大气污染控制工程教案

第一章绪论（1学时）教学重点：大气的结构和组成,大气污染物及其来源，环境空气质量标准，空气污染指数.教学难点：大气污染物及其来源。教学要求：掌握大气的结构和组成，大气污染发生和发展过程，大气污染物及其来源，空气污染指数；了解环境空气质量标准，国内外大气污染控制现状。教学内容：人是完全靠空气生存的,成年人平均每天约需1Kg粮食和2Kg水，但对空气的需求就大得多，每天约13。6Kg（合10m3）。若三者都断绝供应，引起死亡的首先是空气要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部，通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害。大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染，它不仅时间长且范围广（较多是地域性的，也有全球性的）。地球上发生的八大“公害事件”，其中五起是因大气污染造成的。当然，空气污染的原因不只是人类的活动，还有像森林、火灾和火山爆发一类的天然事件。不过后者通常在空气污染中起次要作用。§1。1大气与大气污染一、大气的结构和组成1、大气圈随地球引力而转的大气层叫大气圈。大气圈的最外层的界限是很难确切划分的，但大气也不能认为是无限的.在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10,000Km。有的学者就以10,000Km作为大气圈的最外层。一般情况下认为，从地球表面到1,000〜1,400Km的气层作为大气圈的厚度，超出L400Km以外气体非常稀薄，就是宇宙空间了。大气圈中的空气分布是不均匀的,海平面上的空气最稠密。在近地层的大气层里,气体的密度随高度的上升而迅速的变稀。但是在400〜1,400Km大气层里空气是渐渐变稀薄的。大气圈的总质量约为6000万亿吨，约为地球质量的百万分之一.大气的构造：根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化，划分大气圈层的结构如下图：从地球表面向上，大约到90Km高度，大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎无什么变化，具有这样特性的大气层叫均质大气层（简称均质层）.在均质层以上和外围空间的大气层，其气体的组成随高度升高有很大变化，这个圈层叫非均质层.在均质层中，根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化分为：对流层、平流层、中间层、电离层、散逸层.各层特点：--对流层：1）相对于整个大气圈厚度而言很薄,按最厚处计，占总厚度的6—9%,占总质量的75%。在这一层中除了有纯净的干空气以外，还含有一定量的水蒸气，适度的温度对人和动植物的生存起到重要的作用。2）一般情况下，温度自地表面向高空递减，0。65℃/上升100米。在对流层中，由于太阳的辐射以及下垫面特性和大气环流的影响，使得在该层中出现极其复杂的自然现象，有时形成易于扩散的气象特征，有时形成对生态系统产生有危害的逆温气象条件，雨、雪、霜、雾、雷电等自然现象也都出现在这一层。3）大气有较强的对流运动，大气污染也主要发生在这一层，特别是在靠近地面1-2Km的近地层更易造成污染。近地层的大气污染物的扩散能力主要取决于当时的气象条件.4）温度、湿度等各要素水平分布不均匀。——平流层：1）在这一层里气体的温度差随高度上升有缓慢的增加，30—35Km,T=-55℃。然后上升（气温）较快，这是因为在该层中的臭氧强烈吸收太阳紫外线所致。2）几乎不存在水蒸汽和尘埃，一般处于平流运动。3）大气很干燥，没有云、雨等现象，是飞机理想的飞行区域。——中间层:气温随高度增加迅速降低，有强烈的垂直对流运动。——电离层：气温随高度增加迅速上升,空气处于高度电离状态，发电报是靠这层反射回来。--散逸层：气体温度很低，气体粒子能克服地球引力而逸向星际空间。星际空间内每m3空间有数十个离子存在.研究重点:对流层，平流层2、大气组成大气（空气）从自然科学角度来看,空气和大气常常作为同义词，二者没有实质性的差别。但在研究近地层的空气污染规律及对空气质量进行评价时，为便于说明问题，有时两个名词分别使用。一般对于居住在室内或特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的气体习惯上称为空气。在大气物理、大气气象、自然地理以及环境科学研究中，常常是以大区域或全球性的气流作为研究对象，因此，就常用大气一词。大气是一个多种气体的混合物，有混合气体、水气和悬浮微粒组成，可分为： 恒定组分：O2（20。95%）、NJ78。09%）、氩（0。93%）、惰性气体.上述组分的比例在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的.-—可变组分:co2、水蒸汽、o3这些组分在大气中的含量是随季节、气象的变化以及人们的生产、生活活动的影响而发生变化.——不定组分：「第一环境问题引起的：由自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性灾难所引起的.污染物有尘埃、S、”、（ SOx、NOx等。第二环境问题引起的由于人类社会的生产工业化和经济建设速度增长，人口剧增等使得大气中增加或增多了某些不定组分。大气中含有的不定组分的种类和多少由地区的条件而定的。冶金工厂、电厂所在的地区，大气中含有煤烟、尘、SOx、NOx等组分就多.而在化工区，则有机或无机的化学物质等不定组分就多。当这些不定组分排放于大气中时就会使大气污染，不定组分达到一定浓度时，将会对动植物造成严重的危害，这是环保工作者研究的主要对象二、大气污染的定义大气污染的含义：国家标准组织定义（ISO）定义指自然界中局部的职能变化和人类的生产和生活活动改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏三、大气污染的发生和发展大气污染可看作是污染源所排放出的污染物和对污染物起着扩散稀释作用的大气，以及承受污染的物体三者相互关联所产生的一种效应.一个地区的大气污染情况是与该地区的污染源所排放出的污染物总量有关的。这个总量是不因气象条件的影响而发生变化的.但是，排放出的污染物的浓度在时空分布上却是受到气象条件的控制.由于气象条件的不同，污染物作用于承受者的污染程度也就不一样。近几十年来，世界上发生了多次大气污染事件，每次污染事件都是在一定地形和一定气象条件下发生的。大气污染的特点:既表现出局部严重性，又表现出全球性.§1。2大气污染源及主要污染物一、大气污染源大气污染源的分类:有四种分类法1）按污染源存在形式:固定污染源、移动污染源；2）按污染源排放方式：高架源、面源、线源；3）按污染源排放时间:连续源、间断源、瞬时源；4）按污染源产生类型：工业污染源、家庭炉灶、汽车排气。进行大气质量评价适宜用第一种分法，研究扩散适宜用第二种分法分析污染物排放时间规律适宜用第三种分法，解决污染物，控制污染物适宜用第四种分法。二、一次污染物和二次污染物一次污染物:指直接从各类污染源排出的物质.可分为：非反应物质，其性质较稳定；反应性物质，性质不稳定，在大气中常与某些其它物质产生化学反应或作为催化剂促进其它污染物产生化学反应。二次污染物：反应性的二次污染物与大气中的其它组分反应形成的物质。如二次污染物硫酸烟雾（又称硫酸气溶胶）形成过程：往往二次污染物比一次污染物的危害大得多.三、重要的大气污染物主要污染物：粉尘（钢铁厂、冶炼厂、水泥厂、建筑材料厂等；硫化物（民用炉、热点站、金属冶炼、硫酸厂）；氮化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂）；氧化物（CO、CO2）;卤化物（氟化物、氯化物、制碱厂）；有机物质的污染. 2（以下简单介绍主要污染的性质）：1）CO占总污染量的30% 主要来源：汽车排气占50%危害：与血红蛋白结合危害人体，排量多会使空气中o2量降低。2）NOx、NO、NO2 本身含氮变成游离氮原子和氧作用（燃NO）来源:①石化燃料的燃烧高温下，大气中氮和氧结合，NOx生成量与燃烧温度有关②各种工业过程（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂等）危害:①光化学烟雾的主要成分；②对动植物体有强的腐蚀性。