、酸霧、堿霧，＜100μm。氣象學中是指造成能見度＜lkm的小水滴懸浮體。氣溶膠態污染物通常＜500μm。

＞100μm的顆粒易于沉降，造成的危害較小。＜100μm的所有固體顆粒物：總懸浮微粒(TSP)

①飄塵:＜l0μm，粒度小，質量輕，不易沉降；

②降塵:＞l0μm，能靠重力在較短時間內沉降；霧霾天氣

霾也叫霧霾（煙霞），指空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子使大氣混濁，視野模糊并導致能見度惡化，如果水平能見度小于10000米時，將這種非水成物組成的氣溶膠系統造成的視程障礙稱為霾(Haze)或灰霾（Dust-haze），香港天文臺稱煙霞(Haze)。

霾與霧的區別在于發生霾時相對濕度不大，而霧中的相對濕度是飽和的(如有大量凝結核存在時，相對濕度不一定達到100%就可能出現飽和)。一般相對濕度小于80%時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霾造成的，相對濕度大于90%時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霧造成的，相對濕度介于80-90%之間時的大氣混濁視野模糊導致的能見度惡化是霾和霧的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。霾的厚度比較厚，可達1－3公里左右。霾與霧、云不一樣，與晴空區之間沒有明顯的邊界，霾粒子的分布比較均勻，而且灰霾粒子的尺度比較小，從0.001微米到10微米，平均直徑大約在1－2微米左右，肉眼看不到空中飄浮的顆粒物。由于灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射波長較長的光比較多，因而霾看起來呈黃色或橙灰色。一次污染物(從污染源直接排放出的)：SOx、NOx、COx、HC化合物，O3、氟化物等。二次污染物：光化學煙霧、硫酸煙霧等。1.含硫化合物:SO2、SO3和H2S等。SO2：最主要的氣態污染物。化石燃料燃燒、有色金屬冶煉、火力發電、石油煉制、造紙、硫酸生產及硅酸鹽制品熔燒等過程都向大氣排放SO2，燃燒SO2約占70％以上。H2S：有機腐敗物，造紙、煉油、煉焦、石化、農藥等生產中的排放。在大氣中很快被氧化成SO3或SO2。2.含氮化合物：NO、NO2、N2O、N2O3、NH3、HCN等，主要是NO和NO2。大約83％的NOX來自燃料燃燒。此外，硝酸、氮肥、石化、炸藥生產。3.碳氧化合物：CO、CO2。人工：燃燒。CO排放量為大氣污染物之首，但CO的濃度并未持續增加，表明自然界存在抑制CO增長的機制，如土壤微生物的代謝和OH自由基的氧化能將CO轉化為CO2。但CO排放集中時，濃度可能達到危害環境水平。二、氣態污染物4.碳氫化物：可揮發的各種有機烴類化合物，如烷、烯和芳烴等。大部分來自于植物的分解，人工是石油類物質不完全燃燒和蒸發，汽車尾氣排放占有主要的比重。HC是一種強致癌劑，與NOX的共同作用會形成光化學煙霧。5.鹵素化合物：含氯、含氟化合物。鋼鐵、石化、農藥、化肥工業的生產過程中都有。排放量不多，對植物生長有很大傷害；破壞臭氧層的主要成分。6.硫酸煙霧：SO2等含硫化合物，在有水霧、顆粒氣溶膠、NOx、以及一定氣象條件下，發生化學或光化學反應而形成。相對濕度較高，氣溫較低，并伴有煤煙塵、含有重金屬的飄塵等存在時發生的。7.光化學煙霧：陽光紫外線照射，NOx、HC和氧化劑之間發生一系列光化學反應而生成的淡藍色(有時呈紫色或黃褐色)二次污染物。主要成分是臭氧、過氧乙酰基硝酸酯(PAN)、醛類及酮類等。第三節燃料燃燒燃燒產生的污染物約占全部大氣污染物數量的70％。一、燃料性質1.固體燃料：coal－C、H、O、N、S。所含污染物如下：

灰：4％～5％－60％～70％，我國25％

S：無機硫：黃鐵礦硫（FeS2）；有機硫：有機質的復雜化合物；硫酸鹽硫：石膏（CaSO4?2H2O）。（無機硫和有機硫參于燃燒；而硫酸鹽硫屬于灰分。高硫煤＞2％。）

N：化合物：揮發分N、焦炭N。2．液體燃料。汽油、煤油、柴油、重油（含S）－C、H高，灰少。3．氣體燃料。天然氣CH4－氣田氣、油田伴生氣、煤田伴生氣。人造氣－液化石油氣、焦爐煤氣、發生爐煤氣、高爐煤氣。二、燃燒過程

燃燒分為固相燃燒、氣相燃燒。必要條件：適當空氣量，即氧氣。（不足，燃燒不完全；過大，降低燃燒溫度。）

空氣過剩系數：實際空氣量/理論空氣量，用于固定裝置。

空燃比A/F:空氣量/燃料量（質量），用于移動裝置。（汽油理論A/F＝15，甲烷理論A/F＝17.2）。良好的燃燒工況還必須滿足以下三個基本條件（3T）：①足夠的溫度。著火溫度，燃燒維持較高溫度。②充足的時間。才能保證燃料的充分燃燼。③充分的混合。混合不良將產生不完全燃燒產物，相當缺氧燃燒。用湍流度衡量。三、燃燒產物N2、CO2、水蒸氣和飛灰，以及O2、SOX、NOX、CO、H2、CH4、HC、碳黑。污染物：SOX、NOX、COx、HC、碳黑、飛灰。

SOX：SO2，少量的SO3。

NOX：燃料N，空氣N生成。主要NO，少量NO2。

飛灰：剩余的細微固體顆粒物。

CO、H2、CH4、HC、碳黑：不完全燃燒產物。與燃料性質、燃燒方式、燃燒條件有關。第四節大氣主要污染物的生成機理及危害一、煙塵：1.煙塵的生成機理（1）氣態析出型。固體燃料的揮發分氣體、液體燃料蒸發氣和氣體燃料，高溫缺氧（還原性氣氛）熱分解生成碳黑或積炭。0.01～0.2μm。

氣相脫氫聚合反應：甲烷CH4→2H2+C乙烷C2H6→3H2+2CC2H6→H2+C2H4（乙烯）乙烯C2H4→H2+C2H2C2H2→H2+2C

(2)液態剩余型。液體燃料不完全燃燒：

①煤胞、油灰：油滴蒸發產生油蒸氣燃燒時，一邊膨脹發泡，一邊聚縮固化，生成10～300μm、表面光滑致密、內部絮狀、難以燃燒的空心焦粒；②石油焦：油霧滴與熾熱固體壁面接觸時高溫裂解，形成顆粒較大的物質，結焦。(3)固態剩余型。固體燃料燃燒時形成，包括未燃盡固定碳和灰分（飛灰），3～100μm。

