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大氣污染控制工程 第一章 概 論 第一節(jié)：大氣與大氣污染 1. 大氣的組成：干潔空氣、水蒸氣和各種雜質。 2. 大氣污染：系指由于人類活動或自然過程使得某些物質進入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體的舒適、健康和福利，或危害了生態(tài)環(huán)境。 3. 按照大氣污染范圍分為：局部地區(qū)污染、地區(qū)性污染、廣域污染、全球性污染。 4. 全球性大氣污染問題包括溫室效應、臭氧層破壞和酸雨等三大問題。 5. 溫室效應：大氣中的二氧化碳和其他微量氣體，可以使太陽短波輻射幾乎無衰減地通過，但卻可以吸收地表的長波輻射，由此引起全球氣溫升高的現(xiàn)象，稱為“溫室效應”。 第二節(jié)：大氣污染物及其來源 1. 大氣污染物的種類很多，按其存在狀態(tài)可概括為兩類：氣溶膠狀態(tài)污染物，氣體狀態(tài)污染物。P4 2. 氣溶膠：系指沉降速度可以忽略的小固體粒子、液體粒子或它們在氣體介質中的懸浮體系。P4 3. 氣溶膠狀態(tài)污染物 粉塵：指懸浮于氣體介質中的小固體顆粒，受重力作用能發(fā)生沉降，但在一段時間內能保持懸浮狀態(tài)。 煙：煙一般指由冶金過程形成的固體顆粒的氣溶膠。 飛灰：指隨燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣排出的分散的較細的灰分。 黑煙：由燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠。 霾（灰霾）：大氣中懸浮的大量微小塵粒使空氣渾濁，能見度降低到10km以下的天氣現(xiàn)象。 霧：氣體中液滴懸浮體的總稱。 4. 總懸浮顆粒物（TSP）：指能懸浮在空氣中，空氣動力學當量直徑≤100μm的顆粒物。P5 5. 可吸入顆粒物（PM10）：指懸浮在空氣中，空氣動力學當量直徑≤10μm的顆粒物。P5 6. 氣體狀態(tài)污染物：硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、有機化合物、硫酸煙霧、光化學煙霧 7. 對于氣體污染物，有可分為一次污染物和二次污染物。P5 8. 一次污染物：是指直接從污染源排到大氣中的原始污染物質。P5 9. 二次污染物：是指由一次污染物與大氣中已有組分或幾種一次污染物之間經(jīng)過一系列化學或光化學反應而生成的與一次污染物性質不同的新污染物質。P6 10. 硫酸煙霧：硫酸煙霧系大氣中的SO2等硫氧化物，在有水霧、含有重金屬的 懸浮顆?；虻趸锎嬖跁r，發(fā)生一系列化學或光化學反應而生成的硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠。硫酸煙霧引起的刺激作用和生理反應等危害，要比SO2氣體大得多。P7 11. 光化學煙霧：光化學煙霧是在陽光照射下，大氣中的氮氧化物、碳氫化合物和氧化劑之間發(fā)生一系列光化學反應而生成的藍色煙霧。其主要成分有臭氧、過氧乙酰硝酸酯、酮類和醛類等。光化學煙霧的刺激性和危害要比一次污染物強烈得多。P7 12. 大氣污染物的來源可分為自然污染源和人為污染源兩類。P7 13. 人為污染源有各種分類方法。按污染源的空間分布可分為：點源、面源、線源。P7 14. 人為源：生活污染源、工業(yè)污染源、交通運輸污染源 15. 對主要大氣污染物的分類統(tǒng)計：燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸 16.大氣污染的影響： 大氣污染物侵入人體的主要三條途徑：表面接觸、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空氣 1.對人體健康的影響：顆粒物、硫氧化物、一氧化碳、氮氧化物、光化學氧化劑、有機化合物 2.對植物的傷害 3.對器物和材料的影響 4.對大氣能見度和氣候的影響 第四節(jié)：大氣污染綜合防治 1. 大氣污染綜合防治：實質上就是為了達到區(qū)域環(huán)境空氣質量控制目標，對多種大氣污染控制方案的技術可行性、經(jīng)濟合理性、區(qū)域適應性和實施可能性等進行最優(yōu)化選擇和評價，從而得出最優(yōu)的控制技術方案和工程措施。P19 2. 大氣污染綜合防治措施：P19 （1）全面規(guī)劃、合理布局 影響環(huán)境空氣質量的因素很多，因此，為了控制城市和工業(yè)區(qū)的大氣污染，必須在進行區(qū)域性經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃的同時，做好全面環(huán)境規(guī)劃，采取區(qū)域性綜合防治措施。 （2）嚴格環(huán)境管理 從環(huán)境管理的概念可知，環(huán)境管理是對環(huán)境污染源和污染物的管理，通過對污染物的排放、傳輸承受三個環(huán)節(jié)的調控達到改善環(huán)境的目的。 （3）控制大氣污染的技術措施 ① 實施清潔生產(chǎn) ② 實施可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略 ③ 建立綜合性工業(yè)基地 （4）控制污染的經(jīng)濟政策 ① 保證必要的環(huán)境保護投資，并隨著經(jīng)濟的發(fā)展逐年增加 ② 實行“污染者和使用者支付原則” （5）控制污染的產(chǎn)業(yè)政策 1鼓勵類 2限制類 3淘汰類 （5）綠化造林 綠化造林是區(qū)域生態(tài)環(huán)境中不可缺少的重要組成部分，綠化造林不僅能美化化境，調節(jié)空氣溫濕度或城市小氣候，保持水土，防治風沙，而且在凈化空氣（吸收二氧化碳、有害氣體、顆粒物、殺菌）和降低噪聲方面皆會起到顯著作用。 （6）安裝廢氣凈化裝置 安裝廢氣凈化裝置，是控制環(huán)境空氣質量的基礎，也是實行環(huán)境規(guī)劃與管理等項綜合防治措施的前提。 第五節(jié)：環(huán)境空氣質量控制標準 一、環(huán)境空氣質量控制標準的種類和作用P22 1. 環(huán)境空氣質量標準（環(huán)境） 2. 大氣污染物排放標準（工業(yè)污染源） 3. 大氣污染控制技術標準 4. 警報標準（工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準）：車間 二、環(huán)境空氣質量標準中：P23 大氣污染物綜合排放標準規(guī)定：任何一個排氣筒必須同時遵守最高允許排放濃度（任何1小時濃度平均值）和最高允許排放速率（任何1小時排放污染物的質量）兩項超標，超過其中任何一項均為超標排放。P24 大氣污染物綜合排放標準中，按照綜合排放標準與行業(yè)性排放標準不交叉執(zhí)行的原則，仍繼續(xù)執(zhí)行行業(yè)性標準（優(yōu)先使用行業(yè)標準）。P25 五、空氣污染指數(shù)及報告： 1.目前計入空氣污染指數(shù)（API）的項目定為：可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和臭氧（O3）。P25 2.污染指數(shù)的計算結果只保留整數(shù)，小數(shù)點后的數(shù)值全部進位。P27 （例：污染指數(shù)的計算結果為100.1，則API值為101【進位】） 3.各種污染物的污染分指數(shù)都計算出以后，取最大者為該區(qū)域或城市的空氣污染指數(shù)API，則該種污染物即為該區(qū)域或城市空氣中的首要污染物。API<50時，則不報告首要污染物。P27 第二章 燃料與大氣污染 第一節(jié)：燃料的性質 1. 煤的分類：褐煤、煙煤、無煙煤 2. 燃料按物理狀態(tài)分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三類。P29 3. 煤的工業(yè)分析包括測定煤中水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳，以及估測硫含量和熱值。P30 4. 灰分：是煤中不可燃礦物物質的總稱。P30 5. 元素分析：是用化學方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧等的含量。P31 6. 煤中含有硫的形態(tài)（四種）：黃鐵礦硫（FeS2）、硫酸鹽硫（MeSO4）、有機硫（CxHySz）和元素硫。P31 7. 人們一般把硫分為硫化鐵硫、有機硫、硫酸鹽硫，前兩種能燃燒放出熱量稱為揮發(fā)硫，硫酸鹽硫不參加燃燒，是灰分的一部分。 8. 煤的成分表示方法中常用的基準有：收到基、空氣干燥基、干燥基和干燥無灰基。P33 第二節(jié)：燃料燃燒過程 1. 燃燒：指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. 燃料完全燃燒的條件為：空氣條件、溫度條件、時間條件和燃料與空氣的混合條件。P37-39 3. 燃燒過程的“三T”條件為：溫度、時間和湍流度。P39 4. 計算：燃料燃燒的理論空氣量P39 理論空氣量（Vg0）：單位量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。 建立燃燒化學方程式時，假定： （1）空氣僅由N2和O2組成，其體積比為79.1/20.9=3.78； （2）燃料中的固態(tài)氧可用于燃燒； （3）燃料中的硫被氧化成SO2； （4）計算理論空氣量時忽略NOX的生成量； （5）燃料的化學時為CxHySzOw，其中下標x、y、z、w分別代表C、H、S、O的原子數(shù)。 完全燃燒的化學反應方程式： 理論空氣量： 5. 空氣過剩系數(shù)α：實際空氣量Va與理論空氣量Va0之比定義為空氣過剩系數(shù)a，即α=VaVa0 ，通常α>1。P41 6. 空燃比（AF）：單位質量燃料燃燒所需的空氣質量，它可由燃燒方程直接求得。P42（空燃比為無量綱） 7. 發(fā)熱量：單位燃料完全燃燒時發(fā)生的熱量變化，即在反應物開始狀態(tài)和反應產(chǎn)物終了狀態(tài)相同的情況下（通常為298K和1atm）的熱量變化，稱為燃料的發(fā)熱量，單位是kJ/kg（固體、液體燃料）或kJ/m3（氣體燃料）。燃料的發(fā)熱量有：低位發(fā)熱量和高位發(fā)熱量P44 8. 燃料設備的熱損失：（1）排煙熱損失（2）不完全燃燒熱損失（3）爐體散熱損失 第三節(jié)：煙氣體積及污染物排放量計算P46~P49 1. 理論煙氣體積：在理論空氣量下，燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積，以Vfg0表示。煙氣成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸氣。P46 理論煙氣體積：等于干煙氣體積和水蒸氣體積之和。P46 干煙氣：除水蒸氣以外的成分稱為干煙氣；濕煙氣：包括水蒸氣在內的煙氣。 Vfg0=V干煙氣+V水蒸氣； V理論水蒸氣=V燃料中氫燃燒后的水蒸氣+V燃料中水+V理論空氣量帶入的 實際煙氣體積 Vfg0 Vfg = Vfg0 + (a-1)Va0 2. 煙氣體積和密度的校正 燃燒產(chǎn)生的煙氣其T、P總高于標態(tài)（273K、1atm）故需換算成標態(tài)。大多數(shù)煙氣可視為理想氣體，故可應用理想氣體方程。設觀測狀態(tài)下（Ts、Ps下）：煙氣的體積為Vs，密度為ρs。標態(tài)下（TN、PN下）： 煙氣的體積為VN，密度為ρN。 標態(tài)下體積為： 標態(tài)下密度為： 3. 過?？諝廨^正 因為實際燃燒過程是有過剩空氣的，所以燃燒過程中的實際煙氣體積應為理論煙氣體積與過?？諝饬恐?。 用奧氏煙氣分析儀測定煙氣中的CO2、O2和CO的含量，可以確定燃燒設備在運行中煙氣成分和空氣過剩系數(shù)。 空氣過剩系數(shù)為：a= M——過?？諝庵蠴2的過剩系數(shù) 設燃燒是完全燃燒，過?？諝庵械难踔灰設2形式存在，燃燒產(chǎn)物用下標P表示， 假設空氣只有O2、N2,分別為20.9%、79.1%，則空氣中總氧量為 理論需氧量：0.264N2P-O2P 所以（燃燒完全時） 若燃燒不完全會產(chǎn)生CO，須校正。即從測得的過剩氧中減去CO氧化為CO2所需的O2 此時 各組分的量均為奧氏分析儀所測得的百分數(shù)。 標況下煙氣量計算式： 4. 污染物排放量的計算（例題、習題）P47 第五節(jié)：燃燒過程中顆粒污染物的形成 1. 燃燒過程中生成一些主要成分為碳的粒子，通常由氣相反應生成積碳，由液態(tài)烴燃料高溫分解產(chǎn)生的那些粒子都是結焦或煤胞。P54 2. 燃煤煙塵的形成：固體燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物通常稱為煙塵，它包括黑煙和飛灰兩部分。黑煙主要是未燃盡的碳粒，飛灰則主要是燃料所含的不可燃礦物質微粒，是飛灰的一部分。P55 3. 減少燃煤層氣體中未燃盡碳粒的主要控制途徑是：（1）改善燃料和空氣的混合（2）保證足夠高的燃燒溫度（3）保證碳粒在高溫區(qū)必要的停留時間 4. 影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素 燃燒方式：手燒爐 層燃爐 室燃爐 沸騰爐 第三章 污染氣象學基礎知識 1. 干絕熱垂直遞減率（干絕熱直減率）: 干氣塊（包括未飽和的濕空氣）絕熱上升或下降單位高度（通常取100m）時，溫度降低或升高的數(shù)值，稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率，簡稱干絕熱直減率。以γd表示。 2.逆溫：溫度隨高度的增加而增加。 逆溫的最危險狀況是逆溫層正好處于煙囪排放口。 逆溫形成的過程：形成逆溫的過程多種多樣，最主要有以下幾種：（1）輻射逆溫（較常見）（2）下沉逆溫（3）平流逆溫（4）湍流逆溫（5）鋒面逆溫。 3.輻射逆溫 由于大氣是直接吸收從地面來的輻射能，愈靠近地面的空氣受地表的影響越大，所以接近地面的空氣層在夜間也隨之降溫，而上層空氣的溫度下降得不如近地層空氣快，因此，使近地層氣溫形成上高下低的逆溫層，這種因地面輻射冷卻而形成的氣溫隨高度增加而遞增現(xiàn)象叫輻射逆溫。[以冬季最強 ] 4.五種典型煙流和大氣穩(wěn)定度 （1）波浪型r＞o，r＞rd 很不穩(wěn)定 （2）錐型：r＞o，r rd 中性或穩(wěn)定 （3）扇型：r＜o，r＜rd 穩(wěn)定 （4）爬升型（屋脊型）：大氣處于向逆溫過渡。在排出口上方：r＞o，r＞rd 不穩(wěn)定;在排出下方；r＜o，r＜rd，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。 （5）漫煙型（熏煙型）：大氣逆溫向不穩(wěn)定過渡時，排出口上方：r＜o，r＜rd，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)； 第四章 大氣擴散濃度估算 風和湍流是決定污染物在大氣中擴散稀釋的最直接最本質的因素。 高斯模型的四點假設，公式的物理意義，計算題 第五章 顆粒污染物控制技術基礎 第一節(jié)：顆粒的粒徑及粒徑分布 1. 幾種常用的粒徑表示方法： ⑴ 用顯微鏡法觀測顆粒時，采用如下幾種粒徑： ① 定向直徑dF ② 定向面積等分直徑dM ③ 投影面積直徑dA 同一顆粒的dF >dA>dM。 ⑵ 用篩分法測定時，可得到篩分直徑 ⑶ 有光散射法測定時，可得到等體積直徑dV ⑷ 用沉降法測定時，一般采用如下兩種定義： ① 斯托克斯直徑ds：為在同一流體中與顆粒的密度相同和沉降速度相等的圓球直徑。 ② 空氣動力學當量直徑da：為在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度（ρp=1gcm3）的圓球的直徑。 （例：空氣動力學當量直徑da是用哪種方法測定的？---沉降法） 2. 個數(shù)頻率：為第i間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倐€數(shù)ni之比（或百分比）。 3. 個數(shù)篩下累積頻率：為小于第i間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆?？