大气污染控制工程.docx
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大气污染控制工程
一、名词解释
1、环境空气：
是指人类、植物、动物、建筑物暴露于其中的室外空气。
（P1）
2、大气污染：
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。
（P3）
3、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，但在一定时间内保持悬浮状态。
（P4）
4、酸雨:
PH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水（如雾、露、霜）称为酸雨。
（P4）
5、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）
6、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.（P5）
7、大气污染物控制标准：
是根据污染物排放标准引申出来的一种辅助标准，如燃料、原料使用标准，净化装置选用标准，排气筒高度标准及卫生防护距离标准等。
（P22）
8、理论水蒸气体积：
是由燃料中氢燃烧后生成的水蒸气体积，燃料中所含的水蒸气体积和由供给的理论空气量带入的水蒸气体积。
（P45）
9、干绝热直减少率：
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。
（P71）
10、温度层结：
用坐标图表示气温沿垂直高度的分布的曲线，这种曲线称为气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结。
（P72）
11、空气动力学当量直径：
在空气中颗粒的沉降速度相等的单位密度（ρP=1g/cm3）的圆球直径。
（P118）
12、气体吸附：
气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中一种或数种组分被浓集于固体表面，而与其它组分分离的过程。
13、气体吸收：
溶质从气相传递到液相的相际间传质过程。
14、大气污染综合防治：
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。
15、收到基：
以包括全部水分和灰分的燃料作为100%的成分，即锅炉燃烧的实际成分。
16、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。
以V0fg表示。
P45
17、大气稳定度：
是指在垂直方向上大气稳定的温度，即是是否易于发生对流。
（P73）
18、吸附剂活性：
是吸附剂能力的标志，常以吸附剂上已吸附吸附质的量与所用吸附剂量之比的百分数来表示。
（267页）
二、填空
1、气溶胶态污染物：
粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾P4
2、气态污染物总体上可分为含硫化合物、含氮化合物、碳氧化物、有机化合物、卤素化合物五大类。
P5
3、大气污染源按来源可以分为自然污染物和人为污染物两种。
其中人为污染源按污染源的空间分布可分为点源、面源，按照人们的社会活动功能不同，分为生活污染源、工业污染源和交通运输污染源三类。
4、煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分、固定碳、估测硫含量和热值。
P30
5、逆温有辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温五种。
（P74）
6、吸附再生方法有加热解吸再生、降压或真空解吸再生、溶剂萃取再生、置换再生、化学转化再生。
（267页）
7、常用的除尘器可分为机械除尘器、电除尘器、带式除尘器、湿式除尘器P161
8、煤中含有黄铁矿硫（FeS2）、硫酸盐硫（MeSO4）、有机硫（CxHySz）和元素硫四种形态的硫。
P31
9、地方性风场有海陆风、山谷风、城市热岛环流三种
10、烟囱有效高度为烟囱几何高度HS与烟气抬升高度△H之和。
11、大气稳定度分类：
不稳定、稳定、中性三种（书上）
在我国分为极不稳定、较不稳定、弱不稳定、中性、较稳定、稳定六种（老师课堂讲的）P73
12、净化装置技术指标主要有处理气体流量、净化效率和压力损失等。
P141
13、粉尘物理性指标：
粉尘的密度、安息角与滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性与导电性、粘附性及自然性和爆炸性。
（P132）
14、影响旋风除尘器效率的因素有二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质、操作变量。
P171
15、在除尘电晕电场中存在电场荷电（碰撞荷电）、扩散荷电两种粒子荷电机理。
（在除尘电晕电场中存在两种截然不同的粒子荷电机理。
一种是离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子电荷，称为电场荷电或碰撞荷电。
另一种是有离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程，称之为扩散荷电）
三、简答
1、控制大气污染的技术措施（P20）
①实施清洁生产②实施可持续发展的能源战略③建立综合性工业基地
2、环境空气质量控制标准的种类和作用（P22）只要回答种类和作用即可
①环境空气质量标准：
是进行环境空气质量管理、大气环境质量评价，以及制定大气污染防治规划和大气污染排放标准的依据。
②大气污染物排放标准：
是控制大气污染物的排放量和进行净化装置设计的而依据。
③大气污染控制技术标准：
是为保证达到污染物排放标准而从某一方面做出具体技术规定，目的是使生产、设计和管理人员容易掌握和执行。
④警报标准：
警报标准的规定，主要建立在对人体健康的影影响和生物城市限度的综合研究基础之上。
3、影响燃烧过程的主要因素
①空气条件②温度条件③时间条件④燃料与空气混合条件
4、高斯扩散模式四点假设（P37）
①污染物在Y,Z轴上的分布符合高斯分布；②在全部空间中风速是均匀的，稳定的；③源强是连续均匀的；④在扩散过程中污染物的质量是守恒的。
5、烟囱高度计算方法
（1）按地面最大浓度的计算方法
该法是按保证污染物的地面最大浓度不超过国家标准规定的浓度限值来确定烟囱高度。
若设ρ0为国家标准规定的浓度限制，ρb为环境本底浓度，按保证ρmax≤ρ0－ρb，则由
ρmax=2Q· z/eH2式得到烟囱高度计算式：
式中 z/ y为一常数，一般取0.5～1。
若扩散参数按 y= 1 a1和 z= 2 a2计算，且a1≠a2，可以导出
式中a=1+a1/a2.