2.影響煙塵生成的因素（1）燃料性質：灰分↑，含水量↓，飛灰濃度↑；氣態燃燒的燃料數量越多，碳含量↑，碳黑↑。氣、液燃料碳黑多，固體燃料以飛灰為主。（2）燃燒條件：不完全燃燒產生煙塵。（3）燃料粒徑：液體燃料粒徑越大，其燃盡時間也越長，塵濃度↑↑。固體燃料的燃燒速率取決于氧氣向表面的擴散速度，以及在固體表面上進行的化學反應速度。3.煙塵的危害＞10μm能沉降；＜10μm飄塵長期懸浮，易進入呼吸系統，直接進入肺部。煙塵的化學組成很復雜，含有毒物、致癌物，引起肺癌或皮膚癌。二、硫氧化合物主要是SO2，SO3很少。缺氧時，還有H2S和元素S。生成SO2的總放熱反應

S+O2→SO2

（3－1）

火焰中的淡藍色是O原子和SO反應形成SO2時所發射的光譜。SO是一種中間產物。1.生成機理

（1）有機硫和H2S的氧化

H2S主要在油中。煤中有機硫～500℃分解→H2S。

H2S、S元素首先→SO(H2S+O2→SO+H2O；S+O2→SO+O)再SO+O2→SO2+O；SO+OH→SO2+H（2）無機硫的氧化無機FeS2分解速度慢。

1)缺氧時，＜500℃，分解成S、H2S和FeS，FeS必須＞1400℃才能分解出S，再氧化成SO2。2)富氧下，FeS2直接氧化SO2:4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2

S含量↑，空氣量↑，SO2↑。（3）燃燒中SO3的生成可逆SO2+O→SO3→過程緩慢。貧燃：計算，高溫有利于SO2生成，低溫有利于SO3生成。實測，高溫區SO3濃度＞計算值。∵貧燃O2充足，S氧化快。富燃：高溫時，缺O2，抑制SO2→SO3。低溫時，O原子濃度急劇降低，S03濃度略有下降。催化劑：金屬氧化膜（Fe2O3）、積灰（V2O5），促使SO2→SO3。水蒸氣與SO3反應形成H2SO4蒸汽。因此：①含S↑；②含灰↑；③反應τ↑；④高溫區↑；⑤火焰t↑，SO3↑。（4）SO2在大氣中的轉化

SO2在大氣中的轉化速度非常小。

（若存在金屬氧化物、顆粒物、NOX等可作催化劑的物質，可增大SO2→SO3的速度，或直接氧化為硫酸鹽氣溶膠，如MgO2＋SO2→MgSO4

，SO2和SO3與水蒸氣反應都會形成硫酸蒸汽。）2.硫化合物的危害SO2：有強烈的辛辣、刺激性氣味。濃度超過一定值，支氣管收縮，鼻腔出血，呼吸困難，誘發支氣管炎、肺水腫。SO2形成的硫酸煙霧，毒性作用增大3～4倍。對植物造成傷害，其生長受阻，葉片出現黃褐色壞死斑、脫水、焦枯。H2S：有毒氣體，易溶于水。刺激性引起眼結膜炎；侵入血液中與血紅蛋白結合，生成硫化血紅蛋白而使人缺氧，窒息死亡。空氣中H2S的體積分數為0.04時便有害于人體健康，0.1時就可致人死亡，大氣中允許的硫化氫濃度為0.01g/m3。三、氮氧化合物1.燃燒過程中NOx的熱力學平衡N2+O2

2NOt↑，Kp↑↑，NO↑↑

NO+O2

NO2+Ot↑，Kp↓，NO2↓

NO與NO2的生成反應的特點①燃燒中NO～95％，NO2～5％；②任何溫度時生成的NO都→NO2；③t↑，NO↑↑，＜1500K，反應速率很小；＜800K，NOx數量忽略不計；④室溫時只有極少量NO與NO2生成。排入大氣NO，在充足的反應平衡時間下氧化成NO2。

四、其他污染物1.CO

CO是燃燒過程的中間產物，不完全燃燒產物。RH→R→RO2→RCHO→RCO→COR—碳氫自由基團。RCO主要通過熱分解生成CO。

CO的生成速率很快，＞氧化成CO2的速率，在火焰區CO濃度迅速上升到最大值。控制CO的排放是使之完全燃燒。

危害：毒性很大。與血紅蛋白有較強親合力，比氧與血紅蛋白的親和力大200多倍。生成碳氧血紅蛋白，降低血液輸送氧氣的功能。中樞神經受影響，降低人對各種意識的分辨能力，出現昏迷、呼吸困難，甚至導致窒息死亡。2.碳氫化物（HC）來源：不完全燃燒、石油類物質蒸發。燃燒室內溫度過低的區域，或者油氣混合不均勻導致燃燒室內局部混氣過富。HC的熱分解和氧化非常復雜，許多中間產物的反應過程和反應機理至今尚不清楚。大部分HC是＜700℃時發現。危害：主要致癌物質。一般是多環結構的多環芳烴類物質，如苯并[a]芘等，其中有機物在燃燒分解過程中產生的焦油狀多環芳烴苯并芘就是公認的強致癌性物質。3.碳煙汽車排放的不完全燃燒產物，柴油機碳煙濃度約為汽油機的30～80倍。∵柴油機采用擴散燃燒，燃料和空氣混合不均勻，出現部分混合氣過濃，缺氧，其形成條件與CO和HC很相似。白煙：寒冷氣候起動、怠速運轉，燃燒室溫度過低，燃料未經燃燒排出，＞1μm以上白色液珠。藍煙：柴油機低負荷工作、低溫運轉，排出的直徑在＜0.4μm的淡藍色液珠。黑煙（碳煙）：柴油機高負荷運行，混合氣高溫缺氧，產生脫氫聚碳反應，以碳為主≈0.05μm的固態微小顆粒。4.光化學煙霧

NOX、HC，在陽光的強烈照射下，發生光化學反應后形成二次污染物（臭氧、醛類、過氧乙酰硝酸酯(PAN)）等，形成光化學煙霧。NO2光解→NO＋OO＋HC→OH，O＋O2→O3O、O3、OH＋HC→HC自由基。HC自由基＋O2→過氧化自由基。各種自由基＋NO→NO2

發生時，氣溫較高，大氣相對濕度較低，夏季晴天，高峰出現在正午前后，夜間消失。影響光化學煙霧形成的因素

（1）污染物質及濃度。存在NO2和HC，濃度越高，各種氧化劑的濃度也必然增高。大氣中飄塵易吸附氣態分子發生反應。（2）太陽輻射強度。只有波長為290～430nm能量較大的紫外輻射，才能使NO2光解。（3）地理位置。天頂角越小，輻射線的路線越短，紫外輻射越強。大氣層愈厚，到達地面的輻射能愈少。夏季天頂角比冬天小，∴晴朗、夏季中午出現光化學煙霧的可能性最大。（4）氣象條件。晴天、陽光明媚、高氣溫、低濕度、低風速、有逆溫層存在，易產生光化學煙霧。∵此時污染物質不易稀釋擴散。