倐€數(shù)之比（或百分比）。 第二節(jié)：粉塵的物理性質 粉塵的物理性質（密度、安息角、滑動角、比表面積、含水率、潤濕性、荷電性、粘附性、自然性和爆炸性） 1. 若所指的粉塵體積不包括粉塵顆粒之間和顆粒內部體積，而是粉塵自身所占的真實體積，則以此真實體積求得的密度稱為粉塵的真密度，并以ρP表示。 2. 呈堆積狀態(tài)存在的粉塵（即粉體），它的堆積體積包括顆粒之間和顆粒內部的空隙體積，以此堆積體積求得的密度稱為粉塵的堆積密度，并以ρb表示。P143 3. 安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然堆積成一個圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角，也稱動安息角或堆積角等，一般為35～55。P144 4. 滑動角：系指自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做傾斜運動時，粉塵開始發(fā)生滑動時的平板傾斜角，也稱靜安息角，一般為40～55。P144 5. 粉塵的潤濕性：粉塵顆粒與液體接觸后能否相互附著或附著難易程度的性質。P146 （粉塵的潤濕性是選用濕式除塵器的主要依據(jù)。） 6. 體積比電阻：在高溫（一般在200℃以上）范圍內，粉塵層的導電主要靠粉塵本體內部的電子或離子進行。這種本體導電占優(yōu)勢的粉塵比電阻稱為體積比電阻。P148 7. 表面比電阻：在低溫（一般在100℃以下）范圍內，粉塵的導電主要靠塵粒表面吸附的水分或其他化學物質中的離子進行。這種表面導電占優(yōu)勢的粉塵比電阻稱為表面比電阻。 高溫范圍內，粉塵比電阻隨溫度的升高而降低，其大小取決于粉塵的化學組成 低溫范圍內，粉塵比電阻隨溫度的升高而增大，隨氣體中水分或其他化學物質含量的增加而降低。 8. 粉塵比電阻對電除塵器的運行有很大影響，最適宜于電除塵器運行的比電阻范圍為104～1010Ω?cm。 9. 顆粒物的沉降方式有：重力沉降、離心沉降、靜電沉降、慣性沉降、擴散沉降。 第三節(jié)：凈化裝置的性能 1. 評價凈化裝置性能的指標：P151 包括技術指標和經(jīng)濟指標兩方面。 技術指標主要有處理氣體流量、凈化效率和壓力損失等；經(jīng)濟指標主要有設備費、運行費和占地面積等。 此外，還應考慮裝置的安裝、操作、檢修的難易等因素。 第六章 除塵裝置 第一節(jié)：機械除塵器 1. 機械除塵器通常指利用質量力（重力、慣性力和離心力等）的作用使顆粒物與氣流分離的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。P161（填空） 2. 旋風除塵器的基本原理？ 旋風除塵器是利用旋轉氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置。含塵氣流進入除塵器后，沿外壁由上而下作旋轉運動，同時有少量氣體沿徑向運動到中心區(qū)域。氣流作旋轉運動時，塵粒在離心力作用下逐步移向外壁，到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗，當旋轉氣流的大部分到達錐體底部后，轉而向上沿軸心旋轉，最后經(jīng)排出管排出。 3. 普通旋風除塵器是由進氣管、筒體、錐體和排氣管等組成。P167（填空） 4. 除塵器相對尺寸對壓力損失影響較大，當除塵器結構型式相同時，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變。 5. 分割直徑：處于平衡狀態(tài)的塵粒有50%的可能進入內漩渦，也有50%的可能性移向外壁，除塵效率為50%使所對應的粒徑即為除塵器的分割直徑。 6. 二次效應：即被捕集粒子重新進入氣流。 第二節(jié)：電除塵器 1. 電除塵器的工作原理： 其原理涉及 懸浮粒子荷電，帶電粒子在電場內遷移和捕集，以及將捕集物從集塵表面上清除等三個基本過程。 2. 起始電暈電壓：開始產(chǎn)生電暈電流是所施加的電壓。） 3. 粒子荷電中：1，電場荷電；2，擴散荷電。電暈閉塞：當含塵量大到某一數(shù)值時，電暈現(xiàn)象消失，顆粒在電場中根本得不到電荷，電暈電流幾乎減少到零，失去除塵作用。P186（名詞解釋） 4. 克服高比電阻影響的方法有：保持電極表面盡可能清潔；采用較好的供電系統(tǒng)，煙氣調質，以及發(fā)展新型電除塵器。 5. 煙氣調質：增加煙氣濕度，或向煙氣中加入SO3、NH3、及Na2CO3等化合物，可使粒子導電性增加。 第三節(jié)：濕式除塵器 1. 在工程上使用的濕式除塵器總體上分為：低能和高能兩類。低能濕式除塵器包括噴霧塔和旋風除塵器等，高能濕式除塵器包括文丘里洗滌器等。P200（填空）（例： 是典型的高能濕式除塵器。---文丘里洗滌器） 第四節(jié)：過濾式除塵器 1. 過濾式除塵的原理？P213（簡答）？？？ 含塵氣體流通過過濾材料將粉塵分離捕集 2. 顆粒因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作用，逐漸在濾袋表面形成粉塵層，常稱為粉塵初層。初層形成后，它成為袋式除塵器的主要過濾層，提高了除塵效率。P213（填空） 3. 袋式除塵器的壓力損失?p由通過清潔濾料的壓力損失?pf和通過顆粒層的壓力損失?pP組成。P215（填空） 4. 袋式除塵器是按清灰方式命名和分類的。P218（填空） 5. 