南京师范大学大气污染控制工程期末整理重点.docx

1、南京师范大学大气污染控制工程期末整理重点第一章绪论1.1雾霾的形成及危害，控制措施有哪些？雾霾天气的形成原因:a.自然环境的原因b.环境污染的原因c.地理环境的原因d.追求经济发展的原因雾霾的危害:a.危害人体健康b.影响交通畅通c.影响农业和养殖业的发展d.致使气温的变化无常控制措施：（一）健康方面应少出行，多注意饮食（二）治理方面应推行环保，清除污染（三）制度方面应完善机制，长效管理1.2大气污染的定义和分类定义：大气污染是指由于人类活动或自然过程引起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，并对人和环境产生有害影响。分类：根据大气污染的范围可以分为：局部、地区、广域、全球污

2、染排放源分类：自然和人为1.3大气污染物的分类大气污染物按其存在状态可概括为二大类：气溶胶状态污染物、气体状态污染物。1.4常见大气污染物及其危害 常见的大气污染物：颗粒物、硫氧化物、CO、氮氧化物、光化学氧化剂、有机化合物。（1）对人体健康的影响（2）对植物的危害（3）对器物和材料的影响1.5温室效应的定义及危害定义：大气中的二氧化碳和其他微量气体，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为“温室效应”。危害：对环境的影响：（1）地球上病虫害增加；（2）海平面上升；（3）气候反常，海洋风暴增多；（4）土地干旱，沙漠化面积增大；（5）生物多

3、样性减少； 对人类生活的影响：（1）造成严重经济损害；（2）对农业产生影响；（3）对海洋生态产生影响：海洋生物多样性减少；（4）对水循环产生影响：全球降雨量增加1.6大气污染综合防治措施（1）全面规划、合理布局（2）严格环境管理（3）控制大气污染的技术措施（4）控制污染的经济政策（5）控制污染的产业政策（6）绿化造林（7）安装废气净化装置1.7空气环境质量标准一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般

4、动、植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。第二章燃烧与大气污染2.1气、液、固三种燃料的燃烧特点（1）气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态由空气与燃料的扩散或混合所控制；（2）液态燃料是以气态形式燃料，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制；（3）固体燃料的燃烧则受这两种现象的控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。2.2燃料组成对燃烧的影响（各元素的燃烧特点：C、H、O、N、S、水分、灰分等）碳：可燃元素。氢：是燃料中发热量最高的元素。氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%1

5、.5%硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。2.3煤的基本分类褐煤 烟煤 无烟煤2.4煤的成分分析工业分析：测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。元素分析：用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。2.5煤的成分表示方法收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基2.6燃料完全燃烧的条件（三T）充足的空气 温度、时间和湍流度2.7理论空气量、空

6、气过剩系数、空燃比的定义理论空气量：根据化学方程式所需最小氧气量对应的空气量。空气过剩系数：实际空气量与理论空气量之比。空燃比：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。2.8燃料燃烧排放的污染物有哪些？CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物2.9 SO2的生成机理？煤受热后，在热解释放挥发分的同时，煤中有机硫与无机硫也挥发出来。松散结合的有机硫在低温（700K)下分解，紧密结合的有机硫在较高温度（800K)下分解释出。遇到O2时，它们全部氧化成SO2和少量S03；在还原气氛下，挥发出的主要是H2S和COs，在燃烧过程中也会被氧化成SO2。2.10NOx的生成机理燃料型NOx：燃

7、料中的固定氮生成的NOx热力型NOx：高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时型NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx第三章 除尘部分3.1粉尘有哪些常见的物理参数（密度、比表面积等）密度、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导电性、黏附性、安息角与滑动角、自燃性和爆炸性。3.2比表面积和比电阻概念比表面积：单位体积粉尘所具有的表面积。比电阻：一种物质的比电阻是其长度和横截面积各为一单位时的电阻，比电阻的倒数称为电阻率。3.3粒径分布3.3.1斯托克斯直径：在同一流体中与颗粒密度相同和沉降速度相等的圆球直径。3.3.2空气动力学当量直径：空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（PP=1g/