第五節大氣污染的防治途徑一、我國大氣污染治理

以煤為主能源政策在今后相當長時期內不會改變。我國的工業廢氣的治理已經取得了明顯的成果，一些地區的大氣污染得到控制或緩解，但仍然存在許多問題：①部分老企業和鄉鎮企業的生產技術落后、設備簡陋、能源消耗高、廢氣排放量大，治理難度大；②資金不足，有害氣體的處理率低；③許多廢氣治理設施開工率和運轉率低，甚至擱置不用。二、大氣污染的綜合防治大氣污染的綜合防治的原則:

區域為統一整體，調查評價、統一規劃，綜合運用各防治措施，改善大氣環境質量。原則:推行清潔生產，控制污染源頭。將綜合預防的環境策略持續應用于生產過程和產品之中，以期減少對人類和環境的風險。合理利用環境自凈能力與人為措施相結合。綜合防治與分散治理相結合。分散治理為基礎按功能區實行總量控制。保持環境質量符合要求，所能允許的某種污染物的最大排污總量。技術措施與管理措施相結合。粗放經營、管理不善造成污染物流失約占總量的50％。2.大氣污染的綜合防治措施（1）全面規劃、合理布局或調整工業結構。（2）嚴格的環境管理體制。（3）綜合利用，提高資源利用率。（4）合理利用能源。①改變常規能源結構和用能方式。②采用先進的清潔煤技術。③節約能源。④開發清潔能源。⑤控制污染源頭和廢氣排放。安裝除塵凈化裝置，高煙囪排放。⑥構建綠色生態系統。三、大氣環境標準為了維護生態平衡，保護人體健康，控制和改善大氣質量，制定了大氣環境中污染物的最大容許含量和污染源排放污染物的數量及濃度的技術規范：分為大氣環境質量標準、大氣污染物排放標準、大氣污染控制技術標準、大氣污染警報標準等。標準制定：為保障人體健康和維護生態平衡，并考慮實現標準的經濟代價和所取得的環境效益之間的關系，以及不同區域功能、生態結構和技術經濟水平等的差異性。因此，制訂了不同水平等級的國家標準和地方標準。目前,多數國家依據世界衛生組織WHO(WorldHealthOrgnization)1963年提出的四級標準作為判斷空氣質量的基本依據：第一級：在處于或低于所規定的濃度和接觸時間內，對生物觀察不到什么直接或間接的影響；第二級：達到或高于規定的濃度和接觸時間時，開始對人的感覺器官有刺激，對植物有損害，對人的視距有影響或對環境產生其他有害作用；第三級：達到或高于規定的濃度和接觸時間時，開始引起人的慢性疾病，使人的生理機能發生障礙或衰退，從而導致壽命縮短；第四級：達到或高于規定的濃度和接觸時間時，開始對污染敏感的人引起急性中毒或導致死亡。我國《環境空氣質量標準》GB3095—1996，屬于此標準的一、二級范圍內。分三類環境空氣質量功能區，分別執行三級標準：一類區：自然保護區和其他需要特殊保護地區。一級標準：長期接觸，不發生任何危害影響。二類區：城鎮居住區，商業交通居民混合區，文化區，一般工業區和農村地區。二級標準：長、短期接觸，不發生傷害。三類區：為特定工業區。三級標準：人群不發生急、慢性中毒（敏感者除外)，不影響城市一般動、植物正常生長。第二節除塵裝置一、除塵裝置的性能及分類（一）除塵裝置的性能1.含塵氣體的處理量2.除塵效率3.阻力（二）除塵裝置的分類二、機械式除塵器1.重力沉降室2.慣性除塵器3.旋風除塵器三、過濾式除塵器四、濕式除塵器五、電除塵器第三節氣態污染物的凈化方法一、氣態污染物的吸收凈化方法（一）氣體的溶解與平衡（二）氣液傳質的基本原理1．雙膜理論2．傳質速率（三）化學吸收1．化學平衡與相平衡2.化學吸收的傳質速率（四）吸收裝置二、氣態污染物的吸附凈化方法1.吸附現象2.吸附的基本原理 （1）吸附平衡。 （2）吸附等溫方程。（3）吸附等溫線。（4）吸附速率。3.吸附劑4.吸附裝置三、氣態污染物的催化凈化方法1.催化作用2.催化劑3.催化裝置4.催化燃燒第四節主要氣態污染物的治理技術一、含二氧化硫廢氣的治理技術（一）燃料脫硫1．原煤脫硫2.燃油脫硫（二）燃燒脫硫1.型煤固硫2.流化燃燒脫硫3.爐內噴鈣（三）煙氣脫硫1.干法煙氣脫硫2.半干法煙氣脫硫3.濕法煙氣脫硫二、含氮氧化物廢氣的治理技術（一）低NOx燃燒技術1.分級燃燒法2.再燃燒法3.煙氣再循環法4.低NOx燃燒器（二）廢氣脫硝1.催化還原法2.液體吸收法三、CO2排放控制及綜合利用1.吸收法2.膜分離法3.純氧/煙氣再循環燃燒4.改變煤氣化聯合循環5.低溫分離法第四節主要氣態污染物的治理技術四、燃燒過程廢氣的綜合治理（一）鍋爐廢氣的綜合治理

1.低NOx燃燒技術

2.SNOX聯合脫硫脫硝技術

3.DESONOX聯合脫硫脫硝技術

4.活性炭聯合脫硫脫硝技術5.鍋爐除塵（二）機動車尾氣的綜合治理1.分層燃燒2.稀混合氣燃燒技術3.控制燃燒的其他技術4.尾氣凈化5.柴油機碳煙的凈化

第四節主要氣態污染物的治理技術第一節顆粒污染物的分離方法一、顆粒污染物的物理性質1.

幾何特性（粒徑、形狀、比表面積）（1）粒徑。單一粒徑、粒子群的平均粒徑，μm。①單一粒徑。測定方法不同，定義及表示不同。

斯托克斯粒徑ds—與被測粒子密度相同、終端沉降速度vs相等的球的直徑。粒子雷諾數Re＜1時，

分割粒徑dc（臨界粒徑）—某除塵器的分級效率為50％時的粒徑。②平均粒徑。形狀和大小各異的粒子組成的實際粒子群與由均一的球形粒子組成的假想粒子群具有相同的某一物理性質，則稱此球形粒子的直徑為實際粒子群的平均粒徑。長度平均粒徑(算術平均粒徑)dl＝∑nd/∑n

；體積平均粒徑dv＝∑(nd3/∑n)1/3；質量平均粒徑dm＝∑nd4/∑nd3等。③粒徑分布。某一粒子群中不同粒徑的粒子所占比例,即指粒子的分散度。粒徑分布有粒數分布或質量分布，前者為粒子的個數百分數，后者用粒子的質量分數來表示。除塵技術中多采用質量分布,通常有頻率分布、頻度分布以及篩上累積頻率分布三種：頻度分布：單位粒徑間隔寬度(Δdp)時的頻率分布

