《大氣污染控制技術》配套教學課件

大氣污染控制本課程主要內容1、概論2、燃料與潔凈燃燒3、污染氣象與煙氣的高空排放4、顆粒污染物控制5、氣態(tài)污染物控制6、機動車尾氣凈化技術第一章概論第一節(jié)大氣污染一、大氣的組成1、大氣與空氣（1）大氣(atmosphere)

是指環(huán)繞地球全部空氣的總和.

（2）環(huán)境空氣(ambientair)是指人類、植物、動物和建筑物暴露其中的室外空氣2、大氣的組成（1）干燥清潔的空氣；（2）水蒸氣；（3）雜質二、大氣污染基本常識1、大氣污染的概念：由于人類或自然過程引起的進入到大氣中的有害物質超過環(huán)境所能允許的極限時，其濃度和持續(xù)時間足以對人們的生活、工作、健康、設備財產以及生態(tài)環(huán)境等產生不利影響，即為大氣污染。2、大氣污染原因：自然過程及人類生產和生活活動。3、大氣污染的范圍：局部地區(qū)污染；區(qū)域性污染；全球性污染。三、大氣污染源和大氣污染物1、大氣污染源：指向大氣排放足以對環(huán)境產生有害影響物質的生產過程、設備、物體或場所等。

人為污染源分類：a.按存在的形式分：固定污染源；移動污染源。b.按排放空間分：高架源；地面源。c.按排放方式分：點源；線源；面源。d.按排放時間分：連續(xù)源；間斷源；瞬時源。e.按污染物類型分：工業(yè)污染源；農業(yè)污染源；生活污染源和交通污染源。2、大氣污染物：指由人類活動或自然過程排放到大氣中并對人類和環(huán)境產生有害影響的物質。(1)氣溶膠狀態(tài)污染物:粉塵(dust);煙(fume);飛灰(flyash);黑煙(smoke);霧(fog)。顆粒污染物幾個概念：總懸浮顆粒物(TSP)；可吸入顆粒物(PM10)；可呼吸顆粒物(PM2.5)(2)氣態(tài)污染物：硫氧化物；氮氧化物；碳氧化物；有機化合物；光化學煙霧。氣態(tài)污染物按形成過程分為：一次污染物;二次污染物四、大氣污染的危害1、對人體健康的影響（1）顆粒物（2）硫氧化物和氮氧化物（3）一氧化碳（4）有機化合物（5）光化學煙霧2、對植物的傷害3、對器物和材料的傷害4、對大氣能見度和氣候的影響五、全球性大氣污染問題1、全球氣候變暖：①概念：②溫室氣體:CO2、CFCs、CH4、N2O、O3③危害：④控制措施：減少排放；增加吸收；國際行動2、臭氧層破壞：①概念：②消耗臭氧層物質(ODSs)：全氯氟烴（CFCs，氟利昂)；溴氯氟烷(CFCB，哈龍);四氯化碳(CCl4)；甲基氯仿(CH3CCl3)

;氯氟烴(HCFC)；甲基溴(CH3Br)③危害：④控制措施：開發(fā)ODSs替代技術；制定淘汰ODSs措施；國際行動3、酸雨①概念；②形成酸雨的物質；③危害；④控制措施第二節(jié)大氣污染控制的主要內容一、大氣污染控制的對象主要是人為活動，特別是燃料燃燒、工業(yè)生產和交通運輸、所排放的含有污染物的廢氣。二、大氣污染物控制技術。1、潔凈燃燒技術：2、煙氣的高煙囪排放技術。3、顆粒污染物凈化技術。4、氣態(tài)污染物凈化技術。第三節(jié)環(huán)境空氣質量控制標準一、環(huán)境空氣質量控制標準1、環(huán)境空氣質量標準：以保護生態(tài)環(huán)境和人群健康的基本要求為目標而對各種污染物在環(huán)境中的允許濃度所做的限制規(guī)定。2、大氣污染物排放標準：以實現環(huán)境空氣質量標準為目標，對從污染源排入大氣的污染物濃度（或數量）所做的限制規(guī)定。3、大氣污染物控制技術標準；4、大氣污染監(jiān)測方法標準二、空氣污染指數（API）1、計入項目:可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）。2、空氣污染指數分級：3、空氣質量級別：4、計算方法：第二章燃燒與大氣污染2.1燃料的種類和性質一、固體燃料（煤）1、煤的分類(1)褐煤;(2)煙煤;(3)無煙煤2、煤的工業(yè)分析(1)水分;(2)灰分;(3)揮發(fā)分;(4)固定碳3、煤的元素分析（1）碳；（2）氫；（3）氧；（4）氮；（5）硫4、煤的成分表示方法（1）收到基：以包括全部水分和灰分的燃料做為100%

的成分，以角碼“ar”表示。（2）干燥基：以去掉全部水分的燃料做為100%

的成分，以角碼“d”表示。（3）干燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料做為100%

的成分，以角碼“daf”表示。例2-1、已知某種無煙煤的收到基水分含量為5.0%;干燥基灰分含量26%;干燥無灰基元素分析結果如下：C91.7%，H3.8%，O2.2%，N1.3%，S1.0%，試求該種煤的收到基組成。二、液體燃料(石油)：1、氣油：2、煤油：3、柴油：4、重油：三、氣體燃料1、天然氣：2、液化石油氣：3、裂化石油氣：4、焦爐煤氣：四、非常規(guī)燃料2.2燃料的燃燒過程及設備一、燃燒過程(一)影響燃燒過程的主要因素1、燃燒過程及燃燒產物(1)過程:可燃混合物的快速氧化過程,并伴隨能量的釋放,同時使燃料的組成元素轉化為相應的氧化物.(2)產物:化石燃料完全燃燒的主要產物是二氧化碳和水蒸氣.2、燃料完全燃燒的條件（1）空氣條件（2）溫度條件（3）時間條件（4）燃料與空氣的混合條件(二)、燃料燃燒的空氣量1、理論空氣量：標準狀態(tài)下單位量(1kg或1m3)燃料按燃燒反應方程式完全燃燒所需的空氣量稱為理論空氣量，用符號A0表示。幾點假設:(1)空氣僅由氮和氧組成，其體積分數為79：21=3.76;