8、cm3）的圆球直径。3.3.3粒径分布概念：指不同粒径范围内的颗粒的个数所占的比例。3.3.4粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比。3.3.5粒径分布曲线：粒度分布曲线又称粒度分布频率曲线。在以粒度大小为横座标，百分含量为纵座标的座标纸上，按各粒级百分含量绘出相应的点后，联接各粒级百分含量的点即成一波状起伏的圆滑的频率曲线。3.4净化效率 分级除尘效率 多级串联总净化效率 3.5机械除尘3.5.1重力沉降式的计算（知道计算方法）3.5.2旋风除尘器的特点（优缺点）特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便缺点：效率80%左右，捕集5m颗粒的效率不高，一般

9、作预除尘用。3.5.3旋风除尘器内气流运动规律（三个漩涡） 3.5.4旋风除尘器分割粒径的定义，D50是怎么计算得来的粒级效率正好为50%的颗粒直径,称为分割粒径。分割粒径： D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。（补充：半分离直径：分级效率为50%的粉尘粒径为半分离直径或切割直径dc50。分割粒径dc50愈小，除尘效率愈高。）3.6湿式除尘器3.6.1湿式除尘器的原理使含尘气体与液体密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置。3.6.2湿式除尘器的优缺点优点：（1）体积小，占地面积小（2）不仅可去除粉尘，还可

10、净化空气（3）效率较高，可去除的粉尘粒径较小缺点：（1）有泥渣（2）易腐蚀设备（3）寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施；（5）动力消耗大3.6.3湿式除尘器的分类（根据除尘原理来分）根据湿式除尘器的净化机理，大致分为七类： （1）重力喷雾洗涤器 （2）旋风洗涤器 （3）自激喷雾洗涤器 （4）板式洗涤器 （5）填料洗涤器 （6）文丘里洗涤器 （7）机械诱导喷雾洗涤器3.6.4湿式除尘器的作用机理惯性碰撞、拦截作用、扩散效应、热泳和静电作用惯性碰撞模型3.6.5湿式除尘器的效率接触功率与除尘效率3.6.6文丘里洗涤器文丘里除尘器是一种高效湿式除尘洗涤器。常用在高温烟气降温和除尘上，其

11、结构见下图，由收缩管、喉管和扩散管组成。 除尘器的除尘过程含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能，在喉管入口处，气速达到最大 洗涤液通过喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速。 充分雾化是实现高效除尘的基本条件。3.7电除尘器定义利用高压电场使尘粒荷电，在电场力作用下使粉尘从气体中去除的装置。3.8电除尘器的工作原理（三个过程，重点）（1）悬浮粒子荷电高压直流电晕（2）带电粒子在电场内迁移和捕集-电场力作用下（3）捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗 3.9驱进速度的定义电除尘器中的荷电粒子在静电力和空气阻力支配下所达到的

12、终末电力沉降速度。3.10比电阻过高或过低对电除尘运行的影响及克服高比电阻的方法克服高比电阻影响的方法：（1）保持电极表面尽可能清洁（2）采用较好的供电系统（3）烟气调质（4） 增加烟气湿度，或向烟气中加入SO3、NH3，及Na2CO3等化合物，使粒子导电性增加。最常用的化学调质剂是SO3 （5）改变烟气温度（6）向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度（7）发展新型电除尘器3.11布袋除尘的过程含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上。3.12除尘机理（几种作用力）除尘器的主要除尘机理：截留、惯性碰撞与扩散、筛分：大颗粒-截留；小颗粒-惯性碰撞和扩散、筛分3.13

13、 名词解释气布比（过滤速度）烟气实际体积流量与滤布面积之比4.1吸收净化气态污染物的特点（与化工相比）（1）处理量大，成分复杂，同时含有多种气态污染物；（2）吸收组分浓度低；（3）吸收效率和吸收速率要求高；（4）多数情况吸收过程仅是将污染物由气相转入液相，还需对吸收液进一步处理，以免造成二次污染。（5）多采用化学吸收-如碱液吸收燃烧烟气中低浓度的SO24.2双膜理论（模型）（描述气液两相间的传质过程）（P250-251）（1）相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜。（2）在相界面处，气液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力。（3）在磨蹭以外，气液两

