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1、第一章第一章概论概论第一节第一节大气与大气污染大气与大气污染一、一、大气的定义及组成大气的定义及组成大大气：气：环绕地球的全部空气的总和。环境空气：环境空气：人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气。大气组成：大气组成：干燥清洁的空气、水汽和悬浮微粒。干洁空气：N2、O2、Ar、CO299.996Ne、He、CH4、Kr0.004平均分子量28.966密度1.293Kg/m3（273.15K，1atm）水汽含量：0.026，导致云、雾、雨、雪、霜、露等复杂的天气现象。 悬浮微粒：大气尘埃和其它悬浮物。二、二、大气污染大气污染定义定义：由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够
2、的浓度浓度，达到了足够的时间时间，并因此而危害危害了人体的舒适、健康和福利，或危害了环境。三、三、大气污染分类大气污染分类 局部地区污染。 按污染物所 地区性污染。 涉及的范围 广域污染。 全球性污染或国际性污染。煤碳型：烟气、粉尘、二氧化硫按能源性质和石油型：碳氢化物、氮氧化物、碳氧化物污染物种类 混合型：同时具有上述两种污染物特殊型：化工厂排放的特定污染物 第二第二节大气污染物及其来源大气污染物及其来源定义定义：由于人类活动或自然过程排入大气，并对人或环境产生有害影响的那些物质。分类：分类：气溶胶态污染物和气态污染物一、一、气溶胶态污染物气溶胶态污染物指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组
3、成的气体分散体系。（1）粉尘（粉尘（dust）：机械破碎或风化的小固体颗粒1-200um左右。（2）烟（烟（fume）：冶金过程形成的固体颗粒0.01-1um左右（3）飞灰（飞灰（flyash）：随燃料燃烧产生的烟气飞出的分散得较细的灰分。（4）黑烟（黑烟（smoke）：由燃料燃烧产生的能见气溶胶。（5）雾（雾（fog）：气体中小液滴悬浮体的总称。如：水雾、酸雾、碱雾。（6）化学烟雾（化学烟雾（smog）：如硫酸烟雾、光化学烟雾 环境工作中也有分类为飘尘（10um）、降尘（10um）、总悬浮颗粒TSP（100um总和）。可吸入颗粒物PM10（10um）二、气态污染物二、气态污染物硫化物：SO2
4、、SO3、H2S等氮化物：NO、NO2、NH3等无机气态卤化物：Cl2、HCl、HF、SiF4等分污染物碳氧化物：CO、CO2等臭氧、过氧化物碳氢化物：烃、芳烃、稠环芳烃等类含氧有机物：醛、酚、酮等有机气态含氮有机物：晴、芳香胺类化合物污染物含硫有机物：硫醇、噻吩、二硫化物含氯有机物：氯化烃、有机氯农药、氯醇常见大气污染物专有名词常见大气污染物专有名词一次污染物一次污染物：直接从污染源排出的污染物。二二次次污污染染物物：一次污染物与空气中原有成分或几种污染物之间发生一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物不同的污染物。普遍重视的二次污染物普遍重视的二次污染物：硫酸烟雾和光化学烟雾。我国大气环
5、境影响普遍的广域污染物我国大气环境影响普遍的广域污染物：悬浮微粒、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、总氧化剂（O3）和铅。三、大气污染源三、大气污染源自然源：自然源：自然原因向环境释放的污染物，如火山、海啸、风化等。人为源：人为源：人类生活活动和生产劳动形成的污染物。燃料燃烧点源主要来源主要来源工业生产过程固定源线源交通运输移动源面源工业污染源农业污染源高架源生活污染源地面源瞬间源、间断源、连续源、稳定源、可变源。污染源排放污染物的速率称为“源强源强”背景浓度背景浓度(受到人类活动影响较小)、本底浓度本底浓度(未受到人类活动影响)。四、四、全球性大气污染问题全球性大气污染问题1.温室效应：温室效应
6、：大气中的二氧化碳和其它微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳、水蒸汽等，吸收地表辐射的长波，由此引起全球气温升高的现象。100年全球平均温度上升了0.30.6，海平面上升了1425cm。2.臭氧层破坏：臭氧层破坏：大气中臭氧含量仅占一亿分之一，主要集中在平流层，并称为臭氧层。具有强烈的吸收太阳紫外线的功能，保护地球。氟氯碳、氮氧化物等对其产生破坏作用。3.酸雨：酸雨：pH小于5.6的雨、雪或其它形式的大气降水称为酸雨。破坏生态坏境，改变土壤性质和结构，腐蚀建筑物，损害人体健康等。第三节第三节大气污染概况大气污染概况一、一、国外大气污染概况国外大气污染概况马马斯斯河河谷谷烟烟雾雾：1930年
7、12月比利时，SO2、粉尘蓄积于空气中，死亡60人，数千人患呼吸道疾病。洛洛杉杉矶矶光光化化学学烟烟雾雾：1943年，由汽车尾气经光化学反应产生蓝色烟雾，眼红、喉痛、咳嗽等呼吸道疾病。多多诺诺拉拉烟烟雾雾：1948年美国宾夕法尼亚多诺拉镇，炼钢铁、锌、硫酸等工厂排放废气，蓄积于山谷中，死10多人，病约6000人。伦伦敦敦烟烟雾雾：1952年12月，SO2、烟尘在一定条件下形成刺激性烟雾，诱发呼吸道疾病，死亡4000多人（仅一星期）。四四日日市市气气喘喘病病：1955年，炼油厂排放的废气，病500多人，死亡30多人二、二、我国大气污染概况我国大气污染概况监测结果显示：监测结果显示：我国大气环境污
8、染是以粉尘和SO2为主要污染物的煤烟型污染。北方城市比南方城市严重，冬季比夏季严重。少数大城市(北京、上海、广州)属煤烟型与石油型污染并重。局部地区特有污染物：局部地区特有污染物：北京市区CO(3.15-5.4mg/m3)、包头的氟(日平均2.10ug/dm3)、沈阳的铅(年日平均2.4ug/m3)等都是严重超标。两控区：两控区：二氧化硫控制区和酸雨控制区。包括175个地级以上城市和地区（四个直辖市、四个经济特区都在其中），面积109万平方公里，占国土面积的11.4%，占人口的39%，国内生产总值的67%。酸雨：酸雨：主要分布在长江以南、青藏高原以东的广大地区及四川盆地。约占国土面积的30%，
9、三、三、大气污染的影响大气污染的影响1.对人体健康的影响对人体健康的影响大气污染物侵入人体途径：大气污染物侵入人体途径：表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气。主要有害物：颗粒物、硫氧化物、一氧化碳、氮氧化物、光化学氧化剂、有机化合物等。2.对植物的伤害对植物的伤害通常发生在叶子结构中。主要有害物：二氧化硫、臭氧、氟化物、氯化物、硫化物等。3.对器物和材料的影响对器物和材料的影响主要是腐蚀损坏（玷污性损害和化学损害）。4.对大气能见度和气候的影响对大气能见度和气候的影响能见度能见度：指定方向上能用肉眼看见和辨认的最大距离。对大气能见度和清晰度有影响的污染物是气溶胶粒子或有色气体。对
10、气候影响主要是温室效应和酸雨。第四节第四节大气污染综合防治大气污染综合防治一、一、大气污染综合防治的含义大气污染综合防治的含义基基本本点点：是防与治的综合，是立足于环境问题的区域性、系统性和整体性之上的综合。只有将其纳入区域环境综合防治之中，才能真正获得解决。指指导导思思想想：是将环境作为一个有机整体、根据当地的自然条件，按照污染物的产生、变迁和归宿等各个环节，采用法律、行政、经济和工程技术相结合的综合措施，以期最大限度地合理利用资源，减少污染物的产生和排放，用最经济的方法取得最佳的防止效果。遵遵循循原原则则：技术与经济相结合。防治结合，以防为主。人工治理与自然净化相结合。发展生产和环境保护相
