大气污染控制工程总结

1 / 89 大气污染控制工程总结 第一节：大气与大气污染 大气污染特点：污染物的浓度微量，污染物浓度容易变化，污染物可以发生化学反应生成其他物质 1. 按照大气污 染范围分为：局部地区污染、地区性污染、广域污染、全球性污染。 2. 全球性大气污染问题包括等三大问题。我国的主要是 煤烟型污染物 1. 大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为两类：态污染物。气溶胶状态污染物：粉尘 ,烟飞 ,灰 ,黑烟 ,霾 ,雾 .气体状态污染物：硫氧化物、氮氧化物、碳氧化 物、有机化合物、硫酸烟雾、光化学烟雾 2. 气溶胶：系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体系。 P4 2 / 89 第二章 燃料与大气污染 1. 燃料完全 燃烧的条件燃烧过程的 “ 三 T” 条件为：温度、时间和湍流度。空燃比：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。燃料设备的热损失：排烟热损失不完全燃烧热损失炉体散热损失 1. 烟气体积和密度的校正 设观测状态下：烟气的体积为 Vs，密度为 s 。标态下： 烟气的体积为 VN，密度为 N 。 标态下体积为： PT VN?VS?S?N 标态下密度为： PNTS?N?S?N?S PSTN 实际空气量空气过剩系数为： a= ? 1 ? m 理论空气量 M 过剩空气中 O2的过剩系数 3 / 89 若燃烧不完全会产生 CO，须校正。即从测得的过剩氧中减去CO氧化为 CO2 所需的 O2P? a?1?O2P? 此时 0V fg ?各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。标况下烟气量计算式： V fg ? V a (? ? 1 ) 第三章 污染气象学基础知识 4.五种典型烟流和大气稳定度 波浪型 r o， r rd 很不稳定锥型： r o， r rd 中性或稳定扇型： r o， r rd 稳定爬升型：大气处于向逆温过渡。在排出口上方： r o， r rd 不稳定 ;在排出下方； r o， r rd，大气处于稳定状态。 漫烟型：大气逆温向不稳定过渡时，排出口上方： r o， r rd，大气处于稳定状态； 第二节：粉尘的物理性质 4 / 89 第五章颗粒污染物控制技术 第三节：净化装置的性能 1. 评价净化装置性能的指标： P151 包括技术指标和经济指标两方面。 技术指标主要有处理气体流量、净化效率和压力损失等；经济指标主要有设备费、运行费和占地面积等。 第六章 重力沉降室的结构和原理 重力沉降室是通过重力作用使粉尘从气流中沉降分离的 除尘装置。含尘气流进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。 重力沉降室分为层流式 湍流式。 层流式沉降室设计的简单模式的假设是在沉降室内气流 5 / 89 为柱塞流，流速为 v0，流动状态保持在层流范围内；颗粒均匀地分布在烟气中。 湍流式沉降室设计的模式是假设沉降室中气流为湍流状态，在垂直于气流方向的每个横断 面上粒子完全混合，即各种粒径的粒子都均匀分布于气流中。 重力沉降室的主要优点是：结构简单，投资少，压力损失小，维修管理容易。 缺点：体积大，效率低，因此只能作为高效除尘的预除尘装置，除去较大和较重的粒子。 重力沉降室实际性能：只能作为气体的初级净化，除去最大和最重的颗粒，沉降室的除尘效率约为 40-70%；仅用于分离dp50m 的尘粒。 层流模式重力沉降室的计算最小沉降粒径计算 重力沉降室除尘效率 多层重力沉降室分级除尘效率 6 / 89 旋风除尘器 旋风除尘器特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失中等，动力消耗不大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。 缺点：效率 80%左右，捕集 工作原理 1、 除尘器内气流与尘粒的运动：气流从宏观上看可归结为三个运动：外涡旋、内涡旋、上涡旋。 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。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 7 / 89 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。 影响旋风除尘器效 率的因素：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质、操作变量。 4.电除尘器 机理：电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，使尘粒子从含尘气体中分离出来的装置。 电除尘与一切机械方法的区别在于分离力直接作用在尘粒子上，使粒子与气体分离的力，而不是作用在整个粉尘气体上。 电除尘器主要优点：压力损失小， P=200 500Pa 处理烟气量大，可达 105-106m3/h能耗低，约 /(1000 m3)对细粉尘有很高的捕集率，可高于 99%；可在高温或强腐蚀性气体下操作。 