（2）按地面绝对最大浓度的计算方法
地面最大浓度模式ρmax=2Q· z/eH2式是在风速不变的情况下导出的。
实际上风速是变化的，风速 对地面最大浓度ρmax有双重影响。
从式ρmax=2Q· z/eH2可见，增大时ρmax减小；从各种烟气抬升公式看， 增大抬升高度 H减小，ρmax反而增大。
这两种相反作用的结果，定会在某一风速下出现地面最大浓度的极大值，称为地面绝对最大浓度，以ρmax表示。
出现绝对最大浓度时的风速称为危险风速，以 p表示。
一般烟气抬升高度公式可简化为 H=B/,其中B为抬升公式中除风速以外的其他量。
将此公式代入ρmax=2Q·z/eH2中，对求导，并令dρmax/d =0,解得危险风速 p=B/Hs. 再将 p代入式ρmax=2Q· z/eH2,便得到地面绝对最大浓度公式:
按保证ρabsm≤ρ0－ρb，则可导出
若取 y= 1 a1和 z= 2 a2计算，且a1≠a2， H=B/ 时，同样导出
（3）按一定保证率的计算法
从上面两种计算方法可见，按保证ρmax设计的烟囱高度较矮，造价较低，但当风速小于平均风速时，地面浓度即超标。
若按ρmax设计的烟囱则较高，不论风速大小，地面浓度皆不会超标，但烟囱造价较高，因此提出对式
或
中的平均风速和扩散参数取一定保证率下的值，计算结果即为某一保证率的气象条件下的烟囱高度。
（4）P值法
按我国标准GB/T13201—91中规定的气态污染物和电站烟尘排放源的允许排放量计算式，即可得到按电源排放控制系数P计算烟囱高度的公式：
6、 电除尘器的主要优点（P178）
答：
（1）压力损失小，一般为200~500Pa
（2）处理烟气量大，可105~106m3/h
（3）能耗低，大约0.2~0.4kWh/1000m3
（4）对细粉尘有很高的捕集效率，可达99%
（5）可在高温或强腐蚀性气体下操作
7、 简述亨利定律
答：
在一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比。
8、物理吸附的特征
答：
①吸附质与吸附剂间不发生化学反应；
②吸附过程极快，参与吸附的各相间常常瞬间即达平衡；
③吸附为放热反应；
④吸附剂与吸附质间的吸附不强，当气体中吸附质分压降低或温度升高时，被吸附的 气体易于从固体表面逸出，而不改变气体原来的性质。
8、化学吸附的特征（P262）
①吸附有很强的选择性；②吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长的时间；
③升高温度可提高吸附速率。
9、吸附再生的方法：
（P267）
（1）加热解析再生
（2）降压或真空解吸再生
（3）置换再生（4）溶剂萃取再生（5）化学转化再生
四、问答
1、论述大气污染综合防治措施（P19）
答：
（1）全面规划、合理布局：
环境规划是经济、社会发展规划的重要组成部分，是体现环境污染综合防治以预防为主的最重要、最高层次的手段。
环境规划的主要任务，一是综合研究区域经济发展将给环境带来的影响和环境质量变化的趋势，提出区域经济可持续发展和区域环境质量不断得以改善的最佳规划方案；二是对工作失误已经造成的环境污染和环境问题，提出对改善和控制环境污染具有指令性的最佳实施方案。
（2）严格环境管理：
完整的环境管理体制是由环境立法、环境监测和换进保护管理机构三部分组成的。
环境管理的方法是运用法律、经济、技术、教育和行政等手段对人类的社会和经济活动实施管理，从而协调社会和经济发展与环境保护之间的关系。
（3）控制大气污染的技术措施：
实施清洁生产；实施可持续发展的清洁战略；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）绿化造林：
绿色植物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环境，调节空气温湿度或城市小气候，保持水土，防治风沙，而且在净化空气和降低噪声方面皆会起到显著作用。
（6）安装废弃净化装置：
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治理等项综合防治措施的前提。
2、论述烟流形状与大气稳定度关系（P76）
大气污染状况与大气稳定度有密切关系。
大气稳定度不同，高架点源排放烟流扩散形状和特点不同，造成的污染状况差别很大。
典型的烟流形状有五种类型。
①波浪型：
烟流呈波浪状，污染物扩散良好，发生在全层不稳定大气中，即?