3）碳氢化合物（HC）来源：燃料燃烧不完全排放HC化合物，汽车尾气中有10%HC化合物。美国70年统计,在总HC尾气中,汽车排气占48%.危害：光化学烟雾的主要成分。4）硫氧化物来源：①燃料燃烧；②有色金属冶炼;③民用燃烧炉灶.SO2浓度：工5%以上高浓度烟气3。5%以下低浓度烟气危害：①产生酸雨；②腐蚀生物的机体；③产生化学烟雾。硫酸烟雾的代表事件：伦敦烟雾事件5）微尘分类:气溶胶中001-1um烟 0。1—1um 降尘（〉10um）尘 10—100um 飘尘（〈10um）雾 1-10um危害：①引起呼吸道疾病；②致癌作用；③造成烟雾事件（硫酸等,so2之所以在大气中造成危害是由于大气中微尘带有一些Mn2+、Fe2+等催化剂使6）其他有害物质（石棉、镀、汞）7）光化学烟雾大气中的一次污染物如汽车、工厂等排放的燃烧生成物和未燃烧物质经过太阳光的照射，各种污染物之间发生反应形成二次污染物—一烟雾被称为光化学烟雾。光化学烟雾的主要成分:03、过氧酰硝酸酯、酮类、醛类各种活性很强的许多自由烃、氮类氧化物。 3造成光化学烟雾的起始物：N02形成条件：阳光照射（光波2900—4200A）空气中存在HC化合物（上午9点一下午2点）晴天，温度不太高。§1.3环境空气质量控制标准大气环境标准按其用途可分为：环境空气质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准及大气污染警报标准。按其适用范围可分为：国家标准、地方标准和行业标准。《环境空气质量标准》GB3095-1996规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定.本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。环境空气质量功能区分为三类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区;二类区为城镇规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区;三类区为特定工业区。空气环境质量分为三级：一类区执行一级标准，二类区执行二级标准,三类区执行三级标准。共限定了六种污染物的浓度值：S02、TSP、PM10、NOx、N02、CO、03、Pb、B[a]P、F。标准同时配有各项污染物分析方法《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996规定了33种大气污染物的排放限值，现有污染源（1997年1月1日前设立的污染源）和新污染源（1997年1月1日起设立的污染源）分别执行相应的标准.§1。4空气污染指数空气污染指数（AIRPOLLUTIONINDEX,简称API）是一种反映和评价空气质量的方法，就是将常规监测的几种空气污染物的浓度简化成为单一的概念性数值形式、并分级表征空气质量状况与空气污染的程度，其结果简明直观，使用方便，适用于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。空气污染指数的确定原则:空气质量的好坏取决于各种污染物中危害最大的污染物的污染程度。空气污染指数是根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度限值.目前我国所用的空气指数的分级标准是：（1）空气污染指数（API）50点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值一级标准；（2）API100点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值二级标准；（3）API200点对应的污染物浓度为国家空气质量日均值三级标准；（4）API更高值段的分级对应于各种污染物对人体健康产生不同影响时的浓度限值,API500点对应于对人体产生严重危害时各项污染物的浓度。空气污染指数的计算与报告：污染指数与各项污染物浓度的关系是分段线性函数（见书），用内插法计算各污染物的分指数In,取各项污染物分指数中最大者代表该区域或城市的污染指数。即：API=max（I1,I2…Ii,…In）该指数所对应的污染物即为该区域或城市的首要污染物。当污染指数API值小于50时，不报告首要污染物。§1。5国内外大气污染及控制现状一、大气污染现状70年代大气污染逐步开始改善，60年代到70年代美国、日本污染相当严重，所以70年代初到80年代日本大气治理比美国先进，现在美国已赶上日本，70年代开始出现光化学烟雾（较普遍）.国内现状：治理刚起步，对燃烧除烟尘基本上没有注意，大气污染较严重。原因：1）向四化进军正处于建设初期工业高速发展，大气污染相当严重;2）能源结构不合理，以煤为主；3）布局不合理（有些工厂明明知道处于上风口还要建），行政管理不合理.二、大气污染防治途径我国大气环境的特征：普遍受到尘、so2为主的烟煤型污染；在大城市或特大城市要注意NOX的污染来源:主要是汽车；酸雨;局部地区的污染:如氧化物：包头、抚顺、昆明等；铅:沈阳、广州、长春、上海等。大气污染的特征：污染物微量（百万分之一计算），浓度用ppm计算；污染物量变化（风经常影响其浓度）；污染物质变化（如NOx和有机物在光的作用下会产生03、甲醛（PAN）3等。大气污染的控制途径：控制污染源，改革工艺，合理的工业布局；控制污染源之后的排放的污染物，应用各种各样的治理技术；走综合防治的途径综合防治的含义：从全局出发，综合考虑生产生活等方面的诸因素，围绕经济社会发展目标，运用多科学、多途径、多种手段进行防治，达到经济效益和环境效益的统一.综合防治的基本原则：1）防与治相结合，以防为主。2）回收资源与净化处理相结合，以回收资源为主3）企业治理与区域治理相结合4）人工净化与自然净化相结合第二章化石燃料燃烧与大气污染（3学时）教学重点：燃料燃烧过程，烟气体积及污染物排放量计算，燃烧过程中硫氧化物、颗粒污染物、氮氧化物和其它污染物的形成与控制。教学难点：烟气体积及污染物排放量计算。教学要求：掌握燃烧过程的影响因素，燃烧过程中硫氧化物、颗粒污染物、氮氧化物的形成与控制.教学内容：§2。1化石燃料的组成与性质（0.5学时）燃料指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。燃料的分类：（1）常规燃料:如煤（coal）、patrolum、天然气等。（2）非常规燃料按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）.（2）液体燃料:有蒸发过程控制（气态形式燃烧）。（3）气态燃料:有扩散或混合控制.燃料的性质影响大气污染物的排放.一、煤:是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有机聚合物。煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。21。分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。a.褐煤:是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。特点:①挥发分较高，析出温度低;②燃烧热值低，不能制炭.干燥后：C含量60-75%，02含量20—25%.b。烟煤：形成历史较褐煤长;黑色，外形有可见条纹。挥发分20-45%,C75—90%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。c.无烟煤:碳含量最高，煤化时间最长的煤具有明显的黑色光泽，机械强度高。C含量＞93%,无机物量＜10%,着火难，不易自燃，成焦性差。.煤的组成煤的组成测定方法分为工业分析；元素分析两大类。a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。.元素分析：用化学法测定去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、02等。煤中硫的形态有有机硫（CHySz）煤中含硫 「硫化物硫（FeS）2无无机硫J无系硫（S| ?硫酸盐硫（MeS04）部分其它能燃烧放出热量。硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的我们所说的污染物SOx只包括有机硫、硫化物，不包括MeS04,而一般给我们的含硫量是指总硫量.