电除尘的性能缺点 8 / 89 除尘器的主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高，故目前我国电除尘的应用还不太普遍。 电除尘的工作原理 两电极间加一电压。一对电极的电位差必须大得使放电极周围产生电晕，高电 压使含尘气体通过这对电极之间时，形成气体离子这些负离子迅速向集尘极运动，并且由于同粒子相撞而把电荷转移给粉尘荷电，然后与粒子上的电荷互相作用的电场就使它们向收尘电极漂移，并沉积在集尘电极上，形成灰尘层。 当集尘电极表面粉尘沉集到一定厚度后，用机械振打等方法将沉集的粉尘层清除掉落入灰斗中。 电晕放电： 在电晕中产生离子的主要机制是由于气体中的自由电子从电场中获得能量，和气体分子激烈碰撞，是电子脱离气体分子，结果产生带阳电荷的气体离子并增加了自由电子，这种现象称为电离。 在曲率很大的表面和一根管子或一块板之间有电位差，则能9 / 89 形成非均匀电场而产生电晕放电。电除尘中所采用的单极性电晕是在放电电极和收尘电极间形成的稳定的自发发生的气体放电，电离过程局限在放电电极邻近的强电场中的辉光区或 邻近辉光区的地方。 影响电晕特性的因素、电极的形状、电极间距离； 2、粉尘的浓度、粒度、比电阻； 3、气体组成的影响； 4、温度和压力的影响。 粒子荷电种类 1、离子在电场力作 用下作定向运动，并与粒子碰撞而使粒子荷电， d为主，称为电场荷电； 2、气体吸附电子而成为负气体离子，由离子的扩散而使粒子荷电， d 3、场电荷和扩散电荷的综合作用。 荷电粉尘的迁移和收集 一、 驱进速度 在电场中粉尘的运动主要受静电力和空气动力支配。 10 / 89 静电力 F1?qEp Ep 粒子所处位置的集尘电场强度，V/m 空气动力主要 是由于粉尘和气体之间的相对运动所引起的阻力按斯托克斯公式计算： F2?3?dp? 二力相等时，即F1=F2时，尘粒就达到一个极限速度或终末速度： qEp ? (注： t10-2s)；称为尘粒的驱进速度。 3?dp 二、粒子的捕集效率 影响粉尘捕集的理论因素 1、有效驱进速度 2、粉尘粒径 dp 3、气流速度 v， /s；板式电除尘器的气流速度为 /s 粉尘比电阻和对电除尘器的影响 1、 粉尘的导电性：烟气中的水汽和化学物质能使粉尘具有电除尘 器操作所需要的微弱导电性， 某些情况下，较高的稳定也会使粉尘具有满意的导电性。 11 / 89 2、 高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响：高比电阻粉尘将会干扰电场条件，导致除尘率下降。 当 高于一值时，集尘板粉尘层内会出现电火花，即会产生明显反电晕，反电晕的产生导致点晕电流密度大大降低，严重干扰粒子荷电和捕集。 3、 克服高比电阻的方法：保持电极表面尽可能清洁、采用较好的供电系统、烟气调质、发展新型电除尘器。 袋式除尘 袋式除尘器工作原理：含尘气体从下部进入员通过行滤袋，再通过滤料的空隙时，粉尘被捕 1. 集于滤料上，透过滤料的清洁气体由排出口排出。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。 粉尘初层：颗粒因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，逐渐在滤袋表面形成粉尘层，称为粉尘初层。其是称为袋式除尘器的主要过滤层，提高除尘效率 。 12 / 89 过滤式除尘器分为：空气过滤器、颗粒层除尘器、袋式除尘器 袋式除尘器的清灰方式：机械振动清灰、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰。 袋式除尘器特点： 1、除尘效率高； 2、适应性强； 3、操作弹性大； 4、结构简单。 缺点： 1、受滤布的耐温、耐腐等操作性能的限制； 2、不适于粘结性强及吸湿性强的尘粒。 除尘机理： 1、筛过作用：当粉尘粒径大于滤布孔隙或沉积在滤布上的尘粒间孔隙时，粉尘即被截留下来。 2、惯性碰撞：当含尘气流接近滤布纤维时，气流将绕过纤维，而尘粒由于惯性作用继续直线前进，撞击到纤维上即会被捕集。 3、扩散和静电作用：小于 1 微米的尘粒，在气体分子的掩击下脱离流线，象气体分子一样作布朗运动，如果在运动过程中和纤维接触，即可从气流中分离出来，这种现象称为扩13 / 89 散作用 。 4、重力沉降：当缓慢运动的含尘气体进入除尘器后，粒径和密度大的尘粒，可能因重力作用自然沉降下来。 湿式除尘器 使含尘气体与液体 密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置 当颗粒直径和密度确定后，碰撞系数与野地之间的相对速度，成正比，而与直径成反比。对于给定的烟气系统，要提高惯性碰撞参参数，必须提高液气相对速度和艰辛液滴直径。惯性碰撞参数越大，则粒子惯性越大，碰撞捕集效率越高。 根据湿式除尘器的净化机理，大致将其分为七类： 1、 重力喷雾洗涤器 2、旋风洗涤器 3、自激喷雾洗涤器 4、板式洗涤器 5、填料 洗涤器 6、文丘里洗涤器 7、机械诱导洗涤器 14 / 89 湿式除尘器的 优点： 1、不仅可以除去粉尘，还可净化气体 2、效率较高，可去除的粉尘粒径较小 3、体积小，占地面积小 4、能处理高温、高湿的气流。 湿式除尘器的缺点： 1、有泥渣 2、防冻设备 3、易腐蚀设备 4、动力消耗大。 