14、相流体都充分？动，不存在浓度梯度，没有传质阻力；浓度差集中在气膜和液相膜中，传质阻力全部集中在两膜内。双膜理论将流体相际传质过程简化为经两膜层稳态分子扩散的串联过程，气相和液相对流传质速率相等。吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程。4.3会判断吸收过程是属于气膜控制还是液膜控制4.4常见的吸收塔有哪些填料塔 筛板塔 喷淋塔 板式塔4.5气态污染物的各项控制技术及其原理（1）吸收法净化气态污染物：用液体洗涤含污染物的气体，而从废气中把一种或者多种污染物除去，是气态污染物控制中一种重要的单元操作。（双膜理论模型）（2）吸附法净化气态污染物：用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中一种或数种

15、组分浓集于固体表面，而与其他组分分离的过程。（3）催化法净化气态污染物：借助催化剂的催化作用，使气体污染物在催化剂表面上发生化学反应，转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法 5.1燃烧前脱硫的方法有哪些？ 1.煤炭的固态加工 煤炭洗选 物理洗煤 化学洗煤 微生物洗煤2.煤炭的转化 煤的气化采用空气、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂，在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床、流化床和气流床三种方法 （1）煤的液化（2）通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品（3）直接液化和间接液化 3.重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与硫作用形成H2S从重油中分

16、离直接脱硫和间接脱硫 5.2.流化床脱硫的影响因素：钙硫比、煅烧温度、颗粒物尺寸和脱硫剂种类，它们的影响怎样？ 1.钙硫比 p337 表示脱硫剂用量的指标，影响最大的参数 脱硫率（）可以用Ca/S（R）近似表达 m综合影响参数不同炉型和燃烧工况下，要达到相同的脱硫效率，所需的Ca/S比是不同的。一般要达到90%的脱硫效率，常压鼓泡流化床、常压循环流化床和增压流化床的Ca/S比分别为3.03.5、1.82.5和1.52.0.2.煅烧温度 p338温度低时，孔隙量少、孔径小，反应被限制在颗粒外表面温度过高，CaCO3的烧结作用变得严重3脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构 p338颗粒尺寸小于临界尺寸时发生

17、扬析，并非越小越好颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小，既保证一定孔隙容积，又保证孔道不易堵塞4脱硫剂的种类 目前普遍采用天然石灰石和白云石作脱硫剂，它们的含钙量、煅烧分解温度、孔隙尺寸分布、爆裂和磨损等特性互不相同。与石灰石相比，白云石的孔径分布和低温煅烧性能好，即使在增压运行条件下，部分燃烧也能顺利进行。但运行压力低时，更易于爆裂成细粉末，在吸收更多的硫之前遭到扬析。同时，在相同的Ca/S比条件下，白云石的用量比石灰石将近大两倍，相应的脱硫剂处理量和废渣量也大得多。正因为如此，常压运行时，倾向于采用石灰作脱硫剂；增压运行时，采用何种脱硫剂是具体情况而定。研究表明，增压鼓泡流化床锅炉采用白云石效果

18、较好，而对于分段流化的增压循环流化床锅炉，可在炉膛下部加入石灰石，使其在还原性气氛中预先煅烧。5.3石灰石-石膏法脱硫技术的工艺流程及原理。 石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺的原理是采用石灰石粉制成浆液作为脱硫剂吸收剂，与经降温后进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙，以及加入的氧化空气进行化学反应，最后生成二水石膏。脱硫后的净烟气依次经过除雾器除去水滴、再经过烟气换热器加热升温后，经烟囱排入大气。由于在吸收塔内吸收剂经浆液再循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低（一般不超过1.1），脱硫效率不低于95%，适用于任何每种的脱硫。5.4影响石灰石-石膏法系统的主要因

19、素 石灰石膏湿法烟气脱硫石的影响因素主要因素有空塔气速、吸的溶解度。进入浓度 ，脱硫剂的品质、粒度和用量（钙硫比）,浆液pH值，液气比（/）氧化速率，浆液停留时间等 。一般情况下，脱硫率随进气温度升高而降低，随洗涤液pH值的升高而有所升高，随液气比和钙硫比的增加而增加，但有一个最佳值可用。5.5双碱法脱硫的定义、原理及工艺流程 双碱法烟气脱硫技术，先用碱金属盐类如：NaOH，Na2CO3、Na2SO3等的水溶液吸收SO2，然后在另一石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收了SO2后的溶液再生，再生后的吸收液循环使用。两种双碱法烟气脱硫技术：钠钙双碱法和钙钙双碱法。钠钙双碱法工艺 1.工艺流程 气体与含

