《大气污染控制工程》复习资料

1 大气污染控制工程 第一章 概 论 第一节 大气与大气污染 1 大气的组成 干洁空气 水蒸气和各种杂质 2 大气污染 系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中 呈现 出足够的浓度 达到了足够的时间 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 P3 名词解释 选择 3 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 4 全球性大气污染问题包括温室效应 臭氧层破坏和酸雨等三大问题 P3 填空 5 温室效应 大气中的二氧化碳和其他微量气体 可以使太阳短波辐射几乎 无衰减地通过 但却可以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 P3 第二节 大气污染物及其来源 1 大气污染物的种类很多 按其存在状态可概括为两类 气溶胶状态污染物 气体状态污染物 P4 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 3 气溶胶状态污染物 粉尘 指悬浮于气体介质中的小固体颗粒 受重力作用能发生沉降 但在 一段时间内能保持悬浮状态 烟 烟一般指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶 飞灰 指随燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分 黑烟 由燃烧产生的能见气溶胶 霾 灰霾 大气中悬浮的大量微小尘粒使空气浑浊 能见度降低到 10km 以下的天气现象 雾 气体中液滴悬浮体的总称 4 总悬浮颗粒物 总悬浮颗粒物 TSP 指能悬浮在空气中 空气动力学当量直径100 的颗粒物 P5 5 可吸入颗粒物 可吸入颗粒物 PM10 指悬浮在空气中 空气动力学当量直径10的 颗粒物 P5 6 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 7 对于气体污染物 有可分为一次污染物和二次污染物 P5 8 一次污染物 一次污染物 是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质 P5 9 二次污染物 二次污染物 是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间 经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物 质 P6 2 10 硫酸烟雾 硫酸烟雾系大气中的 SO2等硫氧化物 在有水雾 含有重金属 的 悬浮颗粒或氮氧化物存在时 发生一系列化学或光化学反应而生成的硫 酸雾或硫酸盐气溶胶 硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害 要比 SO2气体大得多 P7 11 光化学烟雾 光化学烟雾是在阳光照射下 大气中的氮氧化物 碳氢化合 物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾 其主要成分有 臭氧 过氧乙酰硝酸酯 酮类和醛类等 光化学烟雾的刺激性和危害要比 一次污染物强烈得多 P7 12 大气污染物的来源可分为自然污染源和人为污染源两类 P7 13 人为污染源有各种分类方法 按污染源的空间分布可分为 点源 面源 线源 P7 14 人为源 生活污染源 工业污染源 交通运输污染源 15 对主要大气污染物的分类统计 燃料燃烧 工业生产 交通运输 16 大气污染的影响 大气污染物侵入人体的主要三条途径 表面接触 食入含污染物的食物和水 吸入被污染的空气 1 对人体健康的影响 颗粒物 硫氧化物 一氧化碳 氮氧化物 光化学氧化 剂 有机化合物 2 对植物的伤害 3 对器物和材料的影响 4 对大气能见度和气候的影响 第四节 大气污染综合防治 1 大气污染综合防治 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 P19 2 大气污染综合防治措施 P19 1 全面规划 合理布局 影响环境空气质量的因素很多 因此 为了控制城市和工业区的大气 污染 必须在进行区域性经济和社会发展规划的同时 做好全面环境规划 采取区域性综合防治措施 2 严格环境管理 从环境管理的概念可知 环境管理是对环境污染源和污染物的管理 通过对污染物的排放 传输承受三个环节的调控达到改善环境的目的 3 控制大气污染的技术措施 实施清洁生产 3 实施可持续发展的能源战略 建立综合性工业基地 4 控制污染的经济政策 