大气污染控制工程(PART 4)-课件(PPT讲义·精·选)

¯
• 3、粘度
定义式： 定义式 µ=（ F/A ）/（dυ/dy） 式中： 内摩擦力， F——内摩擦力，N 内摩擦力 层间的接触面积, A——层间的接触面积, m2 层间的接触面积 dυ——层间的相对速度, m/s 层间的相对速度, dυ 层间的相对速度 dy——层间的垂直距离,m 层间的垂直距离,m dy 层间的垂直距离 µ——动力粘度，简称粘度 Pa.s 动力粘度， 动力粘度 简称粘度,
（3）判断可压缩性流体是否进行不可压缩性流动 ） 的依据：马赫数（ 的依据 马赫数（ MA ）
MA = υ/ υa
式中：υ，υa——分别是流体的流速和声速 m/s
判断： 判断：当MA ﹤0.25时，这种流动可认为是不
可压缩性流动；当MA >0.25时，这种流动是可压缩 性流动
• 4、2、2能量衡算 1、能量衡算的基本方程
？
Q2=（343.04+0.13T－27.174×10-6 T2)(T－298) （ － × － 转化过程： 与温度间存在如下关系： 转化过程：Cp与温度间存在如下关系： Cp=a+bT+cT2+dT3 上述四种气体的有关参数如下： 上述四种气体的有关参数如下：
上述四种气体的定压摩尔热容
气体
a
b×10－ c×10－6 d×10－ 温度范围 × × × 温度范围K 3 9 42.26 14.49 6.226 6.297 －14.25 －2.022 － 0.9502 0.7494 / / / / 273~3800 273~3800 273~3800 273~3800
输入的能量－输出的能量 积累的能量 输入的能量－输出的能量=积累的能量
在大气污染控制工程中，物料的流动通常是连续 稳定的，体系积累的能量等于0。即

电除尘器设计与计算
一、组成 二、设计应掌握以下数据 （1）需净化的烟气量 （2）烟气的温度 （3）烟气的湿度 （4）烟气的成分 （5）含尘浓度 （6）烟尘性质 （7）电除尘器出口烟气允许的含尘浓度
电除尘器设计与计算（2）
三、电除尘器的基本设计参数及其计算 1、比集尘极板面积和集尘极板面积 2、电场数 3、通道宽度
积 （3）根据处理气体及粉尘的物理、化学性质，选
择适当的滤料和本体结构 （4）根据投资能力、厂房条件、维修技术水平，
选定袋式除尘器型式 三、运行维护
7、5颗粒层除尘器
1、优点 2、缺点 3、机理
8、电除尘器
目的： 学习本章要求充分理解点除尘器的工作原
理，了解电除尘器的特点及分类，掌握影响 电除尘器除尘效率的因素，重点掌握电除尘 器的结构、选型、运行与管理应用
8、3电除尘器效率
一、除尘效率 多依奇假设： 二、主要参数 1、电场风速 2、集尘极板的间距 3、电晕线线距 4、粉尘驱进速度 5、有效驱进速度
8、3电除尘器效率（2）
三、影响电除尘器除尘效率的因素 （1）废气成分 （2）气体的温度和压强 （3）粉尘比电阻 （4）粉尘浓度 （5）电极的形状及尺寸 （6）气流速度及分布情况 （7）供电参数 作业： P169 3
8、1电除尘器的分类和特点
一、性能特点 （1）优异的除尘性能 （2）节约能源 （3）适用范围广 （4）主要缺点 二、分类
8、2电除尘器的工作原理
一、电晕放电和气体电离 （1）电晕放电 （2）电晕区 （3）正电晕和负电晕 （4）电晕特性取决于
8、2电除尘器的工作原理（2）
二、悬浮粒子荷电 1、荷电机理 （1）电场荷电 （2）扩散荷电 两者综合作用 2、异常荷电现象 3、被捕集粉尘的清除