頻率分布：粒徑dp至dp＋Δdp的粒子質量ΔM占試樣總質量M的質量分數篩上累積分布：大于某一粒徑dp的全部粒子質量占粉塵試樣總質量的質量分數篩下累積分布：小于某一粒徑dp的全部粒子質量占粉塵試樣總質量的質量分數中位徑d50:篩上累計分布和篩下累計分布相等(Rs＝Rx=50％)時的粒徑稱為中位徑d50

（b）粒度分布表示法粒度分布密度曲線粒度分部函數

（b）粒度分布表示法磨碎產品粒度特性空隙率ε－是指粉塵之間的空隙體積與包含空隙和粉體在內的總體積之比。ρb＜ρp，粉塵越細，吸附空氣越多，ε值愈大；擠壓或振動過程中，ε值減小。

（2）形狀。大多數粒子實際上是不規則形狀，但通常把粒子假定為球形。（3）比表面積。單位體積或質量的粉塵具有的總表面積。粒子越細，比表面積越大，活性越高，通過粒層的流體阻力也越大。2.密度單位體積粉塵質量。

真密度ρp

－是指將吸附在粉塵粒子凹凸表面、內部空隙以及粒子之間的空氣排除以后測得顆粒自身的密度）。堆積密度ρb（堆積密度是指包括粉塵粒子內部空隙和粉體粒子之間氣體空間在內的粉體密度）。定義：粉塵粒子附著在固體表面上或它們之間相互凝聚的可能性。粘附力主要有：分子力（范德華力）、毛細力和靜電力(庫侖力)

。顆粒細小、粗糙且形狀不規則、含水高且潤濕性好、含塵濃度高、荷電量大的粉塵，其粘附力增大。粉塵由于粘性力的作用，在相互碰撞中會導致塵粒的凝聚變大，有助于提高對粉塵的捕集，但也要注意其粘附在器壁上會造成裝置和管道的堵塞。4.潤濕性

粉塵粒子與液體相互附著或附著難易程度稱為粉塵的潤濕性。液體分子的表面張力越小，浸潤性越強。水的表面張力比酒精或煤油大，其對粉塵的浸潤就較差。還與粉塵粒徑大小、理化性質、所處狀態有關。浸潤性是選擇濕式除塵設備的主要依據。對于某些遇水易形成不溶于水的硬垢的粉塵，如水泥，會結垢或堵塞，不宜采用濕式除塵技術。3.粘附性5.電性（粉塵的荷電性、比電阻）荷電性。粉塵由于碰撞、摩擦、放射線照射、電暈放電、接觸帶電體等原因帶有一定的電荷。粉塵比表面積↑、含水量↓、溫度↑，荷電量↑。比電阻。導電性能，用電阻率來表示，Ω·cm。容積比電阻—為粉塵依靠其內部的電子或離子進行的顆粒本體的容積導電；表面比電阻—粉塵表面因吸附水分或其他化學物質而形成的化學膜進行表面導電。

一般：＞200℃，容積導電為主；＜100℃，表面導電為主；中間溫度范圍，兩種比電阻的合成，其值最高。6.爆炸性可燃物形成粉塵后，總表面積↑，表面自由能↑，化學活性↑。達到自燃溫度時，一定的條件下會轉化為燃燒狀態。瞬間產生大量熱量，粉塵放熱反應速度＞系統排熱速度，在封閉空間內造成很高的壓力和溫度，形成化學爆炸。爆炸極限—發生爆炸的可燃性粉塵濃度（爆炸下限、爆炸上限）。顆粒細小、分散度高、不燃塵粒少、濕度低、含有揮發性可燃氣體的粉塵，易自燃和爆炸；7.安息角

粉塵通過小孔連續落到水平板上，堆積成的錐體母線與水平面小于90°的夾角（也叫靜止角、堆積角）。用于評價粉塵的流動特性。安息角愈小，粉塵的流動性愈好，多數粉塵35°左右。一般情況，粒徑大、表面光滑、接近球形、濕度低、粘性小的粉塵，其安息角減小。鎂粉、碳化鈣粉塵與水接觸后會引起自然爆炸，不能采用濕式除塵；鋅粉與鎂粉或混合后也會發生爆炸。二、除塵過程機理

除塵機理：含塵氣流在某種力的作用下使塵粒相對氣流產生一定的位移，最終脫離氣流沉降于捕集表面。1.重力分離在重力場的作用下，粒子在靜止流體中作自由沉降運動。合力

F＝Fw重―Fb浮―Fd阻終端沉降速度vs—塵粒先加速下降，Fd不斷↑，當使合力F＝0時，作均速下降運動的速度（沉降速度達到恒定最大值）。對于dp≤100μm的顆粒，層流區

（Re＝vdpρ/μ≤1.0

）

Stokes公式vs∝dp2，dp↓，vs↓，難分離溫度↑，μ↑，vs↓，難分離2.離心分離是利用旋轉含塵氣流產生的離心力的作用使粒子與氣體分離的一種簡單而重要的分離方法。離心力可以比重力大得多，對慣性分離和濾料攔截有重要作用。層流時，離心力Fc＝徑向阻力Fd，終端離心沉降速度：相對重力分離，它是以離心加速度vθ2/r代替了重力加速度g。除了與dp和溫度有關。vθ↑，r↓，vrs↑，愈能分離細小塵粒。

離心分離因數（centrifugalseparationfactor）：同一顆粒在同種介質中受到的離心力加速度與重力加速度的比值。

Kc值一般在102～105之間，其大小反映了離心沉降設備的效能為重力沉降設備的倍數，是離心分離設備性能的一項重要指標。

加速度：過山車：2g空軍飛行訓練：5g（持續時間2-3s）航天員訓練：8g（持續時間40-50s）U-235（占0.714%）U-2383.慣性分離

機理：含塵氣流沖擊障礙物，氣流突然轉變方向，塵粒則受慣性力作用與氣流分離。同時還有離心力和重力作用。dp↑，初速↑，氣流旋轉半徑↓，慣性分離效果增強。4.截留分離機理

(1)質量很小的粒子，如果沒有離開流線而繞過捕塵體(如液滴、纖維等)運動時，這時只要粒子的中心處于距捕塵體不超過dp/2的流線上，就會與捕塵體接觸而被截留分離。(2)而尺寸和質量較大的粒子，由于慣性作用而離開氣流流線直接碰撞到捕塵體上而被捕集則為上述的慣性碰撞分離。）dp↑，捕塵體直徑d0↓，截留分離效率↑。5.靜電分離機理：針狀（放電、電暈、負）電極和平板（集塵、正）電極通較高的直流電壓，產生電場，自由電子運動形成電流。自由電子撞擊中性氣體分子使之電離，產生大量正、負離子和自由電子，使極間電流急劇增大，在電暈極附近發生電暈放電。正離子與針狀電極中和。負離子和自由電子向集塵極移動，與粉塵碰撞，使塵粒荷電向集塵極轉移，最后附著在集塵極上而與氣流分離。利用靜電力，可用于分離0.1～1.0μm低速粒子。靜電分離有兩種形式：①自身帶電粒子在捕塵體上沉降。自身帶電有限。②電場力作用使荷電粒子在集塵極上發生沉降:第二節除塵裝置