常用的清灰方式有三種：機械振動式、逆氣流清灰和脈沖噴吹清灰。P218（填空） “四大除塵技術” 目前常用的除塵器分為：機械除塵器、電除塵器、袋式除塵器、濕式除塵器。 機械除塵器包括：重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器。 設計重力沉降室的模式有：層流式和湍流式。 提高重力沉降室除塵效率的主要途徑：降低沉降室內的氣流速度、增加沉降室長度、降低沉降室高度。  1. 重力沉降室的結構和原理 重力沉降室是通過重力作用使粉塵從氣流中沉降分離的除塵裝置。含塵氣流進入重力沉降室后，由于擴大了流動截面積而使氣體流速大大降低，使較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。 重力沉降室分為（1）層流式 （2）湍流式。 層流式沉降室設計的簡單模式的假設是在沉降室內氣流為柱塞流，流速為v0，流動狀態(tài)保持在層流范圍內；顆粒均勻地分布在煙氣中。 湍流式沉降室設計的模式是假設沉降室中氣流為湍流狀態(tài)，在垂直于氣流方向的每個橫斷面上粒子完全混合，即各種粒徑的粒子都均勻分布于氣流中。 重力沉降室的主要優(yōu)點是：結構簡單，投資少，壓力損失小，維修管理容易。 缺點：體積大，效率低，因此只能作為高效除塵的預除塵裝置，除去較大和較重的粒子。 重力沉降室實際性能：只能作為氣體的初級凈化，除去最大和最重的顆粒，沉降室的除塵效率約為40-70%；僅用于分離dp>50ηm的塵粒。 層流模式重力沉降室的計算 （1）沉降時間計算 塵粒的沉降速度為Vt，沉降室的長、寬、高分別為L、W、H，要使沉降速度為Vt的塵粒在沉降室全部去除，氣流在沉降室內的停留時間t（錯誤！未找到引用源。）應大于或等于塵粒從頂部沉降到灰斗的時間（錯誤！未找到引用源。），即錯誤！未找到引用源。 （2）最小沉降粒徑計算 （3）重力沉降室除塵效率 多層重力沉降室分級除塵效率 2. 慣性除塵器分為：以氣流中粒子沖擊擋板捕集較粗粒子的沖擊式和通過改變氣流流動方向而捕集較細粒子的反轉式。 慣性除塵器的結構和原理： 為了改善沉降室的除塵效果，可在沉降室內設置各種形式的擋板，使含塵氣體沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離。 慣性除塵器分為沖擊式和反轉式。沖擊式的原理是：氣流沖擊擋板捕集較粗粒子；反轉式的原理是改變氣流方向捕集較細粒子。 慣性除塵器的應用：慣性除塵器的除塵效率，與氣流速度越大、氣流方向轉變角度越大、轉變次數(shù)越多、其凈化效率愈高，壓力損失愈大。一般適合于凈化密度大和粒徑大的金屬或礦物性粉塵除塵。對于粘性較強或纖維性粉塵一般不適合。 慣性除塵一般效率不高，因此，一般只適合于多級除塵中的第一級除塵。捕集粒徑一般在10-20μm以上的粗塵。壓力損失一般為100-1000pa。 旋風除塵器 原理：旋風除塵器是利用旋轉氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的，一般用來分離粒徑大于5μm的塵粒。 旋風除塵器特點：結構簡單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失中等，動力消耗不大，可用于各種材料制造，能用于高溫、高壓及腐蝕性氣體，并可回收干顆粒物。 缺點：效率80%左右，捕集<5μm顆粒的效率不高，一般作預除塵用。 工作原理 1、 除塵器內氣流與塵粒的運動：氣流從宏觀上看可歸結為三個運動：外渦旋、內渦旋、上渦旋。 含塵氣流由進口沿切線方向進入除塵器后，沿器壁由上而下作旋轉運動，這股旋轉向下的氣流稱為外渦旋（外渦流），外渦旋到達錐體底部轉而沿軸心向上旋轉，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉的氣流稱為內渦旋（內渦流）。外渦旋和內渦旋的旋轉方向相同，含塵氣流作旋轉運動時，塵粒在慣性離心力推動下移向外壁，到達外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。 氣流從除塵器頂部向下高速旋轉時，頂部壓力下降，一部分氣流會帶著細塵粒沿外壁面旋轉向上，到達頂部后，在沿排出管旋轉向下，從排出管排出。這股旋轉向上的氣流稱為上渦旋。 2．氣流的速度 為方便，常把內外旋流氣體的運動分解為三個速度分量：切向速度Vθ、徑向速度Vr、軸向速度Vz。 影響旋風除塵器效率的因素：二次效應（避免措施-鎖氣器）、比例尺寸、煙塵的物理性質、操作變量。 旋風除塵器按進氣方式分為：切向進入式、軸向進入式。 旋風除塵器的結構形式 ：切向進氣方式——直入式和蝸殼式 氣流組織分類——回流式、直流式、平旋式、和旋流使 多管旋風除塵器（直流式旋風子 并聯(lián)）。 4.電除塵器 機理：電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵極上，使塵粒子從含塵氣體中分離出來的裝置。 電除塵與一切機械方法的區(qū)別在于分離力直接作用在塵粒子上，使粒子與氣體分離的力，而不是作用在整個粉塵氣體上。 電除塵器主要優(yōu)點： 1、 壓力損失小，ΔP=200～500Pa 2、 處理煙氣量大，可達105-106m3/h 3、 能耗低，約0.2-0.4kWh/(1000 m3) 4、 對細粉塵有很高的捕集率，可高于99% 5、 可在高溫或強腐蝕性氣體下操作。 電除塵的性能缺點 除塵器的主要缺點是設備龐大，消耗鋼材多，初投資大，要求安裝和運行管理技術較高，故目前我國電除塵的應用還不太普遍。 