应注意。部分其它能燃烧放出热量。a.硫化铁硫:是主要的含硫成分,主要代表黄铁矿硫。黄铁矿：硬度6—6.5比重4。7—5。2本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除.b.有机硫：以各种官能团形式存在。如睡吩、芳香基硫化物、硫醇等.不易用重力分选的方法除去,需采用化学方法脱硫.二、石油石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0。78〜1。00,主要含C、H2、少量的S、N2、O2,此外，含有微量金属（帆、镍）、碑、铅、氯等，10Ppm左右。原油中的硫大部分以有机硫形式存在,形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大,一般为0.1—7%。原油通过蒸馏、裂化和重态过程生产出各种产品。原油中的S约有80-90%留于重硫分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子故不能用物理方法分离硫化物.采用高压下的催化加氢破坏C—S-C键形成H2s气体，可达目的，但费用很高。 2三、天然气一般组成CH485%,乙烷10%,丙烷3%,此外还有H2O、CO2、N2、He、H2s等。§2。2燃料燃烧过程（0。5学时）一、影响燃烧过程的主要因素.燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽;不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。 2若燃料中含s、N会生成SO3DNOx,燃烧温度较高时,空气中的部分氮会被氧化成NOx。.燃料完全燃烧的条件 2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。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）3.发热量及热损失①发热量单位量燃料完全燃烧产生的热量。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温298K,101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是KJ/Kg。（固体）KJ/m3（气体）。发热量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Qh低位:指燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时,完全燃烧释放的热量。Q1「根据煤的工 1业分析数据计算。煤的发热量 .「注意:煤中H有两种形态①可燃氢（参根据燃料的关J加燃烧）、自由氢.②结合氢（与o2）系分析数据计算］自由氢与c、s结合 2、需应用基来表明组成注：干燥基（上标d）可燃基（上标b）应用基（上标a）排烟热损失:热损失为6-12%：不完全燃烧热损失：化学不完全燃烧、机械不完全燃烧。散热损失：由设备管道温度高于周围空气温度造成热损失4、燃烧产生的污染物硫的SOx:随温度变化不大，主要是煤中S.粉尘:随温度的增高、不变、降低而变化。CO及HC化合物烟:随温度的增高、不变、降低而变化。NOx:随温度的增高、不变、降低而变化。二、燃料燃烧的理论空气量.理论空气量（）所需要的氧一般从空气中获得.单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。理论空气量（1）可由燃烧反应方程式获得（2）经验公式（由热值）固体燃料液体燃料气体燃料天然气（式2。17）建立燃烧化学方程式时，假定：空气仅由仪和02组成，气体积比为79/21=3.76；燃料中的固态氧可用于燃烧；燃料中的硫被氧化成S02；计算理论空气量时忽略NoX的生成量；燃料的化学时为CHS0,其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、0的原子TOC\o"1-5"\h\z数. 2W完全燃烧的化学反应方程式：Q代表燃烧热理论空气量： r3.6〜6。0褐煤一般煤的理论空气量 7.5〜8.5无烟煤|9〜10 烟煤液体燃料（燃料油）的 二煤炉：4.5〜5。5 千： 8.84〜9。01煤气 液化气:2。97天然气高炉：〜0.7 湿： 11。4〜12.1.空气过剩系数a世纪空气量V与理论空气量V。之比为空气过剩系数aa a通常a〉1.空燃比（AF）定义：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。例:某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%,H：9。5%,S：1。6%,灰分:0。10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解：以1kg重油燃烧为基础，则：重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373.5873.58H9547.523.75S160.50.5H020.50.02780理论需氧量为： 73。58+23。75+0。5=97.83mol/kg重油假定空气中乂与02的摩尔比为3。76（体积比）则，理论空气量为：：mol/kg重油即Nm3/kg重油§2.3烟气体积及污染物排放量计算（1学时）一、烟气体积计算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V。表示，烟气fg成分主要是C02、S02、n2和水蒸气.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理水蒸气=燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中所给+V理论空气量带入的2.实际烟气体积V0 V=V0+（a—1）V0fg fgfg a3。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气,故可应用理气方程。设观测状态下：（Ts、Ps下）烟气的体积为匕,密度为Ps。标态下：（tn、p”）s 烟气的体积为V；密度为P；。标态下体积为：标态下密度为：应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm在作数据比较时应注意.2。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C02、02和C0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02的过剩系数设燃烧是完全燃烧,过剩空气中的氧只以02形式存在,燃烧产物用下标P表示，假设空气只有02、N2分别为21%、79%,则空气中总氧量为理论需氧量：0。266N2P—02P所以若燃烧完全若燃烧不完全产生CO须校正，即从测得的过剩氧中减CO氧化为CO2所需的02TOC\o"1-5"\h\z各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。 2 2二、污染物排放量的计算例2对例1给定的重油,若燃料中硫会转化为SOX(其中$02占97%),试计算空气过剩系数a=1。20时烟气中SO及SO的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO的含量,以体积百分比表示. 2 3 2解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成(mol)为：CO2：73。58 H2O：47。5+0。0278SOX：0。5 NX:理论烟气量：73。58+0.5+(47。5+0。0278)+()=489.45mol/kg重油即489。45=10。96m3N/kg重油空气过剩系数a=1。2时，实际烟气量为：其中10.43为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量.烟气中$。2的体积为烟气中SO：的体积为所以，烟气中so2、、so3的浓度分别为：当a=1。