大气污染控制工程期末复习资料

大气污染控制工程复习第一章 概论第一节 大气与大气污染1）大气污染的定义：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、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境的现象。2）全球性大气污染：温室效应、臭氧层破坏、酸雨第二节 大气污染物及其来源1）分类：总分为两大类：气溶胶状态污染物、气体状态污染物。 气溶胶状态污染物：按照来源与物理性质分为：粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾。 按照粒径分级分为：总悬浮颗粒物（TSP）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100m的颗粒物。可吸入颗粒物（PM10）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径10m的颗粒物。细颗粒物（PM2.5）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径2.5m的颗粒物。 气体状态污染物：按化学组成可分为含硫化合物、含氮化合物、碳的氧化物，有机化合物、卤素化合物。 还可以分为一次污染物、二次污染物。 一次污染物：指直接从污染源排到大气中的原始污染物质。 二次污染物：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。2）大气污染物的来源和发生量： 1、大气污染源：分为两大类：自然污染源、人为污染源。按形状分为点源、线源、面源、体源，也可分为固定源和流动源。第五节 环境空气质量控制指标1）环境空气质量控制标准的种类和作用（能大致理解其作用） 包括环境空气质量标准（限制环境中污染物的存在量）、大气污染物排放标准（限制污染源的排放量）、大气污染控制技术标准（选择技术、设备等）、警报标准（规定警报限界值等）2）大气污染物排放标准 原则是有什么标准就用什么标准 有行业标准优先行业标准、没有而有地方标准的优先地方标准，都没有的采用国家标准，再没有的的可以经批准采用其他可参照的标准或国外标准。3）空气污染指数（API）与空气质量指数（AQI） 空气污染指数的计算采用分段线性方程法，报告时报告指数最大的一项。第二章 燃烧与大气污染第一节 燃料性质燃料完全燃烧的条件：（3T1E）（T）温度、（T）时间、（T）混合程度、（E）过剩空气关于燃烧的计算： 一般步骤：列出元素分析结果、计算每种元素的摩尔量、耗痒摩尔量、产物摩尔量。按照下列公式计算理论耗氧量、理论空气量、理论烟气量、理论干烟气量、某污染物浓度（体积百分数）、实际空气量、实际烟气量、空气过剩系数。元素百分比含量(%)质量（g/kg燃料）对应单质的摩尔量(mol)耗氧摩尔量(mol)对应产物摩尔量(mol)CC10C(10C)/12(10C)/12(10C)/12(二氧化碳)HH10H(10H)/2(10H)/4(10H)/2（水）OO10O(10O)/32不耗氧-（无）NN10N(10N)/28不耗氧(10N)/28（氮气）SS10S(10S)/32(10S)/32(10S)/32（二氧化硫）理论耗氧量=【(10C)/12+(10H)/4+(10S)/32-(10O)/32】摩尔每千克理论空气量=【理论耗氧量（1+3.78）0.0224】立方米每千克理论烟气量=【理论耗氧量3.78+(10C)/12+(10H)/2+(10N)/28+(10S)/32】0.0224立方米每千克理论干烟气量=【理论耗氧量3.78+(10C)/12+ (10N)/28+(10S)/32】0.0224立方米每千克某污染物的浓度（体积百分数）=【对应产物摩尔量0.0224/理论烟气量】100%实际空气量=【理论空气量（1+空气过剩系数）】实际烟气量=【理论空气量空气过剩系数+ 实际烟气量】空气过剩系数=【实际空气量/理论空气量】-1 =【实际烟气量-理论烟气量】/理论空气量第三章 大气污染气象学1）位温：一干空气块绝热升降到标准气压（1000hPa）处所具有的温度2）干绝热直减率：干空气块（包括未饱和的湿空气块）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3）逆温：在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而升高的现象（辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温）4）大气稳定度：大气稳定度是指在垂直方向上大气的稳定程度、即是否易于发生对流。5）烟流形状与大气稳定度的关系： 分为：波浪型、锥型、扇型（不利）、爬升型、漫烟型（不利）。