大氣污染控制工程復(fù)習(xí)資料

大氣污染是指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)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。干潔空氣的平均相對分子質(zhì)量為28.966;標(biāo)況下，溫度273.15K,壓強(qiáng)101325Pa時，密度為1.293kg/m3;從地面到90km的高度，干潔空氣的基本組成不變；在自然界大氣的溫度和壓力條件下，干潔空氣的成分處于氣態(tài)，不可能液化，可以看作理想氣體?？晌腩w粒（inhalableparticles,PM10）：空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于10微米的固體粒子，不易沉降而能長期飄浮在空氣中。PAN:過氧乙酸硝酸酯VOCs:揮發(fā)性有機(jī)污染物可入肺顆粒（PM2.5）:空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑w2.5微米的固體粒子，也稱細(xì)顆粒物?？倯腋☆w粒（totalsuspendedparticles,TSP）:空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于100微米的固體粒子。API相關(guān)知識：空氣污染指數(shù)項目：PM10二氧化硫，二氧化氮，一氧化碳，臭氧能見度：在指定方向上僅用肉眼能看見和辨認(rèn)的最大距離。大氣污染綜合防治措施：1全面規(guī)劃、合理布局2嚴(yán)格環(huán)境管理3控制大氣污染的技術(shù)措施4控制污染的經(jīng)濟(jì)政策5控制污染的產(chǎn)業(yè)政策6綠化造林7安裝廢氣凈化裝置評價工業(yè)用煤的主要指標(biāo)：水分（分外部和內(nèi)部水分），灰分（不可燃燒的礦物質(zhì)），揮發(fā)分（1200K爐中加熱7分鐘），固定碳及估測硫含量和熱值燃燒完全燃燒的條件：空氣條件、溫度條件、時間條件、燃料與空氣的混合條件。煤的成分表示：收到基=干燥基+水分干燥基=干燥無灰基+灰分理論煙氣量=干煙氣體積+水蒸汽體積空氣干燥基=內(nèi)部水+干燥基煤礦通常提供的煤質(zhì)資料為干燥無灰基成分。我國煤炭平均灰分約為25%。煤中氮含量一般約為0.5%-3.0%,燃燒時約25%轉(zhuǎn)化為氮氧化物。理論空氣量（Vg0）:單位量燃料按燃燒反應(yīng)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(xué)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勺生成量；（5）燃料的化學(xué)時為CxHySzOw其中下標(biāo)x、y、z、w分別代表CHS、。的原子數(shù)?？諝膺^剩系數(shù)“：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0=%/匕?，通?！?gt;1。空燃比（AF）:單位質(zhì)量燃料燃燒所需的空氣質(zhì)量，它可由燃燒方程直接求得。P42（空燃比為無量綱）煙氣成分：二氧化碳二氧化硫氮?dú)馑魵馊紵裏煔獬煞郑簯腋☆w粒物，燃燒產(chǎn)物，未燃燒或部分燃燒的燃料，氧化劑，不燃燒的氣體（如氮?dú)猓├碚摕煔怏w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CO2SO2N2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(nèi)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Vfg0Vfg=Vfg0+（a-1）Va0燃料發(fā)熱量：高位發(fā)熱量（包括水蒸氣汽化潛熱）和低位發(fā)熱量（水蒸氣仍為氣態(tài)）熱損失：排煙熱損失，不完全燃燒熱損失，爐體散熱熱損失酸露點(diǎn)：當(dāng)溫度低于473K時，煙氣中SO明顯地轉(zhuǎn)化成HSQ蒸汽。當(dāng)溫度降低到383K時，幾乎全部的三氧化硫都和水蒸氣結(jié)合成硫酸蒸氣。硫酸蒸氣的存在使煙氣的露點(diǎn)（通常稱酸露點(diǎn)）顯著升高。煙氣露點(diǎn)的升高極易引起管道和空氣凈化設(shè)施的腐蝕。大氣穩(wěn)定度：垂直方向上大氣的穩(wěn)定度；根據(jù)a=g*（r-rd）*z/T有如下三種情況：1、丫>丫d,a>0,氣塊加速運(yùn)動，大氣不穩(wěn)定；2、丫<Td,a<0,氣塊減速，大氣穩(wěn)定；3、Y=^d,a=0,大氣中性。論述煙流形狀與大氣穩(wěn)定度關(guān)系（P79）大氣污染狀況與大氣穩(wěn)定度有密切關(guān)系。大氣穩(wěn)定度不同，高架點(diǎn)源排放煙流擴(kuò)散形狀和特點(diǎn)不同，造成的污染狀況差別很大。典型的煙流形狀有五種類型。①波浪型：煙流呈波浪狀，污染物擴(kuò)散良好，發(fā)生在全層不穩(wěn)定大氣中，即？