11、结合。二、大气污染综合防治措施二、大气污染综合防治措施1.严格环境管理严格环境管理目目的的：运用立法、行政、教育和科学技术等手段，对损害和破坏环境质量的活动加以限制，把保护自然资源和控制环境污染两方面结合起来，达到调节、控制、保护和改善环境的目的。立法、监测、执法三者构成了完整的环境管理体系。2.全面规划、合理布局全面规划、合理布局主主要要任任务务：一是解决区域的经济发展和环境保护之间的矛盾；二是对己造成的环境污染问题提出最优方案。3.减少污染物的生成量减少污染物的生成量改革能源结构，发展无污染能源。对原料进行预处理。改进燃烧装置和燃烧技术。改进生产工艺，减少污染。加强企业管理，减少事故排放和
12、泄漏等。开展综合治理。4.控制环境污染的经济政策控制环境污染的经济政策保证必要的环境保护投资。环保投资占GNP比例：发达国家12%，发展中国家0.51%，我国目前为0.70.8%（达到1.5%完全可以满足要求）。对治理环境污染从经济上给予优待。如：财政补贴、低息长期贷款、生态环境基金、绿色基金等对排放污染物实行收费，“谁”污染“谁”治理。如：排污收费制度、SO2排污收费等5.联片采暖、集中供热、高烟囱排放。联片采暖、集中供热、高烟囱排放。6.绿化选林、发展植物净化。绿化选林、发展植物净化。保持水土、防治风沙、净化空气、降低噪声、美化环境。7.加强环境工程研究，安装废气净化装置。加强环境工程研究
13、，安装废气净化装置。第五节第五节环境空气质量控制标准环境空气质量控制标准一、大气环境标准的种类和作用一、大气环境标准的种类和作用1.1.环境空气质量标准环境空气质量标准 是以保护生态环境和人群健康的基本要求为目标，对大气环境中污染物质的最高允许浓度所作的限制规定。 2.2.大气污染物排放标准大气污染物排放标准 是以实现环境空气质量标准为目标，对从污染源排入大气的污染物浓度（或数量）所作的限制规定。3.3.大气污染物控制技术标准大气污染物控制技术标准 为保证达到污染物排放标准而从某一方面做出的具体技术规定，目的是使生产、设计、管理人员容易掌握和执行。4.4.警报标准警报标准 为保护环境空气质量不
14、致恶化和根据大气污染发展趁势，预防发生污染事故而规定的污染物含量的极限值。二、二、环境空气质量标准环境空气质量标准1.环境空气质量标准的作用环境空气质量标准的作用环境空气质量标准是对大气环境中污染物质的最高允许浓度所作的规定。作作用用：是环境管理的目标和手段，最评价大气环境质量、制订防治大气污染技术、规划的依据，是各工业部门和各地区制定大气污染物排放标准的依据，是计算环境容量、对污染源进行总控制的依据，是对新、改、扩建企业进行环境影响评价报告的依据。2.制定环境空气质量标准的原则制定环境空气质量标准的原则要保证人体健康和维护生态环境。要合理协调与平衡实现标准的经济代价和所取得的环培效益之间的关
15、系，以确定社会可以负担得起并有较大收益的环境质量标准。要遵循区域的差异性。世界卫生组织（世界卫生组织（WHO）1963年提出的空气质量四级水平：年提出的空气质量四级水平：第一级：第一级：在处于或低于所规定的浓度和接触的时间内，观察不到直接或间接的反应（包括反射性或保护性反应）。第二级：第二级：在达到或高于所规定的浓度和接触的时间内，对人的感觉器观有刺激，对植物有损害或对环境产生其它有害作用。第三级：第三级：在达到或高于所规定的浓度和接触的时间内，可以使人的生理功能发生障碍或衰退，引起慢性病和寿命缩短。第四级：第四级：在达到或高于所规定的浓度和接触的时间内，敏感的人发生急性中毒或死亡。3.我国环
16、境空气质量标准我国环境空气质量标准(GB3095-1996)1982年制定，1996年修订。标准分为三级：一一级级标标准准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触下，不发生任何危害影响的空气质量要求。二二级级标标准准：为保护人群健康和城市、乡村的动植物，在长期和短期接触下，不发生任何伤害的空气质量要求。三三级级标标准准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动植物(敏感者除外)正常生长的空气质量要求将环境空气质量功能区分为三类：一类区：自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。执行一类标准二类区：居民区、商业区、文化区、一般工业区、广大农村地区。执行二类标准三类区：为特定工业区。执行三类标
17、准三、大气污染物排放标准三、大气污染物排放标准1.制定原则制定原则应以满足环境质量标准的要求为出发点。制定污染物排放标准必须考虑技术上的可行性和经济上的合理性。应考虑污染源所在地区区域污染系统的构成和特点。2.制定方法制定方法一种是按最佳适用技术确定的方法，另一种是按污染物在大气中的扩散规律推算的方法。3.大气污染综合排放标准大气污染综合排放标准我国于1973年颁布了工业“三废”排放试行标准GBJ4-73，暂定了13类有害物质的排放标准。1996修改制定了大气污染物综合排放标准GB16297-1996，规定了33种大气污染物的排放限值。两控区还必须对SO2实行总量控制。行行业业排排放放标标准准
18、：锅炉大气污染物排放标准(GB13271-91)、工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078-1996)、火电厂大气污染物排放标准(GB4915-1996)、炼焦炉大气污染物排放标准(GB16171-1996)、水泥厂大气污染物排放标准(GB4915-1996)、恶臭污染物排放标准(GB14554-93)、汽车大气污染物排放标准(GB14761-93)、摩托车排气污染物排放标准(GB14621-93)4.制定地方大气污染物排放标准的技术方法制定地方大气污染物排放标准的技术方法国家于1983年制定，1991年修订制定地方大气污染物排放标准的技术方法GB/T13201-91，以环境空气质量标准为控制
19、目标，制定地方大气污染物排放标准。气态污染物排放控制分为：总量控制区和非总量控制区。酸雨大面积危害地区，应设置SO2和NOX排放总量控制区。四、工业企业设计卫生标准四、工业企业设计卫生标准国家于1962年颁布并于1979年修订的工业企业设计卫生标准TJ36-79，规定了“居住区大气中有害物质的最高容许浓度”标准和“车间空气中有害物质的最高容许浓度”标准。五、空气污染指数（五、空气污染指数（API）及报告及报告目前计入空气污染指数的项目定为：可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和臭氧。指数范围0500，其中50、100、200分别对应环境空气质量标准中的一、二、三级标准。空气污
20、染指数的计算方法：空气污染指数的计算方法：污染指数只保留整数，小数点后的数值全部进位。各分指数计算出来后比较，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，该种污染物即为该城市的首要污染物。API50时，则不报告首要污染物。第二章燃烧与大气污染第一第一节燃料的性质燃料的性质燃料燃料：是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可行的物质。煤、石油、天然气等称为常规燃料。气体燃料：燃绕迅速，其燃烧状态可基本上由空气和燃料的扩散或混合所控制。液体燃料：是以气态形式燃烧，它的燃烧速度受蒸发过程控制。固体燃料：燃料中挥发分被蒸馏后以气态燃烧。固定碳以固态燃烧，受氧向固体表面扩散控制一、煤一、煤植物原料变成
