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1、4 大气污染防治工程技术 2007年7月 上海,1 大气污染物的形成 1.1 大气污染的定义 如果大气中的某些物质达到一定浓度，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。 1.2 大气污染物的种类、特牲及危害 1.2.1 大气污染物 是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质。,1.2.2 大气污染物的种类 按污染物存在的形态可分为两大的类： 1. 气溶胶状态（颗粒态）的污染物 2. 气体状态的污染物 我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为： 1. 总悬浮颗粒物（TSP，Tot
2、al Suspended Particles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径100m的颗粒物。 2. 可吸入颗粒物（PM10，Inhalable Particles ）：指悬浮在空气中的空气动力学直径 10m的颗粒物。 主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化合物（以NO和NO2为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有机化合物及卤素化合物等。,1.2.3 大气污染物的来源 按污染物来源分：自然源、人为源 人为源按空间分布分：点源、面源、线源 人为源按社会活动功能分：生活污染源、生活产（工业）污染源、交通污染源；统计分类为燃料燃烧、生产和交通运输；前两种为固定源，后一种为移动源。 1.
3、2.4 大气污染物的影响 对人体健康的影响 对植物的伤害 对器物和材料的影响 对器能见度和气候的影响,大气污染物扩散 2.1 气象要素 2.1.1 气温 2.1.2 气压 2.1.3 气湿：应用较多的参数湿相对湿度和含湿量 2.1.4 风向和风速 2.1.5 云：与大气稳定度相关的是云高和云量 2.1.5 能见度：正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离。级别（09级，相应距离为5050000米） 2.2 地形、地貌对大气污染物扩散的影响 2.2.1 地形：影响大气流场 2.2.2 地貌：影响下垫面粗糙度和局部流场,风速,m/s,风玫瑰图,2.3 大气的热力过程 2.3.1 气温的垂直变化
4、气温直减率 （大气） 干空气绝热绘制温度递减率 干绝热直减率 （空气团） 一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换,温度层结,2.3.2 大气稳定度及其判据,大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流,大气不稳定,有利于污染物扩散,判据,逆温：不利于扩散 辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷， 大气自下而上冷却,辐射逆温层生消过程,下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）： 很厚的气层下沉，压缩变扁，顶部增温比底部多,平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成,锋面逆温,2.4 扩散模式 2.4.1高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,2.4.2 无界空间连续
5、点源扩散模式,2.4.3 高架连续点源扩散模式,空间任意点浓度,地面浓度,地面最大浓度,地面最大浓度,2.4.4 地面源高斯模式,2.4.5 颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 大于15m的颗粒物用倾斜烟流模式：,颗粒物沉降速度,地面反射系数,2.5 污染物浓度估算,2.5.1 参数确定 源强 q 计算或实测 平均风速 u 按气象资料 有效源高 H 计算 扩散参数y、y 按多项气象条件确定 2.5.2 烟气抬升高度的计算 制订地方大气污染物排放标准的技术方法(GB/T13201-91)中的公式：,2.5.2 扩散参数的确定 国标规定的方法： 稳定度分级 太阳高度角（地理纬度
