大氣污染控制注冊,基礎(chǔ)14.2大氣污染控制工程

大氣結(jié)構(gòu)、組成及氣象要素

1大氣結(jié)構(gòu)對流層：近地一層，平均厚度約12km，是人類活動的主要空間。主要特點為溫度隨高度遞減（約6.5℃/km），氣對流運動，溫濕度等分布不均且變化較大（主要天氣現(xiàn)象發(fā)生在此）。中間層暖層散逸層2大氣組成

大氣=干潔空氣+水汽+污染物3氣象要素表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象。主要有：氣溫（K,℃）、氣壓（Pa，kPa，hPa）、氣濕（應(yīng)用較多的參數(shù)有濕相對濕度〈%〉和含濕量〈g水蒸氣/kg干空氣〉）、風(fēng)向、風(fēng)速、云況（與大氣穩(wěn)定度相關(guān)的是云高和云量）、能見度（正常視力的人，在天空背景下能看清的水平距離。級別（0～9級，相應(yīng)距離為50～50000米）等。

1）動力因子⑴風(fēng)：空氣的水平運動，對污染物輸送和稀釋。風(fēng)向，通常分為16個方位，污染物向下風(fēng)向；風(fēng)速，m/s，污染物濃度與風(fēng)速成反比。

⑵湍流：摩擦層中不確定的的陣性風(fēng)擺動（風(fēng)速大小變化和風(fēng)向三維變化）。機械作用引起機械湍流，熱力作用引起熱力湍流，通常是機械、熱力因素共同作用。大氣湍流流場的特征量是時間和空間的隨機變量，但其統(tǒng)計平均值是有規(guī)律的。大氣湍流運動可看成簡單的平均運動與很不規(guī)則的寬尺度脈動疊加，即

V=

V+

V′(14.2-1)大氣污染物擴散主要靠湍流作用。大、中、小尺度共同作用，加快煙團擴散。⑶局地風(fēng)：地形和溫差引起，有海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、熱島效應(yīng)引起的環(huán)流（城市熱島環(huán)流）。2）熱力因子

⑴大氣的熱力過程及溫度層結(jié)氣溫的垂直變化氣溫直減率

（大氣）

干空氣絕熱垂直溫度遞減率－

干絕熱直減率

（空氣團）一般情況大氣滿足絕熱過程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無熱量交換?？諝鈮K膨脹（做功）消耗內(nèi)能T

定性空氣塊壓縮（外氣對它做功）T內(nèi)能（由壓力變化引起）溫度層（狀）結(jié)（構(gòu)）——豎向溫度分布

⑵逆溫大氣γ＜0。逆溫層阻礙氣團上升運動，不利于污染物擴散，大多數(shù)空氣污染事件發(fā)生在逆溫和靜風(fēng)條件下。所以對逆溫應(yīng)特別重視。逆溫層位不同，有上層逆溫和接地逆溫。因形成原因不同，可分為:輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、湍流逆溫、鋒面逆溫等。輻射逆溫：地面白天被加熱，大氣自下而上變暖；地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻。從而形成逆溫。輻射逆溫層生消過程下沉逆溫的形成下沉逆溫：很厚的氣層下沉，下方空氣被壓縮變扁，頂部增溫比底部多，因此形成逆溫。多發(fā)生在高壓控制區(qū)內(nèi)的高空大氣中。平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成。湍流逆溫：低層空氣因湍流混合而形成。湍流逆溫的形成鋒面逆溫：冷暖空氣相遇，平流到冷地面上，暖空氣上爬，形成鋒面；冷、暖層間出現(xiàn)逆溫。湍鋒面逆溫的形成⑶大氣穩(wěn)定度及其判別大氣穩(wěn)定度：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度，反映其是否容易對流。大氣不穩(wěn)定，有利于污染物擴散。外力使氣塊上升或下降，外力去除后氣塊減速，有返回趨勢，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處，中性大氣穩(wěn)定度判別：大氣穩(wěn)定度取決于氣溫（垂）直（遞）減率（γ）與干絕熱（垂）直（遞）減率（γd

）。大氣穩(wěn)定度與煙流擴散：大氣溫度層結(jié)影響煙流擴散，層結(jié)狀況不同，煙流擴散類型不同：波浪型、錐型、扇型、屋脊型（上揚型）、熏煙型5種基本類型（右圖）。14.2.2大氣污染物的種類與來源1污染物種類按形態(tài)分：顆粒態(tài)（固體、液體），氣態(tài)；按來源分：一次污染物、二次污染物；按物質(zhì)種類分：無機污染物（SOx、NOx、COx等)、有機污染物（如VOCs）；顆粒物按粒徑大小分：TSP、PM10、PM2.5等，此外有飄塵、降塵之分和煙塵、粉塵（固體）、霧（液）、霾（固）之稱。2污染物來源污染源分天然源、人為源；人為源：燃燒、生產(chǎn)（工業(yè)、農(nóng)業(yè)）、交通、生活等。14.2.3大氣污染物濃度的估算方法1湍流擴散的基本理論湍流分為熱力湍流、機械湍流。熱力湍流：豎向溫度分布不均勻引起，強度主要取決于大氣穩(wěn)定度；機械湍流：豎向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度引起。湍流理論解析：梯度輸送理論、湍流統(tǒng)計理論、相似理論。2擴散模式