一、除塵裝置的性能及分類1.性能：（1）含塵氣體的處理量處理含塵氣體能力大小。體積流量Q（m3/s）表示。（2）除塵效率①總除塵效率η。捕集粉塵質量Mc(g/s）與進入的粉塵質量Mi之比。式中，濃度C（g/m3）若除塵器完全密閉，穩態等溫操作，則進出除塵器的氣體量不變：Qo

＝Qi，于是：②分級除塵效率ηd。定義：除塵器對某一粒徑dp或某一粒徑范圍Δdp的粉塵的捕集效果。（頻率分布ω）（3)透過率P：一些除塵器的除塵效率可達99％以上，總效率的變化難以判斷除塵效果及排放對環境效應的影響，這時可用P反映其效果.定義：從除塵器中逃逸的粉塵質量與進入的粉塵質量之比的質量分數，即透過率P.（4）阻力：氣流通過時的壓力損失，阻力系數ζ與流動狀態流道大小和形狀有關。2.分類（1）機械式除塵器。質量力(重力、慣性力、離心力)作用。重力沉降室、慣性分離器、旋風除塵器。（2）過濾式除塵器。多孔濾料層、網眼物體。顆粒層過濾器、袋式過濾器。效率高、能耗高。（3）電除塵器。靜電分離。有干法清灰和濕法清灰兩種型式。效率高，能耗低，耗鋼材多，投資高。（4）濕式除塵器（洗滌器）。液滴或液膜粘附。噴霧洗滌器、旋風水膜、文丘里洗滌器。可實現除塵和對氣態污染物的吸收凈化。效率高，特別是對微細粉塵，但易產生二次污染。二、機械式除塵器

1.重力沉降室在重力作用下沉降分離。沉降速度vs，水平速度vo。當氣流通過沉降室時間≥塵粒沉降到底部時間時，全部沉降。沉降室捕集的最小塵粒：vo↓，H↓，L↑，除塵效率↑。

2.慣性除塵器慣性分離為主，還有重力、離心力的作用。回轉式、碰撞式流速越高，轉變角度越大，轉彎次數越多，除塵效率越高。阻力也增大。一般除塵效率不高。濕式慣性除塵器，可以提高除塵效率。3.旋風除塵器(旋風除塵器是利用旋轉氣流的離心力使粉塵從含塵氣流中分離的裝置)

結構簡單，運行維修方便，效率適中η＝80％～90％，阻力適中Δp＝1000Pa，dp>3μm.應用最為廣泛。改進：多管除塵器－許多小旋風子，η高，阻力大；麻石（水膜）－麻石或瓷磚砌筑筒體，噴水，η高，阻力小，易二次污染。外旋流是旋轉向下的準自由渦流，具有向心的徑向運動；內旋流是旋轉向上的強制渦流，具有離心的徑向運動。兩者旋轉方向相同。塵粒依靠離心力向外移動。分界面上：外旋流的切向速度vθ最大，離心力Fc最大。Fc＞阻Fd，粒子移向外旋流而被捕集；Fc＜Fd，粒子向內被氣流帶走。Fc＝Fd，理論上粒子應滯留在分界面上旋轉。實際上氣流為紊流，假想圓筒理論從概率統計觀點認為，粒子50％可能進入內旋流，另50％可能向外移動。分割粒徑dpc—旋風除塵器達到一定效率時能分離的最小粒徑。切向速度vθc↑，ρp↑，內旋流半徑rc↓，則dpc↓，η↑。①入口速度u。u↑→vθc↑→dpc↓→η↑。但u過高，二次飛揚，阻力增大。②含塵氣流性質。ρp↑，η↑;t↑，μg↑，η↓③除塵器的幾何尺寸。筒體↓，離心力Fc↑；排氣管直徑↓，rc↓，η↑。④灰斗的氣密性。氣密性差，空氣滲入將二次飛揚，η↓。結構型式：按氣流導入方式：切向式（入口管外壁與筒體相切）、蝸殼式（入口管內壁與筒體相切，入口氣流距筒體外壁更近，有利于提高除塵效率，并使進口處阻力減小，但除塵器體積有所增大）、軸流式（入口裝有導流葉片使氣流旋轉，與前兩者相比，在相同壓力損失下，能處理約3倍的氣體量，適用于多管旋風除塵器或處理大氣量的場合）。影響除塵效率的主要因素按流動方式：回流、平流、直流。灰隔離室：錐體長，易分離，但易形成下灰環被上升氣流攜帶。采用錐體倒置，下部圓錐形反射屏。三、過濾式除塵器

通過濾材或濾層使粉塵分離。

表面（袋式）過濾器：多孔織物；

內部過濾：松散濾料過濾層。袋式除塵器特點：η＝95％～99％，Δp＝800～1500Pa。多種除塵機理：重力、慣性、截留、靜電，還有擴散（＜lμm塵粒被氣體分子撞擊下脫離流線，向濾袋纖維運動）、篩濾作用。正壓袋：袋內→袋外；負壓袋：袋外→袋內。機械清灰（扭轉抖動、水平擺動及垂直振蕩）和氣流清灰（反吹氣流）。要常清灰，但不要清灰過度；濾料是關鍵。四、濕式除塵器

廢氣與液體接觸。除去0.1～20μm顆粒。但注意：腐蝕，污泥處理問題，不利煙氣排放。機理：慣性碰撞、攔截，其次擴散、靜電。形式：液滴、液膜、液層。五、電除塵器

靜電分離－特點：適于捕集細塵（0.05~20μm）；效率高η≥99％;阻力小Δp=200～500Pa;處理煙氣量大（10萬m3/h~1000萬m3/h);能耗不高（0.2~0.4kW.h/1000m3）;能處理高溫或腐蝕性氣體。過程：①電暈放電；②顆粒荷電；③沉降（集塵）；④清灰。型式：（1）管式、板式。（2)單區（荷電和集塵在同一空間，工業除塵）、雙區（荷電和集塵在兩個空間，空氣凈化）兩種布置方式：電暈放電：電壓低時，不足以使自由電子獲得高速運動的能量，難以撞擊氣體分子使之電離而實現電暈放電。超過起暈電壓U0后產生電暈放電。但電壓高到一定值，達到擊穿電壓Us，兩極空氣全部電離，電場擊穿，弧光放電，短路。影響捕集效率的因素：（1）氣體性質。對電子親和力高的負電性氣體，O2和SO2，易俘獲電子形成負離子，可施加更高的電壓，更強的電場，驅進速度↑，η↑。（2）氣體工作狀態。氣體p↓，t↑，ρ↓，有利于電子加速，可降低起暈電壓，改善工作性能。