(2)燃料中的固態(tài)氧參與反應;(3)燃料中的硫主要轉化為二氧化硫;(4)燃料中的氮轉化為氮氣.例2-21mol甲烷燃燒所需的空氣量。例2-3某一燃燒裝置用重油做燃料，其燃用油成分如下：C88.3%,H9.5%,S1.6%，H2O0.5%,灰分0.10%。試求燃燒1kg重油所需的理論空氣量。2、空氣過剩系數與實際空氣量：燃料在燃燒裝置中燃燒時，實際供給的空氣量（A）與理論空氣量（A0）的比值稱為過剩空氣系數。

α=A/A03、空燃比（AF）:單位質量燃料燃燒所需要空氣的質量。(三)、燃燒過程中主要污染物的形成機制

1、硫氧化物的形成機制

可燃硫燃燒產生硫氧化物2、氮氧化物的形成機制(1)、熱力型NOx。(2)、燃料型NOx。3、顆粒污染物的形成機制

顆粒物組成：燃燒不完全形成的炭黑、結構復雜的有機物、煙塵和飛灰。4、有機污染物的形成5、一氧化碳的形成二、燃燒設備：（一）爐排爐；（二）煤粉爐；（三）旋風爐（四）流化床鍋爐。2.3燃燒過程污染物排放量的計算一、煙氣體積的計算1、理論煙氣量與實際煙氣量（1）理論煙氣量：是指在供給理論空氣量的條件下，燃料完全燃燒時所產生的煙氣體積。(理論煙氣量=燃燒產物的體積+燃料中水蒸發(fā)后的體積+理論空氣中氮氣的體積)。（2）實際煙氣量：等于理論煙氣量和過?？諝饬恐?、煙氣體積、密度和濃度的校正：（1）體積校正V0=Vs（Ps/P0）×（T0/Ts）（2）密度校正ρ

0=ρ

s（P0/Ps）×（Ts/T0）（3）濃度校正C

0=C

s（P0/Ps）×（Ts/T0）例2-4已知排煙溫度是150℃，氣壓是9.8×104Pa，試計算燃燒含C87%,H12%，S0.5%,H2O0.5%,的1kg重油所生成的理論煙氣量；若過?？諝庀禂禐?.2，計算實際煙氣量(標準狀態(tài)：溫度，273K；壓力1.013×105Pa

)。3.過剩空氣校正：

C校正=C實測×

(實測/校正)例2-5已知某電廠排煙溫度是200℃

，壓力是96.93kPa，濕煙氣量V=10400m3/min,含水汽6.25%(體積),實測過剩空氣系數為1.61，污染物排放的排放速率為22.7kg/min。(標態(tài):273K；1.013×105Pa)求：（1）污染物排放速率(t/d)；（2）污染物在干煙氣中濃度；（3）校正至過?？諝庀禂禐?.8時污染物在煙氣中的濃度。4.污染物排放量的計算例2-6某一燃燒裝置用重油做燃料，其燃用油成分如下：C88.3%,H9.5%,S1.6%，H2O0.5%,灰分0.10%。若燃料中的硫全部轉化為SO2和SO3（SO2占97%）。（1）若空氣過剩系數=1.2，試求燃燒1㎏重油的實際煙氣量；（2）若空氣過剩系數=1.2，求煙氣中SO2和SO3的濃度；（3）若空氣過剩系數=1.2，計算此時干煙氣中CO2的濃度。作業(yè)、已知某種煙煤的收到基水分含量為3.06%；干燥基灰分含量21.32%;干燥無灰基元素分析結果如下：C84.54%，H4.84%，O8.04%，N1.26%，S1.32%，試計算過?？諝庀禂礱=1.2時燃燒1千克該煤所須的空氣量和產生的煙氣量,如煤中硫全部轉化為二氧化硫,求干煙氣中二氧化硫濃度。二、工業(yè)生產廢氣污染物排放量的實測與估算1、現場實測法（1）煙氣溫度測定

①玻璃溫度計②熱電偶溫度計（2）煙氣壓力測定

①煙氣壓力構成：動壓、靜壓、全壓、煙氣絕對壓力②儀器：皮托管、壓力計

③煙氣壓力測定方法

皮托管、壓力計連接（3）煙氣含濕量測定（干濕球法）①原理：根據干、濕球溫度計讀數和測點處煙氣絕對壓力、取樣管壓力及濕球溫度時飽和水蒸氣壓力確定煙氣濕度。②計算公式：XH2O=[Pbv-C(tc-tb)(Ba+Pb)]/(Ba+Ps)Pbv-溫度為tb時飽和水蒸氣壓,Patc-干球溫度,℃；tb-濕球溫度,℃Ba-大氣壓力，PaPb-流過濕球煙氣的指示壓力,PaPs-測點處煙氣靜壓，PaC-系數，當抽氣流速大于2.5m/s時，取0.00066.例2-7：測得干球溫度52℃，濕球溫度40℃，流過濕球煙氣壓力-1334Pa，大氣壓力101380Pa，煙氣靜壓-883Pa，40℃時水的飽和蒸汽壓力為7377Pa，求煙氣中水氣含量百分數。（4）煙氣流速

①流速測定原理：氣體流速與氣體動壓的平方根成正比②流速計算：

us=Kp[(2Pd)/ρs]1/2

ρs=ρ

o×[(Ba+Ps)/101325]×[273/Ts]

ρ

o

=[(MO2XO2+MCOXCO+MCO2XCO2+MN2XN2)(1-XH2O)+

MH2OXH2O]×1/22.4

us-煙氣流速，m/s；Kp-皮托管系數；

Pd-煙氣動壓，Pa；

Ps-煙氣靜壓，Pa；Ba-大氣壓力,Pa;Ts-煙氣溫度，K

ρ

s-實測煙氣密度,kg/m3;