電除塵的工作原理 兩電極間加一電壓。一對電極的電位差必須大得使放電極周圍產(chǎn)生電暈（常常加直流），高電壓使含塵氣體通過這對電極之間時，形成氣體離子（正離子、負離子）這些負離子迅速向集塵極運動，并且由于同粒子相撞而把電荷轉移給粉塵荷電，然后與粒子上的電荷互相作用的電場就使它們向收塵電極漂移，并沉積在集塵電極上，形成灰塵層。 當集塵電極表面粉塵沉集到一定厚度后，用機械振打等方法將沉集的粉塵層清除掉落入灰斗中。 電除塵過程：（1）放電（2）荷電；（3）遷移（4）清灰。 電暈放電： 在電暈中產(chǎn)生離子的主要機制是由于氣體中的自由電子從電場中獲得能量，和氣體分子激烈碰撞，是電子脫離氣體分子，結果產(chǎn)生帶陽電荷的氣體離子并增加了自由電子，這種現(xiàn)象稱為電離。 在曲率很大的表面（如一尖端或一根細線）和一根管子或一塊板之間有電位差，則能形成非均勻電場而產(chǎn)生電暈放電。電除塵中所采用的單極性電暈是在放電電極和收塵電極間形成的穩(wěn)定的自發(fā)發(fā)生的氣體放電，電離過程局限在放電電極鄰近的強電場中的輝光區(qū)或鄰近輝光區(qū)的地方。 影響電暈特性的因素 1、電極的形狀、電極間距離；2、粉塵的濃度、粒度、比電阻；3、氣體組成的影響；4、溫度和壓力的影響。 增加電壓—電流特性方法 改變電荷載體的有效遷移率，從而改變電壓—電流特性。 1、溫度，場強不變，減小氣體密度； 2、氣體密度，場強不變，提高溫度； 3、溫度，氣體密度不變，增大場強。 粉塵荷電 電除塵過程的基本要求就是：相同條件下荷電速度快，荷電量大。 粒子荷電種類 1、離子在電場力作用下作定向運動，并與粒子碰撞而使粒子荷電，d>0.5um為主，稱為電場荷電； 2、氣體吸附電子而成為負氣體離子，由離子的擴散而使粒子荷電，d<0.15為主，稱為擴散荷電； 3、場電荷和擴散電荷的綜合作用。 影響荷電時間的因素 1、電流影響；電暈電流增加則荷電時間變短； 2、不規(guī)則電場影響；由于是經(jīng)整流的不平滑變電壓（未達穩(wěn)定）故在部分周期內荷電間斷，粉塵上的電荷過剩，增長了荷電時間，降低了除塵效率。 荷電粉塵的遷移和收集 二、粒子的捕集效率 影響粉塵捕集的理論因素 1、有效驅進速度 2、粉塵粒徑dp 3、氣流速度v，0.5-2.5m/s；板式電除塵器的氣流速度為 1.0-1.5m/s 粉塵比電阻和對電除塵器的影響 1、 粉塵的導電性：煙氣中的水汽和化學物質能使粉塵具有電除塵器操作所需要的微弱導電性，某些情況下，較高的穩(wěn)定也會使粉塵具有滿意的導電性。 2、 高比電阻粉塵對電除塵器性能的影響：高比電阻粉塵將會干擾電場條件，導致除塵率下降。當高于一值時，集塵板粉塵層內會出現(xiàn)電火花，即會產(chǎn)生明顯反電暈，反電暈的產(chǎn)生導致點暈電流密度大大降低，嚴重干擾粒子荷電和捕集。 3、 克服高比電阻的方法：保持電極表面盡可能清潔、采用較好的供電系統(tǒng)、煙氣調質（增加濕度、改變煙氣溫度）、發(fā)展新型電除塵器。 3. 袋式除塵 是利用棉、毛或人造纖維等加工的濾布捕集塵粒的過程。 袋式除塵器工作原理：含塵氣體從下部進入員通過行濾袋，再通過濾料的空隙時，，粉塵被捕集于濾料上，透過濾料的清潔氣體由排出口排出。沉積在濾料上的粉塵，可在機械振動的作用下從濾料表面脫落，落入灰斗。 粉塵初層：顆粒因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作用，逐漸在濾袋表面形成粉塵層，稱為粉塵初層。其是稱為袋式除塵器的主要過濾層，提高除塵效率。 過濾式除塵器分為：空氣過濾器、顆粒層除塵器、袋式除塵器 袋式除塵器的清灰方式：機械振動清灰、逆氣流清灰、脈沖噴吹清灰。 袋式除塵器特點：1、除塵效率高；2、適應性強；3、操作彈性大；4、結構簡單。 缺點：1、受濾布的耐溫、耐腐等操作性能的限制；2、不適于粘結性強及吸濕性強的塵粒。 除塵過程： 當含塵氣流穿過濾袋時，粉塵便捕集在濾袋上，凈化后的氣體從出口排除。經(jīng)過一段時間，啟開空氣反吹系統(tǒng)，粉塵被反吹氣流吹入灰斗。 除塵機理： 1、篩過作用：當粉塵粒徑大于濾布孔隙或沉積在濾布上的塵粒間孔隙時，粉塵即被截留下來。 2、慣性碰撞：當含塵氣流接近濾布纖維時，氣流將繞過纖維，而塵粒由于慣性作用繼續(xù)直線前進，撞擊到纖維上即會被捕集。 3、擴散和靜電作用：小于1微米的塵粒，在氣體分子的掩擊下脫離流線，象氣體分子一樣作布朗運動，如果在運動過程中和纖維接觸，即可從氣流中分離出來，這種現(xiàn)象稱為擴散作用 。 4、重力沉降：當緩慢運動的含塵氣體進入除塵器后，粒徑和密度大的塵粒，可能因重力作用自然沉降下來。 袋式除塵器的性能： 氣布比：袋式除塵器的過濾速度系指處理的煙氣流量與濾布總面積之比 。 式中：Vf——過濾速度(m／min);Q——處理的煙氣流量(m3／h)；Af——有效濾布總面積(m2)。 防塵效率： 濕式除塵器 使含塵氣體與液體 （一般為水）密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵?；蚴沽皆龃蟮难b置 當顆粒直徑和密度確定后，碰撞系數(shù)與野地之間的相對速度，成正比，而與直徑成反比。對于給定的煙氣系統(tǒng)，要提高慣性碰撞參參數(shù)，必須提高液氣相對速度和艱辛液滴直徑。慣性碰撞參數(shù)越大，則粒子慣性越大，碰撞捕集效率越高。 