1）高斯擴散模式基本形式⑴高斯擴散模式的坐標(biāo)系圖14.2-6擴散模式的坐標(biāo)系⑵基本假定煙羽在y和z方向污染物濃度均呈正態(tài)分布；空間風(fēng)速均勻、穩(wěn)定；污染源排放連續(xù)、穩(wěn)定；擴散過程中污染物無衰減或增生，x方向平流輸送遠(yuǎn)大于擴散；下墊面平坦。⑶無界擴散無界空間連續(xù)點源擴散模式⑷有界擴散

高架連續(xù)點源擴散模式（一般氣象條件，即u＞1.0m/s,擴散空間同一溫度層結(jié)）空間任意點濃度地面濃度地面軸線濃度地面最大濃度擴散-沉降模式（煙羽傾斜模式），適用于顆粒物粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴散計算大于15μm的顆粒物用傾斜煙流模式：顆粒物沉降速度粒徑范圍（μm）15～3031～4748～7576～100平均粒徑（μm）22386085α0.80.50.30地面反射系數(shù)a地面點源擴散模式例題：考題43（參考教材308頁，用式（14.2-14）計算。答案（C）2）特殊氣象條件下的高斯模式

⑴有上部逆溫層（封閉型）[309頁圖14.2-8，式14.2-22～24]

⑵熏煙型氣象條件下的模式[310頁式14.2-25～32]3）取值時間的影響估算濃度是某一時間段（取值時間）內(nèi)進行的，取值時間對濃度均值有影響。

C1=C2(t2/t1)P

P為時間系數(shù)。

[311頁表14.2-7]14.2.4煙氣抬升高度的計算

1煙氣抬升

H

=Hs+

ΔH用《制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T13201-91)中的方法計算：⑴

參數(shù)確定q

—

源強計算或?qū)崪y；u

—

平均風(fēng)速，按氣象資料；H

—

有效源高，計算；

σy、σy

—

按多項氣象條件確定；擴散參數(shù)的確定國標(biāo)規(guī)定的方法：穩(wěn)定度分級

太陽高度角（地理緯度，傾角）h0=arcsin[sinφsinδcosφcosδcos(15+t+λ-300)]

輻射等級確定大氣穩(wěn)定度云量擴散參數(shù)的選取擴散參數(shù)的表達式為（取值時間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時間大于0.5h，垂直方向擴散參數(shù)不變，橫向擴散參數(shù)按下式:2煙囪高度的計算要求：（1）達到稀釋擴散的作用（2）造價最低，

造價正比于H2（3）地面濃度不超標(biāo)

--按地面最大濃度計算

按地面絕對最大濃度計算按一定保證率的計算法取上述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速和擴散參數(shù)－P值法國標(biāo)GB/T13201-9114.2.5燃燒與大氣污染

1燃料的種類和性質(zhì)

大氣污染與燃料（尤其是化石燃料）燃燒關(guān)系密切。⑴燃料的種類：固體（如煤）、液體（如石油）、氣體（如天然氣）。

⑵成分及性質(zhì)：成分—工業(yè)分析（水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳），主要為燃燒計算用；元素分析—C、H、S、N、O等。分析基準(zhǔn)有收到基(ar)、空氣干基(ad)、干燥基(d)和干燥無灰基(daf)。熱值—高位熱值、低位熱值。2燃料的燃燒

1）燃料完全燃燒的條件⑴空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低溫度，增加熱損失；⑵溫度條件（Temperature）：達到燃料的著火溫度；⑶時間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需時間；⑷燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合。后3種被稱為“3T”條件。2）燃燒空氣量⑴理論空氣量⑵實際空氣量與空氣過剩系數(shù)完全燃燒化學(xué)反應(yīng)方程理論空氣量Va0

=--對液體和固體燃料，按元素組成計算：

Va0=8.923WC＋26.768WH＋3.346WS－3.346WO

WC、WH、WS、WO_—燃料中碳、氫、硫、氧的分率。N--對氣體燃料，按化合物組分（共n種）計算

Φi—氣體燃料中各可燃組分的體積（或摩爾）分率。實際空氣量Va:理論空氣量+過?？諝饬靠諝膺^剩系數(shù)=Va/Va0

取決于燃料、燃燒裝置和燃燒條件等，通常＞1。⑶空(氣)燃(料)比

AF

=燃燒所需空氣質(zhì)量/燃料質(zhì)量

3)燃燒產(chǎn)生的污染物主要有COx（CO、CO2）、SOx（主要是SO2）

、NOx（主要是NO）、煙塵、金屬及其氧化物、金屬鹽、醛、酮及稠環(huán)烴等，與燃料成分、燃燒條件等因素有關(guān)。

Va0=4.78

mN3/mN3干燃?xì)?/p>

例題：考題45（參考教材320頁，用式914.2-62）計算。答案（B）3.煙氣量及污染物量

1）煙氣量計算

⑴理論煙氣量：完全燃燒化學(xué)反應(yīng)所需空氣量(Vfg0)。此時煙氣主要成分有CO2、SO2、N2和水蒸氣等。理論濕煙氣量＝理論干煙氣量＋水蒸氣量（通常以體積表示）。液體和固體燃料的理論干煙氣量