>?
d。
多发生在晴朗的白天地面最大浓度落地点距烟囱较近，浓度较高。
②锥型：
烟流呈圆周形，发生在中性条件，即?
=?
d。
③扇型：
烟流垂直方向扩散很小，像一条带子飘向远方。
从上面看，烟流呈扇形展开。
它发生在烟囱出口处于逆温层中，即该层大气?
—?
d<-1。
污染情况随高度的不同而异。
当烟囱很高时，近处地面上不会造成污染，在远方会造成污染，烟囱很低时，会造成近处地面上严重的污染。
④爬升型（屋脊型）：
烟流的下部是稳定的大气，上部是不稳定的大气，一般在日落后出现，由于地面辐射冷却，底层形成逆温，而高空仍保持递减层结。
它持续时间较短，对地面污染较小。
⑤漫烟型（熏烟型）：
对于辐射逆温，日出后逆温从地面向上逐渐消失，即不稳定大气从地面向上逐渐扩展，当扩展到烟流的下边缘或更高一点时，烟流便发生了向下的强烈扩散，而上边缘仍处于逆温层中，漫烟型便发生了。
这时烟流下部?
—?
d>0，上部?
—?
d<1。
这种烟流多发生在上午8～10点钟，持续时间很短。
3、混合层高度确定（P112）
确定混合层高度的简单做法是，在温度层结曲线图上，从下午最大地面温度
点作干绝热线，与早晨温度层结曲线的交点的高度，即为代表全天的混合层高度。
4、化学反应对吸收的影响（P252）
①溶质进入溶剂后因化学反应而消耗掉，单位体积溶剂能够容纳的溶质量增多，表现在平衡关系上为溶液的平衡分压降低，甚至可以降到零，从而使吸收推动力增加。
②如果反应进行得很快，以致气体刚进入气液界面就被消耗殆尽，则溶质在液膜中的扩散阻力大为降低，甚至降为零。
这就使总吸收系数增大，吸收速率提高。
③填料表面有一部分液体停滞不动或流动很慢，在物理吸收中这部分液体往往被溶质所饱和而不能再进行吸收，但在化学吸收中则要吸收多得多的溶质才能达到饱和。
三燃料燃烧的理论空气量
1．理论空气量
（1）定义：
单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量
（2）表示：
Va0，m3/kg
（3）求解：
可根据燃烧方程式计算求得。
建立燃烧化学方化式时，通常假定：
a）空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为VN2/VO2=79.1／20.9=3.78（摩尔比，体积比）；
b）燃料中的固定态氧可用于燃烧；
c）燃料中的硫主要被氧化为S02；
d）燃料中含氮量较低，热型NOX的生成量较小，在计算理论空气量时可以忽略；
e）燃料中氮主要被转化成氮气N2；
f）燃料的化学式设为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。
由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式：
燃料重量=12x+1.008y+32z+16w
则理论空气量Va0=（x+y/4+z—w/2）×（3.78+1）×22.4/（12x+1.008y+32z+16w）m3/kg
例如，煤4~7m3/kg，液体燃料10~11m3/kg
例1已知重油的元素分析如下：
C85.5％；H11.3%；O2.0％；N0.2%；S1.0％；；试计算燃油1kg所需要的理论空气量。
解：
元素
重量（g）
摩尔数（mol）
需氧量（mol）
C
855
71.25
71.25
H
113
56.5
28.25
S
10
0.31
0.31
O
20
0.625
—
N2
2
—
燃烧1kg重油所需要的氧气量为：
71.25+28.25+0.31－0.625=99.185（mol/kg）
则理论空气量Va0=（3.78+1）×99.185×22.4/1000=10.62（m3/kg）
2．空气过剩系数
燃料完全燃烧时所需的实际空气量取决于所需的理论空气量和“三T”条件的保证程度。
在理想的混合状态下，理论量的空气即可保证完全燃烧。
但在实际的燃烧装置中，为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空气．
一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量Va与理论空气量Va0之比定义为空气过剩系数α，即
通常α>1，α值的大小决定于燃料种类、燃烧装置型式及燃烧条件等因素。