2时，干烟气量为：CO/体积为：所以干烟气中co2的含量以体积计为：例3：已知某电厂烟气温度为473K,压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min,含水汽6.25%(体积)，奥萨特仪分析结果是：C02占10。7%,02占8。2%,不含C0,污染物排放的质量流量为22.7Kg/min。污染物排放的质量速率(以t/d表示)污染物在烟气中浓度烟气中空气过剩系数校正至空气过剩系数a=1。8时污染物在烟气中的浓度.解：(1)污染物排放的质量流量为：(2)测定条件下的干空气量为：测定状态下干烟气中污染物的浓度：标态下的浓度：(3)空气过剩系数：(4)校正至a=1。8条件下的浓度：§2.4燃烧过程中污染物的形成与控制(1学时)一、燃烧中硫氧化物的形成燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是sojdso3,但S03的浓度相当低，既使在贫燃料状态下,生成的S03也只占S02生成量的百分之几。在看燃料状态下，除S0多,还有一些其它S的氧化物，如sO及其二聚物£0)2,还有少量一氧化二硫S20.这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。 2燃烧时：故一般主要生成S0,计算时可忽略S0.燃烧过程中硫氧化物、颗粒污染物、氮氧化物和其它污染物的形成与控制。

第三章大气污染气象学基础（2学时）教学重点：主要气象要素，大气的热力过程，大气的运动和风速廓线模式。教学难点：大气稳定度，逆温，风速廓线模式。教学要求：掌握大气的热力过程、大气稳定度、逆温和风速廓线模式。教学内容：§3.1大气圈结构与气象要素（0.5学时）一、影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态和物理现象的物理量。1、气温：2、气湿：空气湿度是反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量,常用的表示方法有：绝对湿度、水蒸气压力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等。3、风a）定义：什么是风？空气水平方向的流动叫风。b）形成：风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由湿度分布不均造成。风的形成除热力原因外,还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。c）风的度量风的特性用风向与风速表示,它是一向量.风的大小有叫风速：在单位时间内，空气水平流动的距离，m/s.风向：分为16方位，4、云NWNWNNNEN凝结现象。形成勺基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结在高空的水汽地50日量.如在云层中还有少量S云是发的环境。云的分W二县.二云里：云m到1/20时，云量为4、云NWNWNNNEN凝结现象。形成勺基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结在高空的水汽地50日量.如在云层中还有少量S云是发的环境。云的分W二县.二云里：云m到1/20时，云量为天空中云:低云以上£冰晶构成；―5000m间，过冷的微小水滴及冰晶构成;S00m以下，由微小水滴和冰晶构成。数。将天空分为十份。这十分中被云所遮盖的成数称为（空隙总量不到天空的1/20）记为10;当天空无云或云量不ESSE国外云量与我国云量间的关系，国际云量总云量:指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度低云量：低云的云掩盖天空的成数。量的纪录：一般云量/低云量的形式记录，如10/7。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。5、能见度在当时的天气情况下，正常人的眼睛所能看到的最大距离叫能见度。能见就是能把目标物的轮廓从它的天空背景上分辨出来，为了知道能见距离的远近，首先必须选择若干固定的目标物，量出他们距测点的距离.能见度的大小反应了大气的混浊程度，反应出大气中杂质的多少.§3。2大气的热力过程（1学时）一、太阳辐射太阳的辐射能是地球表面和大气的唯一能量来源，地面和大气获得辐射能增热的同时,本身放出热辐射而冷却，所以大气内部始终存在着冷与暖的变化，冷、暖在某种意义上讲决定着空气的干湿与降水,决定着低气压的分布，影响着大气的运动，也就影响了排放至大气的污染物质的扩散稀释。大气的热力过程，大气稳定度，逆温的形成与类型。§3。3大气的运动和风（0.5学时）大气水平运动,大气边界层风随高度变化，风速廓线模式，大气的湍流运动，地方性风场.第四章大气污染物扩散模式（6学时）教学重点：湍流统计理论（正态分布理论），高斯扩散模式，扩散参数，各种气象条件下的扩散模式，烟气抬升高度.教学难点：高斯扩散模式和扩散参数的确定。教学要求：掌握高斯扩散模式及其常见形式，能够根据地形、背景浓度以及风向、风速、温度层结等气象因素及模式计算大气污染物浓度，可以根据不同要求估算烟筒高度，并对厂址选择提出初步方案。教学内容：4。1湍流扩散的基本理论（1学时）梯度输送理论，湍流统计理论（正态分布理论），相似理论。高斯扩散模式（1学时）高斯模式的假设条件，高架连续点源扩散的高斯模式。污染物浓度的估算方法（2学时）地面浓度，地面轴线浓度，地面轴线最大浓度，扩散参数的确定。特殊气象条件下的扩散模式（0.5学时）小风、静风、熏烟条件下的扩散模式，扩散参数的确定。4。5城市及山区的扩散模式（0.5学时）烟囱高度的设计和厂址的选择（1学时）烟囱有效源高，烟气抬升高度,厂址的选择。第五章除尘技术基础与除尘设备（8学时）教学重点:粉尘的粒径分布和物理性质，净化装置性能的表示方法，颗粒捕集的理论基础，除尘设备工作原理。教学难点：颗粒捕集的理论基础,除尘设备工作原理.教学要求：掌握粉尘的粒径分布、净化装置性能的表示方法、颗粒捕集的理论和各种除尘设备的工作原理，能够计算除尘设备的净化效率.教学内容：§5。1粉尘粒径与粒径分布（1学时）一、粉尘粒径.定义：在实际中，因颗粒大小、形状各异,故表示方法有所不同.一般分为两类：单一粒径:单个粒子的； 球形颗粒：d二直径平均粒径:粒子群的.一）单一粒径单一粒径分成 投投影径非球形颗粒 几何当量径物 物理当量径.投影径：指颗粒在显微镜下观察到的粒径。a.面积等分径（martine）,指颗粒的投影面积二等分勺直线长度，其与所取的方向有关，常采用与底边平行的线作为粒径.b.定向径（feret），指颗粒投影面上两平行切线间的距离。c.长径，不考虑方向的最长径。d.短径，不考虑方向的最短径。.几何当量径：取颗粒的某一几何量（面积、体积等）相同时的球形颗粒的直径。a.等投影面积径dA:与颗粒投影面积相同的某一圆面积的直径。b.等体积径dv：c.等表面积径ds：d.体积表面积平均径de：颗粒体积与外表面积相同的圆球的直径。.物理当量径：取颗粒某一物理量相同时的球形颗粒粒径。a.自由沉降dt：特定气体中，在重力作用下，密度相同的颗粒因自由沉降而达到的末速度与球形颗粒所达到的末速度相同时的球形颗粒的直径。b.空气动力径da：在静止的空气中颗粒的沉降速度与密度为1g/cm3的圆球的沉降速度相同时的圆球的直径.单位。c.斯托克斯径（Stokes）dst.在层流区内（对颗粒的雷诺数Re<2.0）的空气动力径。Vt——颗粒在流体中的终端沉降速度（m/s）d.分割粒径（半分离粒径）与:即分级效率为50%的颗粒直径.（二）平均粒径 50对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，若两者的粒径全长相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。表7—1列出了各种方法计算的平均粒径，数值相差很大。P282。一般顺序：di一〈仆2码〈d4常用的单一粒径：投影径、等体积径、斯托克斯径、分割粒径dc50、空气动力学径da（是除尘技术中用得最多的）。 50平均粒径：中位径、众径。二、粒径分布1.定义：粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的分散度。表示方法：个数分布：以粒子的个数所占的比例来表示；表面积分布：以粒子表面积表示；质量分布：以粒子质量表示。2.