保证必要的环境保护投资 并随着经济的发展逐年增加 实行 污染者和使用者支付原则 5 控制污染的产业政策 1 鼓励类 2 限制类 3 淘汰类 5 绿化造林 绿化造林是区域生态环境中不可缺少的重要组成部分 绿化造林不仅 能美化化境 调节空气温湿度或城市小气候 保持水土 防治风沙 而且 在净化空气 吸收二氧化碳 有害气体 颗粒物 杀菌 和降低噪声方面 皆会起到显著作用 6 安装废气净化装置 安装废气净化装置 是控制环境空气质量的基础 也是实行环境规划 与管理等项综合防治措施的前提 第五节 环境空气质量控制标准 一 环境空气质量控制标准的种类和作用 P22 1 环境空气质量标准 环境 2 大气污染物排放标准 工业污染源 3 大气污染控制技术标准 4 警报标准 工业企业设计卫生标准 车间 二 环境空气质量标准中 P23 大气污染物综合排放标准规定 任何一个排气筒必须同时遵守最高允许排 放浓度 任何 1 小时浓度平均值 和最高允许排放速率 任何 1 小时排放 污染物的质量 两项超标 超过其中任何一项均为超标排放 P24 大气污染物综合排放标准中 按照综合排放标准与行业性排放标准不交叉 执行的原则 仍继续执行行业性标准 优先使用行业标准 P25 五 空气污染指数及报告 1 目前计入空气污染指数 API 的项目定为 可吸入颗粒物 PM10 二 氧化硫 SO2 二氧化氮 NO2 一氧化碳 CO 和臭氧 O3 P25 2 污染指数的计算结果只保留整数 小数点后的数值全部进位 P27 例 污染指数的计算结果为 100 1 则 API 值为 101 进位 3 各种污染物的污染分指数都计算出以后 取最大者为该区域或城市的空气 污染指数 API 则该种污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物 API1 P41 0 6 空燃比 AF 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 P42 空燃比为无量纲 7 发热量 单位燃料完全燃烧时发生的热量变化 即在反应物开始状态和反 应产物终了状态相同的情况下 通常为 298K 和 1atm 的热量变化 称为 燃料的发热量 单位是 kJ kg 固体 液体燃料 或 kJ m3 气体燃料 燃 料的发热量有 低位发热量和高位发热量 P44 8 燃料设备的热损失 1 排烟热损失 2 不完全燃烧热损失 3 炉体散 热损失 第三节 烟气体积及污染物排放量计算 P46 P49 1 理论烟气体积 在理论空气量下 燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为 理论烟气体积 以Vfg0表示 烟气成分主要是 CO2 SO2 N2 和水蒸气 P46 理论烟气体积 等于干烟气体积和水蒸气体积之和 P46 干烟气 除水蒸气以外的成分称为干烟气 湿烟气 包括水蒸气在内的烟 气 Vfg0 V 干烟气 V 水蒸气 V 理论水蒸气 V 燃料中氢燃烧后的水蒸气 V 燃料中水 V 理论空气量带入的 实际烟气体积 Vfg0 Vfg Vfg0 a 1 Va0 QN w z y xzSOOH y xCON w z y xO w z y xOSHC wzyx 222222 22 78 3 224 78 3 24 kgm wzyx w z y x wzyx w z y xVa 1632008 1 12 24 1 107 1632008 1 12 24 78 4 4 22 3 0 6 2 烟气体积和密度的校正 燃烧产生的烟气其 T P 总高于标态 273K 1atm 故需换算成标态 大多 数烟气可视为理想气体 故可应用理想气体方程 设观测状态下 Ts Ps 下 烟气的体积为 Vs 密度为 s 标态下 TN PN 下 烟气的体积为 VN 密 度为 N 标态下体积为 标态下密度为 3 过剩空气较正 因为实际燃烧过程是有过剩空气的 所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理 论烟气体积与过剩空气量之和 用奥氏烟气分析仪测定烟气中的 CO2 O2和 CO 的含量 可以确定燃烧设备 在运行中烟气成分和空气过剩系数 空气过剩系数为 a M 过剩空气中 O2的过剩系数 设燃烧是完全燃烧 过剩空气中的氧只以 O2形式存在 燃烧产物用下标 P 表示 假设空气只有 O2 N2 分别为 20 9 79 1 则空气中总氧量为 理论需氧量 0 264N2P O2P 所以 燃烧完全时 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 O2 此时 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 