Vfd0=1.866Wc＋0.7Ws＋0.791Va0液體和固體燃料的理論濕煙氣量Vf0

=1.866Wc＋11.2WH＋0.7Ws＋0.791Va0＋1.24(WW

＋Va0

da)

Vfd0、Vf0—理論干、濕煙氣量（mN3/kg）

WW

—燃料含水量（kg/kg燃料）

da

—空氣含濕量（kg/mN3干空氣）氣體燃料的理論干煙氣量

Vfd0

—理論干煙氣量（kg/mN3干燃?xì)猓?/p>

ФN2

—干燃?xì)庵械獨獾捏w積（或摩爾）分率。氣體燃料的理論濕煙氣量dg

—空氣含濕量（kg/mN3干燃?xì)猓?/p>

⑵實際煙氣量實際干煙氣量：Vfd=Vfd0＋（α－1）Va0實際濕煙氣量：Vf=Vf0＋（α－1）Va0（1＋1.24da）⑶煙氣體積和密度的校正將煙氣的體積和密度，由實際狀態(tài)換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（273K、101.325

kPa）：⑷過?？諝庑Ｕ龑嶋H空氣量=（1+）（O2+

3.78N2）完全燃燒：與理論空氣量相比多（O2+3.78N2）此時煙氣中的氧氣量O2P=

O2煙氣中的氮氣量N2P=3.78（1+）N2空氣中的氧氣量O2=（20.9/79.1）空氣中的氮氣量N2=0.264N2，即進入燃燒系統(tǒng)的空氣總氧量為0.264N2P

2）污染物排放量確的定燃燒過程的污染物排放量與燃料成分和性質(zhì)、燃燒裝置、燃燒條件等因素有關(guān)。

⑴實測⑵計算[320～322頁，例題14。2-6、14.2-7]4.硫氧化物的形成⑴有機硫的分解溫度較低，松散結(jié)合硫的分解溫度＜700K，緊密結(jié)合硫的分解溫度約為800K。遇氧被氧化為SO2和少量SO3。還原氣氛下析出H2S、COS，也會氧化成SO2；焦炭中的硫與H反應(yīng)生成H2S，再氧化成SO2。⑵無機硫的分解速度較慢，在還原氣氛、溫度＜800K足夠長停留時間下，析出FeS、S2和H2S；溫度≥1700K和更長停留時間，F(xiàn)eS分解為Fe、S2和COS，再被氧化為化為SO2或SO3；部分FeS留在灰渣中，易引起結(jié)渣。5.顆粒物的形成燃燒過程中氣相反應(yīng)形成積炭（1μm～20μm），液態(tài)燃料燃燒生成石油焦或煤胞（10μm～300μm）。燃煤產(chǎn)生的煙塵包括黑煙（未燃含碳物質(zhì)）和飛灰（灰分的一部分），飛灰中重金屬等有害元素（Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn、Cl、Br、S等）被富集。6.其他污染物的形成燃燒過程中還產(chǎn)生NOx、CO和有機污染物。燃燒中產(chǎn)生的NOx主要是NO?？煞譃闊崃Φ趸?、燃料氮氧化物和瞬時氮氧化物。氮氧化物的生成與溫度關(guān)系密切，也與氧濃度、停留時間有關(guān)。CO和有機污染物均為不完全燃燒產(chǎn)物。大氣中的有機污染物在紫外光照射下產(chǎn)生光化學(xué)氧化劑等二次污染物，是光化學(xué)煙霧的前體物。燃燒過程汞的排放越來越受到關(guān)注。14.2.6顆粒污染物防治

顆粒物的大小和物理性質(zhì)對其環(huán)境效應(yīng)、捕集的機理和裝置的研發(fā)很重要。1.顆粒物的大小顆粒大小影響其在環(huán)境空氣中的滯留時間、對環(huán)境和健康的影響、被捕集的難易程度；顆粒越小，活性越高，吸附性也越強。實際顆粒物的粒徑范圍很寬。單顆顆粒大小的表達：由于顆粒形狀極不規(guī)則，難以簡單地用某一尺度表達，必須根據(jù)需要采用不同定義的粒徑值表達。在環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中單顆顆粒大小用空氣動力學(xué)直徑（單位密度下）；計算顆粒運動時需要用斯托克斯徑（真密度下）。顆粒粒度測定方法很多，不同方法所測得的粒徑制定義不同，而且不同定義的粒徑值多數(shù)難以互相換算。⑴斯托克斯徑：與被研究的顆粒密度相同，且沉降速度相等的球體直徑。