常见的表示方法（1）频数分布AR：它是指粒径dp至（dp+Adp）之间的粒子质量占粒子群总质量的百分数.见图a。 AR与选取的粒径间隔的大小有关。（2）频度分布f：是Adp=1um时粒子质量占粒子群的或单位粒径间隔宽度时的频率分布百分数.即： 其微分定义式：有计算结果可绘出频度分布f的直方图，用粒径间隔中值可绘出频度分布曲线，见图b.最大频度的粒径d0m称为众径。（3）筛下累积频率1分布D/%：指小于某一粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数。反之为筛上累积分布R：D=1-R当D=R=50%时的dp位中位径工。。由图可见，筛上分布R对dp之比为负梯度，筛下分布D对dp之比为正值.因此若已知R、°D,则或也可这样说：若粒径间隔宽度即取极限，则：即：筛上分布为减函数；筛下分布为增函数.在除尘技术中，筛上累积分布R比使用频度分布更为方便，所以，在一些国家粉尘标准中多用R表示粒径分布。3.粒径分布函数「正态分布函数:对称常见的分布函数对数正态分布：dp取对数后服从对称，实际大气中气溶胶、工业粉尘多服 服从此分布罗率-拉姆勒分布:破碎筛分过程多服从此分布后两者分布为非对称性的。采用某种数学函数来描述粒径分布曲线，更为应用方便。据大量数据的统计结果表明对数正态分布，正态分布以及罗率-拉姆勒（Rosin-Rammler）分布较常用。我们见面介绍下世界上用的较多的R—R分布.R一R分布是： （a）（b）式中：n——分布指数；B、B'——分布系数,并有。对（b）两端两次求对数得:，以lgdp为横坐标，以lg为纵坐标，可的一条直线，其斜率为n。将中位径4°代入5）式可求得那麽R—R函数表达式为：在R—R坐标纸上绘制的筛上累积分布曲线（R）为直线，并能方便地求出n、B'、d50等。例4-1,自学，粉尘的堆积密度，真密度。粉尘的粒径，粒径分布与粒径分布函数，平均粒径。§5。2粉尘的物理性质（1学时）一、密度单位体积粉尘的质量称为粉尘的密度，单位为kg/m3或g/m3。若所指的粉尘体积不包括粉尘颗粒内部的空隙体积,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。固体粉碎所形成的粉尘，在表面未氧化时,其真密度与母料密度相同。呈堆积状态存在的粉尘，它的堆积体积包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，以此体积求得的密度称为粉尘的堆积密度。粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比称为空隙率。粉尘的真密度用在研究粉尘在气体中的运动、分离和去除等方面，堆积密度用在贮仓或灰斗的容积确定等方面。二、粉尘的安息角和滑动角粉尘从漏斗连续滑落到水平面上，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。粉尘的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.粉尘的安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标，是设计除尘器灰斗的锥度及除尘管路或输灰管路倾斜度的主要依据.三、粉尘的比表面积粉尘的比表面积定义为单位体积粉尘所具有的表面积。四、粉尘的含水率粉尘中一半均含有一定的水分，它包括附着在颗粒表面上的和包含在傲坑处与细孔中的自由水分，以及紧密结合在颗粒内部的结合水分。粉尘中的水分含量,一般用含水率W表示，是指粉尘中所含水分质量与粉尘总质量之比.含水率大小，会影响到粉尘的其他物理性质，如导电性、粘附性、流动性等,所有这些在设计除尘装置时都必须加以考虑。粉尘的含水率与粉尘的吸湿性,即粉尘从周围空气中吸收水分的能力有关。五、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称为粉尘的润湿性.当粉尘与液体接触时,如果接触面能扩大而相互附着，则称为润湿性粉尘;相反，为非润湿性粉尘粉尘的润湿性是选用湿式除尘器的主要依据。六、粉尘的荷电性和导电性1、荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷，也有中性的。粉尘荷电后，将改变其某些物理性质，如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等，同时对人体的危害也将增强。粉尘的荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，还与其化学组成等有关.2、导电性粉尘的导电性通常用比电阻表示。导电机制有两种，取决于粉尘、气体的温度和组成成分.本体导电占优势的粉尘称为体积比电阻，表面导电占优势的粉尘比电阻称为表面比电阻。粉尘比电阻对电除尘器的运行有很大影响。七、粉尘的粘附性粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此相互附着的现象称为粘附.附着的强度,即克服附着现象所需要的力称为粘附力.粉尘颗粒之间的粘附力分为分子力、毛细力和静电力.通常采用粉尘层的断裂强度作为表征粉尘自粘性的基本指标。在数值上，断裂强度等于粉尘层断裂所需的力除以断裂的接触面积。八、粉尘的自燃性和爆炸性粉尘的自燃是指粉尘在常温下存放过程中自然发热，此热量经长时间的积累达到该粉尘的燃点而引起燃烧的现象。引起粉尘自然发热的原因有：氧化热、分解热、聚合热、发酵热。爆炸是指可燃物的剧烈氧化作用，在瞬间产生大量的热量和燃烧产物，在空间造成很高的温度和压力。可燃物包括可燃粉尘、可燃气体和蒸汽等，引起可燃物爆炸必须具备的条件有两个:一是由可燃物与空气或氧构成的可燃混合物达到一定的浓度;二是存在足够的火源。§5。3净化装置的性能（1学时）评价净化装置性能的指标,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。1、处理气体流量处理气体流量是代表装置处理气体能力大小的指标，一般以体积流量表示.实际运行的净化装置，由于本体漏气等原因，往往装置进口和出口的气体流量不同，因此，用两者的平均值作为处理气体流量的代表。Qn=（Qin+Q2n）/22、净化效率“净化效率是表示装置净化污染物效果的重要技术指标。对于除尘装置称为除尘效率,对于吸收装置称为吸收效率，对于媳妇装置称为吸附效率.3、压力损失压力损失是代表装置能耗大小的技术经济指标，系指装置的进口和出口气流全压之差，净化装置压力损失的大小，不仅取决于装置的种类和结构形式，还与处理气体流量大小有关。净化装置的压力损失，实质上是气流通过装置时所消耗的机械能，它与通风机所耗功率成正比,所以总是希望尽可能小些。§5。4颗粒捕集的理论基础（1学时）颗粒物在各种力场中的空气动力学行为一分离、沉降、捕集等.§5。5除尘设备及其工作原理（3学时）一、机械除尘器机械力除尘装置是相对电除尘器而言。除重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器外还包括湿式除尘器和袋式除尘器等，其除尘机理可概括为五个方面：.重力沉降：气流中的尘粒依靠重力自然沉降，从气流中分离出来.主要适用于粒径较大的尘粒，沉降速度V较小。.离心碰撞：含尘气流作圆周运动时，在惯性离心力作用下，尘粒和气流产生相对运动，使尘粒从气流中分离.主要适用于10Pm以上的尘粒。.惯性碰撞：含尘气流运动过程中遇到障碍物（如挡板、水滴等）时，气流会改变方向而绕流，细小的尘粒会随气流一起流动，而较大的尘粒惯性较大，则脱离流线保持自身的惯性运动，于是尘粒就和物体发生了碰撞。见图5—1（a）。.滞留：细小的尘粒随气流绕流时，如流线和物体表面靠得很近，有些尘粒就和物体表面接触，从气流中分离出来。见图5—2(b)。5.扩散:小于1um的微小粒子在气流中会和气体一样作不规则的布朗运动,布朗运动随粒径减小而增大。若作布朗运动的尘粒和物体表面接触，就可能从气流中分离这种分离机理称为扩散。见图5-1(c)。除此之外，还涉及筛滤、静电力和声波凝聚作用等。(一)、重力沉降室重力沉降室是通过重力从气流中分离尘粒的。其结构如图5—17所示。沉降室可能是所有空气污染控制装置中最简单和最粗糙的装置。就其本身的特点而论有广泛的用途。能用于分离颗粒分布中的大颗粒，在某些情况下，其本身就是能进行适当的污染控制，它的主要用途是对更有效的控制装置作为一种初筛选装置在大颗粒特别多的地方，沉降室能除掉颗粒分布中的大量大颗粒，这些颗粒如不除掉，就要堵塞其它控制装置。