4 污染物排放量的计算 例题 习题 P47 第五节 燃烧过程中颗粒污染物的形成 1 燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子 通常由气相反应生成积碳 由 液态烃燃料高温分解产生的那些粒子都是结焦或煤胞 P54 2 燃煤烟尘的形成 固体燃料燃烧产生的颗粒物通常称为烟尘 它包括黑烟 和飞灰两部分 黑烟主要是未燃尽的碳粒 飞灰则主要是燃料所含的不可 S N N S SN T T P P VV N S S N SN T T P P m 1 理论空气量 实际空气量 PPP NOCONmOmC 22222 67 3 11 PP P ON O a 22 2 264 0 1 PPP PP COON COO a 5 0264 0 5 0 1 22 2 1 0 g affg VVV 7 燃矿物质微粒 是飞灰的一部分 P55 3 减少燃煤层气体中未燃尽碳粒的主要控制途径是 1 改善燃料和空气的 混合 2 保证足够高的燃烧温度 3 保证碳粒在高温区必要的停留时间 4 影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素 燃烧方式 手烧炉 层燃炉 室燃炉 沸腾炉 第三章 污染气象学基础知识 1 干绝热垂直递减率 干绝热直减率 干气块 包括未饱和的湿空气 绝热 上升或下降单位高度 通常取 100m 时 温度降低或升高的数值 称为干空气 温度绝热垂直递减率 简称干绝热直减率 以 d 表示 2 逆温逆温 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 1 辐射逆 温 较常见 2 下沉逆温 3 平流逆温 4 湍流逆温 5 锋面逆温 3 辐射逆温辐射逆温 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五种典型烟流和大气稳定度 1 波浪型 r o r rd 很不稳定 2 锥型 r o r rd 中性或稳定 3 扇型 r o r rd 稳定 4 爬升型 屋脊型 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 5 漫烟型 熏烟型 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 8 第四章 大气扩散浓度估算 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 第七节 烟囱高度的设计 P117 P120 设计目的 使烟囱排放的大气污染物在环境空气中产生的地面浓度与背景 值叠加后的预测浓度 不超过 环境空气质量标准 规定的浓度限值 1 有效源高有效源高 烟囱的有效高度 H 烟轴高度 它由烟囱几何高度 Hs 和烟流 最大 抬升高度 H 组 成 即 H Hs H 要得到 H 只要求出 H 即可 H 烟囱顶层距烟轴的距离 随 x 而变 化的 1 烟气抬升 烟气从烟囱排出 有风时 大致有四个阶段 a 喷出阶段喷出阶段 b 浮升阶段浮升阶段 c 瓦解阶段瓦解阶段 d 变平阶段变平阶段 2 烟云抬升的原因有两个 是烟囱出口处的烟流具有一初始动量 使它们继续垂直上 升 是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力 这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升 烟云抬升有利于降低地面的污染物浓度 3 影响烟云抬升的因素 影响烟云抬升的因素 影响烟云抬升的因素很多 这里只考虑几种重要因素 1 烟气本身的因素 a 烟气出口速度 Vs 决定了烟起初始动力的大小 b 热排放 率 QH 烟囱口排出热量的速率 QH越高烟云抬升的浮力就越大 大多数烟云抬升模式 认为 H Q 其中 1 4 1 常取 为 2 3 c 烟囱几何高度 看法不一 有人认为有影响 3 2 s 有人认为无影响 2 环境大气因素 a 烟囱出口高度处风速越大 抬升高度愈低 b 大气稳定度 不稳时 抬升较高 中性时 抬升稍高 稳定时 抬升低 c 大气湍流的影响 大气湍流越强 抬 升高度愈低 3 下垫面等因素的影响 第八节 厂址选择 P120 9 第五章 颗粒污染物控制技术基础 第一节 颗粒的粒径及粒径分布 1 几种常用的粒径表示方法 P127 128 用显微镜法观测颗粒时 采用如下几种粒径 定向直径 定向面积等分直径 投影面积直径 同一颗粒的 dF dA dM 用筛分法测定时 可得到筛分直径 有光散射法测定时 可得到等体积直径 用沉降法测定时 一般采用如下两种定义 斯托克斯直径 为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的 