21、煤的过程称之为“煤化”过程。不同种类的植物及其不同的腐蚀程度，形成不同成份的煤。1.煤的分类煤的分类褐褐煤煤：最低品位的煤，形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土色，其结构类似于木材；C6075，O2025，水分、灰分较高，燃烧热值较低，不能用于制焦炭，易于破裂。烟烟煤煤：形成年代较褐煤久远，呈黑色，外形有可见条纹，C7590，挥发分2045，成焦性好，含氧低，水分、灰分含量不高，适合工业应用。无无烟烟煤煤：煤化时间最长，C93，无机物含量低于10，有明亮的黑色光泽，机械强度高，不易自燃，成焦性极差。2.煤的组成（煤的组成（分析方法）工业分析：测定水分、灰分、挥发分、C、S、热值。元素分析：测定除水
22、分外的C、S、H、O、N等。等。3.煤中硫存在的形式：煤中硫存在的形式：黄铁矿硫FeS2硫化铁硫白铁矿硫FeS无机硫砷黄铁矿硫元素硫煤中全硫硫酸盐硫石膏CaSO42H2O绿矾FeSO47H2O硫醇R-SH、硫醚R-S-R有机硫二硫化物R-S-S-R噻吩类杂环硫化物硫醌类化合物4.煤的成份表示方法煤的成份表示方法收到基（全部计入）、空气干燥基（去掉外部水份）、干燥基（去掉全部水份）、干燥无灰基（去掉全部水份和灰份）。二、石油（原油）二、石油（原油）天然存在易流动的液体，比重0.781.00烷基石油（石蜡基石油）分类环烷基石油（沥青基石油）混合基石油采用常压精馏、减压精馏方法炼油。轻汽油50-14
23、0、汽油140-200、航空煤油145-230、煤油180-310、柴油260-350、润滑油350-520重油（渣油）520炼油厂常还有催化重整和裂化等加工过程。石油中硫含量0.17，硫化物存在形式：H2S、RSH、RSR、RSSR、环状硫化物等，总有种臭味，有腐蚀性。石油中氮化物含量少，一般胶质越多，氮化物越多。石油中的S经加工后80-90留于重馏分中，以复杂的环结构存在。脱硫难、费用高。三、三、天然气天然气天然气：CH485、乙烷10、丙烷3其它组分：H2O、N2、He、H2S等油田气：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷其它组分：H2S、CO2、N2、NH3等液化石油气四、四、非常规燃料非常规
24、燃料除上述三种之外，其它可燃性物质都在此例。非常规燃料经加工或改善其燃烧特性，可代替或部分代替常规燃料，同时又是处理废弃物的有效方法。但可能带来较常规燃料更严重的空气污染。第二节第二节燃烧过程燃烧过程燃燃烧烧：是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随看光和热的释放，同时使燃料的组分元素转化为相应的氧化物（一般为CO2、H2O等）。一、一、影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素1.燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物完全燃烧：完全燃烧：最终产物是CO2、H2O、SO2。不完全燃烧：不完全燃烧：产生黑烟、CO及其它不完全燃烧产物。同时产生空气污染物：SOx、NOx、黑烟等。2.燃料完全燃烧的条件燃
25、料完全燃烧的条件空气条件：适当的燃料与空气比例温度条件：必须达到着火温度时间条件：燃烧过程中燃料停留时间混合条件：湍流度（燃料与空气混合程度）温度、时间、湍流度统称为“三T”。二、燃料燃烧的理论空气量二、燃料燃烧的理论空气量1.理论空气量燃料完全燃烧所需要的空气量。2.空气过剩系数（a）实际空气量与理论空气量之比。a=3.空燃比（AF）：按化学计量系数计算所需空气质量与燃料质量之比。如：CH4+2O2+7.52N2CO2+2H2O+7.52N2三、燃烧产生的污染物三、燃烧产生的污染物燃燃烧烧烟烟气气的的组组成成：少量颗粒物、完全燃烧产物、未燃烧或部分燃烧的燃料、氧化剂及惰性组分等。燃烧污染物：
26、CO、SOx、NOx、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮、和稠环炭氢化合物等。 我国的煤为燃料还可能有：汞、砷等微量重金属及氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。四、热化学关系式四、热化学关系式1.发热量发热量单位燃料完全燃烧时所发生的热量变化(298k、1atm)。kJ/m3(气)、kJ/kg（液、固）高发热量qH、低发热量qLqL=qH-25(9wH+ww)式中：wH、ww分别为燃料中氢和水的质量百分数。2.燃烧设备的热损失燃烧设备的热损失燃料燃烧产生的热量仅只有一部分能够被有效利用：（1）排烟热损失6-12烟温每升高12-15，排烟热损失增大1。工业锅炉排烟温度433-473K。
27、大、中型锅炉排烟温度383-473K。排烟温度过低会造成受热面的弱性腐蚀。（2）不完全燃烧热损失包括：残余气体损失（烟道气中含CO、CH4、H2等）、灰渣损失、飞灰损失、漏煤损失等。（3）设备散热损失包括：锅炉炉墙、炉筒、联箱、汽水管道等部分设备的散热损失。第三节第三节 烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算一、一、烟气体积计算：烟气体积计算：1.理论烟气量：理论烟气量：Vfgo定义定义：供给理论空气量下，燃料完全燃烧产生的烟气量。主要成分：CO2、N2、SO2、水蒸汽等。通常：把水蒸汽除外的烟气称为干气，反之称为湿气。2.烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正烟气可视为理想气
28、体，按理想气体校正时，注意标准状态。国内常用标准状态为（273K、1atm），美国、日本和国际全球监测系统网为（298K、1atm）3.过剩空气校正过剩空气校正由烟道气组成计算过剩系数如烟道气中有CO产生，则必须校正：烟气体积计算：二、污染物排放量的计算（略）二、污染物排放量的计算（略）第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成与控制燃烧过程硫氧化物的形成与控制一、燃料中的硫一、燃料中的硫燃料种类汽油和柴油重油A重油B煤碳含硫量0.25-0.750.2-2.80.6-5.00.5-5.0含氮量0.08-0.40.08-0.040.5-2.5产生的污染物主要是：SO2、SO3、硫酸雾、酸性尘、酸雨等。
29、二、二、燃烧过程含硫污染物的生成燃烧过程含硫污染物的生成1.二氧化硫二氧化硫a1时，有机硫分解，SO2、S、H2、SO。a1时，全部氧化为SO2。烟气中SO2的含量正比于原料中S含量。煤中的硫酸盐进入灰分中。2.三氧化硫三氧化硫烟中的SO2约有0.5-2.0左右被进一步氧化为SO3。SO2氧化为SO3的机理有两种：氧分子在高温火焰区离解成氧原子，氧原子再与SO2反应生成SO3SO3的生成速度空气过剩系数、温度、反应时间SO3因此不希望火焰中心温度过高，也不希望火焰拖得太长，以SO3浓度过高。对流受热面上的积灰和氧化膜的催化作用。积灰中含有：V2O5、氧化硅、氧化铝、氧化钠等都有一定催化作用。加