（3）粉塵比電阻。正常：104～2×1010Ω·cm。若＜104，荷電塵粒在集塵極立刻放出電荷，易造成二次飛揚；若＞2×1010，粉塵在集塵極不能完全放電，形成帶負電的粉塵層；粉塵層出現裂縫，形成局部高強電場，產生反電暈，正離子向負極移動，η↓。（4）粒徑。當dp＞1.0μm以后，dp↑→荷電量q↑↑，q的增幅大于dp的增大，因此驅進速度提高，η↑。（5）粉塵濃度。濃度較低時，濃度↑，η↑；但濃度過高，氣體離子大量沉積到塵粒上，由于荷電塵粒的運動速度遠比氣體離子運動速度小，所以電流減弱，η↓。（6）供電參數。電壓↑，電暈功率和電流

↑，η↑。第三節氣態污染物的凈化方法

定義：利用化學、物理、生物的方法，將污染物從廢氣中分離或轉化。凈化方法：吸收法：通過擴散方式將廢氣中污染物轉移到液相。吸附法：通過分子力使廢氣中某些組分向固體介質(吸附劑)的表面聚集。燃燒法：通過燃燒將可燃性污染物轉變為無害物質。催化轉化法：通過催化劑作用，將廢氣中氣態污染物轉化為非污染物或易于清除的物質。冷凝法：通過冷凝將氣態污染物分離。生物凈化：通過微生物的生化降解作用分解污染物。膜分離：利用不同氣體透過特殊薄膜的不同速度，使某種氣體組分得以分離。電子輻射-化學凈化：利用高能電子射線激活、電離、裂解廢氣中的各組分，從而發生氧化等一系列化學反應，將污染物轉化為非污染物。一、吸收凈化方法

原理：利用氣態污染物對某種液體的可溶性，將氣態污染物（溶質）溶入液相(吸收劑或溶劑)，又稱濕式凈化。分為物理吸收和化學吸收。1.氣體的溶解與平衡

吸收：氣體中的A→液相；解吸：氣體←液相中的A動態平衡：吸收速度=解吸速度時，服從亨利定律：說明：溶解平衡時,組分A的氣相分壓(平衡或飽和分壓)與液相中A濃度(飽和濃度)的關系；吸收劑無化學反應。亨利系數EA

：難溶氣體大，易溶小。平衡分壓，液相摩爾分數

２.氣液傳質的基本原理（雙膜理論，溶質滲透理論，表面更新理論）（１）雙膜理論

假定：①在氣、液兩相接觸處有一隨時保持平衡狀態的相界面；②在氣液相界面附近，分別存在一個非常穩定的層流氣膜和液膜，薄膜內存在濃度梯度，物質傳遞主要依靠分子擴散；③薄膜外氣液兩相各自的主體為湍流，不存在濃度梯度，物質主要通過對流傳遞；④傳質過程只在氣液薄膜中有分子擴散阻力，相界面上和湍流主體中不存在傳質阻力，因此傳遞速質取決于兩膜的阻力大小。

cA—組分A在液相中的溶解度HA—溶解度系數。難溶氣體小，易溶氣體大。

傳質過程：

被吸收組分從氣相主體對流擴散到氣膜表面，再以分子擴散通過氣膜到達相界面，進入液膜后又以分子擴散通過液膜，最后通過對流擴散進入液相主體，直到氣液兩相完全平衡后傳質停止。如果此時，再增加被吸收組分的氣相分壓，或降低液相中該組分的濃度，傳質繼續進行。質量守恒

ki—膜的傳質分系數。

由亨利定律，相界面

流體主體

整理后得

與液相主體中cA相對應的氣相平衡分壓；與氣相主體中pA相對應的液相平衡濃度，；

HA很大，易溶氣體，傳質阻力主要在氣相，氣膜控制。如水吸收HCl、NH3。氣相湍動程度↑，如將霧化液體噴入氣相，則液滴周圍流動氣體擴散阻力↓，傳質速率↑。HA很小，難溶氣體，傳質阻力主要在液相，液膜控制。如水吸收CO2、N2。液相湍流程度↑，如穿過孔板氣體進入液相，液膜阻力↓，傳質速率↑。中等溶解度氣體，氣膜與液膜阻力均不能忽略，兩膜控制。如水對SO2的吸收。（2）傳質速率（吸收速率、傳質方程）

單位時間，通過單位相界面傳遞的物質量。NA，kmol/(m2·s)

。Ki—膜的總傳質系數。其倒數為傳質總阻力。強化傳質過程的因素：①pA↑，或cA↓，增加傳質動力；②傳質面積F↑，可增加質量傳遞，如液滴；③氣液接觸時間t↑，如控制氣流速度，可增加質量傳遞；④傳質阻力↓，使K↑。3.化學吸收吸收時,溶劑中某些活性組分與溶質進行化學反應。純溶質濃度cA

↓，傳質動力↑，吸收速率↑。化學吸收的傳質速率:

化學吸收相當于增大了液相的傳質動力和傳質分系數，傳質速率↑。傳質速率表示方法：(1)采用增大的液膜傳質分系數kl,d，而選取與物理吸收相同的傳質動力（ΔcA＝cAi－cA）；(2)或采用增大的傳質動力（ΔcA＋δ），δ為增大值，而選取與物理吸收相同的傳質分系數kl，即增強系數：α＝kl,d/kl，液相傳質分系數增大倍數。由kl,d和kg可求出化學吸收的傳質總系數。

4.吸收裝置（塔）基本要求

：①氣液接觸面大，接觸時間長；②氣液之間擾動強烈，吸收效率高；③流動阻力小，工作穩定；④結構簡單，維修方便，投資和運行維修費用低；⑤抗腐蝕、防堵塞。吸收裝置有:填料塔

、板式塔、湍流塔、噴淋塔、文丘里吸收器。二、吸附凈化方法

利用多孔固體表面的微孔捕集廢氣中氣態污染物。1.吸附現象物理吸附—由固體吸附劑分子與氣體分子間的靜電力或范德華力引起，可逆過程。化學吸附—由固體表面與被吸附分子間的化學鍵力引起，需要一定的活化能。主要區別有：①吸附熱。物理吸附多為放熱過程，但物理吸附熱較小；化學吸附熱很大(40倍)。②溫度。物理吸附一般不受溫度的影響，但溫度↑，易脫附；化學吸附需活化能，溫度↑，吸、脫附速率↑。③選擇性。物理吸附取決于分子力，選擇性較小，脫附也容易；化學吸附有特定反應，有選擇性，不易脫附。2.吸附基本原理（1）吸附平衡。一定t，吸附速度=脫附速度，即氣相與吸附劑表面的濃度達到平衡，有平衡吸附量和平衡（分）壓力p。（2）吸附等溫方程。朗格繆爾假定：①吸附劑表面均一，化學吸附僅在表面單分子層進行；②被吸附分子間無作用力，互不受影響；③吸附與脫附已處于動態平衡。p很低，kp＜＜1，G＝Gmkp，G與p成正比；p很高，kp＞＞1，G＝Gm，G與p無關，吸附飽和。

θ—被吸附分子覆蓋的固體表面積與固體總表面積之比；G，Gm—氣相平衡分壓p下及單分子層覆蓋滿(θ＝1)時的吸附量；k—吸附平衡常數；p—吸附質氣相平衡分壓。（3）吸附等溫線。一定t，吸附量G與p的關系曲線。吸附質氣相平衡分壓p↑，G↑。（4）吸附過程。