20、有亚硫酸钠、硫酸钠、亚硫酸氢钠的溶液接触，在某些情况下，溶液中还含有氢氧化钠或碳酸钠。亚硫酸钠被吸收的SO2转化为亚硫酸氢盐。抽出一部分再循环液与石灰反应，形成不溶性的亚硫酸钙并再生出可溶性的亚硫酸钠及氢氧化钠。双碱法是采用钠基脱硫法脱硫机理剂进行塔内脱硫，由于钠基脱硫剂碱性强， 吸收二氧化硫后反应产物溶解度大，不会造成过饱和结晶，造成结垢堵塞问题。另一方面脱硫产物被排入再生池内用氢氧化钙进行再生，再生出的钠基脱硫剂再被打回脱硫塔循环使用。 双碱法烟气脱硫技术是利用氢氧化钠或碳酸钠溶液作为启动脱硫剂， 配制好的氢氧化钠或碳酸钠溶液直接打入脱硫塔洗涤脱除烟气中 SO2来达到烟气脱硫的目的，然后脱

21、硫产物经脱硫剂再生池再生成亚硫酸钠或氢氧化钠再打回脱硫塔内循环使用。脱硫工艺主要包括 5个部分：(1)吸收剂制备与补充；(2)吸收液喷淋；(3)塔内雾滴与烟气逆流接触；(4)再生池吸收液再生成钠基碱；(5)石膏脱水处理。5.6氨法脱硫、海水脱硫的工艺流程 海水法脱硫技术1.基本原理 天然海水含有大量的可溶性盐，其中主要成分是氯化钠和硫酸盐及一定量的可溶性碳酸盐。海水通常呈碱性，自然碱性约为1.2 2.5 m mol/L，这使得海水具有天然的酸碱中和能力及吸收SO2的能力。利用海水的这种特性，成功地开发出海水脱硫工艺。当SO2被海水吸收，再经处理氧化为无害的硫酸盐而溶于海水中。其实硫酸盐是海水的

22、天然成分。经脱硫而流回海洋的海水，其硫酸盐成分只会稍微提高，当离开排放口一定距离，这种差异就会消失。 2.典型工艺流程 海水脱硫工艺按是否添加其他化学物质作吸收剂，可将工艺分为两类：1） 不添加任何化学物质，用纯海水作为吸收剂的工艺，以挪威ABB公司Flakt-Hydro工艺为代表。Flakt-Hydro海水脱硫工艺的基本出发点是恢复硫自然循环的平衡，为此，其功能为截断工业排放的硫进入大气造成污染和破坏的渠道，同时将硫以硫酸盐的形式排入大海。 2） 在海水中添加一定量石灰水调节吸收液的碱度，以美国Bechte公司的工艺为代表。 氨法脱硫技术 湿式氨法脱硫工艺湿式氨法脱硫工艺是采用一定浓度的氨水

23、做吸收剂，在一结构紧凑的吸收塔内洗涤烟气中的SO2，达到烟气净化的目的。形成的脱硫副产物是可做农用肥的硫酸铵，不产生废水和其他废物，脱硫率在90%99%，易于保证出口SO2浓度持续达标。 5.7各种脱硫方法各自的优缺点及选择依据 p373第六章NOx控制技术6.1NOx性质及来源性质：N2O：单个分子的温室效应为CO2的200倍，并参与臭氧层的破坏。 NO：无色气体，大气中NO2的前体物质，形成光化学烟雾的活跃组分。 NO2：红棕色有窒息性臭味的活泼气体，强烈刺激性，来源于NO的氧化，酸沉降。来源：一方面是由自然界中的固氮菌、雷电等自然过程所产生，另一方面是由人类活动所产生。6.2NOx的生成