如果忽略空氣密度值，則

式中，vs——顆粒沉降速度，m/s；ρp——氣體密度，kg/m；mρg——顆粒密度，kg/m；mμ——氣體動力粘度，Pa·s；

g——重力加速度，m/s。m332⑵空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑：與被研究的顆粒沉降速度相同，且密度為單位密度(ρu=1000kg/m)的球體的直徑。

由上兩式可得

dst=(ρu/ρp)dD

⑶我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了總懸浮物(

TSP

)、可吸入顆粒物(PM10)的濃度限值。其粒徑為空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑。

TSP——總懸浮顆粒物,空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤100μm的顆粒物；PM10

——可吸入顆粒物，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤10μm的顆物；

PM2.5

——空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5μm的顆粒物。ρu30.5顆粒群大小的表達：實際的顆粒物一般由不同大小的顆粒組成。其大小的表達方式有多種，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和當(dāng)量值表達，也可用顆粒粒徑組成百分?jǐn)?shù)表達，更準(zhǔn)確的表達方式是粒徑分布函數(shù)。⑴粒徑分布：－頻數(shù)分布ΔR

—粒徑dp至（dp＋Δdp）范圍顆粒的質(zhì)量占顆粒群總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。－篩上累計分布R

(％)和篩下累計分布D(％)—大于、小于dp顆粒的質(zhì)量占顆粒群總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。D

=1-R。

⑵粒徑分布函數(shù)：常見的有正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布及羅辛-拉姆勒（Rosin-Rammler）分布等。R-R分布表達式R(dp)=exp[-0.693(dp/dp50)n]2.其他影響顆粒物去除的性質(zhì)影響顆粒去除的性質(zhì)因素有粘附性（影響除塵器清灰）、導(dǎo)電性（對電除塵影響很大）、親水性（與是否適合濕式除塵有較大關(guān)系）、化學(xué)活性（腐蝕性與材質(zhì)選取，對可燃顆粒物必須考慮安全問題）。3.顆粒物捕集設(shè)備的性能處理能力單位時間允許通過的氣流量（m3/s或m3/h）。除塵效率

單臺設(shè)備的除塵效率表達方式有全效率和分級效率2種。⑴除塵器全效率(ηT)：被捕集的顆粒物質(zhì)量(Gc)入除塵器顆粒物總質(zhì)量(G0)的百分?jǐn)?shù)

ηT=(Gc/

G0)╳100%⑵除塵器的分級(粒徑)效率(ηd):被捕集的某種粒徑（或粒徑區(qū)間）顆粒物的質(zhì)量(Gde)占進入除塵器的同種粒徑（或粒徑區(qū)間）顆粒物物總質(zhì)量(Gd0)的百分?jǐn)?shù)

ηd=(Gd0/Gd0

)╳100%ηT=Σηdxdxd——粒徑為d的顆粒所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)3

ηT

=(Gc/G0

)×100%=[1－(Ge

/G0)]×100%

=(

1

－)

×

100%=(

1

－)

×

100%=(

1

－)

×

100%=(

1－k

)

×

100%(漏氣）

漏氣系數(shù)

k

=

G0,Q0,C0

Ge,Qe,Ce

Gc除塵器

Ce·Q

e

C0·Q

0

CeN·Q

eN

C0N·Q

0N

CeN

C0N(不漏氣)

CeN

C0N

Q

eN

Q

0N

除塵效果的另一種表達參數(shù)為透過率：

P=

1-ηT

⑶除塵器的組合效率：除塵器串聯(lián)可提高凈化效率，n級設(shè)備（各級的效率ηn）串連后的總效率

η1-n=1-(1-η1

)(1-η2

)……(1-ηn)

氣流阻力⑴單個除塵器的阻力:影響設(shè)備運轉(zhuǎn)能耗的重要參數(shù)。

ΔP=ξv2ρg/2⑵除塵器串聯(lián)阻力:各級阻力疊加

ΔPT=ΣΔPi

4旋風(fēng)除塵器

1）原理：利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離。

2）分離性能：

⑴分離粒徑—分割粒徑（半分離粒徑）轉(zhuǎn)圈理論經(jīng)驗公式

dc50⑵捕集效率多為使用所得的經(jīng)驗公式。分級效率計算式(雷思-利希特模式)另一經(jīng)驗公式⑶影響除塵效率的因素—除塵器構(gòu)造及幾何尺寸：基本條件（桶體、錐體，直徑、高度）；—入口氣速：效率隨入口氣速增大而提高，但過大反而不利；—顆粒特性：效率隨粒徑和密度增大而提高；—氣密性：影響很大（尤其是灰斗）。3）類型和構(gòu)造⑴按氣流狀況分：入口（切向、軸向），流程（返轉(zhuǎn)流、直流）；⑵按構(gòu)造分：圓筒，長錐，擴散，旁通；66666666666664電除塵