一、原理:利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理。含尘气流进入沉降室后，引流动截面积扩大，流速迅速下降，气流为层流，尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降.a.沉降速度由第三章可知，悬浮在空气中的尘粒在重力作用下降落时，起初作加速运动，但当空气的阻力增大到使尘粒所受的合力为零时，它就开始作匀速下降，尘粒的降落速度达到最大恒定速度,该速度即为沉降速度us。层流区：雷诺数RepWl,对球形粒子而言：TOC\o"1-5"\h\z(见式3—29) (3—2)当介质为空气时Pp>>P则有： (3—3)由上式可见Vt,若1dp小，则Vt就小，故小颗粒就难分离.若将雷诺数Rep=1代入，可求出尘粒沉降时的临界粒径dc.得代入(5—2)得: (3—4)一般说来方程式3—3应用于粒径小于50Pm的球形尘粒，小于100Pm得尘粒误差也不大。工业粉尘粒径大致为1—100um,粒径小于5um的尘粒实际沉降速度要比Stocks定律预示的大，需修正。故dpW5Pm的尘粒:uj—ujStocksc为修正系数，在空气中温度为20℃,压强为1；tm时，dp为Pm.在其它温度下,Kc值就变化，二、旋风除尘器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，用来分离粒径大于10Pm的尘粒。(一)、工作原理.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。普通旋风器由筒体、锥体、排出管等部分组成，见图5—3。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(外涡流)，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(内涡流)。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。旋风分离器内气流运动是很复杂的，除切向和轴向运动外，还有径向运动。在这里，上涡旋不利于除尘。如何减少上涡旋,降低底部的二次夹带及出口室气流旋转所消耗的动力，成为当前改进旋风器的主要问题。V出=15-30m/s对同样流量的气流而言，旋风分离器比重力沉降室小得多，但动力消耗多。.气流的速度a.切向速度Vt：用球形皮托管测定.切向速度分布见书P290,图7—9。外涡旋：Vt随半径r的减小而增大，在内外涡旋的交界面上Vt最大,交界面半径r02(0.66〜0.65)r,r为排出管半径.内涡旋：Vt随半径r的减小而减小。某一断面上的切向速度分布规律为：外旋：n=0。5,有内旋：n=-1,有内外交界面：n=0,有Vt二常数，最大，对应直径为Di,Di=(0.6〜1.0)De(排气管直径)。b.径向速度Vr：假设内外涡旋的交界面是圆柱面，外涡旋均匀通过该柱面进入内涡旋，那麽认为气流通过此圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度Vr.Q--处理气体量；F——假想圆柱面表面积.轴向速度二、临界粒径与压降分级效率为50%的粉尘粒径为半分离直径或切割直径J。。临界粒径幺愈小，除尘效率愈高。 血除尘器内的压力分布见图5—4,尘粒在旋风器中受到两个力的作用：离心力f：t向心力勺： (RepWl时)在交界面上尘粒有三种情况：①ft>fd移向外壁②fd〉ft移向内壁③ft=f1t进去50%,出来50%,即除尘效率为50%。一般而言：dp(100%)^2—3dp(50%)为什麽忽略了粉尘的质量呢？因为重力等于1^,离心力设Vt=30m/s,r=0。1m, 离心力远远大于重力，故重力可忽略。临界粒径:5ft=fd得：r0——假想圆柱面半径2.阻力： 百--阻力系数缺乏实验数据时，可用下式表示：缺乏实验数据时，可用下式表示：K——常数，等于20—40；A--进口面积，aXb；L——筒体长度；H--锥体长度；d——排出管直径。三、电除尘器气体除尘从广义上来说可以分为机械方法和电气方法两大类。机械的方法包括基本上依靠惯性力和机械力回收粒子的一切方法在内，如重力沉降法、离心分离法、气体洗涤法、介质过滤法等等。电气的方法就是电除尘。它与一切机械方法的区别在于作用在悬浮粒子上的使粒子与气体分离的力。特点：.分离的作用力直接施之于粒子本身，这种力是由电场中粉尘荷电引起的库仑力，而机械方法大多把作用力作用在整个气体。.直接作用的结果使得电除尘器比其它除尘器所需功率最少，气流阻力最小 .处理1000m¥h的气体，耗电0。1-0。8度，AP=100〜1000Pa。.它既不象重力沉降法或惯性法那样只限于回收粗粒子，也不象介质过滤法或洗涤法那样受到气体运动阻力的限制,能回收微型范围的细小粒子。（1um左右的）.除尘效率高，一般在95—99%.处理气量大，可应用于高温、高压，具有克服气体和粒子腐蚀的能力。连续操作并可自动化，故广泛应用于许多方面。（国外）冶金领域：铜、铅、锌冶炼厂，贵金属回收（回收金）；钢铁工业方面；水泥生产方面；化学工业和工艺过程方面；燃料煤气的脱焦;煤烟的除尘；炭黑的回收；造纸厂中的应用；电力生产中的应用；电子工业的空气净化等等。由于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。（一）、原理电除尘是何种装置呢？概括而言，电除尘是利用强电场使气体发生电离，气体中的粉尘荷电在电场力的作用下，使气体中的悬浮粒子分离出来的装置.这种装置由许多不同的型式，但最基本的组成部分都是一对电极（高电位的放电电极和接地的收尘电极），简单模式见书P6—2。除尘过程大致就是这样一过程，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（常常加直流），高电压使含尘气体通过这对电极之间时，形成气体离子（正离子、负离子）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它们粉尘荷电，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。用电除尘的方法分离气体中的悬浮离子，需四个步骤：气体电离；粉尘荷电；粉尘沉集；清灰。（二）、分类按结构不同可作不同的分类，现从4个方面介绍：按集尘电极型式可分为管式和板式电除尘器管式：极线沿着垂直的管状集尘电极的中心线悬挂，适用于气体量较小的情况，一般采用湿式清灰方式.板式：在互相平行的板式收尘电极的中间悬挂垂直的极线。板式可采用湿式清灰方式，但绝大多数采用干式清灰方式。按气流流动方式分为立式和卧式电除尘器在工业废气除尘中，卧式板式电除尘器是应用最广泛的一种,我国1972年提出的系列化设计SHWB型就属此类。按粉尘荷电区和分离区的空间布置不同分为单区和双区电除尘单区：粉尘荷电和分离沉降都在同一空间区域内进行。双区：现有一组电极使粉尘荷电，然后另一组电极供给静电力，使带电粒子沉降.典型的双区除尘器多用于空调方面。国外有将它应用于工业废气净化方面的。按沉集粉尘的清灰方式可分为湿式和干式电除尘器§5。6除尘装置净化效率（1学时）除尘装置的捕集效率代表装置捕集粉尘效果的重要指标。有以下几种表示：1.总捕集效率nT：nT指在同一时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比。 TT见下图：如图：入0气体流量Q0（m3/s）;污染物流量Go（g/s）；污染物浓度Co（g/m3）。出口相应的为Q,G,C. ° °净化装置捕集的污染物流量Gc（g/s）有Go=G+Gc・・・G=CQ•••,「Qo，Q与状态有关，・•・常换算成标准状态（0℃,1。013X105Pa）下干气体流量表示，并加脚标“N”若装置不漏风,QoN=QeN实际上净化装置常有漏风，k--漏风系数串联使用净化装置：设每一级的捕集效率为y、匕、…nn总效率：净化器的性能还可用令一指标表示:即通过率P2.除尘装置的分级捕集效率除尘装置的总除尘效率的高低,往往与粉尘粒径大小由很大关系。为了表示除尘效率与粒径间的关系，提出分级效率的概念.定义：指除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔dpi至％+Adp内粉尘的除尘效率.a.由分级效率求总除尘效率" ""AR为频数分布若分级效率以的函数形式给出，入口粒径分布以累计分布函数（Di）或频度分布f「fi（dp）形式给出。