1、1大气复习第一章 绪论第一节 大气与大气污染的概念一、大气污染及其分类大气组成：干燥清洁的空气、水蒸气、各种杂质。干洁空气的主要组成%：氮气 78 氧气 21 氩气 0.934 二氧化碳 0.033标况（273.15K，101325Pa）下干洁空气的平均分子量：28.966 密度：1.293kg/m 3二、大气污染的定义由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了生态环境的现象。 福利：指与人类协调共存的生物、自然资源以及财产、器物等给人们带来的福利。三、全球性大气污染问题1、温室效应 2、臭氧层破坏 3、酸雨 （
2、4、战争影响）第二节 大气污染物及其来源一、大气污染物按存在状态分： 气溶胶状态：TSP，PM 10（注意：空气动力学 当量直径）气体状态： 一次污染物：SO X、NO X、CO X、VOC、X二次污染物（见下表，简单了解）一次大气污染物直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物。二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。 光化学烟雾光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。光化学烟雾最具危害的两种物质是 O3 和 PAN。二、排放源人为来源 ：交通、发电厂、工业过程、工业及生活燃料燃烧、垃圾焚烧自然来源：地
3、理：火山、海洋；气象: 闪电；动物: 反刍动物；植物第三节 大气污染的危害细微颗粒物污染细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大：a、细颗粒物本身可能是有毒、有害物质；b、细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体；c、细颗粒物污染可导致能见度显著降低。酸沉降：是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。致酸物质分为干和湿两种。温室气体：CO 2、CH 4、CFC S、N 2O大气污染的危害包括：1.对人体健康的影响；2.对植物的伤害；3.对器物和材料的影响；4.对大气能见度的影响第四节 大气污染防治法规与标准体系1.中华人民共和国大气污染防治法：1987 通过；1995-8-29
4、 第一次修订；2000 年第二次修订2.大气环境质量标准体系GB30951996 环境空气质量标准GB162971996 大气污染物综合排放标准 第五节 大气污染控制技术及其发展1. 大气污染控制的含义从两方面理解：一方面是从立法角度，指用法律来限制或禁止污染物的扩散；另一方面， “控制”具有22 222CHSOO3.78N44 HSxyzwywywxzxzQ防止的意思。大气污染控制的重点是控制污染源。2. 废气排放控制系统：集气罩-管道- 颗粒除尘器- 气态污染物净化器- 风机-烟道-烟囱3. 颗粒污染物控制机械式除尘器：通过质量力（重力、离心力）的作用除尘；过滤式除尘器；湿式除尘器；静电除
5、尘器；4. 气态污染物控制吸收法、吸附法、冷凝法、燃烧法（直接燃烧、催化燃烧）第二章 燃烧与大气污染第一节 燃料的性质1. 燃料的分类按物态分：固体燃料、液体燃料、气体燃料；按获得方法分：天然燃料、人工燃料燃料的最重要的两个属性热值：决定燃料的消耗量； 杂质：污染物产生的来源2. 煤的分类和组成煤的分类：褐煤、烟煤、无烟煤煤的成分分析：1、工业分析：测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。水分：包括外部水分和内部水分。灰分：煤中不可燃矿物质的总称。挥发分：煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体物质。固定碳：从煤中扣除以上三者后剩下的部分，是煤的主要可
6、燃物质。2、元素分析：用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。煤的成分表示方法：收到基 ar、空气干燥基 ad、干燥基 d、干燥无灰基 daf（ 全部 除外部水分 除全部水分 除水分、灰分）第二节 燃料燃烧过程 1.影响燃烧过程的主要因素燃烧过程及燃烧产物 完全燃烧：CO 2、H 2O不完全燃烧： CO2、H 2O 、CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有 S 和 N，则会生成 SO2 和 NO。温度较高时，空气中的部分 N 可能被氧化成 NO热力型 NOx。燃料完全燃烧的条件（3T）（空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失）温度条
7、件：达到燃料的着火温度时间条件：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件：燃料与氧充分混合，混合程度取决于空气的湍流度2. 燃料燃烧的理论空气量理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。燃烧方程式：（不用背）332.478/(12.083216) m/kgywxzxyzw0实 际 空 气 量理 论 空 气 量 aV 燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w 理论空气量：？需氧量空气过剩系数：实际空气量与理论空气量之比，以 表示。 通常 1。空燃比（AF）:单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。3. 燃烧过程中产生的污染物燃烧可能释放的污染物：CO