湿式除尘器的除尘机理 1、惯性碰撞参数与除尘效率 简化模型 含尘气体与液滴相遇，在液滴前 xd 处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离 xs，若 xs 大于 xd；尘粒和液滴就会发生碰撞 2、接触功率与除尘效率 根据接触功率理论得到的经验公式，能够较好地关联湿式除15 / 89 尘器压力损失和除尘效率之间的关系。接触功率理论：假定洗涤器除尘效率仅是 系统总能耗的函数，与洗涤器除尘机理无关。 3、分割粒径与除尘效率 分割粒径法：基于分割粒径能全面表示从气流中分离粒子的难易程度和洗涤器的性能 。 多数惯性分离装置的分级通 过率可以表示为 BeP?exp(?Adiea)?1?i da: 粒子的空气动力学直径 Ae， Be: 均为常数 :对填充塔和筛板塔， Be=2； 离心式洗涤器， Be=； 文丘里洗涤器， Be=2 喷雾塔洗涤器基本原理： 含尘气流向上运动，液滴由喷嘴喷出向下运动，粉尘颗粒与液滴之间通过惯性碰撞、接触阻留、粉尘因加湿而凝聚等作16 / 89 用机 较大的尘粒被液滴捕集。 当气体流速较小时，夹带了颗粒的液滴因重力作用而沉于塔底，净化后的气体通过脱水器去除夹带的细小液滴由顶部排出。 雾塔洗涤器的基本构造： 根据喷雾塔洗涤器内截面的形状，可分为圆形和方形两种；按其内的气液流动方向 份为顺流、逆流和错流三种型式。 喷雾塔洗涤器的特点：喷塔洗涤器的主要特点是 结构简单、压力损失小，一般为 250 500 Pa，操作方便，运行稳定。 旋风洗涤器是和处理烟气量大和含尘浓度高的场合。压力损失范围一般为 过滤式除尘器：称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作为滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调 节方面的气体净化。 1、离心洗涤器净化 dp 文丘里洗涤器： 文丘里除尘器：由收缩管、喉管、扩散管组成。水从喉管周17 / 89 边均匀分布的若干小孔进入，在被通过这里的高速含尘气流撞击成雾状液滴，气体中的尘粒与液滴凝聚成较大颗粒随气流进入旋风器和气体分离。在旋风分离器中，含尘的水滴与气流分离。 1、大气污染：由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够 的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和 福利或危害了生态环境。 、局部地区污染：受到某些烟囱排气的直接影响； 2、地区性污染：工业 区及其附件地区或整个城市大气受到污染； 2、大气 a.按污染范围 3、广域污染：涉及比一个地区或一个城市更广泛地区的大气污染； 4、全球性污染：涉及全球范围的大气污染。 污染、煤烟型污染：例如伦敦烟雾事件； 2、石油型污染：例如洛杉矶光化学烟雾事件； 分类 b.按18 / 89 能源性质 3、混合型污染：由于燃煤或石油导致的污染，例如臭氧和烯烃反应生成的 过氧化氢自由基等氧化物，可大大增加二氧化硫的氧化速 率。 、特殊型污染：由于工厂生产过程或者发生意外事故排放的废气。 补充：大气污染形成具备的条件：大气污染源、大气作用、复杂地形、 受害对象。 3、全球大气污染问题：温室效应、臭氧层破坏、酸雨。 4、酸沉降：是指大气中的酸通过降水迁移到地表，或者在含 酸气团气流的作用下直接迁移到地表。直接引起酸沉降的主要物质 是人为和天然排放的 SOx 和 NOx，天 19 / 89 然源全球范围内分布，人为源成地区性分布特点。 5、温室气体：主要包括二氧化碳、一氧化二氮、甲烷、臭氧、氟氯烃等。它们 浓度升高时，温室效应加剧，引起地球表面和大气层下部温度升 高。 6、温室 效应：大气中的二氧化碳及其它微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、 氟氯烃、水蒸气等，可以使太阳的短波辐射几乎无衰减地通过， 但却吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为 温室效应。 20 / 89 7、酸雨：由于人类活动影响，降水中溶入了其他酸性物质，使 pH值降到 以下的降水。 8、大气污染物：是指由于人类活动或自然过程排入大气的，并对人和环境产生 有害影响的物质。 9、大气污染物按其存在状态可以分为：气溶胶状态污染物和气体状态污染物 一次污染物：即直接从污染源排放到大气中的原始污染 物质，主要包括 SO2、 H2S、 NO、 NH3、 CO、 CO2、 C1C10 化合物、 HF、 HCl。 其中气体状态污染物 二次污染物：是指一次污染物与大气中的已有组分或几种一 21 / 89 次污染物之间发生了一系列的化学反应或者光化学反应，生 成了与一次污染物性质不同的新的污染物质。主要包 括 SO3、 H2SO4、 MSO4、 NO2、 HNO3、 MNO3、醛类、酮类、过氧乙 酰硝酸酯、 O3。 10、大气污染源可分为自然污染源与人为污染源，人为污染源按空间分布可分 面源：如一个居住区或商业区内许多大小不同的污染物排放源； 线源：汽车流。 11、大气污染物浓度的表示： a.单位体积内所含污染物的质量数，浓度用 mg/m3 或 g/m3表示。 b.污染物体积微量与气体总体积的比值，浓度用 ppm， ppb，ppt表示。 22 / 89 /m3与 ppm 的换算关系： ppm=/M, C 的单位为 mg/m3。 12、大气污染物侵入人体的三条途径： a.表面接触； b. 