>?do多發(fā)生在晴朗的白天地面最大濃度落地點(diǎn)距煙囪較近，濃度較高。②錐型：煙流呈圓錐形，發(fā)生在中性條件，即？=?do垂直擴(kuò)散比平展型好，比波浪型差③扇型：煙流垂直方向擴(kuò)散很小，像一條帶子飄向遠(yuǎn)方。從上面看，煙流呈扇形展開。它發(fā)生在煙囪出口處于逆溫層中，即該層大氣？一？d<-1。污染情況隨高度的不同而異。當(dāng)煙囪很高時，近處地面上不會造成污染，在遠(yuǎn)方會造成污染，煙囪很低時，會造成近處地面上嚴(yán)重的污染。④爬升型（屋脊型）：煙流的下部是穩(wěn)定的大氣，上部是不穩(wěn)定的大氣，一般在日落后出現(xiàn)，由于地面輻射冷卻，底層形成逆溫，而高空仍保持遞減層結(jié)。它持續(xù)時間較短，對地面污染較小。⑤漫煙型（熏煙型）：對于輻射逆溫，日出后逆溫從地面向上逐漸消失，即不穩(wěn)定大氣從地面向上逐漸擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展到煙流的下邊緣或更高一點(diǎn)時，煙流便發(fā)生了向下的強(qiáng)烈擴(kuò)散，而上邊緣仍處于逆溫層中，漫煙型便發(fā)生了。這時煙流下部？一？d>0,上部？一？d<1o這種煙流多發(fā)生在上午8?10點(diǎn)鐘，持續(xù)時間很短。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。大氣湍流：大氣的無規(guī)則運(yùn)動。風(fēng)速的脈動（或漲落）和風(fēng)向的擺動就是湍流作用的結(jié)果。按照湍流形成原因：一、由于垂直方向溫度分布不均勻引起的熱力湍流，氣強(qiáng)度主要取決于大氣穩(wěn)定度：二、由于垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度引起的機(jī)械湍流，其強(qiáng)度主要決定于風(fēng)速梯度和地面粗糙度。實際的湍流是上述兩種湍流的疊加。風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)。大氣污染物的擴(kuò)散越快。海陸風(fēng)，山谷風(fēng)，城市熱島環(huán)流。P83高斯擴(kuò)散模式：假設(shè)：坐標(biāo)系：右手坐標(biāo)，x軸正向為平均風(fēng)向，y為橫風(fēng)向，z為垂直向。四點(diǎn)假設(shè)：a.污染物濃度在y、z方向上分布為正態(tài)分布b.全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定c.源強(qiáng)是持續(xù)均勻穩(wěn)定的d.擴(kuò)散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）。顆粒的粒徑分類方法：①用顯微鏡觀察：1定向直徑：也稱菲雷特直徑，各顆粒在投影圖中同一方向的最大投影長度2定向面積等分直徑：也稱馬丁直徑，各顆粒在投影圖中按同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度3投影面積直徑：也稱黑烏德直徑，與顆粒物投影面積相等的圓的面積。②用篩分法測定：篩分直徑：顆粒物能過通過最小方篩的寬度③用光散射法測定：等體積直徑：與顆粒物體積相等的圓球的直徑。④用沉降法測定：1斯托克斯直徑：在同一流體中與顆粒物的密度相等和沉降速度相等的圓球的直徑2空氣當(dāng)量學(xué)直徑：在空氣中與顆粒物的沉降速度相等的單位密度的圓球的直徑。圓球度：與顆粒體積相等的圓球表面積與顆粒表面積的比值。粒徑分布：指不同粒徑范圍內(nèi)的顆粒個數(shù)（質(zhì)量或表面積）所占的比例。分類：個數(shù)分類，質(zhì)量分布。平均粒徑：長度，表面積，體積平均的粒徑。粉塵的物理性質(zhì)：粉塵的密度：單位體積粉塵的質(zhì)量。真密度：不包含空隙體積。堆積密度：包含空隙體積粉塵的安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角。角越小，流動性越好粉塵的滑動角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運(yùn)動時粉塵開始發(fā)生滑動的平板傾角。粉塵的安息角和粉塵的滑動角是評價粉塵流動特征的重要指標(biāo)。粉塵的比表面積：單位粉塵所具有的面積。粉塵的含水率：粉塵的含水量與粉塵總質(zhì)量的比值與粉塵的吸濕性有關(guān)。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(zhì)。粉塵的荷電性：多采用高壓電暈放電的方式實現(xiàn)粉塵荷電的。（體積比電阻：高溫，導(dǎo)電主要靠粉塵本體內(nèi)部的電子和離子進(jìn)行。表面比電阻：低溫，導(dǎo)電主要靠粉粒表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)中的離子進(jìn)行。）