ρ

0-標準狀態(tài)煙氣密度,kg/m3;

XO2、XCO、XCO2、XN2-干煙氣中幾種氣體的體積百分數，%；XH2O-煙氣含濕量，%例2-8：根據氣體分析儀測出鍋爐干煙氣各組分體積百分數為：氧氣1.6%、一氧化碳1.7%、二氧化碳26.0%、氮氣70.7%，已知煙氣中水汽含量為12.4%，煙氣溫度150℃，煙氣靜壓-2001Pa，大氣壓力100850Pa。求該工況下的煙氣密度。例2-9：在例2-8中，假如S型皮托管系數為0.85，煙氣動壓為83.4Pa，求煙氣流速。（5）流量計算：①測量狀態(tài)下煙氣流量：Vs=us×A×3600

Vs-測量狀態(tài)下煙氣流量,m3/hus-測量斷面煙氣平均流速,m/s；A-測量斷面面積,m2

②標準狀態(tài)下煙氣流量：V0=Vs×[(Ba+Ps)/101325]×(273/Ts)

V0-標準狀態(tài)下煙氣流量,m3/hBa-大氣壓力,Pa;Ps-煙氣靜壓，PaTs-煙氣溫度，K;例2-10：已知正方型煙道邊長0.9m，煙氣平均流速12.8m/s，煙氣平均溫度250℃，煙氣靜壓-33Pa，大氣壓力100717Pa，求標準狀態(tài)下煙氣流量(m3/h)（6）過?？諝鉁y定①測定原理：根據燃燒產物中N2的量確定實際供給的O2，根據燃燒消耗掉的O2量確定理論需氧量。

(ⅰ)燃燒實際供氧量為(21/79)N2p

(ⅱ)燃燒理論需氧量為(21/79)N2p-O2p+0.5COP

(ⅲ)過?？諝庀禂郸?(21/79)N2p/[(21/79)N2p-O2p+0.5COP]注:上式中N2p、O2p、COp分別為燃燒產物中其所占的體積分數。例2-11：用奧氏氣體儀測得煙氣各組分的百分數為：CO210%、O24%、CO1%，求實測的過剩空氣系數。

②測定方法：奧氏氣體分析器法

(ⅰ)系統組成:吸收瓶、連接管、量氣管、水準瓶(ⅱ)原理:用不同的吸收液分別對煙氣中各組分逐一進行吸收,根據吸收前后煙氣體積的變化，分別算出各組分在煙氣中所占比例(ⅲ)分析步驟：檢漏；取樣；分析2、物料衡算法

污染物產生量=B-(a+b+c)污染物排放量=B-(a+b+c+d)B-生產過程中使用或生成的某種污染物的總量，kg；a-進入主產品結構中該污染物的量，kg；b-進入副產品、回收品中該污染物的量，kg；c-生產過程中分解、轉化掉的該污染物的量，kg；d-采取凈化措施處理掉的該污染物的量，kg；3、經驗估算法G=K×

MG-在一段時間內某種污染物的產生總量或排放總量，kg;K-單位產品的產污或排污系數；M-在相應時間內所產生產品的數量，kg第三章污染氣象與煙氣的高空排放3.1大氣圈結構及氣象要素一、大氣圈1、概念：受地心引力而隨地球旋轉的大氣層稱為大氣圈。2、范圍、組成：(1)范圍:0-1200km(2)組成:潔凈空氣;水蒸氣;雜質3、結構：（1）對流層（2）平流層（3）中間層（4）暖層（5）散逸層二、主要氣象要素1、氣溫：距地面1.5m高處百葉相內觀測到的溫度T(K)=t(℃)+273.162、氣壓：大氣的壓強，1Pa=1N/m2;1atm=101325Pa3、氣濕:空氣中水汽含量.（1）絕對濕度;（2）相對濕度；（3）露點4、云：漂浮在大氣中微小水滴或冰晶匯成的物質。（1）云高；（2）云量；（3）表示方法5、風：風在水平方向上的運動（1）產生原因；（2）風向；（3）風速6、湍流：大氣的不規(guī)則運動：機械湍流、熱力湍流7、太陽高度角：太陽光線與地平面間的夾角。8、太陽傾角：地球赤道平面與太陽和地球中心連線的夾角3.2大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換二、氣溫的垂直變化1、氣溫直減率(r)：

指單位高度（100米）氣溫的變化值。2、干絕熱直減率(rd)：

干空氣塊絕熱上升或下降單位高度（100米）時，溫度降低或升高的數值。簡稱干絕熱直減率.3、大氣的溫度層結：

氣溫按垂直高度的分部規(guī)律。4、逆溫：

氣溫沿高度增加而升高，與正常大氣溫度的垂直分布相反。包括：輻射逆溫；下沉逆溫；平流逆溫；湍流逆溫；鋒面逆溫輻射逆溫下沉逆溫與平流逆溫三、大氣的穩(wěn)定度1、大氣穩(wěn)定度：垂直方向上大氣穩(wěn)定的程度。2、大氣穩(wěn)定度的判別

(1)

r＞rd

大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài);(2)r=rd

大氣處于中性狀態(tài);(3)r＜rd

大氣處于穩(wěn)定狀態(tài).例:在高塔下測得下列氣溫資料,試計算各層大氣的氣溫直減率,假定氣溫干絕熱直減率為0.98℃/100m,判斷各層大氣穩(wěn)定度.高度Z/m1.5103050氣溫T/K298297.8297.5297.33、大氣穩(wěn)定度的分級（1）帕斯奎爾法①需要的氣象要素：地面風速；太陽輻射狀況；夜間云量②穩(wěn)定度分級：A—F六個級別（2）特納爾法①需要的氣象要素:太陽傾角；太陽高度角；云量；地面10m風速②步驟：A,根據觀測日期確定太陽傾角B,根據當地經緯度、觀測時間和太陽傾角確定太陽高度角φ-當地地理緯度；λ-當地地理經度；t-觀測時的北京時間；δ-太陽傾角C,根據太陽高度角和云量確定太陽輻射等級D,根據太陽輻射等級和地面10m風速確定大氣穩(wěn)定度級別