食 入 含 污 染 物 的 食 物 和 水 ； c.吸入被污染的空气。 13、大气污染综合防治：定义：实质上就是为了达到区域环境空气质量控制目 标，对多种大气污染控制方案的技术可行性，经济合理 性，区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评 价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。 补充：室内空气污染特点：积累性、长期性、多样性。 大气能见度：是指在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景 中看到或辨认出目标物的最大距离。 23 / 89 14、环境空气质量标准把环境空气质量分为三级： 一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触的情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。 二级标准：为保护人群健康和城市、乡村动、植物，在长期和短期的接触情况下不发生伤害的空气质量标准。 三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物的正常生长的空气质量要求。 其中，一类区执行一级标准，二类区执行二类标 准，三类区执行三级标准。 ?k?k,jIk?(Ik,j?1?Ik,j)?Ik,j?k,j?1?k,j15、空气污染指数的计算方法： 将各种污染物的污染指数计算出来后，取最大 值未该区域或城市的空气污染指数 API，则该污染物是该区域或城市空气中的首要污染物。 API 补充：煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、测硫含量和热值，是评 24 / 89 价工业用煤的主要指标。 煤的元素分析：旨在用化学方法去掉外部水分的煤中主要成分：碳、氢、 氧、氮、硫 16有机硫、硫化铁硫、硫酸盐硫，其中有机硫和硫化铁 硫能释放能量，成为挥发硫 17黄铁矿硫、硫酸盐硫、有机硫、单质硫。 18、说明煤的特性需指明百分比的基准： 1、收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部水分和灰分，上角用 ar 表示，可表示为： +(Oar)+ (Nar)+ (Sar)+(Aar)+ (War)=100% 2、空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为 100%的成分，亦即在实验室进行燃料分析时的样品成分，上角用 ad表示，可表示为： (MeSO4) (CxHySz) 25 / 89 +(Oa d)+ (Nad)+ (Sad)+(Aad)+ (Wad)=100% 3、干燥基：以去掉全部水分的燃料作为 100%的成分，上角用 d表示，可表示为： +(Od)+ (Nd)+ (Sd)+(Ad) =100% 4、干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为 100%的成分 ，上角用 daf表示，可表示为： +(Odaf)+ (Ndaf)+ (Sdaf) =100%( 稳定，煤矿常使用 ) 其中： a: 收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基 b: 收到基与空气干燥基的对比： 收到基表示的是实际燃料，包括全部水分和灰分； 而空气干燥基表示的是在实验室正常条件下放置后 失去部分水分的燃料，即是：收到基包括外部水分 而空气干燥基不包括外部水分。 由于煤的外部水分是不稳定的，因此空气干燥基的 26 / 89 成分比收到基的成分稳定，用空气干燥基评价 煤的性质更准确。 19、燃料完全燃烧的条件 “3T” ：温度、时间、湍流度。 温度条件：应达到燃料的着火温度； 时间条件 :燃料在高温区的时间应超过燃料燃烧所需要的时间； 燃料与空气的混合条件：混合程度主要取决于空气的湍流度。 适当控制四因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度 20、理论空气仅由氮和氧组成，其体积比为 :=。 21、过剩空气量：超过理论空气量而多供给的空气量； 空气过剩系数：实际空气量 Va 与理论空气量 Voa 之比定义为空气过剩系数 27 / 89 ， 一般大于 1。 22、发热量：单位燃料完全燃烧时所发生的热量变化，即在反应生成物开始状 态和反应生成物结了状态相同的情况下的热量变化，称为燃料的 发热量。 高位发热 量：包括燃料燃烧生成物的水蒸气气化潜热。 低位发热量：是指燃烧产物中的水蒸气仍然以气态存在时，完全燃烧过程 中所释放的热量。 能见度： TSP， SO2， NO和 NO2，光化学烟雾 ? 烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括： 28 / 89 ? 黑烟：未燃尽的碳粒 ? 飞灰：不可燃矿物质微粒 灰分中含有 Hg、 As、 Se、 Pb、 Cu、 Zn等污染元素 ? 影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素：煤质，燃烧方式，烟气流速，炉排和炉膛的 热负荷，锅炉运行负荷，锅炉结构 ? ? ? ? ? 