圆球直径 空气动力学当量直径 为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度 的圆球的直径 1 3 例 空气动力学当量直径是用哪种方法测定的 沉降法 2 个数频率 为第 间隔中的颗粒个数与颗粒总个数之比 或百分比 3 个数筛下累积频率 为小于第 间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数 之比 或百分比 P129 130 区别两者 第二节 粉尘的物理性质 粉尘的物理性质 密度 安息角 滑动角 比表面积 含水率 润湿性 荷电性 粘附性 自然性和爆炸性 1 若所指的粉尘体积不包括粉尘颗粒之间和颗粒内部体积 而是粉尘自身所 占的真实体积 则以此真实体积求得的密度称为粉尘的真密度 并以表 示 2 呈堆积状态存在的粉尘 即粉体 它的堆积体积包括颗粒之间和颗粒内部 的空隙体积 以此堆积体积求得的密度称为粉尘的堆积密度 并以表示 P143 3 安息角安息角 粉尘从漏斗连续落到水平面上 自然堆积成一个圆锥体 圆锥体 母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角 也称动安息角或堆积角等 一般 为 35 55 P144 4 滑动角滑动角 系指自然堆放在光滑平板上的粉尘 随平板做倾斜运动时 粉尘 开始发生滑动时的平板倾斜角 也称静安息角 一般为 40 55 P144 5 粉尘的润湿性粉尘的润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着或附着难易程度的性 质 P146 粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据 6 体积比电阻体积比电阻 在高温 一般在 200 以上 范围内 粉尘层的导电主要靠粉 尘本体内部的电子或离子进行 这种本体导电占优势的粉尘比电阻称为体 积比电阻 P148 7 表面比电阻表面比电阻 在低温 一般在 100 以下 范围内 粉尘的导电主要靠尘粒 10 表面吸附的水分或其他化学物质中的离子进行 这种表面导电占优势的粉 尘比电阻称为表面比电阻 P148 高温范围内 粉尘比电阻随温度的升高而降低 其大小取决于粉尘的化学组成 低温范围内 粉尘比电阻随温度的升高而增大 随气体中水分或其他化学物质含量的 增加而降低 8 粉尘比电阻对电除尘器的运行有很大影响 最适宜于电除尘器运行的比电 阻范围为 104 1010 P149 9 颗粒物的沉降方式有 重力沉降 离心沉降 静电沉降 惯性沉降 扩散 沉降 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 此外 还应考虑装置的安装 操作 检修的难易等因素 2 计算 1 处理气体流量 2 总效率 3 多级除尘的总净化效率 计算 1 烟气 2 总效率 处理气体流量 多级除尘的总净化效率 P151 155 3 分级效率分级效率 系指除尘装置对某一粒径或粒径间隔内粉尘的除尘效率 P153 第四节 颗粒捕集的理论基础 P156 第六章 除尘装置 第一节 机械除尘器 1 机械除尘器通常指利用质量力 重力 惯性力和离心力等 的作用使颗粒 物与气流分离的装置 包括重力沉降室 惯性除尘器和旋风除尘器等 P161 填空 2 旋风除尘器的基本原理 P167 简答 旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 含 尘气流进入除尘器后 沿外壁由上而下作旋转运动 同时有少量气体沿径 向运动到中心区域 气流作旋转运动时 尘粒在离心力作用下逐步移向外 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 当旋转气 流的大部分到达锥体底部后 转而向上沿轴心旋转 最后经排出管排出 3 普通旋风除尘器是由进气管 筒体 锥体和排气管等组成 P167 填空 4 除尘器相对尺寸对压力损失影响较大 当除尘器结构型式相同时 几何相 似放大或缩小 压力损失基本不变 P169 选择 了解 相对尺寸 的概 念 11 5 分割直径分割直径 处于平衡状态的尘粒有 50 的可能进入内漩涡 也有 50 的可 能性移向外壁 除尘效率为 50 使所对应的粒径即为除尘器的分割直径 P170 名词解释 6 二次效应二次效应 即被捕集粒子重新进入气流 P171 名词解释 第二节 电除尘器 1 电除尘器的工作原理 P178 179 简答 其原理涉及 悬浮粒子荷电 带电粒子在电场内迁移和捕集 以及将捕集物 从集尘表面上清除等三个基本过程 2 起始电晕电压起始电晕电压 开始产生电晕电流是所施加的电压 P180 名词解释 3 粒子荷电中 1 电场荷电 