由总效率求分级效率第六章气态污染物控制技术基础（4学时）教学重点:气体吸收、吸附和催化的基本原理、工艺流程和操作条件，吸收剂、吸附剂和催化剂的选择。教学难点：气体吸收、吸附和催化的基本原理。教学要求:掌握气体吸收、吸附和催化的基本原理，吸收剂、吸附剂和催化剂的选择的原则;了解各操作单元的工艺流程和操作设备的基本计算。教学内容：§6。1吸收法（1学时）吸收净化法：是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净化废气的目的的一种方法。一、吸收机理吸收过程的实质是物质由气相转入液相的传质过程.可溶组分在气液两相中的浓度距离操作条件下的平衡愈远，则传质的推动力越大，传质速率也越快关于气液两相的物质传递理论，随着工业的进步和发展，目前已有许多学说，诸如“双膜理论”（又称“滞留膜理论〃），“溶质渗透理论”，“表面更新理论”等，但在解释吸收过程机理时，目前仍以双膜理论为基础，其应用也最广泛.该理论是刘易斯（WK-Lewis）和怀特曼（W・gWhiaman）提出的，它不仅适用于分析物理吸收过程，也可用来分析伴有化学反应的化学吸收过程。结合双膜理论示意图解释说明“双膜理论〃基本论点。直线表示双膜理论模型两相中浓度分布；虚线表示扩散边界层理论模型两相中浓度分布.基本论点：在气液两相接触时，两相间有个相界面。在相界面附近两侧分别存在一层稳定的滞留膜层（不发生对流作用的膜层）——气膜和液膜。气液两个膜层分别将各项主体流与相界面隔开，滞留膜的厚度随各项主体的流速和湍流状态而变,流速愈大,膜厚度愈薄。气液相质量传递过程是：直至达到动态平衡为止。在界面上，气液两相呈平衡态，即液相的界面浓度和界面处的气相组成呈平衡的饱和状态，也可理解为在相界面上无扩散阻力；在两相主体中吸收质的浓度均匀不变，因而不存在传质阻力，仅在薄膜中发生浓度变化；存在分子扩散阻力，两相薄膜中的浓度差等于膜外的气液两相的平均浓度差。通过上述分析可以看出传质的推动力来自可溶组分的分压差和在溶液中该组分的浓度差，而传质阻力主要来自气膜和液膜。（二）吸收传质速率方程吸收速率:气体吸收质在单位时间内通过单位界面而被吸收剂吸收的量。根据双膜理论，在稳定吸收操作中，吸收质的通量（从气相主体传递到界面）等于吸收质的通量（从界面传递到液相主体）。即：吸收速率（吸收指通过气膜）=吸收速率（吸收质通过液膜）1.吸收传质速率方程一般表达式:传质速率二传质推动力X传质系数或:传质速率二传质推动力/传质阻力，显然：传质系数=1/传质阻力由于传质推动力表示方法有多种，因而传质速率方程也有多种表示方法气相分传质速率方程分传质速率方程式：描述从一相主体流至气液两相接触表面或从两相接触表面至另一相主体流的传质方程式。设组分是浓度为yA的气相传递到浓度为xA的液相中，如图9-8所示.若以PA-PAi或yA—yAi为气相传质推动力，则气相分传质速率方程式为：(7。。42)(7。43)式中：PA、PAi——分别表示吸收质A在气相主体和相界面上的分压,Pa；yA、y：——分别表示吸收质A在气相主体和相界面上的摩尔分率；k--以为推动力的气相分传质系数，Kmol/(m2・s)；ykG--以为推动力的气相分传质系数,Kmol/(m2・s・Pa)(2)液相分传质速率方程以xAi—xA或CAi—CA为液相传质推动力，则液相分传质方程：1 1 (7。44)(7。45)式中:xAi、xA——分别表示吸收质A在液相主体和相界面上的摩尔分率；C］、CA--分别表示吸收质A在液相主体和相界面上的摩尔浓度,Kmol/m3；i--以为推动力的液相分传质系数，Kmol/(m2・s)；xkL——以为推动力的液相分传质系数，m/s。(3)总传质速率方程无论气相分传质速率方程，还是液相分传质速率方程，为计算na都必须知道kG(ky)、kL(kx)及相界面上的平衡关系这样，这些方程式的实用价值大大减少，因此，有必要‘推导出总传质速率方程。以一个相的虚拟浓度与另一相中该组分平衡浓度的浓度差为总传质过程的推动力，则分别得到稳回收过程的气相和液相总传质速率方程式.气相总传质速率方程式：(7。46)液相总传质速率方程式：(7。49)式中:kAG--以Pa-Pa*为推动力的气相总传质系数,Kmol/(m2・s•Pa)；ky--以yA—yA*为推动力的气相总传质系数，Kmol/(m2•s)；P'夫—-与液相主体中吸收质浓度C成平衡的气相虚拟分压，Pa;AyA大——与液相主体中吸收质浓度xA成平衡的气相虚拟分压,Pa；kAL--以Ca*—Ca为推动力的液相总传质系数，m/s；k 以x*一x为推动力的液相总传质系数，Kmol/(m2•s)；x A AxA大——与气相中吸收质浓度yA成平衡的液相虚拟浓度；Ca*--与气相中吸收质分压Pa成平衡的液相中吸收质的摩尔浓度，Kmol/m3。二、气液平衡1、气液相平衡关系式对于非理想溶液，当总压不高(一般不超过5X105Pa)时，温度一定，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比，即： ①或： ②或:2、吸收系数应注意传质系数与传质推动力相对应。对前面公式9。42,9.44,9。47和气液界面上平衡关系式yAi=mxAi进行数学联解，即可得到气相总传质系数与气液相传质分系数的关系式即： 1 1（7。50）其中： （7。51）同理可得液相总传质系数与气、液相传质分系数的关系式，即：（7.52）其中： （7.53）三、吸收动力学（一）物理吸收和化学吸收（1）物理吸收：较简单，可看成是单纯的物理溶解过程。如:水吸收HCL、82等。吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度;吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度.（2）化学吸收:吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。如：碱液吸收CO2、SO2等;酸液吸收nh3等。吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。异同点：同：两类吸收所依据的基本原理以及所采用的吸收设备大致相同。异:一般来说，化学反应的存在能提高反应速度，并是吸收的程度更趋于完全。结合大气污染治理工程中所需净化治理的废气，具有气量大，污染物浓度低等特点，实际中多采用化学吸收法。（二）物理吸收在一般吸收操作中，应用逆流原理可提高溶剂的使用效率获得最大的分离效果，所以在此重点讨论逆流操作的物料平衡。另外，在吸收操作中，由于在气、液两相间有物质传递，通过全塔的气液流量都在随时变化.液体因不断吸收可溶组分，其流量不断增大；与此相反，气体流量也不断减少。气液流量作为变量，以它们为基准进行工艺设计是不方便的。然而纯吸收剂和惰性气体这两种载体的流量是不变的，所以在吸收设计中，通常是采用载体流量作为运算的基准，这时气液浓度就以摩尔分子比来表示.逆流吸收时，塔内气液流量和组成变化情况见右图.参数加下标“1”代表浓端；参数加下标“2”代表稀端。图中各符号的意义如下：GB——表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性气体的量,Kmol/（m2-h）；lS——表示单位时间通过塔任一截面单位面积纯吸收剂的量，Kmol/（m2•h）;Y、丫「Y2——分别为在塔的任意截面、塔底和塔顶的气相组成，（Kmol吸收质/Kmol惰性气体）；X、X、X--分别为在塔的任意截面、塔底和塔顶的液相组成（Kmol吸收质/Kmol吸收剂）。对全塔进行物料衡算有： （7-15）若就任意截面与塔底间进行物料衡算有：（7—16）或（7-17）在Y-X图上作式（7-17）的图线为一条直线，直线斜率为L/G,截距为，直线的两端分别反映了塔底（Y/X）和塔顶（Y2，X2）的气液两相组成。此直线上任一点的Y、X都对应着吸收塔中某一截面处的气液相组成。。吸收操作线斜率L/G称为吸收操作的液气比,物理含义为处理单位惰性气体所消耗的纯吸收剂的量。图吸收操作线和推动力图示（三）化学吸收化学吸收比物理吸收具有更快的吸收速率，这是因为被吸收气体组分与吸收剂或吸收剂中活性组分发生化学反应所致。化学反应降低了被吸收气体组分在液相中的游离浓度相应地增大了传质推动力和传质系数,从而加快了吸收过程的速率。每单位接触面积的气液间化学反应吸收速率方程可用下式表示：（9.56）式中：kL--未发生化学反应时液相传质分系数，亦即物理吸收的液相传质分系数m/h；B——由于化学反应使吸收速率增强的系数,简称增强系数，其单位无量纲；GA.