29 / 89 ? ? Hg 对人的肾和神经系统有危害 煤碳燃烧是 Hg 的一大来源 煤中 Hg 的析出率与燃烧条件有关 燃烧温度 900oC时，析出率 90 还原性气氛的析出率低于氧化性气氛 Hg 排放控制是燃煤污染控制的新课题之一 6、大气污染物综合防治措施 ? 1、全面规划、合理布局 ? 2、严格的环境管理 ? 3、控制环境污染的技术措施 ? 4、控制污染的经济政策 ” ? 5、控制污染的产业政策 ? 6、绿化造林 ? 7、安装废弃净化装置 30 / 89 ? 碳粒子的生成 ? ? 积炭的生成 1，核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳 2，核表面 上发生非均质反应 3，较为缓慢的聚团和凝聚过程 ? 影响因素： 1，燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 2，积炭的生成与 火焰的结构有关 ,3，提高氧气量可以防止积炭生成 ,4，压力越低则积炭的生成趋势越小 ,4，集碳抑制剂，如：钡盐用于汽油中 ? ? 石油焦和煤胞的生成 ? 1，燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高 31 / 89 温分解，出现结焦 ? 2，多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。 3，焦粒生成反应的顺序：烷 烃 -烯烃 -带支链芳烃 -凝聚环系 -沥青 -半园体沥青 -沥青焦 -焦炭 ? 2、燃料完全燃烧的条件：燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的 燃烧时间、燃料与空气的充分混合。 ? 空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。 ? 温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下 可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃料的着火温度见表 2-4 。 32 / 89 ? 时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。 ? 燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。 ? 燃烧与空气的混合条件：燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。 在大气污染物排放量最低条件下 ,实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度 (三 T) 。 ? 4、燃烧产生的污染物 ? 硫氧化物 SOx：随温度变化不大，主要是煤中 S。 ? 粉尘：随燃烧温度而变化 (增高、降低均有变化 )。 ? CO 及 HC 化合物：随燃烧温度而变化 (增高、降低均有变化 )。 ? NOx：随燃烧温度而变化 (增高、降低均有变化 )。 33 / 89 ? 1、影响燃烧过程的主要因素：燃烧过程及燃烧产物；燃料完全燃烧的条件； 发热量及热损失；燃烧产生的污染物 1、大气污染：国际标准组织定义定义：大气污染通常系指人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。 ? . 一次大气污染物 :直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成 健康威胁的污染物 ? 主要气象要素 ? 气象要素：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为。 ? 与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温、气压、空气 湿度、风、云况、能见度、降水、蒸发、日照时34 / 89 数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。 ? 气温：表示大气温度高低的物理量。通常指距地面高处百叶箱中的空气 温度。 ? 气压：任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。气压总是随高度的 增加而降低的。气压随高度递减关系式可用气体静力学方程式描述，即 P= -gZ ，其积分式 压高公式： lnP2?lnP1? ? g?Z2?Z1?RTm 气压单位： mb 大气的压强 1atm 101326Pa =760mmHg ? ? 35 / 89 ? ? ? ? ? ? ? ? 空气湿度：反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。 绝对湿度 1m3 湿空气中含有的水汽质量 相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比 含湿量湿空气中 1kg 干空气包含的水汽质量 水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数 露点同气压下空气达到饱和状态时的温度 风：风向和风速 水平方向的空气运动叫做风 风的来向叫风向 风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离 36 / 89 3u? (km/h) F风力级 ? 