30、速二氧化硫的氧化。3.硫酸硫酸SO3+H2OH2SO4200-400开始进行，110反应基本结束，形成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽凝结锅炉尾部受热面低温腐蚀硫酸尘排入大气硫酸雾SO2氧化大气SO3硫酸雾酸性雨4.酸性尘酸性尘硫酸蒸汽凝结在微小烟尘粒子的表面，然后这些粒子粘结在一起，长大成雪片以的酸性尘。酸性尘一般尺寸较大，随烟气排入大气后，降落在烟囱周围地区，造成污染。三、燃烧过程三、燃烧过程SOx的形成控制的形成控制采用低硫燃料（储量不大）燃料脱硫控制办法燃烧过程脱硫烟气脱硫（治理技术）（一）（一）SO2生成控制生成控制1.燃料脱硫燃料脱硫煤的洗选煤中无机硫FeS2、FeS比重为5比重差距大清洁煤的比
31、重为1.25只能除无机硫，不能除有机硫。煤的气化利用水蒸汽、氧气或空气作氧化剂，在高温下与煤发生化学反应，生成H2、CO、CH4等可燃性气体（煤气）。 煤气中的硫以H2S的形式存在，可采用干法和湿法脱除。煤的液化直接液化、间接液化。燃油脱硫采用催化加氢脱硫或加氢裂解的方法，使原料中的硫与氢起反应，生成H2S，即可使硫脱除，同时也可除掉氮化物。2.燃烧过程脱硫燃烧过程脱硫燃烧过程加入石灰石或白云右粉作脱硫剂CaCO3CaO+CO2CaO+SO2+O2CaSO4脱硫剂用量Ca/S摩尔比：脱硫剂消耗量Ca的百分含量40.1燃料消耗量S的百分含量32层燃炉（采用固硫型煤）工业燃煤炉悬燃炉（熔渣排渣、可
32、部分脱硫）沸腾炉（脱硫效果好，值得推广）（二）（二）SO3生成控制生成控制SO2+OSO3降低烟气中剩余氧浓度，可降低SO3的浓度。发展低氧燃烧技术（即小的过剩空气系数），一般低于1.05，且有低于1.02-1.03。同时也可降低NOx浓度。缺点：技术不过关时，会使排烟中粉尘浓度增大，不完全燃烧损失增大。组织低氧燃烧，应考虑如下几点：选用性能良好的雾化器，以获得良好的雾化效果。选用性能良好的调风器，以获得需要的动力工况，并保证燃料与空气良好配合，达到完全燃烧。选用结构良好的配风系统，保证各燃烧器空气分配均匀。选用高质量的仪表和自动调节设备。 低氧运行时（过剩氧气浓度为1.5），烟气中SO3浓度
33、低（10-20ppm），可有效防止雪片生成。第五节第五节燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成一、碳粒子的生成一、碳粒子的生成燃烧过程生成的颗粒污染物主要是碳的粒子，通常由气相反应生成积炭积炭，由液态烃燃料高温分解产生的那些粒子都是结焦或煤胞结焦或煤胞。1.积炭的生成积炭的生成 燃烧时，由于燃料与空气混合不均，存在局部地方缺氧，高温下燃料受热发生脱氢、分解、聚合、经芳烃族环而产生的炭黑粒子。例如：乙烷裂解 C C2 2H H6 6 C C2 2H H4 4 + H + H2 2 C C2 2H H2 2 + H + H2 2 2C +3H 2C +3H2 2 2C + H 2C
34、+ H2 2 3C 3C2 2H H4 4 C C6 6H H6 6 + 3H + 3H2 2 多环芳烃多环芳烃 C C预混燃烧(可避免)气体燃料燃烧扩散燃烧(难避免)积炭的特点：积炭的特点：粒径小，0.02-0.05um；表面积大，每公斤可达数万平方米；收集的烟尘呈絮状，体积大，重量轻。如果让碳氢化合物燃料与足量的氧化合，能够防止积炭生成。在所有火焰中，压力越低则积炭生成趁势越小。三氧化硫、气态氢、镍和碱土金属盐都能抑制碳的生成。2.石油焦和煤胞的生成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，会导致液相裂化，接着发生高温分解，最后出现结焦。由此产生的碳粒叫石油石油焦焦，比
35、积炭更硬。燃料油雾滴在高热流强度下，液滴内部发生高温分解，外部结焦成微小的空心球，称之为煤胞。其大小与油滴直径成正比，一般为1030um。二、燃煤烟尘的形成二、燃煤烟尘的形成固体燃料燃烧产生的颗粒物通常称为烟尘烟尘，包括黑烟和飞灰两部分。黑烟：黑烟：主要是未燃尽的炭粒。飞灰：飞灰：主要是燃料所含的不可燃矿物质微粒。1.煤粉的燃烧过程煤的热解很容易形成多环化合物，这样就会冒黑烟。出现黑烟的燃料顺序为：高挥发分烟煤、低挥发分烟煤、褐煤、焦碳、无烟煤减少未燃尽碳粒的途径：改善燃料和空气的混合，保证足够高的燃烧温度，以及碳粒在高温区必要的停留时间。2.影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素烟煤尾气中飞灰的浓
36、度和粒度与煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排、锅炉运行负荷以及锅炉结构等多种因素有关。第六节第六节燃烧过程中其它污染物的形成燃烧过程中其它污染物的形成一、有机污染物的形成一、有机污染物的形成有机污染物：指未燃尽的碳氢化合物，是燃料燃烧不完全的结果。烷烃：对人类身体危害不严重。多核有机化合物（POM）：引起癌症。较活泼碳氢化合物：导致光化学烟雾。排出尾气中碳氢化合物的相对浓度受燃料组成的影响很大。积炭是未燃尽的碳氢化合物存在下形成的，但未燃尽的碳氢化合物未必导致结炭。 尾气中的碳氢组分是在低温下燃烧形成的，降低尾气中碳氢化合物浓度与降低NOx浓度的方法相矛盾。二、二、CO的形成的形成CO是所有污染物
37、中量最大、分布最广的一种，也是由燃烧过程产生的主要污染物之一。主要来源是汽车尾气。自然界大气中：北半球0.14ppm、南半球0.06ppm所有燃料中含有的碳都将优先形成CO，然后与氧继续反应生成CO2。当氧气足够多且反应时间足够长，CO可降低到很低的水平。燃烧过程中，CO的浓度总是大于平衡浓度。控制CO的浓度应集中在完全氧化CO，而非控制它的形成。三、汞的形成与排放三、汞的形成与排放汞挥发性很强，对人造成肾功能衰减、损害神经系统等。燃烧温度高于900时，汞柝出率过90%。还原气氛下的析出率低于氧化气氛。添加石灰时，在飞灰和灰渣中的汞的比例明显增加。有效控制燃煤过程的汞排放，是控制燃煤污染的新课
38、题之一。第三章第三章大气污染气象学大气污染气象学污染物排入大气后，是否引起严重的大气污染取决于：污染源的状况污染源的状况废气的温度、成分、源强、源高、源的几何形状、相对位置、排放方式等。污染物在大气中扩散稀释速率污染物在大气中扩散稀释速率充分利用大气的净化能力，使地面污染控制在人们可以接受的程度以内，防止污染事故的发生。影响因素：影响因素：源参数、气象因素、地面特征、周围地区建筑物分布等。气象因素气象因素包括：风向、风速、大气湍流运动、气温垂直分布及大气稳定程度等。第一节第一节大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素地球表面环绕着一层很厚的气体，称为大气。自然地理学将受地心引力而随地球旋转的大
39、气层称为大气圈。地球周围的大气圈具有层状结构：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，大气圈的上界定为12001400km，以上部分气体非常稀薄，是宇宙空间。一、对流层特性一、对流层特性最近地面的一层大气，对对流流程程度度：热带比寒带强烈。厚厚度度：随纬度增加而降低，赤道地区最高（15km），两极最低(约8km)，暖季大于冷季。对流层主要特征：对流层主要特征：对流层虽然较薄，但却集中了整个大气质量的3/4和几乎全部水气，主要的气象现象都发生在这一层，它是天气变化最复杂、对人类活动影响最大的一层。气温随高度增加而降低，每升高100m平均下降约0.65。空气受下热面不均匀及其本身特征的影响，而具有强