——气液界面未反应的气体溶质的浓度,Kmol/m3;C；——在液相中未反应的气体溶质的浓度，Kmol/m3,通常是假定在液相中达到化学平衡状态下求出，反应为可逆反应时,即化学平衡常数k为无穷时,其值为零。（补）增强系数：由于化学吸收增大传质推动力和传质系数，致使吸收过程的速率增强为了表明其增强的程度，引入“增强系数”的概念。所谓增强系数就是与物理吸收比较由于化学反应而使传质系数或推动力增加的倍数.反应吸收速率增强系数是与反应级数、反应速率常数、化学平衡常数、液相中各组分的浓度、扩散系数、液相的流动状态等诸多因素相关的较为复杂的一个系数。一般通过联立方程组函数式,用分析法求解较困难，只有在具有某简单形式给出若干假定时，应用膜模型、溶质渗透膜模型和表面更新模型及其它理论才有可能求得解析解或近似解，以及应用计算机得数值求解。本书以膜模型理论进行讨论.四、吸收设备液体吸收过程是在塔器内进行的。为了强化吸收过程，降低设备的投资和运行费用，要求吸收设备满足以下基本要求：气液之间应有较大的接触面积和一定的接触时间；气液之间扰动强烈，吸收阻力低，吸收效率高；气流通过时的压力损失小，操作稳定；（3）结构简单，制作维修方便,造价低廉；应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力。所以，正确地选择吸收设备的型式是保证经济有效地分离或净化废气的关键分类：目前，工业上常用的吸收设备的类型主要有表面吸收器、鼓泡式吸收器、喷洒吸收器三大类。在每一大类中还根据吸收器的结构，气液两相接触方式的不同再分成多种型式的吸收器。这将在每一大类吸收设备介绍中给预必要的阐述。1.表面吸收器凡能使气液两相在接触表面（静止液面或流动的液膜表面）上进行吸收操作的设备均属表面吸收器。有水平液面的表面吸收器、液膜吸收器、填料吸收器和机械膜式吸收器2.鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器中气体以气泡形式分散于液体吸收剂中.形式很多，基本上分为以下几类：连续鼓泡式吸收器、板式吸收器、活动（浮动）填料吸收器（湍球塔）、液体机械搅拌吸收器。主要吸收设备有板式塔（如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等），湍球塔（即活动填料塔）等.3.喷洒吸收器该吸收器中液体以液滴形式分散于气体中。分为三类：空心（喷嘴式）喷洒吸收器、高器速并流喷洒吸收器、机械喷洒吸收器。主要吸收设备有喷洒吸收塔、喷射吸收塔和文丘里吸收塔等.6.2吸附法（2学时）吸附过程,吸附理论，吸附剂,吸附设备及其计算方法。6。3催化法（1学时）催化剂，催化作用原理，反应的物化过程及动力学，气固催化反应设备等。第七章气态污染物控制技术基础吸收1.传质吸收过程的判断亨利定律是吸收工艺操作的理论基础之一，它说明了根据溶质、溶剂的性质在一定温度和压力下，溶质在两相平衡中的关系。（1）根据相平衡的概述,可以判断气液接触时溶质的传质方向，即溶质是由气相传到液相（被吸收），还是从液相传到气相（被解吸）。现以一传质设备来说明传质过程的进行。y「y2分别表示进、出口气相中溶质的浓度；x「x2分别表示进、出口液相中溶质的浓度；；2大、y2*分别表示进、出口气、液相中溶质的平衡浓度。气液两相在传质设备中相接触,就会发生质量传递,系统将会自发地向平衡状态变化.若测得y>yi*,则该组分将被溶液吸收--吸收过程；若测得y<y；*,则该组分将从溶液中解吸出来——脱吸过程。同理：x<x；*--吸收过程;x〉乂产--脱吸过程.（2）用相平衡方程式还能确定吸收（或解吸）过程进行的限度,从而提出合理的工艺设计要求。仍结合上面传质设备示意图，根据相平衡方程式有：x*=y/m y*=mx因此可以判定无论塔的效率多高或塔身多长，其所得吸收液中该组分的组成x2不可能超过x2*，即:x2Wx2*=y/m,同理，处理后的排气中该组分y2也不可能低于y产，即：二、y产y：*=mx;这样就可以依据进气浓度（组成）和进液浓度（组成）利用相平衡方程式计算出最终吸收浓度和最终排放废气的极限浓度。化学吸收的气液平衡亨利定律只适用于常压或低压下的稀溶液，而且吸收质（被吸收组分）在气相与溶剂中的分子状态应相同，若被溶解的气体分子在溶液中发生化学反应，则此时亨利定律只适用于溶液中发生化学反应的那部分吸收质分子的浓度，而该浓度决定于液相化学反应的平衡条件.气体溶于液体中，若发生化学反应,则被吸收组分的气液平衡关系应既服从相平衡关系,又应服从化学平衡关系。即有：（1）为讨论方便,设备吸收组分A与溶液中所含的组分B发生相互反应：（通式）有关系式（前提：被吸收组分浓度及各反应组分浓度较低）①亨利定律关系式: （2）②化学平衡关系式： （3）一（4）将（4）代入（2）得： （5）下面从几种具体的情况来讨论化学吸收的气液平衡关系：.被吸收组分与溶剂的相互作用反应式表示为：被吸收组分A进入液相后的总浓度Ca可写成：(7-1)其化学平衡常数 (7-2)于是有： (7-3)又若是稀溶液吸收，则遵循亨利定律，即有皿］=H、*,代入(9—3),于是有：AA(7-4)在稀溶液中，B很大可视为常数，且k不随浓度变化，故1+k［B］可视为常数，此时，，即形式上服从亨利定律，但不同的是，表明溶解度系数较Ha增大了(1+卜［B］)倍，结果使过程有利于气体组分A的吸收。有代表性的：用水吸收氨气..被吸收组分在溶液中离解设反应产物的解离反应式为：吸收平衡时，离解常数为：(7—5)当溶液中无相同离子存在时，［K+］=［A-］,于是有：(7-6)被吸收组分A在溶液中的总浓度为物理溶解量与离解溶解量之和，即：(7-7)对式(9—1)、(9—5)、(9—7)和组分的物料平衡方程式联解得：(7—8)式中： (7—9)将(9—8)代入亨利定律式，则：(7—10)由此可见，对反应产物有解离的化学吸收过程，相平衡方程式与气相组分A在吸收液中总浓度［C］为非线性关系。A.被吸收组分与溶剂中活性组分作用这种吸收过程的吸收液中含有未被反应的气体组分A,活性组分B和惰性溶剂,实际环境工程中多数采用此吸收过程，如反应式：设溶剂中活性组分B的起始浓度为Co,反应达平衡后，转化率为R,则溶液中活性组分B的B浓度,而生成物M的平衡浓度为由化学平衡关系得平衡常数：(7—11)又亨利定律［A］=HaPa*,得：(7-12)若物理溶解量可忽略不计，则由上式可得：(7—13)变换为： (7-14)由此可见：①溶液的吸收能力ca*随pa*增大而增大,溶液的吸收能力ca*随k增大而减小。②溶液的吸收能力还受活性组分起始浓度Co的限制,C*WCo(只能趋近于而不能超B A B过)三、气相中的分压和温度对化学吸收和物理吸收的影响不同：温度增大，压力增大可改善化学吸收过程(化学吸收)；温度降低，压力增大可改善液体中污染物的溶解度(物理吸收)。吸收过程的物料平衡3.吸收控制步骤因为传质阻力为传质系数的倒数,所以式7.50（针对气相）：Ky为总阻力；ky为在气相主体中的传质阻力；kx为在液相主体中的传质阻力。同理，式7。。52针对液相，同样如此。正好体现：根据“双膜”理论，气体吸收传质过程的总阻力等于气相传质阻力和液相传质阻力之和。结合式9.50，式9。52我们发现:在总阻力中，每一项的阻力所占的分数不仅取决于kx和ky值，而且还取决于相平衡常数平均值m。若%m2一定,m大小直接影响不同相中传质阻力分数.现分三种情况进行讨论吸收控制步骤：对于易溶气体组分（结合式7.50）溶质在吸收剂中的溶解度很大，从而m很小,m/k可以忽略.所以，即有x属于气膜传质过程控制。对于难溶气体组分（结合式7。52）m很大，有,属于液膜传质过程控制。对于中等溶解度的气体组分m值适中时，气液两相传质阻力都不可忽略,受气液膜传质过程控制.总之，在选择设备形式及确定操作条件时，应特别注意减小传质阻力，以提高传质速率。〈补〉参考郭静编，P114,表8—1控制因素举例气膜控制液膜控制双膜控制HO吸收NH2 3H2O或弱碱吸收CO2H2O吸收SO2HO吸收HCL 2 -HO吸收CL一 2 2 H2O吸收丙酮碱液或氨水吸收SO2HO吸收O2 2浓硫酸吸收NO2浓硫酸吸收SO2「HO吸收H2 2弱碱吸收h2s一（三）伴有化学反应的吸收速率（略讲）1.伴有化学反应的吸收速率方程化学吸收比物理吸收具有更快的吸收速率，这是因为被吸收气体组分与吸收剂或吸收剂中活性组分发生化学反应所致。化学反应降低了被吸收气体组分在液相中的游