部分炉型的空气过剩系数见课本P41表2-5。
3．空燃比AF
（1）定义：
单位质量燃料燃烧所需要的理论空气质量
（2）求解：
由燃烧方程式直接求得
例如，甲烷在理论空气量下的完全燃烧
CH4+2O2+7.52N2----->CO2+2H2O+7.52N2
空燃比
4．燃烧产生的污染物
1）燃烧可能释放的污染物：
CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物、未燃烧或部分燃烧的燃料、N2等
2）温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响，P42图2-4
3）燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响，P43表2-6
§2—2烟气体积及污染物排放量计算
一烟气体积计算
1．理论烟气体积
（1）定义：
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。
（2）计算：
Vfg0
CO2
V干烟气
V湿烟气
SO2
N2
VH2O
燃料中H燃烧生成H2O
燃料中H2O
Va0带入的H2O
故Vfg0=V干烟气+VH2O
2．烟气体积和密度的校正
装置产生的烟气的温度和压力总是高于标准状态（273K、1atm），在烟气体积和密度计算中往往需要换算成为标准状态。
大多数烟气可以视为理想气体，所以在烟气体积和密度换算中可以应用理想气体状态方程。
设观测状态：
温度TS、压力PS、烟气的体积为VS、密度为ρS，
标准状态：
温度TN、压力PN、烟气的体积为VN，密度为ρN，
则标准状态下的烟气体积
标准状态下烟气的密度
注意：
美、日和全球监测系统网的标态为298K、1atm
3．过剩空气校正
以碳在空气中的完全燃烧为例
C十O2+3．76N2——>C02+3．76N2
烟气中仅含有C02和N2，
若空气过量，则燃烧方程式变为
C+（1+a）O2+（1+a）3.76N2——>C02+a02+（1+a）3.76N2
其中a是过剩空气中O2的过剩摩尔数，则
考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：
二污染物排放量的计算
例2P43例2-3，P47例2-4
例3普通煤的元素分析如下：
C65.7％；灰分18.1％；S1.7％；H3.2；水分9.0％；O2.3％。
（含N量不计）
试计算燃煤1kg所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。
解：
元素
重量（g）
摩尔数（mol）
需氧量（mol）
C
657
54.75
54.75
S
17
0.53
0.53
H
32
16
8
H2O
90
5
0
O
23
0.72
———
①理论空气量
②理论烟气量为：
CO2：
54.75molSO2：
0.53mol
H2O：
16+5＝21molN2：
SO2的量为：
CSO2＝
例4煤的元素分析结果如下：
S0.6％；H3.7％；C79.5％；N0.9％；O4.7％；灰分10.6％。
在空气过剩20％条件下完全燃烧。
计算烟气中SO2的浓度。
解：
1kg煤中：
元素
重量（g）
摩尔数（mol）
需氧量（mol）
C
795
66.25
66.25
S
6
0.19
0.19
H
37
18.5
9.25
O
47
1.47
——
N
9
0.32
——
需氧气量：
理论烟气量：
CSO2＝
【作业】课本P61习题第1题，P62习题第2
（1），3题
五、计算：
1、例题2-4（考试的难度）书中有错P47：
对于例2-3给定的重油，若燃料中硫全部转化为SO2（其中SO2占97%）试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以10-6表示：
并计算此时烟气中CO2的含量，以体积百分数表示。
解：
由例2-3知理论空气量条件下烟气组成（mol）为
CO2:
73.58，H2O:
47.5+0.0278
SOx：
0.5N2:
97.83×3.78
理论烟气量为
73.58+（47.5+0.0278）+0.5+97.83×3.78=491.4mol/kg重油
即491.4×22.4/1000=11.01mn3/kg重油
空气过剩系数a=1.20时，实际烟气量为
