煤焦化过程中大气污染物的释放.迁移及控制

我国是世界焦炭生产大国，历年焦炭产量占世界的50%，出口量占世界的60%。焦炭生产过程排放大量有毒有害污染物，严重威胁焦炭产区居民的身体健康。对于典型致癌、致畸、致突变污染物多环芳烃（PAHs）的排放源中，焦炭生产过程对我国PAHs排放总量的贡献值达17.9%，远高于其他国家。相比国外，对于我国这样一个焦炭生产大国，部分学者仅以焦炉顶无组织排放及厂区环境空气中颗粒态PAHs为研究对象进行分析，未见有关炼焦不同工序PAHs排放浓度、分布特征（气固分布及其形成机制、粒径分布、毒性特征）的资料报道。同时，针对焦炭生产过程有机碳和元素碳污染水平、排放特征及重金属迁移规律也尚不清楚。因此，探讨煤焦化过程中大气污染物的排放尤为重要。本书针对焦化行业，探讨焦化产生的大气污染物中多环芳烃、重金属和碳颗粒物等物质的排放机理与治理对策，为企业和行业清洁生产提供科学依据。本书可供环境工程、化学工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也供高等学校相关专业师生参阅。

本书从我国焦炭行业生产现状及发展趋势出发，系统介绍了煤焦化过程中大气污染物的排放现状，煤焦化过程多环芳烃的生成机理，炼焦排放大气污染物的采集与测试分析方法，探讨了煤焦化过程典型大气污染物（多环芳烃、重金属、碳颗粒物）的污染水平、分布特征、排放因子及排放量，很后给出了针对我国焦化行业大气污染控制的对策与建议。
本书旨在全面加深对我国焦化行业大气污染物的生成、排放与控制的理解，进一步促进焦化行业清洁生产，可供环境工程、化学工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校相关专业师生参阅。

牟玲，太原理工大学环境科学与工程学院，讲师主要承担环境工程专业核心课程《大气污染控制工程》、《空气污染化学》的教学工作。
博士期间完成了国家环保部公益性行业科研专项“焦化行业苯并芘排放总量及控制方法研究”；任教期间主持国家自然科学基金项目“煤焦化过程碳颗粒物形成及释放机制研究（41502324）”；山西省自然科学基金项目“煤焦化过程碳颗粒物排放机制研究（2015021170）”；山西省教育厅高校科技创新项目“炼焦过程有机碳和元素碳动态析出及排放行为研究（2015136）”。

章焦化行业生产现状及发展趋势/001
1.1世界焦炭生产及贸易现状/001
1.2我国焦炭生产现状/003
1.2.1焦炭行业生产现状/003
1.2.2焦炉污染的严重性和环保监管对策/006
1.2.3焦炭行业环境产业政策及相关标准/008
1.2.4我国焦炭行业调整成就/018
1.2.5我国焦炭行业发展趋势/021
1.3炼焦生产工艺/022
1.3.1炼焦基本生产工艺/022
1.3.2土焦生产工艺/023
1.3.3机械化炼焦工艺/024
1.3.4捣固炼焦与常规炼焦技术的对比/025
1.3.5国外炼焦工艺概况/030
1.4炼焦大气污染物的来源与特点/034
1.4.1废气来源/034
1.4.2废气特点/035
1.5山西焦化行业大气污染物排放水平/036
1.6焦炉烟尘控制的发展历程、现状和技术/038
1.6.1我国焦炉烟尘控制的发展历程/038
1.6.2焦炉烟尘控制技术/039
1.6.3烟气中挥发性有机物控制技术/041

第2章炼焦排放大气污染物现状调研与分析/048
2.1国内外炼焦排放多环芳烃污染水平/048
2.1.1国外炼焦排放多环芳烃污染特征/048
2.1.2我国炼焦排放多环芳烃污染特征/049
2.2国内外炼焦其他污染物排放现状分析/050

第3章煤焦化（热解）过程多环芳烃（PAHs）生成机理/051
3.1煤热解与炼焦/051
3.2煤热解过程多环芳烃生成机制研究方法/051
3.2.1研究方案/052
3.2.2实验装置及测试条件/052
3.3煤热解过程多环芳烃生成机制/054
3.3.1煤中可抽提PAHs量和种类随煤阶的变化规律/054
3.3.2煤变质程度对热解过程PAHs排放的影响/054
3.3.3小分子结构、大分子骨架结构、原煤在热解过程中PAHs的排放特性/060
3.3.4原煤热解过程中工艺条件对多环芳烃生成的影响/071

第4章炼焦排放大气污染物的采集及测试分析方法/081
4.1焦炉类型及生产情况/081
4.2采样方法/082
4.2.1多环芳烃和含碳颗粒物的采样方法/082
4.2.2重金属样品采集/085
4.3分析测试方法/085
4.3.1多环芳烃分析/085
4.3.2OC和EC分析/086
4.3.3重金属分析/086
4.4质量保证和质量控制（QA/QC）/087
4.4.1滤膜和PUF穿透性实验/087
4.4.2空白与平行实验/088
4.4.3PAHs分析过程的回收率控制/088
4.4.4重金属分析过程的回收率控制/088