第四章 大气扩散浓度估算模式高斯模型的四点假设： 污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布（正态分布） 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质的质量是守恒的。无界空间连续点源扩散模式 1、公式各项的物理意义： y z污染物在y、z方向分布的标准差，m 任一点处污染物的浓度，g/m 平均风速，m/s Q源强，g/s 2、公式：1）烟气抬升高度的计算（计算见后面） 烟囱的有效高度H = 烟囱几何高度Hs + 烟气抬升高度H 产生烟气抬升的原因：1、 烟囱出口烟气具有一定的初始动量（决定于烟气出口流速与烟囱出口内径）2、 烟温高于周围气温而产生一定的浮力（决定与烟气与周围大气之间的温差）第四节 特殊气象条件下的扩散模式熏烟型扩散模式 熏烟（漫烟）过程：在夜间发生辐射逆温时，清晨太阳升起后，逆温从地面开始破坏而逐渐向上发展。当逆温破坏到烟柳边缘以上时，便发生了强烈的向下混合作用，是地面污染物浓度增大。烟气抬升高度的计算步骤：1）根据QH公式求出烟气释放热2）根据条件选定H（抬升高度）的计算式并计算H3）计算有效源高H=H+Hs（几何高度）4）确定大气稳定度2）计算最大着地浓度：根据H计算x、xmax、y，最后计算max第五章 颗粒污染物控制技术基础第六章 除尘装置一、简介1）颗粒污染物按粒径分类：TSP（总悬浮颗粒）、PM2.5、PM10。2）对煤进行洗选，剔除其中的矿物等杂质是对燃煤颗粒物的源头控制。3）除尘器的分类：机械除尘器（包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器）、电除尘器、过滤式除尘器（包括袋式除尘器、滤料式除尘器）、湿式除尘器。4）多级除尘器串联后的总除尘效率（T）： T = 1 - （1 1）（1 2）（1 3）（1 n）二、机械除尘器 1）机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力、离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置。 2）重力沉降室：指通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的沉降装置。含尘气流进入重力沉降室，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。设计模式有层流式和湍流式。 提高沉降室除尘效率的主要途径：1）降低沉降室内的气流速度、2）增加沉降室长度、3）降低沉降室高度。 重力沉降室优点：结构简单、投资少、压力损失少、维修管理容易。 重力沉降室缺点：体积大、效率低、去除范围仅限于较大较重的粒子。 3）惯性除尘器：在沉降室内设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击在挡板上，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。 4）旋风除尘器：利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。 特点：结构简单、应用广泛、种类繁多 工作原理：含尘气流进入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域，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，而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。 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。三、电除尘器： 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，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。具有干式和湿式两类。 区别在于分离力（主要指静电力）直接作用在粒子上，而非整个气流 优点：压力损失小，耗能小，处理烟气量大，对细粉尘具有良好的捕集效率，可在高温或强腐蚀环境下作业。 电除尘器工作的四个阶段：悬浮粒子荷电、带电粒子在电场内的迁移与捕集，将捕集物从集尘表面上清除（即荷电、迁移、捕集、清灰四个过程） 干式电除尘器清灰主要依靠振动、湿式电除尘器则是利用基板表面的水膜流动。四、湿式除尘器： 湿式除尘器是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使粒径增大的装置。 