可以有效地除去直徑為0.1～20μm的液態(tài)或固態(tài)粒子，亦能脫除氣態(tài)污染物 高能和低能濕式除塵器 低能濕式除塵器的壓力損失為0.2～1.5kPa，對10μm以上粉塵的凈化效率可達90％～95%（噴霧塔洗滌器、旋風洗滌器） 高能濕式除塵器的壓力損失為2.5～9.0kPa，凈化效率可達99.5％以上（文丘里洗滌器） 根據(jù)濕式除塵器的凈化機理，大致將其分為七類： 1、 重力噴霧洗滌器（噴霧塔洗滌器）2、旋風洗滌器3、自激噴霧洗滌器4、板式洗滌器5、填料洗滌器6、文丘里洗滌器7、機械誘導洗滌器 濕式除塵器的優(yōu)點：1、不僅可以除去粉塵，還可凈化氣體 2、效率較高，可去除的粉塵粒徑較小 3、體積小，占地面積小 4、能處理高溫、高濕的氣流。 濕式除塵器的缺點：1、有泥渣 2、防凍設備（冬天） 3、易腐蝕設備 4、動力消耗大。 第七章 氣態(tài)污染物控制技術基礎 一、吸收法凈化氣態(tài)污染物 定義：氣體吸收是用液體洗滌含污染物的氣體，而從廢氣中把一種或多種污染物除去。 物理吸收 可視為單純的物理溶解過程 物理吸收過程可逆 平衡時，吸收速率=解吸速率 降低溫度或增加壓力，有利于吸收過程 化學吸收 吸收質與吸收劑之間發(fā)生化學反應 若為不可逆反應，則不能解吸 提高溫度或增大壓力，有利于化學吸收 吸收凈化的基本原理 氣液相平衡 在一定的溫度和壓力下，氣液兩相發(fā)生接觸后，吸收速率和解析速率相等（意味著：吸收質在氣相中的分壓和在液相中的濃度不再變化），氣液兩相達到平衡，簡稱相平衡。 平衡分壓：相平衡時氣相中的組分分壓稱為平衡分壓 平衡溶解度（簡稱溶解度） 相平衡時液相吸收劑（溶劑）所溶解組分的濃度稱為平衡溶解度（每100kg水中溶解氣體的kg數(shù)） ⑴氣體在液體中的溶解度 結論 不同性質的氣體在同一溫度和壓力下的溶解度不同； 氣體的溶解度與溫度有關，多數(shù)氣體的溶解度隨溫度的升高而降低； 溫度一定時，溶解度隨溶質分壓升高而增大。在吸收系統(tǒng)中，增加氣相總壓，組分的分壓會增加，溶解度也隨之增加。 ⑵ 亨利定律 亨利定律：適用于低壓或低壓、稀溶液中，且吸收質（被吸收組分）在氣相與溶劑中的分子狀態(tài)應相同。 描述物理吸收時氣液相間的相平衡關系：一定溫度下，稀溶液中溶質的溶解度與氣相中溶質的平衡分壓成正比 適用范圍： 難溶、較難溶氣體 易溶、較易溶氣體，僅用于液相濃度非常低的情況  ⑶ 吸收機理 雙膜理論模型 假定: 1、當氣液兩相接觸時，兩相間有一個相界面，界面兩側存在氣膜和液膜,膜內為層流, 溶質以分子擴散方式從氣流主體連續(xù)通過這兩個膜層進入液相主體。 2、在相界面上，氣液兩相的濃度總是互相平衡，即界面上不存在吸收阻力 3、在氣相和液相主體內沒有濃度梯度存在 4、吸收過程可簡化為通過氣液兩層層流膜的分子擴散，通過此兩層膜的分子擴散阻力就是吸收過程的總阻力 ⑷吸收系數(shù) 傳質阻力 傳質阻力——吸收系數(shù)的倒數(shù) 傳質總阻力＝氣相傳質阻力＋液相傳質阻力 組分從氣相傳質到液相的總阻力 組分在氣相主體中的傳質阻力 組分在氣相主體流中的傳質阻力 液膜控制：如難溶氣體（稀堿溶液吸收CO2，水吸收O2） 氣膜控制：如易溶氣體（堿或氨液吸收SO2） 氣膜控制 液膜控制 雙膜控制 H2O吸收NH3 H2O或弱堿吸收CO2 H2O吸收SO2 H2O吸收HCL H2O吸收CL2 H2O吸收丙酮 堿液或氨水吸收SO2 H2O吸收O2 濃硫酸吸收NO2 濃硫酸吸收SO2 H2O吸收H2 弱堿吸收H2S 吸收系數(shù)的影響因素 1.吸收質與吸收劑 2.設備、填料類型 3.流動狀況、操作條件 吸收系數(shù)的獲取 實驗測定；經(jīng)驗公式計算；準數(shù)關聯(lián)計算 二、吸收設備 填料塔、板式塔、文丘里洗滌器 1.填料塔 以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，屬連續(xù)接觸式氣液傳質設備。 支承板、填料壓板 壁流現(xiàn)象及控制 當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流 壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質效率下降。當填料層較高時，須進行分段，中間設置在分布裝置。 填料塔特點：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、持液量小、操作彈性大；但當液體負荷較小時不能有效的潤濕填料表面，使傳質效率降低 2.板式塔 以塔內的塔板作為氣液兩相間接觸的基本構件，氣、液兩相在塔內進行逐級接觸 塔板結構：有降液管和無降液管兩大類 有降液管：如圖，塔板、溢流管 無降液管：氣、液兩相同時逆向通過塔板上的小孔 填料塔特點：生產(chǎn)能力大、分離效率穩(wěn)定、造價低、檢修、清洗方便；但壓力損失大 3.文丘里洗滌器 適用于吸收劑用量小的吸收操作 填料塔特點：體積小，但處理能力很大，可兼做冷卻除塵設備；缺點是壓力損失大，能耗高。 二、吸附法凈化氣態(tài)污染物 1. 吸附劑的性質： 1、 要具有巨大的內表面； 2、對不同氣體具有選擇的吸附作用； 3、較高的機械強度、化學與熱穩(wěn)定性； 4、吸附容量大；5、來源廣泛，造價低廉；6、良好的再生性能。 2. 常用吸附劑：白土（硅鋁酸鹽）：各種油類脫色，和其中的臭味；活性氧化鋁：水分的吸附，氣體和液體的干燥；硅膠：堅硬多空的固體顆粒，用于氣體的干燥和從廢氣中回收極為游泳的烴類氣體；活性炭：溶劑蒸氣的回收、烴類氣體提取分離，動植物由的精制，空氣或其他氣體的脫臭，水合其他溶劑的脫色等；沸石分子篩。 