四、煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關系3.3地形、地物對大氣污染物擴散的影響一、地形對大氣污染物擴散的影響1、海陸風2、山谷風二、地物對大氣污染物擴散的影響1、城市熱島環(huán)流2、背風渦旋3.4煙氣在大氣中擴散的計算一、湍流擴散統計理論1、擴散的要素：（1）風：平流輸送為主，風大則湍流大；（2）湍流：湍流擴散比分子擴散快105～106倍2、擴散的規(guī)律：二、實用的高斯擴散模式1、坐標系：右手坐標系2、高斯模式的四點假設：(1)污染物濃度在y,z軸上的分布符合高斯分布(正態(tài)分布)；(2)在全部空間中風速是勻速的,穩(wěn)定的；(3)源強是連續(xù)均勻的；(4)在擴散過程中污染物質的質量是守恒的。3、無限空間連續(xù)點源的高斯擴散模式C(x,y,z)=A(x)e-ay2e-bz2a=1/(2σy2);b=1/(2σ

z2);A(x)=Q/(2πuσ

y

σ

z)

Q-源強,污染物排放速率,mg/s或g/s;u-排放口處的平均風速,m/s;

б

y,бz-橫向和縱向擴散系數,mx-下風向任一點距污染源的距離,m;y-下風向任一點距xoz平面的距離,mz-下風向任一點到地表面的距離,m4.高架連續(xù)點源的高斯擴散模式（1）公式推導：實源:C(x,y,z,H-z)虛源:C(x,y,z,H+z)實源貢獻濃度:虛源貢獻濃度:高架連續(xù)點源實際濃度:（2）地面濃度模式（3）地面軸線濃度模式（4）地面最大濃度

①最大濃度:

②出現地點:5、地面連續(xù)點源的高斯擴散模式例3-1

：某污染源二氧化硫的排放速率為80g/s，有效源高為80m，煙囪出口處平均風速為4.6m/s，在當時的氣象條件下，正下風向500m處的σy=35.3m，σz=18.1m，試求正下風向500m處二氧化硫的地面濃度。6、高架連續(xù)點源顆粒物擴散地面濃度模式

a-顆粒物地面反射系數;u-排放口處的平均風速,m/s;x-下風向任一點距污染源的距離,m;ut-顆粒的重力沉降速度,m/s;ut=(dp2

×ρp×

g)/(18μ)dp-顆粒的粒徑,μm;

ρp-顆粒的密度,g/cm3;μ-空氣動力學粘度系數,一般取1.18×10-5Pa·s;g-重力加速度,m/s23.5污染物濃度的估算一、煙氣抬升高度的計算1、煙氣抬升過程(1)煙氣抬升(2)有效源高2、煙氣抬升高度計算（國家標準計算公式）（1）煙氣熱釋放率Qh2100kJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值Ts-Ta

35K時

△H-煙氣抬升高度,m;Hs-煙囪幾何高度,m;Qh-煙氣熱釋放率,kJ/sTs-煙氣出口溫度,K。按高度每升高100米溫度降5℃。Ta-大氣溫度,K;u-煙囪出口處平均風速,m/s;

n0,n1,n2-系數(2)煙氣熱釋放率Qh

<2100kJ/s或煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值

Ts-Ta<35K時△H=2×(1.5usD+0.01Qh)/u

us-煙囪出口處的煙氣排放速度,m/sD-煙囪出口直徑,m(3)煙氣熱釋放率計算Qh=0.35PaQv(Ts-Ta)/TsPa-大氣壓力,hPa(百帕)Qv-煙氣排放量,m3/s(4)煙囪出口處環(huán)境風速計算u=u10(Hs/10)0.15u-煙囪出口處環(huán)境風速,m/su10-距地面10米高處的年平均風速,m/sHs-煙囪幾何高度,m;例3-2：某城市火電廠的煙囪高100m，出口直徑5m，出口煙氣流速12.7m/s，溫度100℃，煙囪出口處的風速4m/s，大氣溫度20℃，大氣壓力101325Pa,試確定煙氣抬升高度和有效源高。練習:某城市火電廠的煙囪高120m，出口直徑4m，排煙速度13.5m/s，水平煙道煙氣溫度61℃，大氣溫度25℃，距地面10米的平均風速為2.76m/s，大氣壓力101155Pa。試確定煙氣抬升高度和有效源高。二、擴散參數的確定1、P-G擴散曲線法(1)根據帊斯奎爾法確定大氣穩(wěn)定度級別;(2)根據大氣穩(wěn)定度級別查閱P-G擴散曲線,確定擴散系數

бy

、бz。

例3-3某石油精煉廠煙囪有效源高80m處SO2排放量為80g/s，有效源高的平均風速為4.6m/s，試估算冬季陰天正下風向500m處SO2的地面濃度.2、中國國家標準規(guī)定的方法（1）根據特納爾法確定大氣穩(wěn)定度級別（2）大氣穩(wěn)定度修正

①評價區(qū)為平原地區(qū)農村或城市遠郊區(qū)時，D、E、F級穩(wěn)定度需向不穩(wěn)定方向提半級；

②評價區(qū)為工業(yè)區(qū)、城區(qū)或丘陵地區(qū)時，C、D、E、F級穩(wěn)定度需向不穩(wěn)定方向提一級。（3）查閱擴散參數的冪函數表，確定擴散系數，r1、a1、r2、a2;（4）根據經驗公式確定擴散參數б

y,бz

бy=r1xa1

бz=r2xa2例3-4某化工廠建在平原郊區(qū),其所在地坐標為北緯31度,東經104度;煙囪高度為110m、出口內徑為2m，廢氣排放量為4×105m3/h,煙囪口處煙氣溫度150℃，