24、机理：（热力型、瞬时型、燃料型）热力型：高温下N2和O2反应生成的NOx瞬时型：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO燃料型：燃料中的固定氮生成的NOx6.3热力型NOx生成的热力学和动力学（温度、浓度对NOx生成的影响）（P381）热力学：N2+O2=2NO NO+1/2O2=NO2平衡时NO浓度随温度升高而迅速增加；NO平衡浓度与在热电厂实测值是同一数量级的。动力学-泽利多维奇模型：O2+M2O+M O+N2NO+N N+O2NO+O6.4低氮燃烧器控制NOx的机理（温度、反应器浓度）（P389）从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的，因此，通过特殊

25、设计的燃烧器结构以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的大批量用于燃烧器，以尽可能地降低着火氧的浓度适当降低着火区的温度达到最大限度地抑制NOx生成的目的，这就是低NOx燃烧器。6.5SCR烟气脱硝法反应机理，工艺流程，催化剂主要组成，催化剂布置方式，催化剂中毒原因，催化剂形状（P400）反应机理：（主要化学反应）4NO+4NH3+O24N2+6H2O NO+NO2+2NH32N2+3H2O工艺流程：NH3先被催化剂表面活性面吸收后，然后与NOx发生还原反应生成N2和H2O。催化剂主要组成：贵金属、碱性金属氧化物催化剂布置方式：一般2+1布置，初装2层

26、，预留1层，共3层布置催化剂中毒原因：由于原烟气中或多或少的有害化学成分作用于催化剂活性成分造成的，砷、碱金属（主要是K、Na）是引起的催化剂中毒主要成分。催化剂形状：蜂窝式、板式、波纹板式6.6SNCR脱硝技术反应机理，工艺流程，主要影响因素等反应机理：4NH3+6NO5N2+6H2O CO（NH2）2+2NO+1/2O22N2+CO2+2H2O工艺流程：向烟气中喷氨水或尿素等含有NH3基的还原剂，在高温（800-1100）和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOx反应，把NOx还原成N2。主要影响因素：正确的温度窗口、合适温度范围内的停留时间、良好的混合、氨氮摩尔比第七、八

27、章 VOCs及机动车尾气1.定义：熔点低于室温而沸点在50-260摄氏度之间的挥发性有机化合物的总称。（P414） VOCs挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs)2.末端VOCs控制技术及其优缺点 燃烧法、吸收（洗涤）法、冷凝法、吸附法、生物法燃烧法：适用于可燃或高温分解的物质，如化工、喷漆、绝缘材料等行业产生的有机废气；不能回收有用物质，但可回收热量。吸收法：采用低挥发或不挥发溶剂对VOCs进行吸收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。适用于VOCs浓度较高、温度较低和压力较高的场合。冷凝法：适于废气体积分数10（-2）以上的有机蒸气；不

28、适于处理低浓度的有机气体，常作为其它方法净化高浓度废气的前处理，以降低有机负荷，回收有机物。吸附法：因为吸附剂的选择性强、能有效分离其他过程难以分开的混合物，以及能有效去除低浓度有毒有害物质而得以广泛应用。活性炭吸附VOCs的性能最佳，亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附。生物法：有机物去除率大都在90%以上，设备简单、运行费用低、较少形成二次污染，在处理低浓度、生物可降解性好的气态污染物时更显其经济性。3.机动车尾气的主要成分铅、碳氢、CO2、CO、NOx、颗粒物、SO2、H2O4.机动车怠速和加速时的尾气特点 怠速, 减速时CO, HC排放高, 浓度约为: CO: 1.0-6%; H

29、C: 400-3000ppm NOx: 10-100ppm 加速, 定速时NOx高, 浓度约为: NOx: 1000-4000ppm CO: 0.5-3.0%; HC: 200-600ppm 加速时, 碳烟约为: 0.005g/m35.机动车尾气治理的方法 主要控制技术： 前处理: 无铅汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油(1200ppm-50ppm?) 废气再循环(EGR): 20%循环, 降低NOx约60%, 但油耗增加3% 机内控制: 发动机设计 表面积/容积 越小越好; 电子控制技术; 多气门技术 机外控制技术: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原-三效) 三效催化净化技术(TWC) 同时净化3种污染物: CO, HC, NOx 只能在很窄的空燃比窗口工作: 闭环电控燃油喷射技术 主要使用贵金属+陶瓷载体, Pt, Rh, Pd 寿命, 防中毒很关键!