优点：结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便、净化效率高 可以处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能减至最低。 分类：重力喷雾洗涤器、旋风洗涤器、自激喷雾洗涤器、板式洗涤器、填料洗涤器、文丘里洗涤器、机械诱导喷雾洗涤器。五、过滤式除尘器 过滤式除尘器，又称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。 1）袋式除尘器： 袋式除尘器的特点：效率高、性能稳定可靠、操作简单。 影响袋式除尘器的除尘效率的因素：清灰程度（清灰程度要适量，过勤破坏颗粒初层使去除率下降，不勤使颗粒物累计阻力增大处理量减小且效率也降低。）、气布比（即过滤速度，定义为烟气实际体积流量与滤布面积之比，高滤速时投资小压力损失增大。） 滤料分类：材质（天然纤维、无机纤维、合成纤维）、结构（滤布、毛毡） 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 2）颗粒层除尘器（滤料式除尘器） 颗粒层除尘器是利用颗粒状物料作填料层的一种内部过滤式除尘装置。 优点：耐高温、耐腐蚀、耐磨损、除尘效率高、维修费用低六、除尘器的选择与发展 除尘设备的发展（5各方面）：1、 除尘设备趋向高效率2、 发展处理大烟气量的除尘设备3、 注重研究提高现有高效除尘器的性能4、 发展新型除尘设备5、 重视除尘机理与理论方面的研究第七章 气态污染物控制技术基础一、气体扩散 扩散分类：分子扩散、湍流扩散二、气体吸收 1、吸收机理 双模理论三、气体吸附： 1、物理吸附的特征： 1）吸附质与吸附剂间不发生化学反应 2）吸附过程极快，认为瞬间达到平衡 3）吸附是放热的 4）吸附力不强，降压或升温时发生溢出但不改变性质 2、化学吸附的特征： 1）吸附力强 2）具有强的选择性 3）速率慢，达到平衡需要时间 4）升温可提高吸附速率 3、吸附剂所应具备的条件 1）巨大的内表面 2）对不同气体具有选择吸附性 3）较高的机械强度、化学与热稳定性 4）吸附容量大 5）来源广泛、造价低廉 6）具有良好的再生性能 4、吸附剂再生的方法：加热再生、降压或真空再生、置换再生、溶剂萃取 5、吸附机理三类吸附公式： 1）弗朗德里希方程 2）朗格缪尔方程 3）BET方程 6、吸附设备：固定床、移动床、流化床四、气体的催化净化： 1、定义：催化转化是指含有污染物的气体通过催化剂床层的催化反应，使其中的污染物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。 特点：对不同污染物皆具有较高的转化效率、不产生二次污染、操作过程简化、催化剂较贵、催化预热需要消耗能量 2、催化剂：凡能加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质。 催化剂的性能：活性、选择性、稳定性 活性：衡量催化剂性能大小的标准，常用单位体积（或质量）催化剂在一定条件（温度、压力、空速和反应物浓度）下，单位时间内所得的产品量来表示：A=W/（tWR）式中：A 催化剂活性，kg /（hg）W 产品质量，kgt 反应时间，hWR 催化剂质量，g 选择性：指当化学反应在热力学上有几个反应方向时，一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作用的特性，用B表示，目标产物摩尔数与反应物摩尔总数的比值。 稳定性：在化学反应中保持活性的能力，影响因素有老化（催化剂在正常工作条件下逐渐失去活性的过程）与中毒（反应物中少量的杂质使催化剂活性迅速下降的现象）第八章 硫氧化物的污染控制一、硫循环及硫排放二、二氧化硫污染控制 1、概述：燃烧产生的烟气尾气中的二氧化硫可分为高浓度情况与低浓度情况，其中高浓度的二氧化硫主要以回收并加以利用为主，而低浓度二氧化硫烟尾气或回收后的残余的少量二氧化硫则一般采用一些技术手段加以处理。 2、二氧化硫污染处理的三个阶段：燃烧前脱硫、燃烧后中脱硫、燃烧后脱硫 3、燃烧前脱硫：煤矿一般采用洗选工艺，该步骤能从根本上降低燃煤中的硫含量。 广泛采用的洗选工艺为重力分选法。 另一种通过固态加工从而达到控制二氧化硫的方法是型煤固硫。 煤的转化（转化为清洁的二次燃料）：煤的气化【移动床气化、流化床气化、气流床气化（包括水煤浆气化、粉煤气化）】煤的液化 其他燃料脱硫：重油脱硫 4、燃烧中脱硫：流化床燃烧脱硫技术 在硫化床锅炉中添加以碳酸钙、碳酸镁为代表的脱硫剂，该高温条件下碳酸盐分解并形成多孔的氧化物，再与二氧化硫、氧气反应生成硫酸盐，从而达到固硫目的。 