大气污染控制期末复习.docx

1、大气污染控制期末复习第一章绪论大气污染定义：如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。空气污染指数（API）：根据我国空气污染的特点和污染防治重点，目前计入空气污染指数的项目暂定为二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物。空气污染指数的计算方法基本计算式：设I为某污染物的污染指数， C为该污染物的浓度。则：式中： C大与C小：在API分级限值表中最贴近C值的两个值， C大为大于C的限值， C小为小于C的限值。I大与I小：在API分级限值表中最贴近I值的两个值， I大为大于I的值， I小为小于I的值。全市AP

2、I的计算步骤a、求某污染物每一测点的日均值式中：Ci为测点逐时污染物浓度， n为测点的日测试次数b、求某一污染物全市的日均值式中： l为全市监测点数c、将各污染物的市日均值分别代入API基本计算式所得值，便是每项污染物的API分指数。d、选取API分指数最大值为全市API。全市主要污染物的选取各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，则该项污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。API = max(I1, I2IiIn)第二章燃烧与大气污染第一节燃料的性质1、分类按物理状态分为气体燃料、固体燃料、液体燃料2、燃料组成对燃烧的影响：C、H、O、N、S、水分

3、、灰分碳：可燃元素。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少而含碳量则相对增加。氢：是燃料中发热量最高的元素。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。水分：表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102105C，保持2h后才能除掉。灰分：是煤中不可燃矿物物质的总称。它的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染及出渣量。3、煤的分类和组成（1）煤的基本分类：褐煤、烟煤、无烟煤含碳量：褐煤烟煤1空燃比：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量3、燃烧设备的热损失：排烟热损失、不完全燃烧热损失、散热损失

4、；在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低；不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。第三节烟气体积及污染物排放量计算第四节燃烧过程中硫氧化物的形成1.硫的氧化机理： H2S的氧化2. SO2和SO3之间的转化燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成H2SO4，转化率与温度密切相关；H2SO4浓度越高，酸露点越高；烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀第五节燃烧过程中颗粒物的形成 碳粒子的生成积炭的生成1. 核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳2. 核表面上发生非均质反应3. 较为缓慢的聚团和凝聚过程 燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧

5、气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小火焰的结构：预混火焰、 扩散火焰、层流火焰、湍流火焰石油焦和煤胞的生成燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，出现结焦 燃煤烟尘的形成烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟（未燃尽的碳粒）、飞灰（不可燃矿物质微粒）煤粉燃烧过程：理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟；在预混火焰中，C/O大约为0.5时最易形成黑烟；易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤焦炭褐煤低挥发分烟煤高灰发分烟煤碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、氧气浓度等有关影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素：煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排和炉膛

6、的热负荷、锅炉运行负荷、锅炉结构 NOx的形成燃料型NOx：燃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NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx第三章大气污染气象学第一节大气圈结构及气象要素一、大气垂直结构对流层（10km左右）： 集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层 温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C 强烈对流作用 温度和湿度的水平分布不均平流层（对流层顶50-55km） 同温层对流层顶35-40km，气温-550C左右 同温层以上，气温随高度增加而增加 集中了大部分臭氧 没有对流运动，污染物停留时

7、间很长中间层（平流层顶85km）：气温随高度升高而迅速降低；对流运动强烈暖层（中间层顶800km）：气温随高度升高而增高；气体分子高度电离电离层散逸层（暖层以上）：气温很高，空气稀薄；空气粒子可以摆脱地球引力而散逸；大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层8085km以下，成分基本不变二、主要气象要素1气温（p66）：天气预报中： 1.5m高、百叶箱内气温。2气压单位：mb（毫巴）大气的压强，1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg3气湿 绝对湿度1m3湿空气中含有的水汽质量 相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和湿度的百分比 含湿量湿空气中1kg干空气包含的水汽质量 水汽体积

8、分数水汽在湿空气中所占的体积分数 露点同气压下空气达到饱和状态时的温度4风向和风速水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）。风的来向叫风向（16个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2min或10min的平均值）5云：大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分）云高:云底距地面底高度。低云（2000m以下）、中云（2000-6000m）、高云（6000m以上）云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）6能见度：正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离第二节大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换太阳

9、以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化二、气温的垂直分布温度层结三、大气稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流逆温：逆温现象不利于污染物扩散分类：辐射逆温、平流逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温烟流型与大气稳定度的关系波浪型（不稳）、锥型（中性or弱稳）、扇型（逆温）、爬升型（下稳，上不稳）、漫烟型（上逆、下不稳）第三节大气的运动和风1、引起大气运动的作用力直接作用力：重力、水平气压梯度力；间接作用力：地转偏向力、惯性偏向力、摩擦力2、近地层风速廓线模式m稳定度参数；对应高度平均风速3、地