40、烈的对流运动。温度和湿度水平分布不均匀：在热带海洋上空，空气比较温暖潮湿；在高纬度内陆上空，空气比较寒冷干燥，因此也经常发生大规模空气运动。对流层下层(地面至1-2km)，称为摩擦层摩擦层，又称大气边界层大气边界层。自由大气自由大气动量动量混合层混合层(LID)大气边界层大气边界层湍流湍流几百米几百米2公里公里12公里公里风速梯度风速梯度大气边界层对大气污染大气边界层对大气污染物的扩散迁移影响极大物的扩散迁移影响极大近地层、下部摩擦层近地层、下部摩擦层热流热流(地表至几十米地表至几十米)大气边界层主要特征：大气边界层主要特征：受地面冷热的直接影响，气温日变化明显，特别是近地层，昼夜相差十几乃至
41、几十度。由于气流运动受地面摩擦的影响，故风速随高度增加而增大。大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行，水气也比较充足。直接影响污染物的传输、扩散和转化。二、气象要素气象要素表示大气状态和物理现象的物理量。1.气温气温指离地面1.5m高处百叶箱中观测到的空气温度。2.气压气压指大气压强。气象上气压的单位为毫巴(mb)。1mb=1000dyn/cm2=100Pa在静止大气中，任意点的气压值等于该点单位面积上的大气柱重量：dP=-gdz或dP/dz=-g3.气湿气湿空气的湿度简称气湿。即大气中水汽含量的多少和空气的潮湿程度。绝对湿度：Hkg水/kg绝干空气。相对湿度：=pH2O/pS100
42、水蒸汽压力、饱和气压、露点等。4.风向和风速风向和风速气象上把水平方向的空气运动称为风风。铅直方向的空气运动称为升降气流或对流升降气流或对流。风向风向方位表示法：把园周分16等分角度表示法：正北为0，顺时针方向。风速风速：单位时间内空气在水平方向移动的距离(m/s)。测测定定方方法法：安装于距地面10-12m高度上的测风仪所观测到的一定时间内的平均值(如2min、10min)粗略估计风速可依据自然现象_风力大小来表示。蒲福根据自然现象将风力分为13个等级(0-12级)，若用F表示风力等级，则风速：(km/h)5.能见度能见度在当时天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出的目标物的最
43、大水平距离(m)。能见度大小反映了大气透明度或混浊程度。6.云云：云是发生在高空的水汽凝结现象。云的分类高云：5000m以上，由水晶组成，云体成白色，有蚕丝般光泽，薄而透明。中云：25005000m之间，由过冷的微小水滴及冰晶组成，白色或灰色，没有光泽，云体稠密。低云：2500以下，不稳定气层中的低云常分散或孤立的大块云，稳定气层中的低云结构稀松，低而黑。云量指云遮蔽天空的成数。我国将视野之内的天空分为10份，云遮住了几份云量就是几。国外分为8份。换算：我国云量=国外云量1.25总云量：总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。低云量：低云量：指低云遮蔽天空的成数。云量记录：云量记录
44、：总云量作分子，低云量作分母，如：10/7，5/5等第二节第二节大气的热力过程大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换一、太阳、大气和地面的热交换低层大气的增热与冷却是太阳、地球与大气太阳、地球与大气之间进行热量交换的结果。1.太阳表面温度6000K，时刻向外辐射能量。紫外区(波长小于0.4um)大阳辐射波可见光区(波长0.40.76um)红外区(波长大于0.76um)波长在0.154um之间的辐射能占太阳总辐射能的99%，在0.475um附近的辐射最强。全球平均情况：太阳辐射约有53%被地面吸收，43%被反射回太空，14%被大气吸收(包括上层大气)。2. 大气中能选择吸收太阳辐射的气体主要
45、有水蒸气、CO2、O3。 水蒸汽吸收太阳辐射红外区0.93-2.85um之间的几个吸收带；CO2仅对红外区4.3um之间吸收较强 (太阳辐射该区域较弱) ；O3能强烈吸收紫外线，但主要发生在平流区。 太阳辐射对大气增热没有多大直接作用。 3.地球表面温度200300K，对流层大气平均温度250K，都产生3120um的长波辐射。水蒸汽对4.580um、CO2对4.3um、12.717.4um辐射波强烈吸收，约有7595%的地面长波被近地层大气吸收。地面辐射是向上的。大气辐射是向四面八方的，其中投向地面的部分称为大大气气逆逆辐辐射射。大气逆辐射可被地面吸收。地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差称为
46、地面有效辐射地面有效辐射。结结论论：近地层空气的温度随地表温度的降低而降低，而且是自下而上地被冷却；随地表温度的增加而增加，而且是自下而上被加热。地表温度的周期性变化会引起低层大气的周期性变化。云层对太阳辐射的影响是很明显的，云愈厚，反射作用愈强。所以阴天得到的大阳辐射少。二、二、气温的绝热变化气温的绝热变化1.绝热过程与泊松(Poisson)方程P0+dPP、T、V环境V0+dV气块Z+dZT0+dT环境气块ZP0、T0、V0干空气块在因周围压力低而膨胀干空气块大气中上升反抗外界压力而作功温度降低干空气导热系数较小，可看作绝热过程。根据热力学第一定律有： dq = dU + dW = dU
47、+ PdV ( dW = PdV ) U = HPV 全微分 dU = dHPdVVdP dq = dHVdP = CPdTVdP (dH = CPdT )对单位质量的空气， ，故式中：CP=996.5J/kg.K，R=287J/kg.K对于绝热过程：dq=0，则将上式从气块初态(T0，P0)到终态(T，P)积分，得上式为泊松方程，它描述了气块在绝热升降时气块初态和气块终态之间的关系。表明在绝热过程中系统温度变化由外界压力变化而引起。2.干绝热递减率与气温递减率干空气块(或在升降过程中未发生水蒸汽相变的湿空气块)在绝热升降100m时，温度降升的数值称为干绝热递减率，以表示：即：式中：下标i代表
48、气块，下标d代表干空气。将上式用于气块则：大多数大气能满足准静力条件，即气块压力与周围大气相等：又有：则：，()式中：g=9081m/s2，CP=1004J/kg.K气温递减率：气温递减率：单位高差气温变化率的负值：3.气温的垂直分布气温随高度的分布可用坐标图上的曲线表示，这条曲线称为温度层结曲线，简称温度层结。大气中的温度层结有四种类型：气温随高度增加而递减，即，称为正常分布层结或递减层结。气温递减率等于或近似等于干绝热递减率，即，称为中性层结。气温不随高度变化，即，称为等温层结。气温随高度增加而增加，即 ，称为气温逆转，简称逆温。三、三、大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据大气稳定度是指垂
49、直方向上大气稳定的程度，即是否容易发生对流。对污染物在大气中的扩散有相当大的影响。分稳定、中性、不稳定气层三种。单位体积空气块受力分析：浮力，重力，加速力。，代入状态方程：及准静力条件Pi=P得若气块初态与大气平衡，即T0=Ti0，当气块绝热上升z后，其温度为：，周围空气温度为：，代入上式：当时，a0，加速度与位移方向相同，层结不稳定。当时，a=0，层结是中性的。四、逆温四、逆温具有逆温层的大气层是强稳定层。按逆温层的高度可分为：接地逆温和不接地逆温。按其产生过程可分为：辐射逆温、下混逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温。1.辐射逆温辐射逆温由于地面强烈辐射而形成的逆温。辐射在大陆常年可见，冬季