8、 2、CO、SOx、NOx、CxHy、烟、飞灰、金属及其氧化物等。温度、燃料种类和燃烧方式对燃烧产物都有影响4、热化学关系式发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下（通常为 298K 和 1atm）的热量变化，称为燃料的发热量。单位 kJ/kg（固体、液体燃料）或kJ/m3（气体燃料） 。有高位、低位之分。高位发热量 qH：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热。低位发热量 qL：是指燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完全燃烧过程所释放的热量。LwHw25(9W), 、 指 燃 料 中 氢 和 水 分 的 质 量 百 分 数 ， 括 号 里 是 水
9、 蒸 气 的 凝 结 热 。第三节 烟气体积及污染物排放量计算理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积。以 表示。0fgV烟气主要成分：CO 2 、SO 2 、N 2 和水蒸气。干烟气：烟气中除了水蒸气以外的部分。湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。 ？湿烟气体积 Vs 理论烟气体积？标准干烟气烟气体积和密度的校正（转化为标态 n 下（273K、1atm）的体积和密度，观测状态为 S）过剩空气校正 2=1a aO实 际 空 气 量 其 中 是 空 气 过 剩 系 数 ， 是 过 剩 空 气 的 过 剩 摩 尔 数理 论 空 气 量实际空气量 = （1+ a） （O2 + 3.78N
10、2）完全燃烧：与理论空气量相比多 a（O2+ 3.78N2） ？理论、实际烟气量（绿色笔部分）ppm 到 mg/m3 的相互换算： 3 6C (pm)X(mg/)=M(/ol),102.4L/l即 无 量 纲第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成 第五节 燃烧过程中颗粒物的形成1. 碳粒子的生成(积炭的生成 )2. 燃煤烟尘的形成影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质。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：不可燃矿物质微粒第六节 燃烧过程中其他污染物的形成1. 有机污染物的形成；2. CO 的形成；3. Hg 的形成与排放；4. NOx 的形成NOx 的形成机理：snnpT
11、VnsnpT4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、大气圈垂直结构大气圈可分为五层：对流层、平流层（含臭氧层） 、中间层、暖层（电离层） 、散逸层。二、主要气象要素1、 气温指距地面 1.5m 高处的百叶窗中观测到的空气温度。单位一般用和热力学温度 K。2、 气压气压是指大气的压强，单位 Pa，1Pa=1N/m 2。3、 气湿空气的湿度简称气湿，表示空气中水汽含量的多少。（1） 绝对湿度：在 1 m3 湿空气中含有的水
12、汽质量 kg，称为湿空气的绝对湿度。（2） 相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之百分比，称为空气的相对湿度。（3） 含湿量：湿空气中 1kg 干空气所包含的水汽质量 kg 称为空气的含湿量。（4） 水汽体积分数：水汽在湿空气中所占的体积分量。对于理想气体来说，混合气体中某一气体的体积分数等于其摩尔分数。（5） 露点：在一定气压下空气达到饱和状态时的温度，称为空气的露点。4、 风向和风速风：气象上把水平方向的空气运动称为风。垂直方向的空气运动则称为升降气旋。风向：指风的来向。风速：是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用 m/s 或 km/h 表示。5、 云云：飘浮在空中
13、的水汽凝结物。云高：是指云底距地面的高度。根据云底高度可分为：高云、中云、低云。云量：是指云遮蔽天空的成数。我国分为十份，国外分为八份。6、 能见度：是指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出的目标物（黑色、大小程度）的最大水平距离，单位 m 或 km。通常分十级。第二节 大气的热力过程二、气温的垂直变化1、大气的绝热过程与泊松方程大气的绝热过程：大气的升降运动总是伴有不同形式的能量交换。如果大气中某一空气块作垂直运动时与周围空气不发生热量交换，则将这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。大气热力过程的微分方程：对于大p pdPdQ=CTR,QJ; C,105J/(kgK)
14、;2870J/(kgK);TPhaAA 式 中 -加 入 体 系 的 热 量 ,干 空 气 的 定 压 比 热干 空 气 的 气 体 常 数 .气 块 温 度 气 块 压 力气的绝热过程， p0 RC0.28p 0TdP Pd=0TC 经 升 降 前 后 的 积 分 （ ， ） 到 （ ， ）， 上 式 变 为 ， ， 得 到 （ ） （ ）上式为泊松方程，说明：绝热过程中气温的变化完全是由气压变化引起的。52、干绝热直减率干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取 100m）时，温度降低或升高的数值，称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干绝热直减率，以 表示。d其定义式为：