2 扩散荷电 P183 了解 4 电晕闭塞电晕闭塞 当含尘量大到某一数值时 电晕现象消失 颗粒在电场中根本 得不到电荷 电晕电流几乎减少到零 失去除尘作用 P186 名词解释 5 克服高比电阻影响的方法有 保持电极表面尽可能清洁 采用较好的供电 系统 烟气调质 以及发展新型电除尘器 P196 选择 6 烟气调质烟气调质 增加烟气湿度 或向烟气中加入 SO3 NH3 及 Na2CO3等化合物 可使粒子导电性增加 P197 名词解释 选择 填空 7 第三节 湿式除尘器 1 在工程上使用的湿式除尘器总体上分为 低能和高能两类 低能湿式除尘 器包括喷雾塔和旋风除尘器等 高能湿式除尘器包括文丘里洗涤器等 P200 填空 例 是典型的高能湿式除尘器 文丘里洗涤器 第四节 过滤式除尘器 1 过滤式除尘的原理 P213 简答 含尘气体流通过过滤材料将粉尘分离捕集 2 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 常称为粉尘初层 初层形成后 它成为袋式除尘器的主要过滤层 提高了 除尘效率 P213 填空 3 气布比气布比 烟气实际体积流量与滤布面积之比 P214 名词解释 4 袋式除尘器的压力损失由通过清洁滤料的压力损失和通过颗粒层的压 力损失组成 P215 填空 5 袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 P218 填空 6 常用的清灰方式有三种 机械振动式 逆气流清灰和脉冲喷吹清灰 P218 填空 四大除尘技术 目前常用的除尘器分为 机械除尘器 电除尘器 袋式除尘器 湿式除尘 器 机械除尘器包括 重力沉降室 惯性除尘器和旋风除尘器 设计重力沉降室的模式有 层流式和湍流式 提高重力沉降室除尘效率的主要途径 降低沉降室内的气流速度 增加沉 降室长度 降低沉降室高度 12 1 重力沉降室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 1 层流式 2 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 dp 50 m 的尘粒 层流模式重力沉降室的计算层流模式重力沉降室的计算 1 沉降时间计算 尘粒的沉降速度为 Vt 沉降室的长 宽 高分别为 L W H 要使沉降速度为 Vt 的尘 粒在沉降室全部去除 气流在沉降室内的停留时间 t 错误 未找到引用源 错误 未找到引用源 应大于或等 于尘粒从顶部沉降到灰斗的时间 错误 未找到引用源 错误 未找到引用源 即错误 未找到引用源 错误 未找到引用源 2 最小沉降粒径计算 3 重力沉降室除尘效率 多层重力沉降室分级除尘效率 重力沉降室是通过重力从气流中分离尘粒的 其结构如图 6 1 所示 L us u W H 13 2 惯性除尘器惯性除尘器分为 以气流中粒子冲击挡板捕集较粗粒子的冲击式和通过改变气流流动 方向而捕集较细粒子的反转式 惯性除尘器的结构和原理 为了改善沉降室的除尘效果 可在沉降室内设置 各种形式的挡板 使含尘气体冲击在挡板上 气流方 向发生急剧转变 借助尘粒本身的惯性力作用 使其 与气流分离 惯性除尘器分为冲击式和反转式 冲击式的原理 是 气流冲击挡板捕集较粗粒子 反转式的原理是改 变气流方向捕集较细粒子 惯性除尘器的应用 惯性除尘器的除尘效率 与 气流速度越大 气流方向转变角度越大 转变次数越多 其净化效率愈高 压力损失愈大 一般适合于净化密度大和粒径大的金属或矿物性粉尘除尘 对于粘性较强或纤维性粉尘一 般不适合 惯性除尘一般效率不高 因此 一般只适合于多级除尘中的第一级除尘 捕集粒径一 般在 10 20 m 以上的粗尘 压力损失一般为 100 1000pa 旋风除尘器 原理 旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的 一般用来分离 粒径大于 5 m 的尘粒 旋风除尘器特点旋风除尘器特点 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0 5um 为主 称为电电 场荷电场荷电 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 d10 2s 称为尘粒的驱进速度 16 影响粉尘捕集的理论因素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 0 5 2 5m s 板式电除尘器的气流速度为 1 0 1 5m s 粉尘比电阻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 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 