大气污染控制工程期末考试复习资料

大气污染控制工程期末考试复习资料一、名词解释（共8题，每题3分，共24分）理论空气量PM₂.₅吸附平衡选择性催化还原法（SCR）粉尘比电阻集气罩烟气脱硫大气稳定度二、填空题（共10题，20空，每空1分，共20分）按污染物存在形态分类，大气污染物可分为______和______两大类。燃料完全燃烧需满足的“3T+E”条件中，3T指温度、时间、______，E指______。电除尘器利用高压电场产生的静电力实现粉尘与气流的分离，其最佳运行的粉尘比电阻范围为______Ω·cm，当比电阻超过______Ω·cm时会产生反电晕现象。袋式除尘器的除尘过程分为滤料自身过滤和______两个阶段，其中______是其实现高效除尘的主要机制。湿法烟气脱硫中应用最广泛的是______法，其脱硫剂主要成分为______，脱硫副产物为______。中温选择性催化还原（SCR）脱硝技术的反应温度区间为______，其脱硝效率通常可达______以上。吸附法净化VOCs时，吸附作用按作用力性质可分为物理吸附和______两类，二者的本质区别是是否发生化学键的生成与破坏。我国《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中，二类区PM₂.₅的24小时平均浓度限值为______μg/m³，SO₂的1小时平均浓度限值为______μg/m³。局部排气净化系统的核心动力设备是______，其主要作用是为系统提供气流流动的动力，通常安装在净化设备的______（填“前端/后端”）以避免腐蚀性气体损坏设备。按脱硫剂的干湿形态分类，烟气脱硫技术可分为干法、湿法和______三类，其中循环流化床脱硫属于______类技术。三、简答题（共6题，每题6分，共36分）简述燃料燃烧过程中氮氧化物（NOₓ）的生成机理及对应的燃烧中控制途径。简述袋式除尘器的工作原理及影响其除尘效率的主要因素。简述石灰石-石膏湿法烟气脱硫的工作原理及主要优缺点。简述高斯扩散模式的基本假设及适用条件。简述吸附法净化气态污染物的基本原理及常用吸附剂的种类和特点。简述集气罩的主要类型及设计的基本原则。四、计算题（共2题，每题10分，共20分）某燃煤锅炉烟气初始含尘浓度为20000mg/m³（标准状态，干基），采用“旋风除尘器+电除尘器”两级除尘系统串联处理。已知旋风除尘器的粒径分布质量频率及对应分级效率如下表所示，电除尘器对烟气中所有粒径粉尘的总除尘效率为98%。试计算：（1）该两级除尘系统的总除尘效率；（2）处理后烟气的颗粒物排放浓度，并判断是否满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中燃煤锅炉颗粒物特别排放限值（30mg/m³，标准状态干基）。

表1旋风除尘器粒径分布与分级效率粒径范围/μm0~55~1010~2020~40＞40质量频率/%1025302015分级效率/%4070909598已知某燃煤的元素分析质量组成为：C65%，H3.2%，O2.8%，N1.2%，S1.5%，灰分20%，水分6.3%。试计算该煤完全燃烧时的理论干空气量（标准状态下，单位：m³/kg）。已知条件：各可燃元素完全燃烧的化学反应计量关系为C+O₂=CO₂、2H₂+O₂=2H₂O、S+O₂=SO₂；标准状态下1mol气体的体积为22.4L；空气中O₂的体积分数为21%，N₂为79%。参考答案一、名词解释理论空气量：指单位质量（固体/液体燃料）或单位体积（气体燃料）的燃料完全燃烧时所需的最低干空气量，通常以标准状态（0℃、101.325kPa）下的体积为单位，是燃料燃烧过程计算的基础参数。PM₂.₅：指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，又称细颗粒物，可长时间悬浮于大气中，易富集有毒有害物质并进入人体呼吸道深部，是衡量空气质量的核心指标之一。吸附平衡：在一定温度、压力条件下，吸附质与吸附剂充分接触后，单位质量吸附剂吸附的吸附质质量不再随时间变化，此时吸附速率与脱附速率相等，体系达到动态平衡，称为吸附平衡。选择性催化还原法（SCR）：指在催化剂作用下，以氨、尿素等为还原剂，有选择性地与烟气中的NOₓ反应生成无毒的N₂和H₂O的脱硝技术，中温SCR的反应温度通常为320420℃，脱硝效率可达80%95%。粉尘比电阻：指单位面积、单位厚度粉尘层的电阻值，单位为Ω·cm，是影响电除尘器除尘效率的关键参数，电除尘器最佳运行的比电阻范围为10⁴~10¹¹Ω·cm。集气罩：局部排气净化系统中用于收集生产过程产生的污染物气流的装置，通过合理的结构设计控制污染物扩散，其性能直接影响净化系统的技术经济指标。烟气脱硫：指从烟气中脱除二氧化硫（SO₂）的技术过程，按脱硫剂形态可分为干法、湿法、半干法三类，是控制燃煤SO₂排放、防治酸雨污染的核心技术手段。大气稳定度：指大气中某一高度的气团在受到垂直方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势，即大气对流运动的难易程度，分为稳定、中性、不稳定三类，是影响大气扩散的核心气象因子。二、填空题颗粒污染物；气态污染物湍流；过量空气10⁴~10¹¹；10¹¹粉尘初层过滤；粉尘初层（或粉尘层）的过滤作用石灰石-石膏；碳酸钙（CaCO₃）；二水硫酸钙（或石膏，CaSO₄·2H₂O）320~420℃；80%化学吸附75；500风机；后端半干法；半干法三、简答题答：（1）NOₓ的生成机理可分为三类：①热力型NOₓ：燃烧过程中，空气中的N₂在高温（＞1500℃）下与O₂反应生成，温度是其核心影响因素，温度越高生成量呈指数级增长；②快速型NOₓ：碳氢燃料燃烧时产生的CH、C₂等自由基与空气中的N₂反应生成，生成量占比低，通常小于5%，多存在于富燃料燃烧工况；