10、方性风场：海陆风、山谷风、城市热岛环流第四章大气扩散浓度估算模式4.1 湍流扩散的基本理论一、湍流的基本概念扩散的要素：风、湍流湍流是指大气的无规则运动，分为垂直方向风速分配不均及地面粗糙度引起的机械湍流、由于垂直方向温度分配不均的热力湍流两种形式（a）是烟团受小尺度湍涡的搅动，烟团缓慢地扩散。（b）是烟团被大尺度湍涡夹带，烟团本身截面变化不大。（c）是烟团同时受到大、中、小三种尺度的团涡作用，扩散过程进行较快二、湍流扩散理论简介：目前可用梯度输送理论、湍流统计理论和相似理论来处理这个问题。4.2 高斯扩散模式一、高斯模式的有关假设1、坐标系高斯模式的坐标系原点为排放点（无界点源或地面源）或高

11、架源排放点在地面的投影点， x轴正向为平均风向， y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧， Z轴垂直于水平面oxy，向上为正向，即为右手坐标系。在这种坐标系中，烟流中心线或将x轴重合，或在xoy面的投影为x轴。2、基本假设（1）污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布(正态分布)（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二、无界空间连续点源扩散的高斯模式三、高架连续点源扩散的高斯模式坐标原点为地面排放点或高架源排放点垂直地面投影点（像源法）H为烟囱高度加气体抬升高度，即 上式即为高架连续点源正态分布假设下的高斯扩散模式。下风向任一点浓

12、度为：（1）高架连续点源地面浓度：令式上中z=0，可以得到地面浓度计算公式：（2）高架连续点源地面轴线浓度(y=0)（3）高架连续点源的最大地面浓度：设,，常数时，则可求出计算地面最大浓度及其出现距离的公式四、地面连续点源扩散的高斯模式 ( H=O)五、颗粒物扩散模式以上均为算入烟囱抬升高度后的平均风速，之后的为烟囱高度处的平均风速4.3 污染物浓度的估算一、烟气抬升高度的计算1、烟气所达到的高度称为有效烟囱高度，而烟气上升的那段高度称为烟气抬升高度。因此，有效烟囱高度H应为烟囱的几何高度HS加上抬升高度H，即2、烟气的抬升过程如图所示。烟气抬升分为四个阶段：1）喷出阶段2）浮升阶段3）瓦解阶

13、段4）变平阶段。3、影响烟气抬升的主要因素有烟流本身的热力和动力性质、当地的气象条件和下垫面条件，前面二种因素与工厂有关，后二种与环境条件有关。4、烟气抬升高度公式1.霍兰德式式中，H是烟云抬升高度，m；Vs是烟气出口速度，m/s；D是烟囱出口直径，m；是烟囱口高度上的平均风速，m/s；QH是排出烟气的热量，Kw；TS、Ta分别是烟气和空气的温度，K。2.国家标准推荐式1) 当QH2100 kW,T=Ts-Ta35K时；式中，n0、n1 、n2是系数，按表4-2选取;Pa是大气压力,hPa;Qv是烟气排放量(实际状态),m3/s二、扩散参数的确定1P-G扩散曲线法首先根据太阳辐射情况和地面风速

14、，将大气的扩散稀释能力划分为A-F六个稳定度级别。然后根据大量扩散实验的数据和理沦上的考虑，用曲线来表示每一个稳定度级别的y和z随距离的变化对该标准的几点说明如下：a 稳定度级别中， A为极不稳定， B为不稳定， C为弱不稳定， D为中性， E为弱稳定， F为稳定b 稳定度级别A-B表示按A、 B级的数据内插c 夜间定义为日落前一小时至日出后一小时d 不论何种天气状况，夜间前后各一小时算作中性，即D级稳定度e 强太阳辐射对应于碧空下的太阳高度角大于 600的条件；弱太阳辐射相当于碧空下太阳高度角为150-350，在中纬度地区，仲夏晴天的中午为强太阳辐射，寒冬晴天中午为弱太阳辐射。云量将减少太阳

15、辐射，云量应与太阳高度一起考虑P-G扩散曲线适用于平原地区，对于粗糙度较大的地区，则应向不稳定方向提高1-2级后再查表3国标推荐的扩散参数（1）大气稳定度的分级方法首先，计算太阳倾角和太阳高度角，再由云量与太阳高度角按表查出辐射等级数，然后由辐射等级与地面风速按表查出稳定度等级（2）扩散参数y和z的确定 平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法A、 B、 C级稳定度直接由表4-8（P-G扩散曲线幂函数数据）查出扩散参数y 和z幂指数。 D、 E、 F级稳定度则需要向不稳定方向提半级后查算 工业区或城区中的点源扩散参数选取方法A、 B级不提级， C级提到B级， D、 E、 F级向不稳定方向提一