吸附性：粉塵離子附著在固體表面上，或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象。吸附力：分子力，毛細(xì)力和靜電力。凈化裝置的性能評價：經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和占地面積等；技術(shù)指標(biāo)：1處理煙氣流量2壓力損失3凈化效率。還應(yīng)考慮裝置的安裝，操作，檢修的難易程度。分級除塵效率：除塵裝置對某一粒徑或粒徑間隔內(nèi)的粉塵的去處效率。顆粒捕集的理論基礎(chǔ)：流體阻力，重力沉降，離心沉降，靜電沉降，慣性沉降，擴(kuò)散沉降。煙氣調(diào)質(zhì)：增加煙氣濕度，或向煙氣中加入SO3NH3及Na2CO舞化合物，可使粒子導(dǎo)電性增加。電暈閉塞：當(dāng)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?？朔弑入娮栌绊懙姆椒ㄓ校罕３蛛姌O表面盡可能清潔；采用較好的供電系統(tǒng)，煙氣調(diào)質(zhì)，以及發(fā)展新型電除塵器。起始電暈電壓：開始產(chǎn)生電暈電流是所施加的電壓。除塵裝置：一、機(jī)械除塵器①重力沉降室②慣性除塵器③旋風(fēng)除塵器二、電除塵器三、袋式除塵器四、濕式除塵器機(jī)械除塵器：通常指利用質(zhì)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(fēng)除塵器等。重力沉降室的結(jié)構(gòu)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(jìn)入重力沉降室后，由于擴(kuò)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。設(shè)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(nèi)的氣流速度、增加沉降室長度、降低沉降室高度。重力沉降室的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，投資少，壓力損失小，維修管理容易。缺點(diǎn)：體積大，效率低，因此只能作為高效除塵的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子。慣性除塵器：除塵機(jī)理：在沉降室內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)變，借助塵粒的慣性作用，使其與氣流分離。分類：沖擊式，氣流粒子沖擊擋板捕集較粗粒子；反轉(zhuǎn)式，改變氣流流動方向捕集較細(xì)粒子。旋風(fēng)除塵器的基本原理：旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)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5dm的塵粒。旋風(fēng)除塵器特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)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(diǎn)：效率80%￡右，捕集＜5^m顆粒的效率不高，一般作預(yù)除塵用。影響旋風(fēng)除塵器效率的因素：二次效應(yīng)、比例尺寸、煙塵的物理性質(zhì)、操作變量。二次效應(yīng)：即被捕集粒子重新進(jìn)入氣流。電除塵器機(jī)理：電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場進(jìn)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(nèi)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。電除塵器分類：單區(qū)和雙區(qū)。單區(qū)電除塵器分為兩種形式：管式和板式電除塵器主要優(yōu)點(diǎn)：①壓力損失?、谔幚頍煔饬看?，可達(dá)105-106m3/倍能耗低④對細(xì)粉塵有很高的捕集率，可高于99%⑤可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作。電除塵的性能缺點(diǎn)：除塵器的主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，消耗鋼材多，初投資大，要求安裝和運(yùn)行管理技術(shù)較高，故目前我國電除塵的應(yīng)用還不太普遍。袋式除塵器工作原理：含塵氣體從下部進(jìn)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(jī)械振動的作用下從濾料表面脫落，落入灰斗。袋式除塵器的清灰方式：機(jī)械振動清灰、逆氣流清灰、脈沖噴吹清灰。