③燃料型NOₓ：燃料中含有的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成，是燃煤烟气NOₓ的主要来源，占比约60%~80%。（3分）

（2）燃烧中控制途径：①低过量空气燃烧：降低燃烧区氧浓度，在保证完全燃烧的前提下尽量减少过量空气，抑制NOₓ生成；②烟气再循环：将部分低温烟气送回燃烧区，降低燃烧峰值温度和氧浓度，主要抑制热力型NOₓ生成；③分级燃烧：将燃烧过程分为主燃区（富燃料、低氧）和燃尽区（补入二次风、富氧），减少主燃区NOₓ生成；④低NOₓ燃烧器：通过特殊结构实现燃料与空气的分级、分阶段混合，控制燃烧温度和局部氧浓度，减少NOₓ生成。（3分，答出3点即可得满分）答：（1）工作原理：含尘气流穿过滤料时，借助筛滤、惯性碰撞、扩散、静电、重力沉降等多种机制，粉尘被阻留在滤料表面，随着粉尘积累逐渐形成致密的粉尘初层；随着滤料阻力增大，需通过脉冲喷吹、机械振打等清灰机制清除表面积灰，清灰后保留的粉尘初层仍是高效除尘的主要作用介质，因此袋式除尘器的高效除尘依赖于粉尘层的过滤作用。（3分）（2）影响除尘效率的主要因素：①粉尘性质：粉尘粒径越小、含尘浓度越高，粉尘初层形成越快，除尘效率越高；粉尘比电阻过高或过低会影响静电作用的贡献，进而影响效率；②滤料性质：滤料孔径越小、厚度越大、孔隙率越低，除尘效率越高，但阻力也越大，需根据粉尘粒径、烟气性质选择适配滤料；③运行参数：过滤风速过高会导致粉尘穿透、效率下降，同时阻力增大；清灰方式不当（如清灰过度、清灰周期过短）会破坏粉尘初层，导致效率下降；④烟气性质：烟气温度、湿度需与滤料耐温、耐腐性能匹配，湿度过高易导致滤料结露堵塞，影响过滤效率和使用寿命。（3分，答出3点即可得满分）答：（1）工作原理：以石灰石（CaCO₃）浆液为脱硫剂，在吸收塔内与烟气逆流接触，烟气中的SO₂与浆液中的CaCO₃、水反应生成亚硫酸钙（CaSO₃），随后通过强制氧化（鼓入空气）将亚硫酸钙氧化为二水硫酸钙（CaSO₄·2H₂O，即石膏），从而实现SO₂的脱除，副产物石膏可回收用于建材生产。（3分）（2）主要优点：①脱硫效率高，可达95%以上，可满足燃煤机组超低排放要求；②技术成熟，运行稳定性好，适用烟气量大，适合大型燃煤电厂、工业锅炉；③脱硫剂石灰石来源广泛，价格低廉，运行成本可控；④副产物石膏可资源化利用，减少二次污染。（1.5分，答出2点即可）