50、最强。冬天夜长，逆温层厚，消失也慢。可见云和强风可抑制辐射逆温出现。2.下沉逆温下沉逆温下沉逆温范围广、厚度大、持续时间长，在离地数百米至数千米的高空都可能出现。在冬季，下沉逆温与辐射逆温相结合，形成很厚的逆温层。3.平流逆温平流逆温当暖空气平流到冷地面时，下层空气受地面影响大，降温多，上层空气降温少，故形成逆温。当暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时，也可形成平流逆温。4.湍流逆温湍流逆温实际空气的运动都是一种湍流运动。运动的结果使大气中包含的热量、水分和动量以及污染物都得以充分混合和交换。这种因湍流运动引起的混合属性称湍流混合。低层空气因湍流混合而形成的逆温称湍流逆温。5.锋面逆温锋
51、面逆温对流的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气因其密度小就会爬到冷空气上面去，形成一千倾斜的过渡区，称为锋面。在锋面上冷暖空气的温差较大时，也可出现逆温，称为锋面逆温。五、五、大气稳定度和烟流扩散的关系大气稳定度和烟流扩散的关系1.波浪型：出现于全层不稳定的气层中，晴朗的白天中午和午后易出现，对污染物扩散良好，但源近距离处会出现高浓度。2.锥型：发生在全层中性和弱稳定时，扩散比波浪型差，比平展型好，阴天常见。3.平展型(扇型)：发生在全层强稳定()时，烟流垂直扩散受抑制，在水平方向扩散成扇形，晴朗的夜间常出现。对环境影响与源高有关。4.爬升型(屋脊型)：烟流下部是稳定大气，上部是不稳定大气。一般
52、日落前出现。持续时间短，对近地处污染较小。5. 漫烟型(熏烟型)：烟流下部是不稳定大气，烟流上部是稳定大气，烟流向上扩散受到抑制，只能在地面至逆温层之间扩散，造成污染物浓度极高。一般早上日出时出现。第三节第三节 大气的运动和风大气的运动和风大气的运动是在各种力的作用下产生的；大气运动的结果形成风；风对大气污染物起到输送作用和冲淡稀释作用。一、水平方向作用于空气的力水平方向作用于空气的力1.水平气压梯度力由于水平方向气压差的存在而作用在单位质量空气上的力Gn是空气产生水平运动的原动力。2.地转偏心力由于地球自转而产生的使运动着的空气偏离气压梯度力方向的力，也称科佳奥利力：式中：V、-分别为风速和
53、当地纬度。-地球自转角速度。性质：伴随风的产生而产生。该力在北半球垂直指向运动方向的右方，在南半球垂直指向运动方向的左方。由于它与运动方向垂直，只改变风的方向，不改变风速。该力与sin成正比，故随纬度增加而增大，直道为0，两极最大。3.惯性离心力作曲线运动的单位质量空气所受的惯性离心C：或C的方向与大气运动方向垂直，由曲率中心指向外缘，由于大气运动的曲率半径都很大，所以C通常很小。4.摩擦力内摩擦力：运动速度不同的两层气体之间。外摩擦力：贴近地面运动的大气与地面之间。摩擦力的方向与运动方向相反。随高度而变化，越高越小。总结总结：大气水平梯度力是引起大气水平运动的直接动力。其它三个力是大气运动之
54、后才产生并起作用的。讨论近地层大气运动或低纬度地区大气运动时，地转偏向力可不予考虑。近于直线的气体运动，惯性离心力可不予考虑。讨论自由大气时，摩擦阻力可不予考虑。 二、大气边界层中风随高度的变化大气边界层中风随高度的变化摩擦阻力随高度增加而减小；风随高度增加而增大；地转偏向力也的影响随高度增加而明显。所以在北半球，风逐渐往右偏转，到了边界层顶，风的大小、方向与地转风完全一致。爱克曼(Ekman)螺旋线一、近地层的风速廓线模式近地层的风速廓线模式平均风速随高度变化的曲线称为风速廓线。描述平均风速随高度变化的数学表达式称为风速廓线模式。常用常用：对数律、指数律。作作用用：利用这些模式可根据易测的地
55、面风速(10-12m)，计算出不易测量的较高层风速。1.对数律根据普兰德(Prandtl)的混合长理论，可以导出中性层结时近地层风速廓线的典型模式_对数混合长模式。m/s式中：_高度Z处的风速，m/s；_摩擦速度，m/s；k_卡门(Karman)常数，0.35；Z0_地面粗糙度，m。表表3-2有代表性的地面粗糙度有代表性的地面粗糙度在近地层中性层结条件下应用，精度较高；非中性层结条件下应用误差较大。地面类型Z0(cm)范围有代表性的Z0(cm)草原农作物地区村落、分散的森林分散的大楼(城市)密集的大楼(大城市)110103020100100400400310301003002.指数律根据施密特
56、(Schmit)的半经验理论导出的风速廓线指数律为： m/s式中：_己知高度Z1上的风速，m/s；m_稳定度参数。3-2参数m值指数律在中性条件下，能较满意地应用于300500m的气层，而且在非中性条件下应用也较为准确和方便，所以在大气扩散的实际工作中指数律应用较多。但在中性条件下不如对数准确，特别是近地层(离地几米高度)。稳定度级别ABCDEF欧文m城市0.150.150.200.250.400.50乡村0.070.070.100.150.350.55制订原则和方法m0.100.150.200.250.300.30四、地方性风场四、地方性风场水陆交界处的影响水陆交界处的影响水陆热力和动力性质
57、的差异引起水面、陆地上的大气有很大不同。水面：光滑、机械湍流较弱、扩散速率较慢。陆地：地表粗糙、机械湍流较强、扩散速率较快。海海风风：风速56m/s，深入内陆数十公里，厚度100到1000m以上，一般为500m，上午911时开始。陆风：陆风：风速12m/s，厚度通常100300m，深入海上距离约810公里，1720时开始。晚上吹向大海的污染物白天有可能随海风吹回来。山区气温特征山区气温特征山区污染物的扩散决定于山区特殊的气气象象条条件件和地地形形对气流运动的影响。气象条件主要表现在山区的温场。风场和湍流特征与平原地区不同。1.山区温场山区温场地形复杂、地面受热不均(向阳、背阳、坡度大小等)、日
58、照时间变化等使水平气温分布很不均匀，造成局部地区热力环流，形成坡风、山谷风等。山区辐射因地形作用大为增强：夜间山坡冷却快，冷空气下滑，聚集在山谷底部形成厚而强的逆温层。地形对日照的遮挡，山区中形成逆温的时间比平原早，消失迟。2.山区风场山区风场坡风与山谷风过山气流城市气象特征城市气象特征1.城市热岛效应城市温度比农村高的现象称为城市热岛效应。原因：生产和生活燃料燃烧放出大量热。存在大量热容量大和导热量大的建筑物。城市多被建筑物和水泥地面复盖，减少了水份蒸发耗能，增加了地面向大气输送的热量。城市的污染空气对地面长波辐射的吸收较强，使地面和近地层温度比农村高。城市人口密度比农村大，散发的热量多。城
59、市热岛效应的强度与城市规模、性质、工业发展水平、地理及气象因素有关。国外大城市的热岛效应强度可达5，国内大城市为23。云量增加、风速减小可使温差减小。2.城市混合层夜间农村处于逆温层的地面冷空气吹向城市混合而成。混合层厚度为几十米到几百米之间，由城市规模和空气运动速度确定。3.城市风场与湍流由于城市温度经常比农村高(特别是夜间)，气压较低，在晴朗平稳的天气下可形成以周围农村吹向城市的风，称为“城城市市风风”。静风时会感觉更明显。城市风可将城郊工厂排放的污染物带到市区，使市区污染物浓度升高。城市的热岛效应(热力湍流)和粗糙度(机械湍流)使城市上空大气趁于不稳定，平均湍流强度比农村高3050%。城
60、市内巨大的粗糙度不仅阻碍气流运动，减少平均风速(市区平均风速一般比郊区小3040%)，降低了近地层的风速递度，而且使风向摆动增加。城市下垫面的动力效应还可表现为由城市街道而引起的“渠道效应”和铅直方向局地环流，单个建筑物还可能形成更小尺度的湍涡。第五章第五章颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础气溶胶：气态为连续相，固、液态为分散相的多相流体。工程中为区别于清洁空气，俗称“含尘气体”。按形成过程可分为：机械分散系和凝结分散系。机械分散系：固体经破碎、研磨等机械分散作用形成的颗粒或粉 末悬浮于气体介质中。凝结分散系：固体或液体经过高温燃烧或直接升华或蒸发转化为 气态，当温度下降或过饱和而凝