袋式除塵器特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、除塵效率高；2、適應(yīng)性強(qiáng)；3、操作彈性大；4、結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：1、受濾布的耐溫、耐腐等操作性能的限制；2、不適于粘結(jié)性強(qiáng)及吸濕性強(qiáng)的塵粒。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置濕式除塵器的優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：1、有泥渣2、防凍設(shè)備（冬天）3、易腐蝕設(shè)備4、動力消耗大。文丘里除塵器：（可除去1以下的塵粒）由收縮管、喉管、擴(kuò)散管組成。水從喉管周邊均勻分布的若干小孔進(jìn)入，在被通過這里的高速含塵氣流撞擊成霧狀液滴，氣體中的塵粒與液滴凝聚成較大顆粒隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)器和氣體分離。在旋風(fēng)分離器中，含塵的水滴與氣流分離。異常電荷現(xiàn)象：1沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導(dǎo)致低電壓下發(fā)生火花放電或在集塵極上發(fā)生反電暈現(xiàn)象2當(dāng)微小粒子濃度高時，雖然荷電塵粒所形成的電暈電流不大，但形成的空間電荷很大，抑制電暈電流的產(chǎn)生3當(dāng)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，失去除塵作用。電暈放電：氣體介質(zhì)在不均勻電場中的局部自持放電。積塵面積，隔板數(shù)氣體污染物脫除的主要單元操作：氣體吸收、氣體吸附、催化操作。雙膜模型的假設(shè)：1）界面兩側(cè)存在氣膜和液膜，膜內(nèi)為層流，傳質(zhì)阻力只在膜內(nèi)；2）氣膜和液膜外湍流流動，無濃度梯度，即無擴(kuò)散阻力；3）氣液界面上，氣液達(dá)溶解平衡，即：CAi=HPAi;4）膜內(nèi)無物質(zhì)積累，即達(dá)穩(wěn)態(tài)。雙膜理論的基本要點(diǎn)：1、相互接觸的氣、液兩相流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個很薄的停滯膜，相界面兩側(cè)的傳質(zhì)阻力全部集中于這兩個停滯膜內(nèi)，吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此二膜層由氣相主體進(jìn)入液相主體；2、在相界面處，氣、液兩相瞬間即可達(dá)到平衡，界面上沒有傳質(zhì)阻力，溶質(zhì)在界面上兩相的的組成存在平衡關(guān)系，即所需的傳質(zhì)推動力為零或氣、液兩相達(dá)到平衡。3、在兩個停滯膜以外的氣、液兩相主體中，由于流體充分湍動，不存在濃度梯度，物質(zhì)組成均勻。溶質(zhì)在每一相中的傳質(zhì)阻力都集中在虛擬的停滯膜內(nèi)。物理化學(xué)吸附的區(qū)別：1吸附力分子間力/化學(xué)鍵力2反應(yīng)類型物理反應(yīng)/化學(xué)反應(yīng)3選擇性無選擇性/有選擇性4速度快/慢5熱量放熱/吸熱6可逆性可逆/不可逆7分子層一般是單分子層或多分子層/一般是單分子層吸附劑的要求：1內(nèi)表面積大2具有選擇性吸附作用3高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性4吸附容量大5來源廣泛，造價低廉6良好的再生性能吸附劑的活性：單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性一一吸附達(dá)到飽和時的吸附量動活性一一未達(dá)到平衡時的吸附量工業(yè)上廣泛應(yīng)用的吸附劑：活性炭，活性氧化鋁，硅膠，白土，沸石分子篩。吸附劑再生方式：1加熱再生2降壓或真空解吸3置換再生4溶劑萃取P286穿透保護(hù)作用時間（損失）：催化劑：加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)催化劑的組成部分：活性組分+助催化劑+載體催化作用機(jī)理：通過加入催化劑，改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)活化能，從而達(dá)到加快反應(yīng)速度的目的。吸附機(jī)理：吸附過程的凈化效果取決于吸附平衡和吸附速率。吸附過程：1.外擴(kuò)散（氣膜擴(kuò)散）：吸附質(zhì)從氣流主體穿過顆粒周圍氣膜擴(kuò)散至外表面；2.內(nèi)擴(kuò)散（微孔擴(kuò)散）：由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附及微孔表面；3.吸附：到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附。脫附過程是上過程的逆過程。吸附工藝：固定床，流動床，沸騰床。催化劑性能指標(biāo)：1活性2選擇性3穩(wěn)定性催化反應(yīng)7個步