15、 iddT idZ（ ） ， 表 示 空 气 块 ， 表 示 干 空 气 。3、位温：一干空气块绝热升降到标准气压（1000hPa）处所具有的温度成为它的位温，以 表示。4、气温的垂直分布气温随高度的变化可以用气温垂直递减率 来表示，简称气温直减率。TZ气温直减率表示了对单位高度气温的变化值。若气温随高度增加是递减的， 为正值。 大气中的温度层结有四种类型：气温随高度增加而递减，且 ，称为正常分布层结或递减层结。d气温直减率接近等于 1K/100m，即 ，称为中性层结。气温不随高度变化，即 ，称为等温层结。0气温随高度增加而增加，即 ，成为气温逆转，简称逆温。三、大气稳定度1、概念：大气稳定度
16、是指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。2、判别：由式 可见， 的符号决定了气块加速度 a 与其位移Z 的方向是否一致，也dagZTd就决定了大气是否稳定。若Z0 ，则有三种情况： 时，a0，气块加速度与其位移方向相同，气块加速运动，大气不稳定。d 时，adAdM(2)筛分法筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度筛孔的大小用目表示每英寸长度上筛孔的个数(3)光散射法等体积直径 dV：与颗粒体积相等的球体的直径若球的体积为 V，则 dV=（6V/） 1/3(4)沉降法斯托克斯（Stokes）直径 ds：同一流体中与颗粒密度相同和沉降速度相等的圆球的直径空气动力学当量直径 da：在空
17、气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（ =1 g/cm3）的圆球的直径粒径的测定结果与颗粒的形状有关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（ s1 时，近似于对数正态分布；n3 时，更适合于正态分布在双对数坐标纸上用 对 判断是否符合 R R 分布，应为一条直线ln1/()Gpd第二节 粉尘的物理性质1. 粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m 3 或 g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙，而是粉尘自身所占的真实体积求得的密度真密度 p呈堆积状态的粉尘（即粉体） ，它的堆积体积包括包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，用此堆积体积计
18、算的密度堆积密度 b空隙率粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比真密度：用在研究粉尘在气体中运动、分离和去除等方面。50LdLLg/284.15084.1g.9()dp(1)8堆积密度：用在贮仓或灰斗的容积确定等方面。2. 粉尘的安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积形成的圆锥体母线与水平面的夹角。 （也称动安息角，35-55 度）滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘，随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角。 （也称静安息角，40-55 度）安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。是设计除尘器尘斗（或粉料仓）的锥度及除尘管路或输尘管路倾斜角度的主要依据。安息角小
19、，粉尘流动性好；安息角大，粉尘流动性差安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性。3. 粉尘的比表面积（公式）单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积式中： -粉尘的平均表面积， cm2； -粉尘的平均净体积， cm3；SV-粉尘的表面积-体积平均直径，cmsvd以质量表示的比表面积式中： p 粉尘真密度，g/ cm 3以堆积体积表示的比表面积4. 粉尘的含水率 W粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分。含水率粉尘中所含水分质量与粉尘总质量（包括干粉尘与总质量）之比。含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性。吸
20、湿现象：如果溶液上方的水蒸气分压小于周围气体的水蒸气分压，该物质将由气体中吸收水蒸气。平衡含水率：与气相的相对湿度相对应的粉尘含水率（尘粒上方水气分压=空气中水气分压）5. 粉尘的润湿性润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质。湿润性粉尘：当尘粒与液体接触时，接触面能扩大而相互附着。非湿润性粉尘：当尘粒与液体接触时，接触面趋于缩小而不能相互附着。润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降。润湿速度 式中：L 20-润湿高度20(
21、/min)v根据湿润速度将粉尘分为 4 类：绝对憎水、憎水、中等亲水、强亲水润湿性是选择湿式除尘器的主要依据湿润性好的亲水性（中等亲水、强亲水）粉尘可以选用。6. 粉尘的荷电性和导电性粉尘的荷电性通过高压电晕放电实现电除尘性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷。荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电。天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的 1/10。荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关。粉尘的导电性9比电阻 V-通过粉尘的电压，V ；-粉尘层的厚度，cm；j-通过粉尘的电流密度，A/ cm 2导电机制