含塵氣體通過電暈放電電場，塵粒荷電；在電場力作用下，荷塵粒向集塵極驅(qū)進；塵粒在集塵極表面沉積，并被清除。電除塵器的特點特點：高效（0.05μm～200μm，80%～99%），低阻(100Pa～1000Pa)，能耗低[0.1～0.8kWh/(1000m3/h)]，可處理高溫氣體，規(guī)格范圍大（102m3/h～108m3/h)；但選用受到顆粒物比電阻的限制，常規(guī)電除塵器比電阻適應(yīng)范為104Ω·cm～1010Ω·cm。

1）原理電暈放電：負(fù)電暈—非均勻電場電子雪崩形成電暈放電，電暈電流大，擊穿電壓高，因而除塵效果好，應(yīng)用多；正電暈靠光子輻射電離，產(chǎn)生臭氧少，常用于空調(diào)中的除塵。顆粒荷電：負(fù)離子與塵粒復(fù)合，使塵粒荷電。電場荷電（大顆粒），擴散荷電（小顆粒）。顆粒沉積：荷電塵粒在電場力作用下向集塵極作驅(qū)進運動，并沉積。重返氣流：電荷釋放，再荷同性電，重返流（低比電阻）；電荷積累，形成反電暈（高比電阻）。

靜電沉積過程（負(fù)電暈放電）

2）電除塵器的類型和構(gòu)造

⑴分類電除塵器可分為：電極形狀—板式、管式；清灰方式—干式、濕式，；氣流方向—臥式、立式；荷電集塵功能分布—單區(qū)、雙區(qū)；電場布置—一段式、二段式（一電場、多電場），一室式、多室式等。電除塵器由放電極（圓線、星型線、芒刺線等）、集塵極（板式、管式、蜂窩式等）、振打清灰裝置、氣流布板、殼體和灰斗、電源（直流、脈沖）和控制裝置等部分組成。一組放電極-集塵極構(gòu)成一個電場。電場可以設(shè)置為單區(qū)（放電、集塵合一）或雙區(qū)（放電、集塵分開）型。大型電除塵器可設(shè)計為多室（單元電聯(lián)）、電場（單元電場串聯(lián)）形式。

⑵構(gòu)造電極：放電極、集塵極。清灰裝置：干式常用振打，還有掃刷；濕式。氣流分布裝置：分布板、導(dǎo)流板。a.圓形線b.星形線c.鋸齒線d.芒刺線放電極集塵極振打裝置電除塵器構(gòu)造圖3）

集塵效率及影響因素集塵效率

η=1-exp(-ACw

/Q

)式中：AC—集塵極面積,m2；

Q

—氣體流量,m3/s；

w

—驅(qū)進速度,m/s。理論驅(qū)進速度w=qEc/(3πμdp)根據(jù)實驗得出的多依奇-安德森公式，常用于選型計算：

η=1-exp(-ACwp

/Q

)式中：wp—有效驅(qū)進速度，m/s，實驗值，重要設(shè)計參數(shù)。主要影響因素：—廢氣成分及狀態(tài)（溫度、壓強）；—顆粒物導(dǎo)電性（比電阻）；—顆粒物濃度；—電極形狀；—氣流分布；供電條件等?！翊蚯寤乙灿绊懠瘔m效率。克服高比電阻對電除塵的不利影響，可從改變電除塵器結(jié)構(gòu)和降低顆粒物比電阻兩方面采取措施，例如雙區(qū)、寬極距和高壓脈沖供電等技術(shù)已應(yīng)用，對高比電阻顆粒物有效；避開比電阻峰值溫度；向煙氣中添加導(dǎo)電性物質(zhì)（調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)劑如三氧化硫、氨）等。濕式電除塵器對低比電阻、粘性顆粒物有效。

5袋式除塵器特點：高效、高可靠性，操作彈性大，應(yīng)用范圍廣（工藝上還用于物料回收）；阻力較電除塵器高，且有周期性變化（一個清灰周期），使用溫度受濾料限制。應(yīng)用：適用面很廣泛，近年來由于環(huán)保要求（尤其是對細(xì)顆粒）不斷提高，袋式除塵器的市場份額穩(wěn)步增加（上世紀(jì)90年代初，美國由于清潔空氣法修訂后，火電廠煙氣除塵出現(xiàn)“電”改“袋”的趨勢，近年來我國也有類似情況）。由于新型濾料在適應(yīng)高含濕量氣體方面有所突破，不但使用范圍擴大，而且正在開發(fā)直接用于多種煙氣脫硫工藝。1）原理⑴過除塵程常規(guī)袋式除塵器采用織物作濾料。清潔織物濾料過濾效率稍低，待濾料表面掛上積塵初層后效率提高。