第5章煤焦化过程多环芳烃的排放及控制/089
5.1多环芳烃的性质、来源及生成机制/089
5.1.1多环芳烃的定义和分类/089
5.1.2多环芳烃物理化学性质/090
5.1.3多环芳烃的来源/092
5.1.4多环芳烃形成及排放机制/093
5.1.5多环芳烃对人体健康的危害/094
5.2典型源排放多环芳烃污染特征/095
5.2.1污染源排放多环芳烃污染水平及分布特征/095
5.2.2污染源排放多环芳烃的粒径分布特征/099
5.2.3污染源排放PAHs的气固分布机制/101
5.2.4污染源排放多环芳烃的排放因子/102
5.3煤焦化过程多环芳烃污染水平/106
5.3.1烟气中多环芳烃浓度水平/106
5.3.2焦炉顶无组织排放PAHs浓度水平/109
5.3.3除尘器收集飞灰中PAHs浓度水平/110
5.4机械炼焦过程PAHs排放特征/112
5.4.1不同分子量PAHs组成特征/112
5.4.2不同环数PAHs组成特征/114
5.4.3PAHs气固相分配特征及形成机制/117
5.4.4PAHs毒性参数特征/124
5.5机械炼焦排放PAHs源成分谱特征/128
5.5.1PAHs源成分谱的轮廓特征/129
5.5.2PAHs比值特征/131
5.6机械炼焦过程排放颗粒态多环芳烃的粒径分布特征/133
5.6.1总体PAHs的粒径分布/133
5.6.2单一PAH的粒径分布特征/135
5.6.3不同粒径颗粒物上PAHs的轮廓特征/139
5.6.4苯并芘等效致癌毒性的粒径分布特征/139
5.7机焦炉生产中环保设施对颗粒态PAHs的脱除效率分析/141
5.8多环芳烃污染控制技术应用现状/142
5.8.1传统除尘器对PAHs去除效率的分析/142
5.8.2多环芳烃污染控制新技术/143

第6章煤焦化过程有机碳和元素碳排放特征/149
6.1有机碳和元素碳性质及危害/149
6.2大气中有机碳和元素碳的来源/150
6.3典型源排放有机碳和元素碳污染水平与分布特征/150
6.4炼焦过程排放有机碳和元素碳浓度水平/153
6.4.1烟气中OC和EC浓度水平/153
6.4.2焦炉顶无组织排放OC和EC浓度水平/154
6.4.3除尘器收集飞灰中OC和EC浓度水平/154
6.5炼焦排放OC和EC值特征/156
6.5.1烟气中EC/OC值/156
6.5.2炉顶无组织排放EC/OC值/158
6.6炼焦排放OC和EC相关关系/158
6.6.1烟气中OC和EC的相关关系/158
6.6.2焦炉顶无组织排放OC和EC的相关关系/159
6.7机械炼焦过程排放PAHs与OC、EC相互关系/160
6.7.1烟气中OC、EC与PAHs相互关系/160
6.7.2炉顶无组织排放OC、EC与PAHs相互关系/162

第7章煤焦化过程重金属迁移规律研究/163
7.1大气中重金属的来源及危害/163
7.2燃烧过程重金属迁移转化机制/164
7.3典型污染源重金属排放特征及迁移行为/165
7.4炼焦烟气中重金属浓度水平/167
7.5炼焦过程排放重金属的分布特征/168
7.6炼焦过程重金属的迁移特征/170
7.7炼焦过程重金属排放因子的初步计算/173

第8章煤焦化过程多环芳烃和含碳颗粒物排放因子及排放量/175
8.1炼焦烟气中多环芳烃和含碳颗粒物排放因子/175
8.1.1排放因子计算方法/175
8.1.2炼焦烟气中碳颗粒排放因子/175
8.1.3炼焦烟气中多环芳烃排放因子/177
8.2焦炉顶无组织排放碳颗粒物排放因子/179
8.2.1排放因子计算方法/179
8.2.2焦炉顶无组织排放碳颗粒物排放因子/181
8.3除尘器收集飞灰中碳颗粒物排放因子/181
8.3.1排放因子计算方法/181
8.3.2除尘器收集飞灰中碳颗粒物排放因子/182
8.4我国机械炼焦过程污染物排放量的估算/182
8.4.1煤炭生产和消耗总量及构成/182
8.4.2机械炼焦过程碳颗粒物和PAHs排放量估算/183

第9章焦化行业大气污染控制对策与建议/185
9.1推广大型机焦炉及型煤炼焦工艺/185
9.1.1发展具有完善治理设施的大型机焦炉/185
9.1.2发展型煤炼焦，多使用非主焦煤和中等变质程度煤/187
9.2提高炼焦生产过程中环保措施的污染治理水平/188
9.2.1装煤过程PAHs的污染控制/189
9.2.2推焦过程PAHs的污染控制/190
9.2.3焦炉顶无组织排放PAHs的污染控制/190
9.2.4加强热工管理/191
9.3研发新型焦化行业大气污染物控制与监测技术/191
9.3.1研发气态及细颗粒物上PAHs污染控制方法/191
9.3.2推广实施焦化行业无组织排放苯并芘在线监控系统/193
9.4制定与完善焦炭生产大气污染物排放标准及规范/194
9.4.1完善现有焦炭生产污染物排放标准/194
9.4.2制定炼焦固体废弃物污染防治技术政策/195
9.4.3推进焦化企业清洁生产建设，鼓励发展焦化配套产业/196

参考文献/199

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