SO2排放速率為400kg/h，在2003年7月11日13時，當地氣溫35℃，云量2/2，地面風速為3m/s，大氣壓力101325Pa，試求此時距煙囪3000m的地面軸線SO2濃度,及該廠造成的SO2最大地面濃度及產生的位置.作業(yè)：某化工廠建在平原郊區(qū),其所在地坐標為北緯24度30分,東經102度20分;煙囪高度為110m、出口內徑為2m，煙囪廢氣排放速度為35.4m/s,測得煙道中煙氣溫度150℃，

SO2排放速率為400kg/h，在2011年4月7日18時，當地氣溫35℃，云量9/3，地面風速為3m/s，試求此時距煙囪2500m的軸線SO2地面濃度,及該廠造成的SO2最大地面濃度及產生的地點.3.6煙囪高度的設計一、煙囪高度的計算1、按地面最大允許濃度計算法

Cmax≤C0-Cb例3-5：鍋爐煙氣排放量19m3/s,二氧化硫排放量20g/s,煙囪口煙氣溫度418K,煙囪口內徑1.4m,煙囪口的空氣溫度為289K,風速為6m/s,大氣壓力為101325Pa，所在地區(qū)二氧化硫本底濃度為0.04mg/m3,環(huán)境空氣質量標準中二氧化硫的允許濃度為0.06mg/m3.按地面最大濃度不超標準要求,計算D級大氣穩(wěn)定度條件下(σz/σy=0.5)所需的煙囪高度.2、煙囪設計應注意的事項(1)增加煙氣抬升高度的措施(2)設計過程應注意的問題3.7廠址選擇一、背景濃度二、風向、風速

污染系數=風向頻率/該風向的平均風速三、溫度層結四、地形方位NNEESESSWWNW總計風向頻率%14871214171513100平均風速m/s33345666第四章顆粒污染物控制技術4.1除塵技術基礎一、粉塵的性質1、密度：堆積密度；真密度。2、比表面積：單位體積的粉塵具有的總表面積。3、潤濕性：粉塵能否與液體相互附著的性質。4、安息角：粉塵自然連續(xù)堆積時，錐體的母線與水平面的夾角。5、粘附性：粉塵相互附著或附著于固體表面上的現象。6、荷電性和導電性：7、爆炸性：8、粉塵粒徑：①斯托克斯直徑:在同一流體中,與顆粒沉速相同、密度相等的球型顆粒直徑；②空氣動力學當量直徑：在空氣中與顆粒沉速相同的單位密度球型顆粒直徑。9、粉塵粒徑分布：粉塵中不同粒徑范圍內的顆粒所占的比例，也稱粉塵的分散度。二、除塵裝置的性能指標1、含塵氣體處理量:Q=(Q1+Q2)/22、除塵器的漏風率:δ=(Q1-Q2)/Q1×100%Q1、Q2-除塵器進口和出口煙氣量,m3/h3、除塵效率(1)除塵器總效率:

η=(S1-S2)/S1

×100%=(Q1C1-Q2C2/Q1C1)×100%S1、S2-單位時間進入和流出除塵器的粉塵量,g/s;C1、C2-除塵器進口和出口粉塵濃度,g/m3;Q1、Q2-除塵器進口和出口煙氣量,m3/s(2)多級除塵器串聯總效率:

η=1-(1-η1)(1-η2)···(1-ηi)

η

1、η2、ηi-各級除塵器的效率例4-1有一兩級除塵系統，除塵效率分別為70%和85%，用以處理含塵濃度為3g/m3的鍋爐粉塵，計算系統的總除塵效率和排放濃度。（3）分級效率①分級效率：ηd=(S1g1d-S2g2d)/S1g1d

×100%=(Q1c1g1d-Q2c2g2d)/Q1c1g1d×100%②由分級效率計算總效率：η=ηdg1d

η-除塵器總效率，%；ηd-粒徑為d的粉塵的分級效率,%S1、S2-單位時間進入和流出除塵器的粉塵量，g/s;g1d

、g2d-除塵器進口和出口粉塵中，粒徑為d的粉塵質量分數,%;Q1、Q2-除塵器進口和出口煙氣量，m3/s；c1

、c2-除塵器進口和出口氣體的含塵濃度，g/m3;例4-2在現場對某除塵器進行測定，測得除塵器進口和出口氣體含塵濃度分別為3.2*10-3kg/m3和4.8*10-4kg/m3，除塵器進口和出口粉塵的粒徑分布如下：粉塵粒徑(d/μm)0-55-1010-2020-40＞40除塵器進口2010152035質量分數%除塵器出口78147.40.60質量分數%計算該除塵器的分級效率和除塵效率。4、除塵裝置的壓力損失：△P=ζρu2/2

ζ-除塵器阻力系數；

ρ-煙氣密度，kg/m3;u-除塵器進口氣體速度，m/s三、

除塵器的分類1、機械式除塵器2、洗滌式除塵器3、過濾式除塵器4、靜電除塵器4.2旋風除塵器一、旋風除塵器原理1、組成：進氣管；排氣管；筒體；錐體；集塵室。2、原理：含塵氣體旋轉過程中產生離心力，將密度大于氣體的顆粒甩向器壁。二、旋風除塵器的除塵效率1、分級效率：ηd=(d/dc)2/[1+(d/dc)2]2、總效率：η=ηdg1d

d

-塵粒的粒徑,μmdc-塵粒的分割粒徑,μm例4-3某旋風除塵器的分割直徑dc=6μ

m，除塵器入口粉塵的粒徑分布如下：粉塵粒徑(d/μ

m)0-55-1010-2020-3030-40＞40平均粒徑（μ

m）2.57.515253540質量分數（%）7213617910試計算該除塵器的分級效率和總效率。3、分割直徑（1）dc=[(18μ

urr0)/(ρpuT)]1/2（2）ur=Qv/(2πr0h0)（3）uTr0n=常數，即：uTr0n=

u(D/2)n（4）2r0=0.7de

n=1-[1-0.67(D)0.14](T/283)0.3μ-煙氣粘度，Pa.s；ρp-塵粒密度，kg/m3;ur-塵粒在內外交界面處的徑向速度；m/s;uT-塵粒在內外交界面處的切向速度；m/s;

u-除塵器入口風速，m/s;T-煙氣溫度，K；r0-內外交界面處的半徑,m;D-除塵器筒體直徑,m;h0-除塵器筒體高度,m;

de-除塵器排氣筒直徑,m

。Qv-除塵器處理煙氣量,m3/s.練習：已知旋風除塵器筒體直徑0.9m，排氣筒直徑0.45m，筒體高度2.58m，除塵器入口風速為13m/s，煙氣量為1.37m3/s，煙塵真密度2.1g/cm3，煙氣溫度423K，煙氣粘度為2.4×10-5Pa.s。求該除塵器的分割直徑。三、影響旋風除塵器性能的因素1、幾何尺寸進口形式筒體直徑筒體和錐體高度排氣管直徑與高度灰斗