⑵機理含塵氣體通過濾料，塵粒被阻留。主要作用機理有篩濾、慣性沉降、截留、擴散沉積和靜電作用等，大顆粒還有重力沉降。

圖6.1過濾/洗滌機理塵粒氣流流線截留濾料纖維、顆?；蛳礈煲旱螒T性碰撞擴散重力沉降捕集物單體

2）分類及構(gòu)造⑴按袋形：圓袋、扁袋；⑵按含塵氣體流向：內(nèi)濾、外濾；⑶按進氣位置：下進、上進；⑷按清灰方式：機械振動、逆氣流、環(huán)吹、脈沖噴吹。

3）性能⑴過濾氣速(氣布比)：v=Q

/(60Af)m/min⑵除塵效率：與濾料、積塵層等有關(guān)⑶壓損：ΔP=ΔP0

+ΔPd4）濾料

很關(guān)鍵。關(guān)系效率、適用溫度、清灰方式等。發(fā)展迅速，新材料、覆膜濾料等。經(jīng)驗式計算過濾過程原理

織物濾料

覆膜濾料積塵層濾膜積塵初層濾膜含塵氣體含塵氣體清潔氣體清潔氣體織物織物濾料名稱直徑/μm耐溫性能/K吸水率/％耐酸性耐堿性強度長期最高棉織物（植物短纖維）10～20348～3583688很差稍好1蠶絲（動物長纖維）18353～36337316～22

羊毛（動物短纖維）5～15353～36337310～15稍好很差0.4尼龍

348～3583684.0～4.5稍好好2.5奧綸

398～4084236好差1.6滌綸（聚脂）

4134336.5好差1.6玻璃纖維（用硅酮樹脂處理）5～8523

4.0好差1芳香族聚酰胺（諾梅克斯）

4935334.5～5.0差好2.5聚四氟乙烯

493～523

0很好很好2.5濾料種類及性能5）袋式除塵器的選擇、設(shè)計和應(yīng)用設(shè)計步驟:選擇過濾介質(zhì)：與溫度和氣體與粉塵的其他性質(zhì)相適應(yīng)選擇清灰方式：與濾布相適應(yīng)計算氣布比（濾速）計算穿透率計算需要的過濾面積和袋室數(shù)目確定壓損（供風(fēng)機參數(shù)選定）確定空壓機或反吹風(fēng)風(fēng)機參數(shù)經(jīng)濟核算選型計算計算過濾面積一般情況下的過濾氣速選?。汉喴浊寤?vF=0.20～0.75m/min機械振動清灰:vF=1.0～2.0m/min逆氣流反吹清灰:vF=0.5～2.0m/min脈沖噴吹清灰:vF=2.0～4.0m/min6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?。

1）特點及原理特點：高效，能有效去除0.1μm以上的顆粒；可處理高溫、高濕、可燃?xì)怏w；在去除顆粒物同時能去除部分（可溶性）氣態(tài)污染物。存在設(shè)備腐蝕、堵塞，有廢液、淤渣等問題；排氣溫度低，不利于排氣筒出口煙氣抬升；不適用于凈化含有憎水性和水硬性粉塵的氣體；寒冷地區(qū)使，應(yīng)采取防凍措施；由于溫度低、濕度高，可能出現(xiàn)白霧。機理：有諸多相似處。基本機理有慣性碰撞、擴散（小于0.3μm顆粒）、粘附、擴散泳和熱泳、凝聚等。1）氣-液界面及除塵器類型界面種類：氣泡表面、射流表面、液膜、液滴；常見濕式除塵器（見圖14.2-21～23）按作用原理可分為7種，其型式、性能和操作范圍見下表：濕式除塵器的型式、性能和操作范圍型式對5μm塵粒的近似分級效率/%壓損/Pa液氣比/l·m-3重力噴霧80125～5000.67～268離心或旋風(fēng)87250～40000.27～2.0自激噴霧93500～40000.0670.134泡沫塔97250～20000.4～0.67填料床9950～2501.07～2.67文丘里＞991250～90000.27～1.34機械誘導(dǎo)噴霧＞99400～10000.53～0.672）除塵效率⑴液滴群捕集效率：[式14.2-96]⑵文丘里洗滌器捕集效率：[式14.2-97～101]14.2.7氣態(tài)污染物防治

氣態(tài)污染物控制技術(shù)可分為分離（冷凝、物理吸收、物理吸附）和轉(zhuǎn)化（焚燒、化學(xué)吸收、催化和激活轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化、生物降解等）兩類。1吸收凈化氣液接觸，混合氣體中的污染物溶入液體，從而達到分離凈化。吸收法凈化效率高，設(shè)備較簡單，一次投資費用較低應(yīng)用較廣，是控制氣態(tài)污染物的重要技術(shù)之一。吸收可分為物理吸收和化學(xué)吸收。物理吸收過程簡單，容易解吸回收。化學(xué)吸收凈化效果較好，可用于流量大、成分復(fù)雜、污染物濃度低，凈化要求高的場合，常用于處理含SO2、NOx、HF、H2S及其他氣態(tài)污染物的廢氣。