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• 3.2.5 烟流形状与大气稳定度 的关系
• 波浪型（不稳） • 锥型（中性or弱稳） • 扇型（逆温） • 爬升型（下稳，上不
稳） • 漫烟型（上逆、下不
稳）
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3.3 大气的运动和风
• 3.3.1 引起大气运动的作用力
直接作用力
重力 水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）
间接作用力
很厚的气层下沉 压缩变扁 顶部增温比底部多
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• 3）平流逆温：暖空气平流到冷地面上而形成 • 4）湍流逆温：低层空气的湍流混合形成
d 下层湍流混合达 d 上层出现过渡层 逆温
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• 5）锋面逆温：冷暖空气团相遇时，由于在锋面温差过
大所形成。
冷、暖气团相遇 暖气上爬，形成锋面
冷暖间逆温
• 能见度表示了大气清洁、透明的程度或大气的混浊程度。 能见度的观测值通常分为10级。
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3.2 大气的热力过程
3.2.1 太阳、大气和地面的热交换 太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量 太阳辐射加热地球表面 地面长波辐射加热大气 近地层大气温度随地表温度变化
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3.2.2 气温的垂直变
5）若气温随高度增加而递减，γ为正值，反 之为负值。
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6）温度层结：用以表示气温沿高度变化 的曲线。
大气的温度层结分四种类型：
(1)γ>γd，正常分布层结(递减层结)，气 温随高度增加而递减；
(2)γ=γd，中性层结，气温直减率接近1K /100m；
(3)γ=0，等温层结，气温不随高度变化； (4)γ<0，逆温，气温随高度增加而增加。
1）大气的绝热过程与泊松方程
T/T0=(P/P0)0.288

课程对实践环节及课外作业的要求
• • • • • • • • • • •
配合本教学内容,安排了课程设计和课程实验,内容如下: 1. 主要实验名称、学时及类型 ① 文丘里—旋风水膜除尘器的除尘模拟实验 4学时 综合性 ② 干法脱硫实验, 4学时 验证性 ③ 粉尘真密度的测定 4学时 性能测试 ④ 粉尘粒径分布的测定 4学时 定性和定量 ⑤ 气态污染物的吸收净化实验 4学时 综合性 可根据实验条件适当增减部分内容。 2. 课程设计 内容: 某企业烟气净化系统的设计 工作量: 设备图、系统布置图各一套(要求用CAD制图);设计说明书一份。
课程内容、学时分配及教学基本要求
• (一) 基本要求 – 了解大气污染物及其主要污染源,大气环境标准及综合防治措施。 – 了解大气污染与燃烧的关系。 – 了解大气污染与气象的关系,初步学会大气污染物浓度分布和烟囱 设计的估算方法。 – 基本掌握除尘技术的基本理论,学会正确选用除尘设备、设计除尘 系统。 – 基本掌握气态污染物净化的基本原理,主要污染物的典型净化工艺 流程和设备。 – 基本掌握设计、选择和运行大气污染净化系统。
SO2 SO3 H 2 SO4
M n 2 ，Fe 2
（2）气态状污染物
• 常见的有：CO、NOx、HC化合物、SOx、微粒、光化学烟雾等
• • • • • • 粉尘（钢铁厂、冶炼厂、水泥厂、建筑材料厂等）； 硫化物（民用炉、热点站、金属冶炼、硫酸厂）； 氮化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂）； 氧化物（CO、CO2）； 卤化物（氟化物、氯化物、制碱厂）； 有机物质的污染。
大气圈的构成及大气组成大气圈的构成及大气组成大气圈各层特点大气圈各层特点大气组成恒定组分可变组分不定组分大气组成恒定组分可变组分不定组分大气污染的形成大气污染的形成大气污染的含义大气污染的含义大气污染源的分类大气污染源的分类次污染物和二次污染物次污染物和二次污染物一次污染物和二次污染物一次污染物和二次污染物重要的大气污染物重要的大气污染物coconox大气的危害大气的危害大气污染与气象的关系大气污染与气象的关系大气污染气象学的研究状况大气污染气象学的研究状况影响大气污染的气象因子动力因子热力因子影响大气污染的气象因子动力因子热力因子大气污染的状况大气污染的状况大气污染防治途径大气污染防治途径大气污染质量控制标准大气污染质量控制标准????????????????noxsoxsoxhchcdustdustmistmist等等??????????????第一章第一章概概论论??空气的重要意义