61、结为固体或液体微粒并悬浮于气体介质中。按照气溶胶颗粒的物态也可分为固态分散系和液态分散系。除尘技术：通过一些技术措施分离捕集气溶胶中的固态或液态颗粒。第一节第一节 颗粒的粒径及粒径分布颗粒的粒径及粒径分布一、粒径一、粒径气溶胶颗粒的大小对除尘器的除尘机制和性能影响很大，是粉尘的基本特征之一。1.单一粒径单一粒径粒径的测定和定义方法不同，所得粒径值也不同。按颗粒几何性质来直接测定和定义：光学显微镜(0.5100um)、电子显微镜(0.0010.5um)、筛分法(40um以上)。按颗粒的某种物理性质间接测定和定义：沉降法(移液管、沉降天平、光电沉降法，150um)、库尔特尘粒分柝仪(0.6075u
62、m)。常见粒径名称：显微镜定向径dF、沉降法斯托克斯粒径ds、空气动力粒径da、分割粒径dc。2.平均粒径平均粒径为简明地表示颗粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，常用平均粒径表示。长度平均长度平均(或算术平均)粒径几何平均粒径：单一粒径的几何平均值。面积长度平均粒径面积长度平均粒径：表面积总和除以直径的总和。体面积平均粒径体面积平均粒径：全部粒子的体积除以总表面积。体积平均粒径体积平均粒径：与粒子总个数和总体积相等的均一球径中位直径中位直径：为粒径分布的累积频率等于50的粒径d50二、粒径分布二、粒径分布粒径分布：指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。若以粒子的个数所占的
63、比例表示时称为个个数数分分布布；以粒子的表面积表示时称为表面积分布表面积分布；以粒子的质量表示时称为质量分布质量分布。除尘技术中多用质量分布。1.粒径分布的表示方法粒径分布的表示方法：表格法、图形法、函数法。粒径分布有以下几种：(1)频率分布g()：粒径dp至dp+dp之间的尘样质量占尘样总质量的百分数，即：并有(2)频率密度分布：简称频度分布，指单位粒径间隔宽度时的频率分布：粒径的粒径的频率分布频率分布粒径频度分布粒径频度分布粒径的粒径的累积分布累积分布(3)筛下累积频率分布G()：简称筛下累积分布，指小于某一粒径dp的尘样质量占尘样总质量的百分数，即：( )反之，筛上累积分布：()2.粒径
64、分布函数采用某种数学函数来描述粒径分布曲体。常用：正态分布、对数正态分布、罗辛-拉姆勒(Rosin-Ramler)分布等。(1)正态分布正态分布函数：式中、为正态分布的两个特征数。为平均粒径，可用算术平均直径或中位径或众径表示。为标准差，定义为：正态分布的频率密度分布曲线为对称的钟形曲线，累计分布曲线在概率坐标图中为一直线。粒子粒径形成正态分布是很少的，在冷凝之类的物理过程中产生的粒子有这种情况。(2)对数正态分布大多数粒子(如许多分散在空气中的尘和雾)的粒径分布在矩形坐标中是偏态的，若横坐标用对数坐标代替，则形同正态，称之为对数正态分布：式中：dg为几何平均粒径；为几何标准差。特点：如果某种
65、粉尘的粒径分布遵从对数正态分布的话，则无论是以质量表示还是以个数或表面积表示的粒径分布，皆遵从对数正态分布，且几何标准差相等。(3)罗辛-拉姆勒(R-R)分布对破碎、研磨、筛分过程中产生的细粒子及分布很广的各种粉尘，常采用适用范围更广的罗辛拉姆勒分布：式中：n为分布指数；为分布系数。第二节第二节粉尘的物理性质粉尘的物理性质一、粉尘的密度真密度真密度：将吸附在粒子表面和内部的空气排除以后测得颗粒自身的密度。(或)堆积密度堆积密度：包括粉体粒子间气体空间在内的粉体密度。空隙率空隙率：颗粒之间的空间体积与包含空间的粉尘总体积之比。二、粉尘的比表面积单位体积(或质量)粉尘具有的表面积称为粉尘的比表面积
66、。式中：粉尘的平均表面积，cm2；粉尘自身的平均体积，cm2；粉尘的体积表面积平均直径，cm；粉 尘 的 卡 门 形 状 系 数 。 球 形 ， 不 规 则 如 ： 细 砂 平 均 ，细煤粉，熔凝态烟尘，纤维尘尘粒愈细，比表面积愈大。三、粉尘的润湿性粉尘粒子能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性。容易被水润湿的称为亲水性物质；难以被水润湿的称为疏水性物质。粉尘的润湿性与粉尘的粒径、生成条件、温度、压力、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力、对尘粒的粘附力及相对于尘粒的运动速度有关。各种湿式除尘器是依靠粉尘与水的润湿作用来捕集粉尘。但如水泥、熟石灰、白云石粉尘等遇水硬化
67、结垢，称为水硬性，不适宜采用湿式除尘。四、粉尘的荷电性及导电性1.荷电性粉尘在其生产及运动过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因，几乎都带有一定的电荷。 2.比电阻 大小与粉尘的成份、测定条件有关，只作相互比较用，用电阻率表示( )。 粉尘的导电机理：(1)容积导电：在高温(约高于200)情况下，粉尘主要靠自身内部的电子或离子进行的导电。温度比电阻(2)表面导电：在低温(约低于100)情况下，粉尘主要靠其表面的吸附层导电。温度表面吸附水比电阻(3)综合导电：在温度100200,比电阻是上述两者之和，其值最大。五、粘附性尘粒附着在固体表面上或尘粒彼此相互附着的现象称为
68、粘附。克服附着现象所需要的力称为粘附力。该力垂直作用在尘粒重心上。粘附力的种类：范得华力、静电引力和毛细力等。 粉尘粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好和荷电量大时，易于产生粘附现象。六、爆炸性指可燃物的剧烈氧化作用，在瞬间产生大量的热和燃烧产物。遇水即有爆炸危险的粉尘(如镁粉、电石粉) 不能采用湿法除尘；遇火源有爆炸危险的粉尘(如硫磺粉、煤粉等) ；相互接触或混合(如溴与磷、锌粉与镁粉的接触混合) 。 第三节第三节净化装置的性能净化装置的性能包括：技术指标和经济指标。技术指标技术指标：处理气体流量、净化效率和压力损失等。经济指标经济指标：设备费、运行费和占地面积等。还应考虑还应考
69、虑：装置安装、操作、检修的难易等因素。一、净化装置技术性能的表示方法1.处理气体流量装置进、出口气体流量的平均值装置漏风率可按下式表示：2.净化效率表示装置净化污染物的重要技术指标。如：除尘效率、吸收效率、吸附效率等。3.压力损失P流体流经除尘器时所消耗的总机械能。Pa式中：净化装置的压力损失系数；1装置进口气流速度，m/s；气体的密度，kg/m3主要与流速、流动状态、流体性质以及流道大小和形状有关。一般除尘装置压力损失为1-2kPa(风机具有2kPa左右的压力)。压力再高，不但风机造价高，难以选到，且通风机的噪声变大，又增加了消声问题。二、净化效率的表示方法1.总效率指同一时间内净化装置去除
70、的污染物数量与进入装置的污染物数量之比。污染物流量：S1=S2+S3g/sS1=C1NQ1N，S2=C2NQ2N总净化效率：或若净化装置不漏气，则：，2.通过率(排放率)P3.分级除尘效率指除尘装置对某一粒径dp或粒径间隔dp至dp+dp内粉尘的除尘效率。重要值：，与之相对应的粒径称为除尘器的分割粒径，用dc表示。4.分级效率与总除尘效率之间的关系(1)由总效率求分级效率或：或：(2)由分级效率求总除尘效率5.多级串联运行时的总净化效率多级系统总除尘效率第四节第四节颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础除尘机理：除尘机理：将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的