2、操作條件進口風速氣體含塵濃度四、旋風除塵器的設計（1）根據除塵器允許壓力降確定入口風速△P=ζρu2/2（2）根據煙氣量和入口煙速確定除塵器的進口截面積Qv=A×u（3）根據幾種主要除塵器的尺寸比例確定幾何尺寸

例4-4已知煙氣處理量Q=5000m3/h,煙氣密度為1.2kg/m3,允許壓力損失為900Pa,若選用XLP/B型旋風除塵器,試確定其主要尺寸.五、旋風除塵器的安裝、運行和維護4.3文丘里洗滌式除塵器一、除塵原理組成:①文丘里管；②脫水器(2)除塵過程：①霧化；②凝聚；③脫水二、文丘里除塵器的效率與影響因素

1、效率：

η=（1-4525.3×

△P-1.3）×100%△P-除塵器壓力損失,Pa.2、壓力損失：△P=1.03×10-3u02(L/G)△P-除塵器壓力損失,cmH2O柱。(1cmH2O柱=98.06Pa);u0-喉頸煙氣速度,cm/s;L/G-液氣比,m3/m3。練習：以液氣比為1.0L/m3的比率將水噴入文丘里除塵器的喉部，氣體流速為122m/s，試確定該除塵器的效率。

3、影響因素:

液氣比、霧化水滴直徑、煙氣速度三、文丘里除塵器的設計計算

1、凈化氣體量Q的確定：理論計算、實測

Qv=A×u2、文丘里管幾何尺寸計算

①收縮段與擴散段半錐角:

β1=120-140

β2=20-1.50②收縮段與擴散段的直徑和長度,mm:D1=18.8(Q1/u1)1/2;L1=[(D1-D2)/2]ctgβ1D3=18.8(Q2/u2)1/2;L3=[(D3-D2)/2]ctgβ2③喉管直徑與長度,mm:D2=18.8(Q1/u0)1/2;L2>(0.15-0.75)D2

Q1、Q2-分別為文丘里管進口和出口氣體流量，m3/h；u1、u2-分別為文丘里管進口和出口氣體流速，m/s；u0-喉頸氣體流速，m/s四、文丘里除塵器的設計和使用注意事項4.4袋式除塵器一.袋式除塵器的除塵原理

過濾過程：（1）架橋作用；（2）粉塵初層；（3）清灰二.袋式除塵器除塵效率的影響因素1.過濾風速：uf=Qv/(60A)uf-過濾風速，m3/m2·minQv-氣體流量，m3/h;A-過濾面積，m2.2.壓力損失：△P=△Pf+△Pd△Pf-清潔濾料的壓力損失,△Pf=ζfμuf;△Pd-過濾層的壓力損失,△Pd=amμuf;

ζ

f-清潔濾料的阻力系數,m-1;μ-煙氣粘度，Pa.s;a-粉塵層的平均比阻力,m/kg;m-濾料上的粉塵負荷,kg/m2.練習:袋式除塵器過濾氣體流量624000m3/h,濾袋過濾面積10400m2，煙氣粘度1.8×10-5Pa.s,清潔濾料的阻力系數為2×107m-1，粉塵層的平均比阻力5×1010m/kg,粉塵負荷0.1kg/m2.試確定壓力損失。3.過濾材料：天然纖維濾料、聚合物類濾料、玻璃纖維類濾料。4.清灰方式：機械振動清灰、脈沖噴吹清灰、氣流反吹清灰.三.常用袋式除塵器的結構1.袋式除塵器的分類:內濾式、外濾式2.常見袋式除塵器：機械振動清灰袋式除塵器、脈沖噴吹清灰袋式除塵器、氣流反吹清灰袋式除塵器四.袋式除塵器的設計1、過濾面積計算：A=Qv/(60uf)A-過濾面積，m2;Qv-氣體流量，m3/h.uf-過濾風速，m3/m2·min2、濾袋數目確定：n=A/(πDL)D-單個濾袋的直徑，m;L-單個濾袋的長度，m。練習：某袋式除塵器處理煙氣流量為1130m3/min，，若選擇過濾速度0.6m/min，布袋尺寸為長2.5m，直徑15cm，計算所需的布袋總數。3、過濾風速選擇：聚合物類濾料選0.6-1.0m/min；玻璃纖維類濾料選0.4-0.5m/min.4、壓力的選擇；采用一級除塵時，壓力損失在980-1470Pa；采用二級除塵時，壓力損失在490-780Pa5、過濾材料選擇：五.袋式除塵器的運行維護4.5靜電除塵器一、靜電除塵器的基本原理1、氣體電離和電暈放電:

在電暈電極與集塵電極之間加上高壓直流電壓,在電暈極附近形成強電場,并使電暈區(qū)內氣體電離,產生大量負離子和正離子.氣體電離過程又產生大量電子,表現為極間電流急劇增大.當電暈極周圍空氣全部電離后,形成電暈區(qū).2、塵粒的荷電：q=3π[ε/(ε+2)]ε0dp2Eq-粉塵粒子荷電量,C;ε-粒子相對介電常數；