云：云 ? 大气中水汽的凝结现象叫做云 ? ? ? ? ? ? ? 37 / 89 ? ? ? 云量 :天空被云遮蔽的成数 云高 :云底 距 地 面 底 高 度 低云 中云 高云 云状 :卷云 ,积云 ,层云 形成的基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环境。 国外云量与我国云量间的关系，国外云量 = 我国云量。 总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。 能见度：在当时的天气条 件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出 目标物的最大距离，单位： m， Km。 能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。 ? 太阳高度角：太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱 的最主要的因子之一。 ho即太阳高度角，它随时间而变化。 38 / 89 ? 降水：降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨、雪等。降水 是清除大气污染物的重要机制之一。 ? 气温的垂直变化 ? ? 气温直减率 ?T?z ? 干绝热直减率 :干空气绝热上升或 下降单位高度时 ,温度降低或升高的数值 ? ?d?dTi dz ?dTg? 一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换 ? 39 / 89 ? 位温：各高度均把压力换算到 1000mb。 气温的垂直分布温度层结 i?d?/100m 由定义： dzCp ?T? ?z? ? 0 ，正常分布层结中性层结等温 层结逆温层结 ?d， 0 ， ?d0, a0 不稳定 ?d 2.逆温：温度随高度的增加而增加。 逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口。 逆温形成的过程：形成逆温的过程多种多样，最主要有以下几种：辐射逆温下沉逆温平流逆温湍流逆温锋面逆温。 3.辐射逆温 40 / 89 由于大气是直接吸收从地面来的辐射能，愈靠近地面的空气受地表的影响越大，所以接近地面的空气层在夜间也随之降温，而上层空气的温度下降得不如近地层空气快，因此，使近地层气 温形成上高下低的逆温层，这种因地面辐射冷却而形成的气温随高度增加而递增现象叫辐射逆温。 以冬季最强 4.五种典型烟流和大气稳定度 波浪型 r o， r rd 很不稳定 锥型： r o， r rd 中性或稳定 扇型： r o， r rd 稳定 爬升型：大气处于向逆温过渡。在排出口上方： r o， rrd 不稳定 ;在排出下方； r o， r rd，大气处于稳定状态。 漫烟型：大气逆温向不稳定过渡时，排出口上方： r o， r rd，大气处于稳定状态； 41 / 89 . 辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖； 地面夜间变冷，大 气自下而上冷却 下沉逆温 很厚的气层下沉 压缩变扁 顶部增温比底部多 平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成 湍流逆温 由低空大气的湍流混合而形成的逆温 .锋面逆温 冷、暖气团相遇 -暖气上爬，形成锋面 -冷暖间逆温 平均风速随高度变化 42 / 89 ? u*Zu?lnkZ0 中 性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度 k= u?u1( ? 非中性层结： 指数律，稳定度参数 Zm)Z 1 风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素。 湍流扩散理论 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 1.梯度输送理论 ? 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 2.湍流统计理论 43 / 89 ? 泰勒 图 4-1，正 态分布 ? 萨顿实用模式 ? 高斯模式 3.相似理论 高 斯扩散模式四点假设 污染物在 Y,Z轴上的分布符合高斯分布； 在全部空间中风速是均匀的，稳定的； 源强是连续均匀的； 在扩散过程中污染物的质量是守恒的。 特殊气象条件下的扩散模式 封闭型扩散模式 ? 相当于两镜面之间无穷次全反射 ? 实源和无穷多个虚源贡献之和 44 / 89 ? n为反射次数，在地面和逆面 ? 实源在两个镜子里分别形成 n个像 P 值法 Hs? 国标 GB/T 13201-91 ?H 烟囱设计中的几个问题 上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核 烟气抬升高度的选取 优先采用国家标准中的推荐公式 烟流下洗、下沉现象 (书上还有 )P119页 45 / 89 【污染系数】 大气污染控制期 末复习 第 8 章 吸收法净化气态污染物 吸收：是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度差异或者化学反应活性的不同，将污 染物从气相中分离出来的一种方法。 