1）氣液平衡

氣液兩相充分接觸，吸收與解吸達到動態(tài)平衡（物理吸收的平衡關(guān)系）。平衡關(guān)系可用亨利定律表達：

或式中Pi*—溶液表面吸收質(zhì)i的氣相平衡分壓（Pa）；

xi—平衡狀態(tài)下，吸收質(zhì)i的液相摩爾分率；

Ei

—亨利系數(shù)（Pa）；

Hi—吸收質(zhì)i的液相濃度（kmol·m-3

·

Pa-1)_?；瘜W(xué)吸收過程同時存在氣液平衡和化學(xué)平衡兩種平衡關(guān)系。aA

(

g

)aA

(

l

)+

b

B

c

C

+

d

D氣液平衡化學(xué)平衡氣相液相物理平衡關(guān)系式[A]

=

Ha

Pa*化學(xué)平衡關(guān)系式K

=液相物質(zhì)總濃度CA

=

[A]物理平衡+

[A]化學(xué)平衡2）吸收設(shè)備及其計算吸收設(shè)備應(yīng)氣液接觸效果好、氣流壓降小、構(gòu)造簡單、抗堵塞、抗腐蝕、易運營維修。常用吸收設(shè)備有噴淋塔、填料塔、板式塔和文丘里洗滌器等。⑴填料塔塔內(nèi)設(shè)填料層，增加氣液接觸，提高吸收效果，應(yīng)用廣泛。塔徑D

=[4Q/(πv0)]0.5空塔氣速=（0.6～0.7）液泛氣速[C]c

·[D]d[A]a

·[D]b填料高度

H

=∫==∫(14.2-109)填料層氣體壓降=⑵篩板塔多作為大型吸收裝置?？账馑?.0～2.5m/s；按塔截面，供液強度1.5～3.8m3/(h·

m2),每層塔板壓降0.8～2.0kPa。⑶噴淋塔：多指空塔噴淋裝置，也可包括文丘里、機械噴灑吸收器。GPPAG

1PAG

2dPAGNA

aLb

GPBL

2PBL

1dCBLNA

aΔPP

m

×10

nLG

ρGρL×108

類型分散形式接觸形式主要特點操作參數(shù)空塔氣速（m/s）壓降（Pa）液氣比(L/m3)噴淋塔氣相連續(xù)液相分散（液滴）氣液連續(xù)接觸結(jié)構(gòu)簡單,阻力小,不易堵塞；氣速低，液膜更新慢（不宜用于液膜控制過程），操作彈性小0.5～1.520～2000.2～1.5填料塔氣相連續(xù)液相分散（液膜）氣液連續(xù)接觸氣液接觸較好，阻力較小，有一定操作彈性；小塔吸收效率較高，大塔清理較方便0.5～1.5500～20000.5～2.0湍球塔氣相連續(xù)液相分散氣液連續(xù)接觸氣速較高，氣液固三相強烈湍動，液膜更新快，不易堵塞；有吸收液反混，小球磨損快2.0～6.0400～12000.2～2.0篩板塔液相連續(xù)氣相分散（氣泡）氣液階段接觸氣速高，效率穩(wěn)定，操作彈性較大；制作安裝要求較高；種類多；大塔效率較高，安裝較方便1.0～3.5每層塔板200～10001.5～3.5文丘里液相連續(xù)氣相分散（氣泡）氣液連續(xù)接觸氣速很高，體積小，氣液接觸充分，吸收效率高，不易堵塞；壓降大；可液-氣或氣-液引射45～15.0（喉管）2500～250000.3～2.2機噴灑氣相連續(xù),液相分散或氣液同時分散氣液連續(xù)接觸液氣比可很小，效率高，壓降??；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有機械運動部件，可能有腐蝕

0.5～2.0400～12000.2～2.0常用吸收設(shè)備特點及參數(shù)

2吸附凈化混合氣體與多孔性材料接觸，部分組分由于分子引力、化學(xué)鍵力而被吸留。吸附凈化的特點是能處理很低濃度的廢氣，尾污染物濃度可降到很低的水平。吸附常用于凈化有機和部分無機氣態(tài)污染物,尤其是處理高毒害性廢氣的重要方法和室內(nèi)空氣凈化的主要方法。1）吸附過程

⑴物理吸附與化學(xué)吸附

物理吸附法是廢氣中的污染物由氣相轉(zhuǎn)入固相內(nèi)表面，主要是范德瓦爾力起作用；吸附的逆過程是脫附。吸附劑飽和后，脫附再生，吸附劑循環(huán)使用，污染物可回收利用或進一步無害化處理。

化學(xué)吸附是吸附過程伴有化學(xué)反應(yīng)，并釋放較多熱量，化學(xué)鍵起作用?；瘜W(xué)吸附效果好，不可逆，難脫附，脫附析出的已不是原物質(zhì)。所以，對高毒性污染物，可采用化學(xué)吸附。2）吸附平衡與吸附速率