6、，倾角） 辐射等级 确定大气稳定度 云量,扩散参数的选取 扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算） 平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级 工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提一级 丘陵山区的农村或城市，同工业区 取样时间大于0.5h， 垂直方向扩散参数不变，横向扩散参数按下式:,烟囱高度的设计,烟囱高度的计算 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低， 造价正比于H2 （3）地面浓度不超标 按地面最大浓度计算,按地面绝对最大浓度计算 按一定保证率的计算法 取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数 P值法 国标GB/T 13201
7、-91,3 颗粒污染物控制技术 3.1 颗粒污染物的性质 3.1.1 颗粒的大小和密度 颗粒大小影响其在环境空气中的滞留时间、对环境和健康的影响、被捕集的难易程度；颗粒越小，活性越高，吸附性也越强。实际颗粒物的粒径范围很宽（见下表）。 单颗颗粒大小的表达：由于颗粒形状极不规则，难以简单地用某一尺度表达，必须根据需要采用不同定义的粒径值表达。在环境空气质量标准中单颗颗粒大小用空气动力学直径（单位密度下）；计算颗粒运动时需要用斯托克斯径（真密度下）。颗粒粒度测定方法很多，不同方法所测得的粒径制定义不同，而且不同定义的粒径值多数难以互相换算。,斯托克斯径：与被研究的颗粒密度相同，且沉降速度相等的球体
8、直径。 如果忽略空气密度值，则 式中，vs 颗粒沉降速度，m/s； p 气体密度，kg/m ； g 颗粒密度， kg/m ； 气体动力粘度，Pas； g 重力加速度，m/s 。,3,3,2,空气动力学当量直径：与被研究的颗粒沉降速度相同，且密度为单位密度(u =1000kg/m )的球体的直径。 由上两式可得 d st=(u / p) dD 我国环境空气质量标准规定了总悬浮物( TSP )、可吸入颗粒物( PM10 )的浓度限值。其粒径为空气动力学当量直径。 TSP 总悬浮颗粒物,空气动力学当量直径100m的颗粒物； PM10 可吸入颗粒物，空气动力学当量直径10m 的颗物； PM2.5 空气
9、动力学当量直径2.5m的颗粒物。,u,3,0.5,颗粒群大小的表达：实际的颗粒物一般由不同大小的颗粒组成。其大小的表达方式有多种，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和当量值表达，也可用颗粒粒径组成百分数表达，更准确的表达方式是粒径分布函数。颗粒群自然状态的密度为堆积密度。 3.1.2 其他影响颗粒物去除的性质 影响颗粒去除的性质因素有粘附性（影响除尘器清灰）、导电性（对电除尘影响很大）、亲水性（与是否适合湿式除尘有较大关系）、化学活性（腐蚀性与材质选取，对可燃颗粒物必须考虑安全问题）。,3.1.3 颗粒物捕集设备的性能 处理能力 单位时间允许通过的气流量（ m3/s 或 m3/h）。 除尘效
10、率 单台设备的除尘效率表达方式有全效率和分级效率2种。 除尘器全效率()：被捕集的颗粒物质量(m1)入除尘器颗粒物总质量(m2)的百分数 = (m1 / m2) 100 % 除尘器的分级效率(d):被捕集的某种粒径（或粒径区间）颗粒物的质量(md1)占进入除尘器的同种粒径（或粒径区间）颗粒物物总质量(md2)的百分数 d= ( md1 / md2 ) 100 %,3,除尘器的组合效率：除尘器串联可提高净化效率，n级设备（各级的效率n）串连后的总效率 1-n=1-(1 -1 )(1 -2 )(1-n ) 气流阻力 单个除尘器的阻力:影响设备运转能耗的重要参数。 P=v2g/2 除尘器串联阻力:
11、各级阻力叠加 PT=Pi,6666666666666 3.2 电除尘 含尘气体通过电晕放电电场，尘粒荷电；在电场力作用下， 荷尘粒向集尘极驱进；尘粒在集尘极表面沉积，并被清除。电除尘 器的特点特点：高效、低阻，可处理高温气体。选用受到颗粒物比 电阻的限制（常规电除尘器比电阻适应范为104cm1010cm）。 3.2.1 原理 电晕放电：负电晕非均匀电场电子雪崩形成电晕放电，电晕电流大，击穿电压高，因而除尘效果好，应用多；正电晕靠光子辐射电离，产生臭氧少，常用于空调中的除尘。 颗粒荷电：负离子与尘粒复合，使尘粒荷电。电场荷电（大颗粒），扩散荷电（小颗粒）。 颗粒沉积：荷电尘粒在电场力作用下向集尘
12、极作驱进运动，并沉积。 重返气流：电荷释放，再荷同性电，重返流（低比电阻）；电荷积累，形成反电晕（高比电阻）。,静电沉积过程 （负电晕放电）,3.2.2 集尘效率及影响因素 集尘效率 式中：f 集尘极有效面积； vg 气体流量； vd 有效驱进速度是重要的设计参数，是经验数据，通常 由实验确定。 此式常被称为多依奇公式，可用于选型计算。 主要影响因素有废气成分及状态（温度、压 强、颗粒物导电 性（比电阻）；颗粒物浓度；电极形状；气流分布；供电条件等。 振打清灰也影响集尘效率。 克服高比电阻对电除尘的不利影响，可从改变电除尘器结构和 降低颗粒物比电阻两方面采取措施：例如双区、宽极距和高压脉冲 供
13、电等技术已应用，对高比电阻颗粒物有效；避开比电阻峰值温 度；向烟气中添加导电性物质（如三氧化硫、氨）等。湿式电除尘 器对低比电阻、粘性颗粒物有效。,3.2.3 电除尘器的类型和构造 电除尘器可分为：板式、管式，干式、湿式等。 电除尘器由放电极（圆线、星型线、芒刺线等）、集尘极（板式、管式、蜂窝式等）、振打清灰装置、气流布板、壳体和灰斗、电源（直流、脉冲）和控制装置等部分组成。一组放电极-集尘极构成一个电场。电场可以设置为单区（放电、集尘合一）或双区（放电、集尘分开）型。大型电除尘器可设计为多室（单元电联）、电场（单元电场串联）形式。,电除尘器构造图,3.3 过滤式除尘器 3.3.1 过滤机理
14、含尘气体通过滤料，尘粒被阻留。滤层过滤方式有深层过滤和表面过滤。 深层过滤：常规纤维或颗粒滤料，难以形成微米以下的微细空 隙，不可能筛滤微米级颗粒物。颗粒物进入滤层中被阻留，主要作 用机理有惯性沉降、截留和扩散沉积等（后图）。 深层过滤的主要条件（尤其对于细微颗粒）是捕集体的表面 积和颗粒物在滤层中的停留时间，即滤层必须具有尽可能大的比表 面积和足够的厚度。因此，要使深层过滤具有很高的效率并不容 易；深层过滤的滤层阻力相对较低，且阻力随积尘量增加而增大的 速度较低，因而容尘量较大，这是深层过滤的优点；深层过滤清灰 比较困难。 表面过滤：颗粒物在滤层表面被阻留，主要作用机理接近筛滤。 颗粒物沉积
15、在滤层表面形成的积尘层（灰饼），空隙很 小，可以起 表面过滤作用。复合滤料的微孔滤膜也是起表面过滤作用。,3.3.2 过滤除尘器的特点和应用 特点：高效、高可靠性，应用范围广（工艺上还用于物料回收）；阻力较电除尘器高，且有周期性变化（一个清灰周期）。 种类：过滤除尘器的种类很多，常用的是袋式除尘器。 应用：适用面很广泛，近年来由于环保要求（尤其是对细颗粒）不断提高，袋式除尘器的市场份额稳步增加（上世纪90年代初，美国由于清洁空气法修订后，火电厂烟气除尘出现 “电” 改 “ 袋 ” 的趋势，近年来我国也有类似情况）。由于新型滤料在适应高含湿量气体方面有所突破，不但使用范围扩大，而且正在开发直接用于多种烟气脱硫工艺。,3.3.3 滤料 滤料是关键：材质、组织和结构,滤料种类 按滤料结构分 滤布:阻力较小 毛毡:除尘效率较高 按滤料材质分 天然纤维：棉毛织物，适于无腐蚀、350360K以下气体 无机纤维：主要是玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地 脆合成纤维：性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用 领域,滤料种类及性能,3.3.4 袋式除尘器的清灰,清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 常用的清灰方式有三种 机械振动式 逆气流清灰 脉冲喷吹清灰,脉冲喷吹清灰 脉冲喷吹耗用压缩空气量 脉