物理吸收平衡亨利定律：当总压不高时，在一定温度下，稀溶液中溶 质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比。 pi?Eixi 、 pi?*1Ci 、 y*?m?x Hi 亨利定律的适用条件： 1 气体近似为理想气体，液体可看成理想液体 ； 46 / 89 2 系统的压力不太高 ，温度为常温或低温； 3 吸收质在气相中的分子状态与在液相中的相同； 4 气体组分与液体不起化学反应。 物理吸收速率 AG 气膜： AAGAiAGAGAi G NA吸收质传质速率， kmol/()； DAG吸收质 A在气相中的分子扩散系数， kmol/()； ZG气膜厚度， m。 pAG、 pAi分别是吸收质在气相主体和相界面上的分压， Pa； kAG以为推动力的气相分传质系数， kmol/()。 DAL液膜 NA?(CAi?CAL)?kAL(CAi?CAL) ZL 47 / 89 双膜理论：相互接触的气液两相之间存在一稳定的相界面，在相界面两侧分别存在两层滞留膜， 即气膜和液膜，气膜以外为气相主体，液膜以外为液相主体。 气体的吸收过程： 1 被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动； 2 被吸收组分从气膜向相界面移动； 3 被吸收组分在相界面处溶入液相； 4 溶入液相的被吸收组分从相界面向液膜移动； 5 溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移动。 传质阻力： 1 在相界面处，气液处于平衡状态，无传质阻力存在； 2 在气膜和液膜中，被吸收组分靠扩散作用进行传质，存在48 / 89 气膜阻力和液膜阻力； 3 在气相主体和液相主体中，各组分充分混合，浓度均一，无浓度梯度，无扩散阻力； 4 整个过程的传质阻力等于气膜阻力与液膜阻力之和； 5 传质速率取决于气膜和液膜的分子扩散速率。 吸收的划分： 物理吸收：物理溶解度差异 化学吸收：化学反应活性不同 控制步骤： 扩散控制：气膜 控制、液膜控制。 DN?(P?P)?k(P?P)Z 动力学控制 49 / 89 吸收装置：填料塔、板式塔、湍球塔。 填料塔 优点：结构简单，气液接触好，压力损失小。 缺点：当废气中含有悬浮物时，易堵塞，检修费用较高。 板式塔 优点：处理能力大，压降小，造价低； 缺点：操作条件要求高，负荷范围窄，小孔易堵塞。 湍球塔 优点：气流速度高，处理能力大，不易堵塞； 缺点：小球寿命短，需经常更换，操作费用较大。 塔壁效应：填料塔中，填料与塔壁之间不能十分密贴，靠近壁面处的空隙率常较大，顶部 50 / 89 的液体，在填料层中往下流动的过程中便逐渐趋向于塔壁，并有部分顺着壁面流下而不经过 填料层。壁流的产生不利于塔内两相的密切接触，使传递系数降低。这称为壁效应。 塔型选择原则： 根据物性： 1 物料系统易起泡沫，宜用填料塔； 2 有悬浮物残渣的物料或易结垢的物料，易用板式塔中大孔径筛板塔，泡罩塔； 3 高粘性物料，易 用填料塔； 4 腐蚀性物料，易用板式塔中的结构简单的无溢流筛板塔； 5 对于处理过程是放热的，宜用板式塔。 51 / 89 根据操作条件： 1 气膜控制，宜用填料塔，液膜控制，宜用板式塔 ； 2 液气比较小时，易用板式塔； 3 伴有化学反应且反应速度不快时，易用板式塔； 4 塔径小于 800mm 时，宜用填料塔，塔径较大时，宜用板式塔； 吸收剂选择原则： 对污染物具有良好的选择性吸收能力； 在 吸收污染物后形成的富液应成为副产品或无污染液体，或更易处理和再利用的物质； 吸收剂的蒸汽压要低，不起泡，热化学稳定性好，粘度低，腐蚀性小； 52 / 89 价廉易得。 吸收工艺配置 烟气除尘； 烟气预冷却； 解决结垢和堵塞问题； 除雾； 气体再加热。 湿法烟气脱硫 优点：脱硫效率高，设备小，投资省，易操作，易控制，操作稳定，占地面积小。 常见方法：石灰石 /石灰 -石膏法、石灰石 /石灰 -石膏抛弃法、钠洗法、双碱法、氧化镁法。 53 / 89 目前二氧化硫减排的主要措施： 1 原煤脱硫技术。 2 优先使用低硫燃料。 3 改进燃煤技术。4 烟气脱硫。 湿法烟气脱硫用脱硫剂的要求 1 吸收能力高。 2 选择性能好。 3 挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小， 比热小。 4 不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。 5 来源丰富，容易得到，价格便宜。 6 便于处理及操作，不易产生二次污染。 54 / 89 第 9 章 吸附法净化气态污染物 气体吸附：用多孔固体将气体混合物中的一种或几种组分浓集于固体表面，而与其它组分分离的 过程。 吸附剂：多孔固体；吸附质：被吸附到固体表面的物质 吸附法的优点和缺点 优点：选择性高、分离效果好、净化效率高、设备简单、操作方便、易于实现自动控制等， 特别是对于处理低浓度废气非常有效；通过吸附剂的解吸可回收污染物，实现废物资源化。 缺点：运行和维护成本相对于吸收法较高，压力损失较高。 