71、位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集表面上。作用力：作用力：外力、流体阻力和颗粒间的相互作用力。外力：外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等。作用在运动颗粒上的流体阻力流体阻力是捕集过程中最基本的作用力。颗粒间的相互作用力在颗粒浓度不高时皆忽略。一、一、流体阻力流体阻力由于其具有一定的形状，运动时必须排开周围的流体，导致阻力阻力颗粒前后产生压力差，产生形状阻力形状阻力。颗粒表面与周围液体之间摩擦而产生摩擦阻力摩擦阻力。阻力大小取决于阻力大小取决于：颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度和流体特性。阻力F：式中：当时，斯托克斯区，斯托克斯(Stokes)阻力定律：时，艾伦区，时
72、，牛顿区，当颗粒尺寸小到与气体分子平均自由程大小差不多时：式中C为坎宁汉系数：二、阻力导致的减速运动二、阻力导致的减速运动前提：前提：除阻力外无其它作用力在斯托克斯区：减速距离：三、三、重力沉降重力沉降在斯托克斯区：在艾伦区：在牛顿区：斯托克斯直径：四、四、离心沉降离心沉降惯性离心力向心力阻力当上述三力达平衡且在斯托克斯区时，可求得：对同一颗粒在同一介质中离心沉降速度与重力沉降速度之比为：KC称之为离心分离因数五、静电沉降五、静电沉降在强电场中可忽略重力和惯性力的作用，荷电粒子所受的力主要是静电力和气体阻力。静电力：颗粒驱进速度：六、惯性沉降六、惯性沉降当有靶存在时，在惯性力作用下捕集粉尘。除
73、尘机理：惯性碰撞和拦截1.惯性碰撞：除尘效率取决于三个因素气流速度在捕集体(即靶)周围的分布，它随捕集体雷诺数而变化式中：u0为相对速度m/s，DC为捕集体尺寸m颗粒运动轨迹：它取决于颗粒的质量、气流阻力、捕集体的尺寸和形状以及气流速度等。惯性碰撞参数St(斯托克斯准数)定义：颗粒的停上距离与捕集体半径之比。惯性碰撞效率颗粒对捕集体的附着，通常假定为100%2.拦截拦截：直接拦截刚好发生在颗粒距捕集体表面dP/2的距离内，用直接拦截比R表示拦截效率。对捕集效率增量的影响：对于惯性大沿直线运动的颗粒(St)时：圆柱形捕集体：球形捕集体：对于惯性小沿流线运动的颗粒(St0)时：对于绕过圆柱体的势流
74、：对于绕过球体的势流：对于绕过圆柱体的粘性流：对于绕过球体的粘性流：七、扩散沉降七、扩散沉降扩散沉降用于估算捕集很小的粒子。扩散沉降效率取决于皮克莱(Peclet)数Pe和ReD。Pe值越大，扩散沉降越不重要。对于粘性流体，朗格谬尔公式：对于势流，高ReD下的纳坦森公式：对于孤立的球形捕集体，可用下式：对大粒子，碰撞作用大，布朗扩散作用很小。反之，对微小粒子，惯性碰撞作用很小，主要靠扩散沉降。第六章第六章除尘装置除尘装置从气体中去除或捕集固态或液态的设备称为除尘装置除尘装置。按除尘机理不同可分为：机械除尘器电除尘器袋式除尘器湿式除尘器第一节机械除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器一、一
75、、重力沉降室重力沉降室1.层流式重力沉降室当时：重力沉降室100%能捕集到的最小粒子直径为：多层沉降室除尘效率2.湍流式重力沉降室重力沉降室的优点：重力沉降室的优点：结构简单，投资少，压力损失小(一般50130Pa)，维修管理容易。重力沉降室的缺点：重力沉降室的缺点：体积大，效率低，只能作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大或较重的粒子。二、惯性除尘器1.惯性除尘器除尘机理惯性除尘器除尘机理2.惯性除尘器的结构型式惯性除尘器的结构型式(冲击式和反转式冲击式和反转式)惯性除尘器用于净化密度和粒度较大的金属或矿物粉尘具有较高除尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。净化效率不高，一般只用
76、于多级除尘的第一级除尘，捕集1020um以上的粗尘粒。压力损失一般为1001000Pa。三、旋风除尘器1.旋风除尘器内气流与尘粒的运动2.旋风除尘器的压力损失局部阻力系数值局部阻力系数值旋风除尘器的型式XLTXLT/XXLP/AXLP/B5.36.58.05.8操作运行中可接受的压力损失一般低于2kPa。3.旋风除尘器的除尘效率作用力：离心力Fc和气流阻力FD。FcFD粒子移向外壁被捕集FcFD粒子随气流进入内旋涡被带走。分割直径： 式中n为涡流指数4.影响旋风除尘器效率的因素二次效应被捕集的粒子重新进入气流。原因：粒子被反弹或沉积的尘粒被重新吹起。可采用雾化喷水来控制。比例尺寸旋风除尘器各部
77、位的比例不能变动。否则对效率和压降造成影响。下部的严密性也将选成影响。烟尘的物理性质压力损失操作变量提高烟气入口流速，旋风除尘器的分割粒径变小，效率提高。气流速度过高，己沉积的粒子有可能再次被卷起，导致效率下降。旋风除尘器效率最高时的入口气速估算式：实际的旋风除尘器的入口气速为1025m/s5.旋风除尘器的型式按进风方式分类：切向进入式(直入式和蜗壳式)和轴向进入式。按气流组织分类：回流式(筒式、旁路式、扩散式)、直流式、平流式和旋流式等多种。多管式旋风除尘器6.旋风除尘器的设计选型第二节电除尘器含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉集在集尘极上，将尘粒
78、从气流中分离出来。主要优点：压力损失小，一般为200500Pa；处理烟气量大，可达105106m3/h；能耗低，大约0.20.4kWh/m3；对细粉尘有很高的捕集效率，可高达99%：可在高温和强腐蚀气体条件下操作。一、电除尘器的工作原理一、电除尘器的工作原理三个基本过程：悬浮粒子的荷电；带电粒子在电场内迁移和捕集；捕集物从集尘极表面上清除二、电晕放电1.电晕放电机理雪崩过程：运动中的电子与气体分子发生撞去并使之离子化，结果又产生了大量的电子，称之为雪崩过程。2.起始电晕电压开始产生电晕电流时所施加的电压常称之为起始电晕电压。式中：r_距电晕线中心的距离b_电晕线半径a_管式电除尘器的半径V_施
79、加于两极间的电压工业气体净化采用负电晕极空调系统采用正电晕极三、离子荷电1.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，称为电场荷电或碰撞荷电。2.由离子的扩散作用而导致的粒子荷电，称之为扩散荷电。3.综合荷电。4.异常荷电沉积在集尘极上的高比电阻粒子导致在低压下发生火花放电或在集尘极产生反电晕现象。当气流中微小粒子的浓度高时，虽然荷电尘粒所形成的电晕电流不大，可是形成的空间电荷却很大，严重地抑制了电晕电流的产生，使尘粒不能得到足够的电荷。当含尘量大到某一数值时，由晕现象消失，粒子荷不到电荷，电晕电流几乎为零，失去除尘作用，即电晕闭塞。四、荷电粒子的运动与捕集1.驱进速度2.粒子的捕集效率_德意希公式3.有效驱进速度由实际测得的除尘效率代入德意希公式反算出的驱进速度。五、被捕集粉尘的清除湿法和干法六、电除尘器结构电晕电极集尘极第三节第三节湿式除尘器湿式除尘器喷雾洗涤塔旋风洗涤器第四节第四节袋式除尘器袋式除尘器袋式除尘器工作原理袋式除尘器工作原理