外擴散：吸附質→固體表面氣膜→吸附劑外表面

內擴散：吸附質進入微孔→微孔深處內表面→晶格內(內擴散阻力很小，忽略不計，外擴散起控制作用。)

要求：①巨大內表面積；②強選擇性；③吸附快，脫附易；④足夠機械強度，耐酸、堿、水、高溫，物理吸附要化學穩定性。⑤價格低廉，來源廣泛。

常用吸附劑：（1）活性炭：（500℃下炭化，然后通水蒸氣活化而成。總表面積106m2/kg）。疏水性，可吸附有機溶劑、SO2、NOx。（2）硅膠：強親水性，含濕較高氣體的干燥脫水、烴類氣體回收，以及吸附干燥后的有害廢氣。（3）活性氧化鋁：石油氣濃縮、脫硫、脫氫或含氟氣體凈化。（4）人工沸石分子篩：(立方晶體結構的硅酸鹽，離子型吸附劑)脫硫、脫氮、含汞蒸氣凈化。3.吸附劑

4.再生（恢復吸附能力）①加熱解吸再生。低溫吸附，高溫加熱脫附。6.吸附裝置固定床、移動床、流化床、旋轉床

固定床：間斷吸附。廢氣向上從顆粒層穿過，凈化后的氣體由吸附器上部排出。②降壓或真空解吸。加壓吸附，減壓或真空脫附③溶劑置換再生。解吸溶劑置換吸附質，再加熱床層脫附解吸劑。吸附負荷曲線（吸附波）：吸附劑中吸附質濃度X隨床層高度Z變化曲線。(a)τ＝τ的吸附波。(b)經過Δτ后，①平衡區：平衡負荷Xe，飽和；②傳質區：吸附傳質主要區段。Za↓，傳質阻力↓，利用率↑；③未吸附區：吸附質初始濃度X0。(c)穿透時間τb：吸附波剛到達床層末端，產生“穿透現象”，床層失效。(d)τ≥平衡時間τb：吸附波全部移出床層外，整個床層失效。吸附負荷曲線難以采樣，通常分析流出氣體濃度Y隨τ變化：當τ＜τb，濃度始終為Y0，隨后Y↑↑，在τe時達到Ye。S形曲線稱為“穿透曲線”，曲線愈陡，傳質阻力愈小、吸附速率愈快，傳質區愈短。穿透時間τb表示吸附床的工作性能。三、催化凈化方法

催化劑作用下，污染物轉化為無害或易除去物質。

催化氧化法：SO2（催化劑V2O5)→SO3

催化還原法：NOx（催化劑銅鉻)＋NH3→N21.催化作用活化能：(活化分子能夠進行反應的最低能量－普通分子平均能量)。催化作用特點：①大幅度降低分子活化能，產生更多活化分子。②催化劑在反應終了時沒有發生任何化學變化。③改變原有的反應途徑，沿著特定反應進行。④具有選擇性，特定的催化劑只能催化特定反應。2.催化劑

改變化學反應速度和方向而本身在反應前后沒有變化。

固體催化劑組成：活性組分：主體，活性高、化學惰性大。助催化劑：無催化作用，提高活性組分的性能。載體：惰性支承物。催化劑主要性能指標：①活性。衡量催化劑效能大小。τ↑，活性↓，壽命↓。∵高溫熔結；雜質中毒；腐蝕、磨損。②選擇性。③機械強度。④化學穩定性。第四節主要氣態污染物的治理技術

一、含SO2廢氣的治理技術分類：燃料脫硫、燃燒脫硫、煙氣脫硫(FGD)。

煙氣脫硫最行之有效，其次是循環流化床燃燒脫硫。評價指標：脫硫效率、初投資、運行費用、副產品處理、二次污染程度、能否同時脫硝等等。脫硫效率：原煤脫硫40％＜燃燒脫硫50％～95％(爐內噴鈣約為50％，噴鈣加尾部增濕活化可超過80％，循環流化床為90％，煤氣化聯合循環為95％)

＜煙氣脫硫95％。初投資：煤脫硫≈燃燒脫硫＜煙氣脫硫。(火電廠燃燒脫硫投資占整個電廠投資的5％～12％，煙氣脫硫為15％～25％)

1.燃料脫硫（1）原煤脫硫①煤的洗選。

物理法：煤、灰、黃鐵礦的密度、磁性、電性等不同，除去部分灰分和無機硫。效率低。FeS2（ρ＝5）與煤（ρ＝1.25）的差別進行水洗。

化學法：堿溶液浸泡煤→微波照射→打斷硫化合物化學鍵→生成H2S，與堿反應除去。可去除90％的無機硫和70％的有機硫。②煤的氣化。水蒸氣、空氣作氣化劑將煤熱分解→H2、CO、CH4、H2S→與Na2CO3等溶液反應脫除。③煤的液化。制取過程有機硫在加氫時轉變為H2S。④水煤漿。制備過程中進行煤的浮選凈化處理。（2）燃油脫硫常壓蒸餾得到重油，減壓蒸餾得到渣油，殘留(80％～90％)硫。加氫反應：高壓加氫脫硫，切斷C-S-C化學鍵，以氫置換碳，生成H2S，再吸收分離。2.燃燒脫硫石灰石（CaCO3）脫硫劑，它們在燃燒過程中：受熱分解：CaCO3→CaO+CO2↑再CaO＋SO2＋1/2O2→CaSO4

主要有：型煤固硫、流化床燃燒脫硫、爐內噴鈣等技術。（1）型煤固硫

石灰、瀝青、粉煤→型煤。脫硫劑利用率低，一般為50％。∵燃燒過程，硫→SO2+石灰→硫酸鹽。SO2很快逸出，與CaO接觸時間短。（2）流化床燃燒脫硫＜3mm煤、＜lmm石灰石。燃燒中，最佳反應溫度800～900℃

（＜750℃，CaCO3難分解；＞1000℃，CaSO4又將分解。)CaCO3→CaO，原CaCO3內孔隙擴大，有利CaSO4生成。但CaSO4體積是CaO的3倍，在CaO的表面生成致密CaSO4薄層，阻礙SO2向CaO內部擴散。∴石灰粉越細，利用率越高。但，脫硫反應＜燃燒反應，細料未脫硫就飛走。循環流化床（CFB）：提高鈣的利用率和脫硫效率。Ca/S=1.5～2.5，η=80～90％。采用

飛灰復燃：增加脫硫劑停留反應時間；

缺氧燃燒：一次風40%～50%，還原性氣氛，硫→H2S+CaO→CaS，再氧化成CaSO4。CaS體積小，解決微孔堵塞。Ca/S摩爾比：衡量Ca有效利用率。Ca/S↑，鈣利用率↓，脫硫η↑；800～900℃，η最高；Ca/S一定，流化速度↓，η↑（增加了爐內停留時間）。CFB鍋爐優越性：同時脫硫、脫硝，水泥材料；燃料適應性廣、燃燒效率高、負荷調節性好等。生命力很強的清潔煤燃燒技術。缺點：運行費用、固體排渣量大，電耗，磨損。（3）爐內噴鈣