ε0-真空介電常數，ε0=8.85×10-12F/m;dp-粒子直徑,m;E-電場強度,V/m.3、荷電塵粒的運動和捕集

驅進速度:ω=qE/(3πμdp)

ω-荷電粒子在電場中的趨進速度,m/s;

μ-煙氣粘度，Pa.s4、被捕集粉塵的清除二、靜電除塵器的除塵效率和影響因素1、電除塵器效率：?=1-C2/C1=1-exp(-Aω/Qv)A-集塵極面積,m2;

ω-荷電粒子在電場中的趨進速度,m/s;Qv-煙氣流量,m3/s.例4-5：某電除塵器處理煙氣量為600000m3/h，要求除塵效率至少達到98%，設粒子的有效趨進速度為6m/min，求集塵板總面積。練習:某電除塵器處理煙氣量為10000m3/min，若電場強度為6×105V/m,集塵極表面積為4992m2,試計算粒徑為1μm粉塵的捕集效率,給定條件下煙氣粘度為1.82×10-5Pa.s，粉塵粒子相對介電常數為6，真空介電常數為8.85×10-12F/m.2、影響因素（1）粉塵的比電阻（2）氣體的溫度和濕度（3）氣體的含塵濃度電暈閉塞（4）除塵器斷面流速（5）斷面氣流分布三、靜電除塵器的結構形式和主要部件1、結構形式（1）管式和板式靜電除塵器（2）立式和臥式靜電除塵器（3）單區(qū)和雙區(qū)靜電除塵器（4）干式和濕式靜電除塵器2、主要部件（1）電暈電極（2）集塵板（3）氣流分布裝置（4）除塵器外殼（5）高壓供電裝置四、靜電除塵器的設計和選擇1、集塵極面積:A=Qv/ω×

ln[1/(1-η)]2、電場斷面面積:Ae= Qv/u3、集塵室的通道個數:n=Ae/bh=Qv/(ubh)4、電場長度:L=A/(2nh)A-集塵極面積,m2;Ae-電場斷面面積,m2;η-除塵器總效率%Qv-氣體流量,m3/s;ω-荷電粒子在電場中的趨進速度,m/s;u-除塵器斷面煙氣流速,m/s;

n-集塵室的通道個數;b-集塵極間距,m;h-集塵極高度,m;

L-電場長度,m;例4-6：設計一電除塵器用來處理石膏粉塵。若處理風量為129600m3/h，入口含塵濃度為3*10-2kg/m3，要求出口含塵濃度降為1.5*10-5kg/m3，試計算該除塵器所需的極板面積、電場斷面面積、通道數和電場長度。五、靜電除塵器的安裝、調試、運行和維護4.6除塵裝置的選擇一.除塵裝置的選擇原則1.排放標準2.粉塵的性質3.含塵氣體的性質4.氣體的含塵濃度5.設備投資和運行費用二.各種類型除塵器的適用范圍1.機械式除塵器2.洗滌式除塵器3.過濾式除塵器4.電除塵器第五章氣態(tài)污染物控制技術5.1氣態(tài)污染物控制技術基礎一、吸收法（一）吸收法的基本原理：利用吸收劑將混合氣體中一種或多種組分有選擇地吸收分離過程稱作吸收。1.物理吸收亨利定律:Pi=ki×xipi-氣體的平衡分壓,atm或kPa;xi-氣體溶解在溶液中的摩爾分數ki-亨利常數,atm或kPa.練習:0℃時,在標準壓力下,1千克水至多可溶解0.0488升的純氧氣,試計算0℃時空氣在標準壓力下,1千克水中可溶解氧氣的最大體積.2.化學吸收（二）常用吸收劑:

水；堿性吸收劑；酸性吸收劑

（三）吸收劑的選擇原則:

容量大；選擇性高；飽和蒸氣壓低二、吸附法（一）吸附法的基本原理：

由于固體表面存在著分子引力或化學健力，能使被吸附的氣體分子濃集在固體表面上，這種現象稱為吸附。1.物理吸附

弗羅德里希（Freundlich）等溫吸附方程:m=kPnm－單位吸附劑的吸附量P－吸附質在氣相中的平衡分壓K,n－經驗常數,實驗確定2.化學吸附（二）吸附劑

活性炭；沸石分子篩；硅膠（三）吸附劑的選擇原則

大的比表面積和空隙率；良好的選擇性；易于再生；機械強度大；來源廣泛。三、催化轉化法（一）催化轉化法的原理催化轉化法凈化氣態(tài)污染物是利用催化劑的催化作用，將廢氣中的有害物質轉化為無害物質或易于去除物質的方法。（二）催化劑及其性能1、催化劑組成

活性物質；載體；助催化劑2、催化劑的性能

催化劑的活性；催化劑的選擇性；催化劑的穩(wěn)定性3.催化劑的選擇

較高的催化效率；較高的機械強度；較高的穩(wěn)定性；抗毒性強；選擇性高。5.2典型氣態(tài)污染物的治理一.煙氣中二氧化硫的凈化技術(一)、硫循環(huán)及硫排放(二)、燃燒前燃料脫硫1.煤炭的分選2.煤炭的轉化(三)、燃燒中脫硫1.型煤固硫技術2.流化床燃燒脫硫技術(四)、燃燒后脫硫1.高濃度二氧化硫煙氣的回收與凈化(1)接觸氧化：SO2+1/2O2=SO3(2)水吸收：SO3+H2O=H2SO42.低濃度二氧化硫煙氣脫硫思考:一發(fā)電廠產生500m3/s含0.1%SO2的煙氣,假定用水吸收,水的流量要多大?假定用NaOH吸收,耗堿量多大?(亨利常數為9atm)(1)石灰石法①脫硫原理吸收過程：CaCO3+SO2+1/2H2O=CaSO3·1/2H2O+CO2氧化過程：2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O②系統構成：石灰漿制備系統、吸收塔、煙氣再熱系統、脫硫風機、石膏脫水系統、石膏儲存系統、廢水處理系統。③影響因素：漿液的pH值、吸收溫度、液氣比、煙氣流速。④存在問題：系統腐蝕、結垢和堵塞、脫硫劑利用不充分。(2)海水脫硫法①脫硫原理吸收過程：SO2+H2O=SO32-+2H+海水恢復過程:H++HCO3-=CO2+H2OSO32-+1/2O2=SO42-②系統構成:換熱器、吸收塔、海水恢復系統。③影響因素：燃煤硫分、環(huán)境影響(3)其它煙氣脫硫法①石灰法：吸收過程：Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O氧化過程：2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O=2CaSO4·2H2O②雙堿法：吸收過程:Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2再生過程:Na2SO3+CaCO3+1/2O2+2H2O=CaSO4·2H2O+Na2CO3③氨法：吸收過程：2NH3+SO2+H2O=(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3轉化過程：NH4HSO3+NH3=(NH4)2SO3④干法煙氣脫硫技術:⑤半干法煙氣脫硫技術:(4)煙氣脫硫方法綜合比較