粒度分布见下表：
粒径/μm 质量百分含量/%
0～10 10～20 20～40 40～60 60～80 80～100 24.75 25.68 18.63 8.21 10.33 12.40
三、旋风除尘器
解：1.确定旋风除尘器的几何尺寸：
设进口面积为A，取进口速度 v = 16 m/s，因此：
A h b qV 4608 m2 0.08m2 v 360016
碰撞式－气流冲击 挡板捕集较粗粒子
回转式－改变气流 方向捕集较细粒子
(a)单级碰撞式；(b)多级碰撞式； (c)百叶式；(d)回转式
二、惯性除尘器
3.惯性除尘器的应用 惯性除尘器宜用于净化密度和粒径较大的
金属或矿物性粉尘。由于其净化效率不高，只
能用于多级除尘中的第一级除尘，捕集10～
20μm以上的粉尘，其压力损失差别很大，一
根据拉普尔标准尺寸比例, 取h = 2b 则： （1）入口宽度b
b (A / 2)1/2 0.2m
三、旋风除尘器
（2）入口高度h h = 2b = 0.4 m （3）筒体直径D D = 4b = 0.8 m （4）排气管直径d d = 0.5D = 0.4 m （5）卸灰口直径dx dx = 0.25D = 0.2 m （6）筒体长度l1 l1 = 2D = 1.6 m （7）锥体长度l2 l2 = 2D = 1.6 m （8）排气管长度l3 l3 = 0.625D = 0.5 m
一、重力沉降室
提高沉降室效率的主要途径： ➢降低沉降室内气流速度 ➢增加沉降室长度 ➢降低沉降室高度 ➢多层沉降室：设置几层水平隔板 ➢折流板式沉降室：加设一些垂直的挡板， 利用气流绕流的惯性作用
一、重力沉降室
重力沉降理容易

Rp g 令 KP C

，定义为颗粒层的比阻力系数，因此
PP RP 2Ct
袋式除尘器的压力损失
对于给定的烟气特征和粉尘层渗透率，PP与粉尘浓度ρ和过 滤时间t成线性关系，而与过滤速度的平方成正比
若已知粉尘的粒径分布、堆积密度和真密度，可以利用丹 尼斯和克莱姆提出的下述方程式估算
影响袋式除尘器性能的因素
袋式除尘器的选择、设计和应用

设计流程
选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适应 选择清灰方式：与滤布相适应
计算气布比
计算穿透率
计算需要的过滤面积和袋室数目
提出风机和管道的技术要求 经济核算
袋式除尘器的选择、设计和应用

选择与设计
（1）选定除尘器型式、滤料及清灰方式
袋式除尘器的压力损失
袋式除尘器压力损失与气体流量的变化
袋式除尘器的压力损失

渗透率K是沉积粉尘层性质，如孔隙率、比表面积、孔隙大 小分布和粉尘粒径分布等的函数
P Pf PP xf g Kf xP g KP

对于给定的滤料和操作条件，滤料的压力损失 Pf 基本上是 一个常数
3.6 10 3 4 0.094
ρ 22 － 粉尘出口浓度，g/m3 C
Pns －无量纲常数
ρC1 －粉尘入口浓度，g/m3 1 CR ρ R －脱落浓度 （常数），g/m3 W －粉尘负荷，g/m2
Dennis and Klemm 取 C R R=0.5 ρ = 0.5
－表面过滤速度，m/s
袋式除尘器

采用纤维织物作滤料的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气 的除尘方面应用较广 除尘效率一般可达99%以上 效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应 用