流化床燃烧脱硫的影响因素：1、钙硫比（脱硫剂中钙与煤中硫的摩尔比）、煅烧温度、脱硫剂的颗粒尺寸与孔隙结构 5、燃烧后脱硫（亦称烟道气脱硫、主要应用于低浓度二氧化硫烟气） 分类：抛弃法与再生法、湿法、湿干法（半干法）、干法 主要的烟气脱硫工艺： 1）石灰石/石灰法洗涤（湿法） 脱硫剂：石灰石石灰浆（碳酸钙、氧化钙） 影响因素：pH、液气比、钙硫比、气流速度、浆液固体量、二氧化硫浓度、吸收塔结构等。 问题：设备腐蚀、结构与堵塞、除雾器堵塞、脱硫剂利用率、液固分离 2）改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫 即在浆液中加入己二酸，作为缓冲剂（来源丰富、价格低廉） 或在浆液中加入硫酸镁， 还可先以碱金属盐类或碱类吸收二氧化硫而后使用石灰或石灰石再生吸收液 目的皆在于克服结垢与去除率低的问题。 3）喷雾干燥法烟气脱硫： 原理：二氧化硫被雾化的氢氧化钙或碳酸钠溶液吸收，同时烟气温度将液滴干燥形成固形物，应用颗粒物脱除方法加以处理 过程：吸收剂制备、吸收和干燥、固体捕集、固体废物处置。 其他脱硫工艺： 1）其他湿法：氧化镁法、海水脱硫法、氨法 2）干法烟气脱硫技术：干法喷钙脱硫、循环流化床烟气脱硫 6、影响烟气脱硫工艺性能的因素： 脱硫效率、钙硫比、脱硫剂利用率、脱硫剂来源、脱硫副产品的处理处置、对锅炉原有系统的影响、对机组运行方式适应性的影响、占地面积、流程的复杂程度、动力消耗、工艺成熟程度。第九章 固定源氮氧化物污染控制一、氮氧化物性质与来源 1、来源：自然原因、人为原因二、燃烧过程中的氮氧化物的形成机理 1、分类：燃料型（燃料中固定氮生成）、热力型（高温下大气中的氮与原子氧形成）、瞬时型（低温火焰中由碳自由基存在而生成）三、低氮氧化物燃烧技术： 控制因素：空气燃料比、燃烧区温度与分布、后燃烧区的冷却程度、燃烧器形状设计 1、传统方法（六种）：低氧燃烧、再燃技术、降低助燃空气预热温度烟气循环燃烧、分段燃烧、浓淡燃烧 2、先进技术（四种）：炉膛内整体空气分级的低氮氧化物燃烧技术、浓淡偏差型低氮氧化物燃烧器、空气分级的低氮氧化物旋流燃烧器、空气/燃料分级低氮氧化物燃烧器四、烟气脱硝技术： 1、选择性催化还原法（SCR） 2、选择性非催化还原法（SNCR） 3、吸收法 4、吸附法第十章 挥发性有机物污染控制一、挥发性有机物（VOCs）一类有机化合物的统称、在常温下它们的蒸发速率大、易于挥发二、VOCs的预防措施 清洁生产 清洁生产的八字方针：节能、降耗、减污、增效。 实现清洁生产的机制：碳交易 清洁生产的3、8、35 3（三个层次）：废物在哪里产生、为什么产生、如何消除 8（八个途径）：原辅材料与能源、技术工艺、设备、过程控制、废物、管理制度、员工、产品 35（七个阶段性共三十五个步骤）：筹划与组织、预评估、评估、方案产生和筛选、可行性分析、方案实施、持续清洁生产三、VOCs处理方法： 五类：燃烧法、吸附法、吸收法、冷凝法、生物法 燃烧法：分为直接燃烧、热力燃烧与催化燃烧 吸附法：利用溶剂对其进行吸收，再根据物理性质差异进行分离 吸收法：与多孔吸附材料混合，吸附VOCs 冷凝法：利用降温、增压等手段使VOCs进行冷凝 生物法：利用附着在滤料介质上的微生物在适宜条件下以VOCs作为碳源与能源对其进行分解利用，将其转化为二氧化碳、水等物质的处理方法第十一章 城市机动车污染控制一、机动车辆产生的主要污染物：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物（热力型为主）、二氧化碳、悬浮颗粒物 不同燃料的差异：汽油：颗粒物、碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物 柴油：颗粒物、氮氧化物 煤：二氧化硫、颗粒物、氮氧化物 HC化合物的形成：不完全燃烧、壁面淬熄效应（亦称冷激效应）、壁面油膜和积碳的吸附二、降低污染排放的发动机技术： 1、降低发动机燃烧室的面容比 2、改进点火系统（包括延迟点火提前角） 3、提高燃烧过程的压缩比 4、采用多气阀气缸设计 5、改善燃料供给系统 6、采用汽油喷射技术 7、引入废气再循环（EGR） 8、使用电子控制的发动机管理系统三、汽油车尾气排放后处理技术 1、氧化、还原催化转化器 2、三效（CO、CH、NOX）催化转化器： 氧化：一氧化碳、碳氢化合物的氧化 还原：氮氧化物的还原四、新型动力车： 1、分类：电动汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车补充：国家相关法律法规GB16297-1996大气污染物综合排放标准1、规定了：33种大气污染物的排放限值2、标准状态：273K，101.325KPa时的状态3、最高允许排放浓度：指任一小时的浓度平均值不得超过限值4、最高允许排放速率：一定高度的排气筒任何1h排放的污染物质量不得超过限值5、无组织排放：指不经排气筒的无规则排放，其监控浓度限值也指任一小时的平