Ca基粉狀、漿狀脫硫劑噴入爐膛、尾部煙道。噴入爐膛，Ca/S≥2時，脫硫率為20％～50％。

η和Ca利用率低，適用于煤粉爐改造。3.煙氣脫硫FGD(FlueGasDesulfurization)技術成熟，大規模應用。100多種，實用十幾種。難點：煙氣量大、SO2濃度低，初投資及運行費用高，目前基本上只應用于電站。技術基礎：用金屬氧化物和活性炭吸附SO2，或用堿性溶液吸收SO2。有兩類方法：干法：固態脫硫劑，氣固反應慢，η較低，但脫硫產物易處理，投資低于濕法，有利于煙氣排放。濕法：溶液吸收，η高，技術成熟，但脫硫產物難處理，投資較大，煙溫降低不利于排放。半干法：脫硫劑是液態，脫硫產物是固態。拋棄法：S02轉化為固體產物后,以拋棄為主；回收法：制取硫酸、硫磺、石膏等有用物質。（1）干法煙氣脫硫

①電子束法

原理：電子加速器產生的等離子體（煙氣中O2、H2O+能量→活性O、OH，氧化性物質O3、HO2）氧化SO2（NOx），并與NH3反應，生成S銨和N銨（氣溶膠微粒帶有電荷，易捕集。）化肥。1970年日本荏原(Ebara)公司首先提出。示范廠取得預期效果，1998成都電廠90MW機組上實施。

特點：η≥90％，同時脫硫脫硝，投資低，產物作肥料，無廢渣，但運行電耗高，受肥料市場影響。②氣相催化氧化法含SO2煙氣進入催化轉化器，一定溫度t：

繼而轉化為硫酸加以收集。∵可逆放熱反應，∴t↓，p↑有利于反應進行。V2O5價格便宜，不易中毒，在低溫下(500～550℃)活性最高，硫酸生產廣泛采用。

（2）半干法煙氣脫硫①旋轉噴霧干燥法（＞10％的脫硫市場。η＝85～90％，低硫煤脫硫）

將石灰Ca(OH)2漿液噴入霧化干燥反應器，液滴吸收SO2，同時受煙氣加熱被蒸干，形成石膏固體顆粒，進入袋式除塵器分離。Ca(OH)2＋SO2＋H2O→CaSO3·2H2OCaSO3·2H2O＋1/2O2→CaSO4·2H2O入口煙溫150℃，入口煙溫↑，漿液含水量可↑，傳質條件好，η↑。出口煙溫80～100℃，出口煙溫↓，顆料殘留水分↑，傳質條件越好，η↑。②爐內噴鈣－尾部增濕活化脫硫尾部設活化反應器，噴水使殘余CaO活化：CaO＋H2O→Ca(OH)2＋SO2→CaSO3→氧化成CaSO4總η＝75％～85％。（3）濕法煙氣脫硫①石灰Ca(OH)2或石灰石CaCO3漿液吸收法

Ca(OH)2漿液＋SO2→CaSO3→氧化為石膏，產物可拋棄也可綜合利用。η＞95％。影響因素：（a）漿液pH。pH↓，CaSO3溶解度↑。∵CaCO3顆粒表面液膜的pH↑，∴CaSO3析出沉積在CaCO3表面，抑制了與SO2的傳質。∴石灰石傳質阻力＞石灰。石灰石，需要延長接觸時間，減少粒徑。石灰石系統pH＝6，石灰系統pH＝8。（b）液氣比。Ca2+持續消耗，應有較高的液氣比。（c）石灰石粒度。粒度↓，η與利用率↑，但磨粉能耗↑。（d）溫度。溫度↓，η↑。進口煙溫＜35℃。問題：反應生成物結垢和堵塞。∵（a）CaSO3·1/2H2O是軟垢，pH偏中、堿性時形成，堵塞。（b）CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓。pH高形成。（c）CaSO4·2H2O為難清除硬垢。

對策：添加劑CaCl2、MgSO4或己二酸等抑制結垢、堵塞。②雙堿法（鈉堿法）：解決石灰法結垢、堵塞吸收：NaOH/Na2CO3＋SO2→Na2SO3（不結垢）再生：Na2SO3＋Ca(OH)2/CaCO3→NaOH/Na2CO3＋CaSO3·1/2H2O↓。

缺點:吸收生成部分Na2SO3＋殘余O2→Na2SO4（不易清除），吸收劑損耗↑。二、含氮氧化物廢氣的治理技術

1.低NOx燃燒技術：改變燃燒條件降低NOx排放。途徑有：用低N燃料；減少α及氧濃度；降低燃燒溫度；對熱力型NOx，縮短在高溫區的停留時間；對燃料型NOx，增加火焰前峰的停留時間。以鍋爐為對象進行討論。（1）分級燃燒法：空氣分成兩級送入：1≈0.8，缺氧；2

＝1－1

≈

0.2，t↓NO比常規燃燒降低20～40％。1過低，產生大量中間產物，有利于NO還原，但2區又被氧化成NO，總NO↑。（2）再燃燒法：燃料分級燃燒初燃區：送入約80％的一次燃料，＞1富氧→NO；再燃區：送入約20％剩余的二次燃料，＜1還原→HCN、NH3，部分NO→N2；燃燼區：送入剩余的二級空氣，HCN→N2或NO。

（可使NO↓50％。盡量延長燃料的停留時間，減少初燃區α，空氣充分混合）

（3）煙氣再循環法－從鍋爐尾部抽取一部分溫度較低的惰性煙氣送入爐膛燃燒區

使爐膛t和[O]↓，減少N2和O2高溫反應，增強還原性氣氛。

再循環率r＝15～20％，r↑，NOx↓↓。NOx↓：煤5％，油～20％，氣35％。可與分級燃燒結合使用。（4）低NOx燃燒器：

應用分級燃燒原理的燃燒器。NOx↓30～60％。

直流燃燒器：稱濃淡燃燒器，兩個噴口偏離化學當量比的燃燒。

部分燃料＜1，過濃，缺氧，t低，兩種NOx↓；

部分燃料在＞1，過淡，空氣多，t低，熱力型NOx↓。

旋流燃燒器：多次空氣分級。一次空氣，形成富燃區，抑制NOx生成；其余空氣從邊噴口送入，與未燃盡燃料混合，繼續燃燒并形成燃盡區。干法：氣相還原法、分子篩、活性炭吸附法；

濕法：各種液體氧化吸收法。（1）催化還原法①選擇性催化還原法SCR(SelectiveCatalyticReduction)

η＝80～90％，高，還原劑（氨）少，廣泛應用。銅鉻催化劑

NH3＋NOx→N2和H2O選擇性：只與NOx反應，不與O2作用。影響因素：a）反應溫度。最佳溫度：300～400℃。

＞350℃，NH3分解→N2和H2，還原劑↓或NH3＋O2→NO；200～3