二氧 化硫 控制 技术
湿法 烟气 脱硫
氧法：回收硫铵法、回收石膏 法、回收硫磺法
钙法：石灰石－石膏法 钠法：中和法、直接利用法、
回收亚硫酸钠法、回收石膏法、 回收硫磺法 镁法 碱式硫酸铝法 磷铵肥法
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
烟尘 粉尘
沉降室
旋风除尘器 湿法除尘器
布袋除尘器
静电除尘器
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
大气 污染 控制 技术
二氧 化硫
烟气脱硫：从烟气中脱除二 氧化硫的技术
一般分类：抛弃法，回收法 按控制技术分类 （1）干法烟气脱硫 （2）湿法烟气脱硫 （3）洁净煤燃烧技术
处理效率，求出 CoCi(1)
口浓度，并判断
C o C s 达标
是否满足排放标
C o C s 不达标
准
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控制 技术
大纲 要求
熟悉二氧化硫、氮氧化 物尘（烟尘、粉尘）控 制的主要方法
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主要 大气 污染 控制 技术
主要大气污染物 二氧化硫 氮氧化物 烟（粉）尘
大气污染控制技术 清洁煤燃烧技术 高烟囱排放技术 烟气脱硫、脱硝、除尘技术
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测量记录室内空气的干球温度（即除尘系统中气体的温度）、湿球温度及相对湿度，计算空气中水蒸气体积分数（即除尘器系统中气体的含湿量）。
测量记录当地的大气压力。记录袋式除尘器型号规格、滤料种类、总过滤面积。测量记录除尘器进出口测定断面直径和断面面积，确定测定断面分环数和测点数，作好实验准备工作。
四、实验步骤
01
02
二、实验原理
三、实验装置和试剂
（一）实验装置 夹套式U型吸附器 （二）实验试剂 1、吸附器 硬质玻璃，直径d=15mm，高H=150mm，套管外径D=25mm，1个。 2、活性炭 粒径200目。 3、稳定阀 1个。 4、蒸气瓶 5L，1个。 5、冷凝器 1只。 6、加热套 500W，1个。 7、吸气瓶 1个 8、储气罐 不锈钢， 400L，最高耐压P=15kg/cm3, 1个 9、空气压缩机 排气量Q=0.1m3/min,压力P=20kg/cm2 10、真空泵 抽气量Q=0.5L/min,转数N=140r/min, 1台 11、 医用注射器 5ml, 2ml, 各1只 12、分光光度计 1台 13、调压器 500W， 1台 14、对氨基苯磺酸 分析纯1瓶 15、盐酸萘乙二胺 分析纯1瓶 16、冰醋酸 分析纯 1瓶 17、氢氧化钠 分析纯 1瓶 18、硫酸亚铁 工业纯 1瓶 19、亚硝酸钠 工业纯 1瓶。
（七）除尘效率计算
实验装置
旋风除尘器
仪器
倾斜微压计 2台
U型压差计500－1000mm 2个
毕托管 2支
烟尘采样管 2支
烟尘浓度测试仪 2台
干湿球温度计 1支
活性炭是基于其较大的比表面（可高达1000m2/g）和较高的物理吸附性能吸附气体中的NOx。活性炭吸附NOx是可逆过程，在一定的温度和压力下达到吸附平衡，而在高温、减压下被吸附的NOX又被解吸出来，活性炭得到再生。

最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工业一 般应用
无烟煤
❖ 煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量大
❖ 煤的详细分类
❖ 煤的成分分析
工业分析（ proximate analysis ）
测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是 评价工业用煤的主要指标。
❖ 氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为 2%~10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出 120500 kJ的热量。
❖ 氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量
❖ 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%~1.5%
❖ 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两 种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3， 其中SO2占95%以上。
O
5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057
ash
7.9
6.43 = 1.23 g/molC
❖ The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 M f 6 1 . 0 4 0 3 m o l （ g 碳 ） 1 5 . 5 5 m o l （ g 碳 ）
❖ 水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水 分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。 外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥 箱中加热到102~105C，保持2h后才能除掉。
❖ 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
4.煤的分类和组成
❖ 煤的基本分类
褐煤

集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都 和全部的水蒸气， 集中了大气质量的 和全部的水蒸气 发生在这一层 温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温 温度随高度的增加而降低，每升高 平均降温0.650C 平均降温 强烈对流作用 温度和湿度的水平分布不均
大气边界层－对流层下层 ～ 大气边界层－对流层下层1～2km，地面阻滞和摩擦 作用明显 ，
大气气压场分布
大气水汽分布
主要气象要素
气象要素：表示大气状态的物理量和物理现象。 气象要素：表示大气状态的物理量和物理现象。 1．气温 ． 天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。 天气预报中： 高 百叶箱内气温。
o
5 C = ( o F − 32) 9
K = oC + 273.15
o
F =
9o C + 32 5
γ 由定义： 由定义： d =
−dTi g = = 0.98K /100m （ C p = 1004J ⋅ kg −1K −1 ） dz Cp
T P R Cp P =( ) = ( )0.288 T0 P0 P0
－泊松方程
位温:各高度均把压力换算为1000mb(10kPa)时的温度（绝热） 时的温度（ 位温:各高度均把压力换算为 时的温度 绝热）
云
低 云 （ 25 00 米 以 下 ）
云 云 5000m
2500-5000m
主要气象要素
6．能见度 ．
正常视力的人， 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（ 级别（0~9级，相应距离为 ～50000米） 级 相应距离为50～ 米
第二节 大气的热力过程
太阳、 太阳、大气和地面的热交换
Hale Waihona Puke 静力学方程: 静力学方程∂P = − ρg ∂z