脫硫效率、鈣硫比、脫硫劑利用效率、脫硫劑利用來源、副產品、對燃燒系統影響、占地面積、流程復雜性、工藝成熟程度二.氮氧化物(NOx)的凈化技術1.氮在環(huán)境中的主要循環(huán)過程2.大氣污染控制中硫氧化物和氮氧化物的異同點(1)相同點:①酸雨前體;②可轉化為PM10和PM2.5;③對呼吸系統有強烈刺激性;④經過燃燒排放到大氣中.(2)不同點:①機動車是氮氧化物主要排放源,硫氧化物不是;②通過去除燃料中的硫可消除硫氧化物產生,氮氧化物不行;③通過控制燃燒可減少氮氧化物排放,硫氧化物不行;④硫氧化物最終轉化為無毒、低溶解性的硫酸鈣，氮氧化物沒有對應的難溶鹽。3.燃燒過程氮氧化物的形成機理(1)熱力型氮氧化物的形成(2)燃料型氮氧化物的形成4.低氮氧化物燃燒技術(1)強化混合型低氮燃燒器(2)分割火焰型低氮燃燒器(3)部分煙氣循環(huán)低氮燃燒器(4)二段燃燒低氮燃燒器5.燃燒后氮氧化物控制技術(1)選擇性催化還原(SCR)法

4NH3+4NO+O2---4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2---3N2+6H2O副反應：4NH3+3O2---2N2+6H2O4NH3+5O2---4NO+6H2O(2)選擇性非催化還原(SNCR)法4NH3+6NO---5N2+6H2OCO(NH2)2+2NO+0.5O2---2N2+CO2+2H2O5.3汽車排氣凈化技術一.城市交通源環(huán)境影響1.環(huán)境影響2.排放法規(guī)二.汽油發(fā)動機燃燒過程污染物的形成1.一氧化炭(CO)的形成(1)混合氣中氧氣濃度;(2)高溫熱解2.碳氫化合物(HC)化合物的形成(1)不完全燃燒(2)壁面淬熄(3)狹縫效應(4)壁面油膜和積炭的吸附3.氮氧化物(NOx)的形成(1)熱力型(2)燃料型二.降低污染物排放的發(fā)動機技術1.改進點火系統2.閉環(huán)電子控制汽油噴射系統3.廢氣再循環(huán)三.汽油車尾氣排放后處理系統1.催化氧化法:CO+1/2O2=CO2CxHy+(x+y/4)]O2=xCO2+y/2H2O2.催化還原法:NO+CO=1/2N2+CO23.三效催化轉化法(1)原理:NOx+HC+CO=N2+CO2+H2O(2)組成:殼體、載體、催化劑、助催化劑四.新型動力車1.電動汽車(1)環(huán)境效應；(2)電池技術；(3)電動汽車成本2.燃料電池汽車(1)原理:①酸性電解質中:陽極反應2H2-4e-=4H+陰極反應O2+4H++4e-=2H2O

②堿性電解質中:陽極反應2H2+4OH--4e-=4H2O陰極反應O2+2H2O+4e-=4OH-(2)氫的來源和儲運(3)燃料電池汽車的成本(4)環(huán)境效益五.減少空氣污染的交通管理對策第六章工業(yè)通風技術6.1集氣罩一、集氣罩的分類(1)密閉罩(2)排氣柜(3)外部集氣罩(4)接受式集氣罩(5)吹吸式集氣罩二、集氣罩性能（1）集氣罩的集氣量Qv=A×uQv-集氣罩的集氣量,m3/sA-罩口面積，m2u-罩口氣體速度，m/s（2）集氣罩的壓力損失△P=ζρu2/2

ζ-集氣罩阻力系數；

ρ-氣體密度，kg/m3;u-直管中氣體速度，m/s二、外部集氣罩排風量確定1、自由懸掛式：Qv=C×

(10x2+A)ux2、工作臺側吸式：Qv=C×

(5x2+A)ux

Qv-排風量m3/s;X-控制點與罩口的距離,m;ux-控制點風速；C-系數，無法蘭邊或擋板時C=1；有法蘭邊或擋板時C=0.75.例6-1有一圓型外部集氣罩,罩口直徑D=300mm,要在罩口軸線距離0.25m處造成0.6m/s的吸氣速度,試計算該集氣罩的吸風量.6.2凈化系統管路設計一.管道的壓力損失計算1、摩擦壓力損失（沿程壓力損失）△PL=λ(L/4R)×ρu2/2△PL-氣體的管道摩擦壓力損失，Pa；

λ

-摩擦阻力系數；u-氣體在管道中流速，m/s；L-管道長度，m；

ρ

-氣體密度，kg/m3；R-水力半徑，m。為管道截面積與潤濕周邊之比，對于圓型管道，R=D/4.2、局部壓力損失△Pm=ζρu2/2

ζ-局部阻力系數；

ρ-氣體密度，kg/m3;u-異型管件中氣體速度，m/s二.管道系統的設計計算1、繪制管道系統軸側圖2、選擇合理的管道風速除塵管道內最低氣體流速單位：m