物理吸附和化学吸附的特征 物理吸附：范德华力，单层吸附或多层吸附 55 / 89 1 气固间不发生化学反应 2 对气体无选择性，可吸附所有气体 3 单分子层吸附和多分子层吸附兼有 4 吸附过程为放热过程 化学吸附：化学键力，单层吸附 1 明显的选择性 2 单分子层吸附 3 放热过程，吸附热大 4 被吸附分子结构发生变化，活性显著升高 5 吸附速率随温度的升高而增加 吸附的基本概念 56 / 89 吸附容量：一定温度压力条件下，单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量 吸附能力的标志 静活性：一定温度压力条件下，达到平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量，即平 衡吸附量 取决于温度、吸附质的浓度或分压 动活性：一定温度压力条件下，将气体混合物通过吸附剂床层，吸附质被吸附，当吸附一 时间后，从吸附剂床层流出吸附质时，床层失效，此时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量 与温度、吸附质的浓度或分压 、操作条件有关 破点：当吸附波的前沿刚到床层出口端时，产生穿透现象，希弗伯再稍微向前移动一点就 出到床层以外，在流出物的分析中，将发现有吸附质漏出来，此点为破点。 57 / 89 总速率方程 A饱和吸附量； K吸附、解吸常数之比； 吸附剂表面覆盖率 ； P气体压力； V气体压力为 PA 时气体在标准状态下的体积； Vm吸附剂被覆盖满一层时气体在标准状态下 的体积。 吸附过程 吸附质从气流主体穿过颗粒周围气流扩散至外表面； 吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面； 吸附质在 内表面被吸附； 吸附质从内表面脱附； 58 / 89 吸附质由吸附剂微孔表面经微孔扩散至外表面； 吸附质从外表面扩散至气流主体穿过颗粒周围气流。 固定床吸附的分析 吸附负荷曲线 穿透曲线 横坐标：床层离进口端的长度 横坐标：时间 纵坐标：床层中的吸附负荷量 纵坐标：流出物中吸附质浓度 传质区高度： S 型吸附波所占据的床层高度。到干点时间 ?g 所对应的浓度 CE 区间内传质前沿或穿透曲线在轴上的长度。） 影响穿透曲线的因素 吸附质浓度 吸附质分子量 吸附剂颗粒大小 59 / 89 吸附剂使用程度 吸附剂种类及吸附质的差异 穿透曲线形状：陡 吸附过程速率快；平缓 吸附过程速率慢；当曲线为一竖立直线时，则是理想的吸附波 吸附剂再生的方法：加热再生、降压或真空解吸再生、置换再生、溶剂萃取再生、通气吹扫再生、化学再生。 第 10章 催化法净化气态污染物 催化法：利用催化剂在化学反应中的催化作用，将废气中有害的污染物转化成无害的物质，或转化成更易处理和回收利用的物质。 催化作用：催化剂在化学反应过程中所起的作用称为催化作用。 1 当催化剂和反应物同处于一个由溶液或气体混合物组成的均相体系中时， 其催化作用称为均相催化作用。 60 / 89 2 而当催化剂与反应物处于不同的相时 (通常催化剂呈固体，反应物为液体或气体 )，其催化 作用称为多相催化 (或非均相催化 )作用。 催化原理：化学反应动力学研究表明，反应速度是随活化能的下降而呈指数规律上升的。催化剂加速化学反应速度，正是通过降低活化能而实现的。催化剂使化学反应沿新途径进行。而新的反应历程往往由一系列基元反应组成，而每个基元反应的活化能都明显小于原反应的活化能，从而大大加速了化学反应速度。 催化剂中毒：由于反应气体中混有某些成分能使催化 剂丧失活性的现象。中毒分暂时性中毒和永久中毒。前者只要将毒物除去，催化剂即可恢复活性；后者因毒物与催化剂发生了化学反应，其活性很难恢复。 催化剂衰老：由于催化剂长期处于高温和气流冲刷等恶劣条件下，引起的催化剂表面物理结构变化而使活性衰减的现象。 61 / 89 催化剂劣化原因：油烟粘附催化剂 表面和过热劣化。如果因油烟和积碳引起劣化，可在 400-500 下使之充分燃烧，活性可明显恢复。如果因过热引起劣化，则只有更换催化剂才能继续使用。 催化剂的组成：主活性物质、载体、助催剂。 主活性物质：单独对反应起催化作用。 载体：通常是惰性物质。提供大的比表面积，节约主活性物质， 提高催化剂的活性；增强催化剂机械强度、热稳定性及导热性，延长催化剂的寿命。 常用的载体有：活性氧化铝、硅胶、活性炭、硅藻土、分子筛、陶瓷、耐热金属等。 助催剂：助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化剂的性能。 催化剂的种类： 贵金属催化剂：其活性高，选择性较小，不易中毒，但资源少，成本高。 62 / 89 非贵金属催化剂 :其活性较低，有一定的选择性，资源丰富，成本低，但易中毒，热稳定性较差。 全金属催化剂：以镍、镍铬合金为载体做成带、片、丸、丝等 形状，再把铂、钯 “ 化学镀 ” 或 “ 电镀 ” 在载体上制成化床构件。 氧化铝为载体的催化剂：以陶瓷结构作为支架，在其上涂上一层的氧化铝薄层，再把铂、钯金属以微晶状态沉积或分散在多孔的氧化铝薄层中。 催化燃烧的基本净化流程 预处理器：去除粉尘及易使催化剂中毒的成分。 风机：风机最好置于换热器前，使风机在较低温度下使用。如果风机使用温度在 80 以上时，则风机轴承部分应采取冷却措施。 预热器：使废气达到起燃温度。 催化反应器：使废气发生催化燃烧反应、 彻底氧化。 63 / 89 催化燃烧的常用净化流程 1 净化气态污染物最常用的基