增加湿度 改变烟气温度 发展新型电除尘器 3 袋式除尘 是利用棉 毛或人造纤维等加工的滤布捕集尘粒的过程 袋式除尘器工作原理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 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 除尘过程 除尘过程 当含尘气流穿过滤袋时 粉尘便捕集在滤袋上 净化后的气体从出口排除 经过一段 时间 启开空气反吹系统 粉尘被反吹气流吹入灰斗 除尘机理 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 17 扩散作用 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 袋式除尘器的性能 袋式除尘器的性能 气布比 袋式除尘器的过滤速度系指处理的烟气流量与滤布总面积之比 式中 Vf 过滤速度 m min Q 处理的烟气流量 m3 h Af 有效滤布总面积 m2 防尘效率 湿式除尘器 使含尘气体与液体使含尘气体与液体 一般为水 密切接触 利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕 一般为水 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 可以有效地除去直径为可以有效地除去直径为 0 1 20 m 的液态或固态粒子 亦能脱除气态污染物的液态或固态粒子 亦能脱除气态污染物 高能和低能湿式除尘器高能和低能湿式除尘器 低能湿式除尘器的压力损失为低能湿式除尘器的压力损失为 0 2 1 5kPa 对 对 10 m 以上粉尘的净化效率可达以上粉尘的净化效率可达 90 95 喷雾塔洗涤器 旋风洗涤器 高能湿式除尘器的压力损失为高能湿式除尘器的压力损失为 2 5 9 0kPa 净化效率可达 净化效率可达 99 5 以上 以上 文丘里洗涤器 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 喷雾塔洗涤器喷雾塔洗涤器 2 旋风洗涤器旋风洗涤器 3 自激喷雾洗涤器 4 板式洗涤器 5 填料洗涤器 6 文丘里洗涤器文丘里洗涤器 7 机械诱导洗涤器 湿式除尘器的优点优点 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 湿式除尘器的缺点缺点 1 有泥渣 2 防冻设备 冬天 3 易腐蚀设备 4 动力消耗 大 f f A Q V 60 18 湿式除尘器的除尘机理湿式除尘器的除尘机理 1 惯性碰撞参数与除尘效率 惯性碰撞参数与除尘效率 简化模型简化模型 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 定义惯性碰撞参数 NI 停止距离 xs 与液滴直径 dD 的比值 对斯托克斯粒子 2 pppD s tI DD 9 duuC x SN dd up 粒子运动速度 uD 液滴运动速度 dD 液滴直径 除尘效率 NI 值越大 粒子惯性越大 则 II 越高 对于势流和粘性流 II f NI 有理论解 一般情况下 John Stone 等人的研究结果 I 1 exp KL N K 关联系数 其值取决于设备几何结构和 系统操作条件 L 液气比 L 1000m3 2 接触功率与除尘效率 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 e ea 1 exp B ii PAd 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 0 67 19 文丘里洗涤器 当 NI 0 5 5 Be 2 喷雾塔洗涤器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 0 5 1 5kPa 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 dp42kJ mol 选选择择性性 物 没有多大的选择性 可逆 化 具有较高的选择性 不可逆 温温度度的的影影响响 物 吸附与脱附速率一般不受温度的影响 但吸附量 随温度上升而下降 化 可看成一个表面化学过程 需一定的活化能 吸 附与脱附速率随温度升高而明显加快 吸吸附附层层厚厚度度 物 单分子层或双分子层 解析容易 低压多为单分 子层随吸附压力增加变为多分子层 化 总是单分子层或单原子层 且不易解吸 影响气体吸附的因素 操作条件 低温有利于物理吸附 高温有利于化学吸附 增大气 相主体压力有利于吸附 吸附剂的性质如孔隙率 孔径 粒度等影响吸附 