22、：高温（200以上） ，粉尘层的导电主要靠粉尘本体内部的电子和离子进行，这种本体导电占优势的粉尘比电阻体积比电阻；低温（100以下） ，粉尘层的导电主要靠粉尘表面吸附的水分或其他化学物质进行，这种表面导电占优势的粉尘比电阻表面比电阻；中间温度，同时起作用。比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围 10410 10 7. 粉尘的粘附性粘附和自粘现象：粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此附着的现象，后者也称自粘现象。粘附力克服附着现象所需要的力（垂直作用于颗粒重心）粘附力分为 3 种：分子力（范德华力） 、毛细力、静电力（库仑力） ；断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂
23、的接触面积；根据断裂强度（Pa）将粉尘分 4 类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性；粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性。8. 粉尘的自燃性和爆炸性自燃：存放过程中自然发热 热量积累 达到燃点 燃烧自然发热的原因：氧化热、分解热、聚合热、发酵热。影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境粉尘发生爆炸必备的条件：（1）可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度爆炸浓度下限；爆炸浓度上限（2）存在能量足够的火源第三节 净化装置的性能（计算）评价净化装置性能的指标 技术指标处理气体流量漏风率 （绝对差值） 风机在后：Q 1Q 2，为负压系统：物质不易扩散；
24、保护风机净化效率式中：S-污染物流量，g/s，S 1=S2+S3； N-污染物浓度，g/m 3N其中，下角标 N 为标准态，由观测态（下角标为 s）可以换算为标准态：;ssNPTV总净化效率 , 不漏风时，通过率分级除尘效率由总效率求分级效率分级效率求总效率分割粒径除尘 效率为 50的粒径压力损失 式中： -净化装置压损系数； v1-进口气流速度，m/s；-气体密度，kg/ m 31N32()(m/s0%312213/iiiiiiiiSgP1p0diigGq21N10 经济指标：设备费、运行费、占地面积4. 多级串联的总净化效率总分级通过率总分级效率总除尘效率第四节 颗粒捕 集的理论基础 除尘
25、过程机理：对颗粒施加作用力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力（重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等） 、流体阻力（最基本的作用力） 、颗粒间相互作用力（颗粒浓度不高时可以忽略）1. 流体阻力 FD 流体阻力形状阻力摩擦阻力，阻力的方向和速度向量方向相反式 中：C D-由实验确定的阻力系数（无因此） ；-气体密度，kg/ m 3Api-颗粒在其运动方向上的投影面积。对于球形颗粒 Ap= d2p/4u-颗粒与流体之间的相对运动速度，m/sdp-颗粒定性尺寸，对球形颗粒为其直径，m ； -流体黏度，Pas（1） 层流区 (斯托克斯区域)epR（
26、2）（3） 550e210pR湍流区（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，颗粒开始脱离与气体分子接触，颗粒运动发生所谓 “滑动” 。可将坎宁汉修正系数 C 引入斯托克斯定律。坎宁汉系数 C 与气体的温度、压力和颗粒大小有关： 温度越高、压力越低、颗粒粒径越小，C 值越大。在 293K，101 325Pa 下，C=1+0.165/ d p ，d p 用单位 m 表示。 弛豫时间： 2/(18)pd物理意义：由于流体阻力使颗粒的运动速度减小到它的初速度的 1/e（约 36.8%）时所需的时间。2. 重力沉降力平衡关系： 式中：F D-阻力，F G-重力，F B-浮力Stokes
27、 颗粒的重力沉降末端速度（当流体介质时气体时，忽略浮力影响）（m/s）Stokes 直径 （m）3. 离心沉降旋 风除尘器力平衡关系： Fc-离心力； R-旋转气流流线半径， m；u t-R 处气流的切向速度，m/sStokes 颗粒 的末端沉降速度 uc 正比于 ut2，反比于 R4静电沉降电除尘器力平衡关系静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示，对于 Stokes 粒子：5惯性沉降惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素 气流速度在靶周围的分布，用雷诺数 ReD 衡量12iTiinP12()()iin2pDp1 (N)AudCfpDp41 Stokes3 (N)CReFu（ 层 流 ） 时 得 到公 式 ：pD0.6p8550 湍 流 过 渡 区p D2Dp .4. Fdu湍 流 区 （ 牛 顿 区 ） p D2p50 .4. CFdu湍 流 区 （ 牛 顿 区 ）pD24Stokes3 (N)RFdu（ 层 流 ） 时 得 到公 式 ： gdups182gudpss1823tDC6Fctpcaud218EqpdqE3