2、气温与气压 （1）气温：这里指地面气温，一般是指距地面 1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。常用的 气温 单位为摄氏温度（ ℃ ）、热力学温度（K） 和华氏温度（°F）。三者之间的换算公式如下：
{T}K={t} ℃+273.15 {t} ℃=5/9× ({t} °F－32)
气温与大气污染的关系： 近地层大气的温度是不断变化的。近地层大 气温度的垂直分布决定了大气的稳定程度， 以至影响大气污染物的扩散和稀释。因此气 温的垂直分布与大气污染程度密切相关。
二、影响大气污染物扩散能力的主要因素 大气的运动变化主要是由大气中热能的交 换引起的，热能主要来自于太阳，热能的交换使 得大气的温度有升有降。空气的运动和气压系统 的变化活动，使地球上海陆之间、南北之间、地 面和高空之间的能量和物质不断交换，生成复杂 的气象变化和气候变化。影响大气污染物扩散的 主要因素有两方面： 一是气象的动力因素；二 是 热力因素。
（2）气压： 单位面积上承受的大气柱的重力，即大气 的压强。大气层中不同的地方气压不同而产生 压力差，从而引起空气的运动。气压的单位有： 大气压、帕、毫巴、毫米汞柱，它们之间的关 系如下
1atm=101325Pa=1013.25mbar=760mmHg
3、大气湿度：表示大气中水汽含量和潮湿程度的重 要物理量，它与天气变化密切相关。大气湿度的常 用表示方法有以下几种： （1）绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量， 单位：g/m3. (2)水汽压力：空气中所含水汽的分压力，与气压用 相同单位mmHg或Pa。 注意：通常气温条件下水汽压的值与绝对湿度 的值相差不大，因此实际工作中常以水汽压来代替 绝对湿度
续表 各项污染物的浓度限值
Pb 季平均 年平均 B[a]P F 日平均 日平均 一小时平均 月平均 植物生长季平均 1.8② 1.2 ② 1.50 1.00 0.01 7① 20 ① 3.0③ 2.0 ③ μg/dm2.d μg/Nm3

1
§1湍流扩散的基本理论
• 一、湍流概念简介 • 扩散的要素
– 风：平流输送为主，风大则湍流大 –湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 1、什么是湍流？ 除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的
乱运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点 象分子的热运动）
或者说湍流是大气的无规则运动 。 2、湍流与扩散的关系
第4章 大气扩散浓度估算模式
• 1、教学要求 • 要求了解湍流扩散的基本理论，理解和掌握高
斯扩散模式、烟囱高度的设计和厂址的选择。 2、教学重点 • 掌握影响污染物稀释扩散法控制的有关条件； 污染物浓度估算的高斯模式，烟囱高度的设计 方法。 • 3、教学难点 • 污染物稀释扩散法控制，污染物浓度估算的高 斯模式。
增大，两项共同作用的结果必将在某一距离 x 上出现最大浓度 Cmax。
dc 求最大浓度利用求极值的方法，即dx 0 ，作一些近于实际的
假设 y z
const (常数），即σ y、σ z 随 x 增加的倍数相同。
18
由
dc d z

d d
z

Q u y
z
exp
• 利用这些理论进行研究时，常采用数值分析法、现场 研究法和实验室模拟研究法三种方法。理论和方法的 运用不可分割，应该将它们很好地结合在一起，得出 与实际大气污染扩散相符合的计算模式。
6
7
大气湍流与污染物的扩散
• 图a表示烟团在比它尺度小的湍涡作用下，一 边随风迁移，一边受到湍涡的搅扰，边缘不断 与周围空气混合，体积缓慢地膨胀，烟团内部 的浓度也不断地降低。
把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运 动而形成它与分子运动极为相似。 3.湍流起因有两种形式 ： – 热力：温度垂直分布不均（不稳定） – 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度