3. 吸附劑的活性： 靜活性：是指在一定溫度下，與氣相中被吸附物質的初始濃度平衡時單位吸附劑上可能吸附的最大吸附量。 動活性：吸附過程還沒有達到平衡時單位吸附劑吸附吸附質的量。當流出氣體中發(fā)現(xiàn)有吸附質時，吸附器中的吸附劑層已穿透，這時單位吸附劑所吸附吸附質的量稱為動活性。 4. 吸附劑的再生：加熱再生、降壓或真空解吸、置換再生、溶劑萃取。 5. 化學吸收同物理吸收的區(qū)別： 1、 化學吸收進入溶劑后又化學反應的發(fā)生，單位體積的溶劑能夠容納的溶質量增多，溶液的分壓降低，吸收推動力增加； 2、 溶質在液膜中的擴散阻力大為降低，使得吸收系數(shù)增大； 3、 填料表面有一部分液體停滯不動或流動很緩慢，在物理吸收中這部分液體往往被溶質所飽和而不能再進行吸收，但在化學吸收中則要吸收多得多的溶質才能達到飽和。對于物理吸收不是有效的是表面，對于化學吸收仍然可能是有效的。 6. 物理吸附和化學吸附的區(qū)別（簡答）： 影響氣體吸附的因素：操作條件:低溫有利于物理吸附，高溫有利于化學吸附，增大氣相主體壓力有利于吸附；吸附劑的性質如孔隙率、孔徑、粒度等影響吸附；吸附質的性質與濃度；吸附劑的活性。 催化劑的組成;活性組分、助催化劑、載體。 催化劑的性能：活性、選擇性、穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性）。 催化劑中毒：反應物中少量的雜質使催化劑活性迅速下降的現(xiàn)象。 吸附工藝與設備 1.吸附設備 固定床吸附器、移動床吸附器、流化床吸附器 2.吸附工藝流程： 間歇式吸附流程、半間歇式吸附流程、連續(xù)式吸附流程 三、催化法凈化氣態(tài)污染物 催化轉化就是借助催化劑的催化作用，使氣體污染物在催化劑表面上發(fā)生化學反應，轉化為無害或易于處理與回收利用物質的凈化方法。 氣固催化反應過程： (1)反應物從氣流主體-催化劑外表面 (2) 進一步向催化劑的微孔內擴散 (3)反應物在催化劑的表面上被吸附 (4)吸附的反應物轉為為生成物 (5)生成物從催化劑表面脫附下來 (6)脫附生成物從微孔向外表面擴散 (7)生成物從外表面擴散到氣流主體 (1),(7)：外擴散；(2),(6)內擴散 ；(3),(4),(5)：動力學過程 氣固催化反應的控制步驟：氣固催化反應主要包括外擴散、內擴散和表面化學反應，速度最慢（阻力最大）者，決定著整個過程的總反應速率，稱這一步驟為控制步驟。 四、氣固催化反應器 氣固相催化反應器的類型：固定床、流化床。 固定床反應器 優(yōu)點：1、返混小 2、機械損耗小 3、結構簡單 缺點：1、傳熱差 2、操作過程中催化劑不能更換 絕熱式反應器： 1、 單段絕熱式反應器 優(yōu)點：結構簡單，造價便宜，反應體積得到充分利用。 缺點：只適用于反應熱效應較小、反應溫度允許波動范圍較寬的場合。 2、 多段絕熱式反應器 增加了分段及段間反應物料的換熱，能在一定程度上調節(jié)反應溫度。 列管式反應器： 適用于溫度分布要求很高或者反應熱特別大的催化反應。 氣固催化反應器選擇原則：（1）根據(jù)反應熱的大小、反應對溫度的敏感程度、催化劑的活性溫度范圍，選擇反應器的結構類型，把床溫分布控制在一個合適的范圍內 （2）壓力損失要盡量?。?）易于操作，安全可靠，結構簡單，造價低廉，運行、維護費用低。 第八章 硫氧化物的污染控制 硫氧化物的污染控制的方法：采用低硫燃料和清潔能源替代；燃料脫硫；燃燒過程中脫硫；末端尾氣脫硫 重油脫硫種類： （1）直接脫硫是選用抗中毒性能較好的催化劑，將重油直接引入裝有催化劑的反應塔加氫脫硫，同時采取適當?shù)姆雷o措施，如有的工藝在反應塔前加防護塔，填充其他廉價的催化劑，盡可能除去不純物和金屬成分； （2）間接脫硫是先把重油減壓蒸餾，分成餾出油和殘油。單獨將餾出油進行高壓加氫脫硫，然后與殘油相混合：或以液化丙烷(或丁烷)作溶劑，對殘油進行處理，分離出瀝青后，再與餾出油混合進行加氫處理； （3）部分燃燒氣化法：將重油用蒸汽、氧氣部分燃燒氣化，硫轉化成為硫化氫和少量二氧化硫，然后進行處理。 流化床燃燒脫硫的主要影響因素 1.鈣硫比（Ca/S）；2.燃燒溫度；3.脫硫劑的顆粒尺寸和孔隙結構；4.脫硫劑種類 第九章 固定源氮氧化物污染控制 燃燒過程中氮氧化物的形成機理 1、燃料型NOx (fuel NOx)：由燃料中固定氮生成的NOx。 2、熱力型NOx (thermal NOx)：燃燒中形成的NOx由大氣中氮生成，主要產(chǎn)生于原子氧和氮之間的化學反應。這種NOx，只在高溫下形成。 3、瞬時NO(prompt NO)：在低溫火焰中由于含碳自由基的存在還會生成第三類NO。 煙氣冷卻對NO和NO2平衡的影響 理論上：溫度降低將改變NO和NO2的平衡組成。煙氣冷卻過程中若有過剩氧存在，NO向NO2轉化是可能的。根據(jù)熱力學計算，冷卻后的燃燒煙氣中NOx將主要以NO2形式存在，實際上，大部分燃燒過程排出的尾氣中大約90％—95％的NOx仍然以NO形式存在。 傳統(tǒng)的低NOx燃燒技術 1、低氧燃燒；2、煙氣循環(huán)燃燒；3、分段燃燒；4、濃淡燃燒技術等。 先進的低NOx燃燒技術 原理：它們是低空氣過剩系數(shù)運行技術和燃燒器火焰區(qū)分段燃燒技術的結合。助燃空氣分組進入燃燒裝置，降低初始燃燒區(qū)(也稱一次區(qū))的氧濃度，以降低火焰的峰值溫度。有的還引入分級燃料，形成可使部分已生成的NOx還原的二次火焰區(qū)。 吸收法凈化煙氣中的NOx 的去除率 25