11.01+10.47×0.2=13.10mn3/kg重油
其中10.47为1kg重油完全燃烧所需理论空气量（见例2-3）
烟气中SO2的体积为
0.5×0.97×22.4/1000=0.0109mn3/kg
SO3的体积为
0.5×0.03×22.4/1000=3.36×10-4mn3/kg
所以烟气中SO2及SO3的浓度分别为：
PSO2=0.0109/13.10=832×10-6
PSO2=3.36×10^-4/13.10=25.65×10-6
当a=1.2时，干烟气量为：
［491.4-（47.5+0.0278）］×22.4/1000+10.47×0.2=10.04mn3CO2的体积为：
73.58×22.4/1000=1.648mn3/kg重油
所以干烟气中CO2的含量以体积计为：
1.648/12.04×100%=13.69%
2、例题4-2（96P）
某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的SO2量为80g/s，有效源高处的平均风速为6m/s，试估算冬季阴天正下风向距离烟囱500m处地面上的SO2浓度。
解：
在阴天大气条件下，稳定度为D级，查表得，在x=500m处，σy=35.3m，σz=18.1m。
把数据代入公式得：
（有错，请参照书本修改）
==2.73x10-5g/m3=0.0273mg/m3
?
3、例题6-2（P171）
[例6—2]已知XZT—90型旋风除尘器在选取入口速度v1=13m/s时，处理气体量Q=1.37m3/s。
试确定净化工业锅炉烟气（温度为423K，烟尘真密度为2.1g/cm3）时的分割直径和压力损失。
已知该除尘器筒体直径0.9m，排气管直径为0.45m，排气管下缘至锥顶的高度为2.58m，423K时烟气的粘度（近似取空气的值）μ=2.4×10-5Pa·s。
解：
假设接近圆筒壁处的气流切向速度近似等于气流的入口速度，
即V1=13 m／s,取内外涡旋交界圆柱的直径d0=0.7de ,
根据公式（6-10：
n=1-[1-0.67（D）0.14]（T/283）0.3）得
n=1–〔1-0.67（D0.14）〕〔T／283〕0.3
=1–〔1-0.67（D0.14）〕〔423／283〕0.3
=0.62
由公式 （6-9：
VTRn=常数）得气流在交界面上的切向速度
VT0 =13×[0.9／（0.7×0.45） ]0.62=24.92 m／s
Vr由公式（6-12：
Vr=Q／2πr0h0）计算：
Vr=Q／2πr0h0=1.37／（2π×0.7×0.225×2.58）
=0.54 m／s
根据式（6-16）dc= ︱18 Vr r0／ pvt02︱1／2
=[（18×2.4×10-5×0.54×0.7×0.225）／（2100×24.922）]1/2
=5.31×10-6 m=5.31m
此时旋风除尘器的分割直径为5.31 m
根据（6-13：
△p=0.5v12 ）计算旋风除尘器操作条件下的压力损失：
423k时烟气密度可近似取为
=1.293×273/423=0.834 kg/m3
=16A/dc2=16×1.37/（13×0.452）=8.33
△p=0.5VT12=0.5×8.33×0.834×132=547 Pa
4、例题4-3（P99）
在例4—1的条件下，当烟气排出的SO2速率为150g/s时，试计算阴天的白天SO2的最大着地浓度及其出现的距离。
解：
（1）确定大气稳定度：
根据题设，阴天的白天为D级。
根据扩散参数的选取方法，城区中的点源，D级向不稳定方向提一级，则应为C级。
（2）计算最大着地浓度：
由例4—1计算结果，有效源高H=304.9m,由式（4—11）求得出现最大着地浓度时的垂直扩散参数：
z｜x=xρmax=215.6m
查表4—4或按表4—8中的幂函数计算，在C级稳定度
z=215.6m时，xρmax=3998m,y=358m
由式（4—10）求得最大着地浓度：
=5.6910-5g/m3=0.0569mg/m3
1、有一两级除尘系统，已知系统流量为4m3/s，工艺设备产生粉尘量为40g/s，各级除尘效率分别为80%和95%，试计算：
（1）该除尘系统的总除尘效率η？
（2）粉尘排放量ρ2？
（3）
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