吸附质的性质 26 与浓度 吸附剂的活性 催化剂的组成 活性组分 助催化剂 载体 催化剂的性能 活性 选择性 稳定性 热稳定性 机械稳定性 化学稳定性 催化剂中毒 反应物中少量的杂质使催化剂活性迅速下降的现象 吸附工艺与设备吸附工艺与设备 1 吸附设备 固定床吸附器 移动床吸附器 流化床吸附器 2 吸附工艺流程 间歇式吸附流程 半间歇式吸附流程 连续式吸附流程 三 催化法净化气态污染物三 催化法净化气态污染物 催化转化就是借助催化剂的催化作用 使气体污染物在催化剂表面上发生化学反应 转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法 气固催化反应过程 气固催化反应过程 1 反应物从气流主体 催化剂外表面 2 进一步向催化剂的微孔内扩散 3 反应物在催化剂的表面上被吸附 4 吸附的反应物转为为生成物 5 生成物从催化剂表面脱附下来 6 脱附生成物从微孔向外表面扩散 7 生成物从外表面扩散到气流主体 1 7 外扩散 2 6 内扩散 3 4 5 动力学过程 气固催化反应的控制步骤 气固催化反应主要包括外扩散 内扩散和表面化学反应 速度最慢 阻力最大 者 决定着整个过程的总反应速率 称这一步骤为控制步骤 四 气固催化反应器四 气固催化反应器 气固相催化反应器的类型气固相催化反应器的类型 固定床 流化床 固定床反应器 优点 1 返混小 2 机械损耗小 3 结构简单 缺点 1 传热差 2 操作过程中催化剂不能更换 绝热式反应器 绝热式反应器 1 单段绝热式反应器 优点优点 结构简单 造价便宜 反应体积得到充分利用 缺点缺点 只适用于反应热效应较小 反应温度允许波动范围较宽的场 合 2 多段绝热式反应器 增加了分段及段间反应物料的换热 能在一定程度上调节反应温度 列管式反应器 列管式反应器 适用于温度分布要求很高或者反应热特别大的催化反应 27 气固催化反应器选择原则气固催化反应器选择原则 1 根据反应热的大小 反应对温度的敏感程度 催 化剂的活性温度范围 选择反应器的结构类型 把床温分布控制在一个合适的范围内 2 压力损失要尽量小 3 易于操作 安全可靠 结构简单 造价低廉 运行 维护费 用低 第八章 硫氧化物的污染控制 硫氧化物的污染控制的方法 硫氧化物的污染控制的方法 采用低硫燃料和清洁能源替代 燃料脱硫 燃烧过程中脱硫 末端尾气脱硫 重油脱硫种类 重油脱硫种类 1 直接脱硫是选用抗中毒性能较好的催化剂 将重油直接引入装有催化剂的反应塔加氢 脱硫 同时采取适当的防护措施 如有的工艺在反应塔前加防护塔 填充其他廉价的催化 剂 尽可能除去不纯物和金属成分 2 间接脱硫是先把重油减压蒸馏 分成馏出油和残油 单独将馏出油进行高压加氢脱硫 然后与残油相混合 或以液化丙烷 或丁烷 作溶剂 对残油进行处理 分离出沥青后 再 与馏出油混合进行加氢处理 3 部分燃烧气化法 将重油用蒸汽 氧气部分燃烧气化 硫转化成为硫化氢和少量二氧 化硫 然后进行处理 流化床燃烧脱硫的主要影响因素流化床燃烧脱硫的主要影响因素 1 钙硫比 Ca S 2 燃烧温度 3 脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构 4 脱硫剂种类 第九章 固定源氮氧化物污染控制 燃烧过程中氮氧化物的形成机理燃烧过程中氮氧化物的形成机理 1 燃料型 NOx fuel NOx 由燃料中固定氮生成的 NOx 2 热力型 NOx thermal NOx 燃烧中形成的 NOx 由大气中氮生成 主要产生于原子氧和 氮之间的化学反应 这种 NOx 只在高温下形成 3 瞬时 NO prompt NO 在低温火焰中由于含碳自由基的存在还会生成第三类 NO 烟气冷却对烟气冷却对 NO 和和 NO2平衡的影响平衡的影响 理论上 温度降低将改变 NO 和 NO2 的平衡组成 烟气冷却过程中若有过剩氧存在 NO 向 NO2 转化是可能的 根据热力学计算 冷却后的燃烧烟气中 NOx 将主要以 NO2 形式 存在 实际上 大部分燃烧过程排出的尾气中大约 90 95 的 NOx 仍然以 NO 形式存在 传统的低传统的低 NOx 燃烧技术燃烧技术 1 低氧燃烧 2 烟气循环燃烧 3 分段燃烧 4 浓淡燃烧技术等 先进的低先进的低 NOx 燃烧技术燃烧技术 原理 它们是低空气过剩系数运行技术和燃烧器火焰区分段燃烧技术的结合 助燃空气 分组进入燃烧装置 降低初始燃烧区 也称一次区 的氧浓度 以降低火焰的峰值温度 有 的还引入分级燃料 形成可使部分已生成的 NOx 还原的二次火焰区 吸收法净化烟气中的吸收法净化烟气中的 NOx 的去除率的去除率 当用碱溶液 如 NaOH 或 Mg HO 2吸收 NOx 时 欲完全去除 NOx 必须首先将一半以上的 NO 氧化为 NO2 或者向气流中添 加 N