16、级，再按表4-8查算 丘陵山区的农村或城市扩散参数的选取法同城市工业区4.4 特殊气象条件下的扩散模式一、封闭型扩散模式不接地逆温的情况是经常出现的。上部逆温层就像一个盖子使污染物的铅直扩散受到限制，扩散只能在地面和逆温层底之间进行，所以又称为“封闭”型扩散。设xD为烟羽边缘刚好到达逆温层底时该点离烟源的水平距离，则：（1）当XXD时，烟流扩散不受逆温的影响，扩散公式采用式（4-9）进行计算式4-9 (2)当X2XD时，污染物经过多次反射后，在z方向上浓度渐趋均匀，水平方向仍呈正态分布，地面浓度的计算公式为：（3）当XDX定向面积等分直径d M投影面积直径dA筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小

17、方筛孔的宽度光散射法等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径沉降法： 斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的球体直径 空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1g/cm3）的球体的直径斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径2、通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度。圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表面积之比s（s FD ，颗粒移向外壁若 FC FD ，颗粒进入内涡旋当 FC = FD时，有50%的可能进入外涡旋，既除尘效率为50%影响旋风除尘器效率的因素 二次效应

18、被捕集粒子的重新进入气流在较小粒径区间内，实际效率高于理论效率；在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率；通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应；临界入口速度。 比例尺寸在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降。锥体适当加长，对提高除尘效率有利排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.40.65）D。旋风除尘器排出管以下部分的长度应当接近或等于1，筒体和锥体的总高度以不大于五倍的筒体直径为宜。 除尘器下部的严密性：在不漏风的情况

19、下进行正常排灰 烟尘的物理性质：气体的密度和粘度、尘粒的大小和比重、烟气含尘浓度 操作变量：提高烟气入口流速，旋风除尘器分割直径变小，除尘器性能改善旋风除尘器的结构形式进气方式分：切向进入式、轴向进入式气流组织分：回流式、直流式、平旋式和旋流式多管旋风除尘器：常见的多管除尘器有回流式和直流式两种第二节电除尘器一、电除尘器的主要优点： 1、压力损失小，一般为200500Pa；2、处理烟气量大，可达105106m3/h 3、能耗低，大约0.20.4kWh/1000m3 4、对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99 5、可在高温或强腐蚀性气体下操作二、电除尘器的工作原理1、三个基本过程 悬浮粒子荷电高压

20、直流电晕 带电粒子在电场内迁移和捕集使其通过延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器） 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2、电晕放电影响电晕特性的因素：（1）电极的形状、电极间距离（2）气体组成、压力、温度不同气体对电子的亲合力、迁移率不同气体温度和压力的不同影响电子平均自由程和加速电子及能产生碰撞电离所需要的电压（3）气流中要捕集的粉尘的浓度、粒度、比电阻以及在电晕极和集尘极上的沉积（4）电压的波形3、粒子荷电（1）电场荷电离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电（2）扩散荷电离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；

21、依赖于离子的热能，而不是依赖于电场粒子的主要荷电过程取决于粒径 大于0.5m的微粒，以电场荷电为主 小于0.15m的微粒，以扩散荷电为主 介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。（3）异常电荷现象沉积在集尘极表面的高比电阻粒子导致在低电压下发生火花放电或在集尘极发生反电晕现象,破坏正常电晕过程三、被捕集粉尘的清除粉尘沉积在电晕极上会影响电晕电流的大小和均匀性，一般方法采取振打清灰方式清除从集尘极清除已沉积的粉尘的主要目的是防止粉尘重新进入气流在湿式电除尘器中，用水冲洗集尘极板；在干式电除尘器中，一般用机械撞击或电极振动产生的振动力清灰四、电除尘器结构1、除尘器类型：双区电除尘器、单区电除尘器2

22、、电晕电极：电晕线的一般要求：起晕电压低、电晕电流大、机械强度高、能维持准确的极距、易清灰等3、集尘极性能良好的集尘极应满足下述基本要求：振打时粉尘的二次扬起少单位集尘面积消耗金属量低极板高度较大时，应有一定的刚性，不易变形振打时易于清灰，造价低五、粉尘比电阻高比电阻粉尘会干扰电场条件，导致除尘效率下降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：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（4）改变烟气温度：向烟气中喷水，同时增加烟气湿度和降低温度（5）发展新型电除尘器第三节过滤式除尘器使含尘气流通过过滤材料将粉尘分