（3）主要缺点：①系统工艺流程复杂，占地面积大，初投资高；②运行能耗高，需消耗大量水、电，脱硫废水处理难度大；③存在设备腐蚀、烟气再热、除雾器堵塞等运行问题；④副产物若销路不畅会产生堆存压力，引发二次污染。（1.5分，答出2点即可）答：（1）基本假设：①污染物在y（横向）、z（竖向）方向的浓度分布符合高斯正态分布规律；②扩散空间内的风速均匀、稳定，风向沿x轴正方向（下风向）；③污染物源强连续均匀，扩散过程中污染物质量守恒，不发生化学反应、沉降或干/湿清除损失；④下垫面平坦开阔、性质均匀，地面对污染物的反射作用可按全反射或无反射考虑。（3分，答出3点即可）（2）适用条件：①下垫面平坦开阔，地形起伏较小，无大型障碍物遮挡；②中小尺度的扩散范围，通常为10~20km以内，不考虑大尺度气象系统的影响；③大气稳定度为稳定、中性或弱不稳定条件，强对流天气下误差较大；④连续均匀排放的点源（或可折算为点源的污染源，如烟囱排放）；⑤污染物在扩散过程中无明显的物理、化学损失，或损失量可通过修正系数定量调整。（3分，答出3点即可）答：（1）基本原理：固体吸附剂表面存在未平衡的分子引力（物理吸附）或化学键力（化学吸附），当废气与吸附剂接触时，废气中的一种或多种污染物组分（吸附质）会被吸附剂表面富集，从而实现与废气的分离；吸附饱和后，可通过升温、降压、蒸汽吹扫、化学置换等方式实现吸附剂的脱附再生，重复使用。（2分）（2）常用吸附剂及特点：①活性炭：比表面积大（500~1500m²/g），微孔发达，吸附能力强，可吸附大多数VOCs和部分无机污染物，具有疏水疏酸的特点，可再生，价格较低，但易燃，高温（＞300℃）下使用受限；②分子筛：孔径均匀单一，比表面积大，吸附选择性强，可按分子大小分离污染物，耐高温、耐化学腐蚀，适合高净化要求的精细分离场景，但价格较高，再生能耗高；③活性氧化铝：多孔结构，比表面积较大，机械强度高，耐磨损，亲水性强，常用于气体干燥和低浓度酸性气体（如HF、HCl）净化，可多次再生；④硅胶：孔径分布较宽，亲水性极强，吸湿量可达自身质量的40%，主要用于气体除湿、低浓度污染物净化，机械强度较低，遇水易碎裂。（4分，答出3种即可得满分，每种需说明核心特点）

6.答：（1）主要类型：按工作原理可分为密闭罩、排气柜（通风柜）、外部集气罩、接受式集气罩、吹吸式集气罩五类。（2分，答出4类即可）（2）设计基本原则：①近源原则：尽可能将污染源密闭或靠近污染源设置，缩小污染物扩散范围，减少所需吸气量，降低系统能耗；②顺流原则：集气罩的吸气方向应尽可能与污染物的扩散方向一致，充分利用污染物的运动动能（如热烟气的上升力），提高收集效率；③足够控制风速：集气罩应保证控制断面的风速达到设计控制风速，防止污染物逸散，控制风速需根据污染物毒性、粒径、生产操作条件等因素确定；④经济性原则：在满足污染控制要求的前提下，尽量减小集气罩的开口面积或密闭容积，降低系统风量，减少风机能耗和运行成本；⑤结构合理原则：集气罩的结构应避免出现涡流区，气流分布均匀，同时便于安装、操作和维护，不影响正常生产作业。（4分，答出4点即可得满分）四、计算题解：（1）首先计算旋风除尘器的总除尘效率η₁，总效率为各粒径区间质量频率与对应分级效率的加权和：η

式中，ΔDi为第i个粒径区间的质量频率，ηdη（3分）

两级除尘器串联时，总除尘效率η满足穿透率相乘规律，即：

η

式中η2为电除尘器的总除尘效率，即98%=0.98。代入得：η（2分）

（2）处理后烟气的颗粒物排放浓度C2为：C

式中C1为初始含尘浓度，即20000mg/m³。代入得：C（2分）

已知《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中燃煤锅炉颗粒物特别排放限值为30mg/m³，71.2mg/m³＞30mg/m³，因此该系统排放不满足标准要求。（1分）

2.解：以1kg燃煤