⑴吸附平衡

氣固兩相長時間接觸，吸附與脫附達到動態(tài)平衡在一定的溫度下，吸附量與吸附質(zhì)平衡分壓之間的關(guān)系曲線被稱為等溫吸附線。3）吸附劑及吸附裝置吸附劑的種類吸附劑的種類很多，如活性炭、活性氧化鋁、多種分子篩等。最常用的吸附劑是活性炭?；钚蕴恳蚱湫螤?、原料和制備工藝不同，性能各異。常用活性炭有顆粒狀、粉狀、纖維狀等。近年來出現(xiàn)了多種定形制品，如將活性炭粉加入聚氨酯中制成含活性炭泡沫塑料，與纖維材料一同制成織物、非織造布等。纖維活性炭由于孔結(jié)構(gòu)：以中小孔為主，孔道形狀簡單。所以，吸附和脫附性能均較顆粒狀活性炭更好，而且便于加工成形，應(yīng)用更為方便，近年來發(fā)展較快。吸附劑常用水蒸氣脫附，大型裝置可采用變壓、變溫或二者聯(lián)合操作。

吸附器種類和結(jié)構(gòu)吸附器形式有固定床、移動床、流化床等。

⑴固定床簡單、可靠，在氣體凈化中用得最多。吸附過程由吸附－再生（包括脫附、干燥和冷卻）循環(huán)構(gòu)成，固定床不能連續(xù)操作，必須至少有2

套裝置交替運作。⑵移動床回轉(zhuǎn)床內(nèi)吸附劑連續(xù)運動。吸附器是移動床的一種，可連續(xù)操作，近年來應(yīng)用逐漸增多。

⑶流化床內(nèi)吸附劑呈懸浮狀態(tài)，適合于大流量、連續(xù)運作。4）固定床吸附裝置設(shè)計計算

常用簡化計算，如穿透曲線法、希洛夫近似計算法。希洛夫方程基本假定：吸附速率無窮大；達到穿透時間，床層全部飽和。

τB=

K

Z

–τ0或τB=

K

（Z

–Z0）式中τB—穿透時間，s；

K—床層高度，m；

τ0—保護作用時間損失（實驗值），s；Z0—床層高度損失（實驗值），m。

==+1.75式中ΔP—床層壓降，Pa；

ε—吸附床層空隙率，%；

dp—吸附劑顆粒平均粒徑，m；ΔPH

ε3dpρ

(1-ε)Gs2

150(1-ε)

Rep

—氣體密度，kg/m3；

Rep—顆粒周圍氣流雷諾數(shù)，

Rep=dpGs/μ式中μ

—床層壓降，Pa·s；

Gs—氣流速率，kg/(m2·s)。

臥式立式固定床吸附器

4燃燒轉(zhuǎn)化

1）原理和特點焚燒凈化就是利用熱氧化或分解作用將廢氣中的可燃污染物轉(zhuǎn)化為無害物或易于進一步處理的物質(zhì)。焚燒法的優(yōu)點是：凈化效率高，設(shè)備不復(fù)雜，如果污染物濃度高還可以回收熱能。難以回收或回收價值不大的污染物，用焚燒法凈化較為適宜。采用焚燒法應(yīng)仔細(xì)分析廢氣成分，確定焚燒反應(yīng)的中間和最終產(chǎn)物不是污染物，若廢氣中的污染物含硫、氯等元素，焚燒后含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氫等污染物，還需要二次處理。對于處于爆炸范圍內(nèi)的廢氣的焚燒凈化處理要特別注意安全，防止發(fā)生回火、爆炸等事故。

2）焚燒過程與裝置按燃燒過程是否使用催化劑，可分為催化燃燒和非催化燃燒兩類。

－催化燃燒是一種催化氧化反應(yīng)，其反應(yīng)溫度較低，產(chǎn)生的氮氧化物少，但要求廢氣中不可燃的固體顆粒物含量少，并不含硫、砷等有害元素。

－非催化燃燒設(shè)備簡單，反應(yīng)溫度高，但可能產(chǎn)生氮氧化物等二次污染。非催化燃燒又可分為直接燃燒和熱力燃燒兩種。⑴直接燃燒當(dāng)廢氣中可燃物濃度較高，無需補充輔助燃料，燃燒產(chǎn)生的熱量足以維持燃燒過程連續(xù)進行，可采用直接燃燒。⑵熱力燃燒如果廢氣中可燃物含量較少，燃燒產(chǎn)生的熱量不足以維持燃燒過程繼續(xù)進行，就必須添加附加燃料，這種燃燒方式稱為熱力燃燒。⑶催化燃燒在催化劑作用下，反應(yīng)溫度可降低，減少預(yù)熱能量，并可減少氮氧化物發(fā)生。⑷熱能回收預(yù)熱廢氣：通過熱交換器加熱待處理的廢氣；熱凈氣循環(huán)：用于加熱、烘烤、干燥等；余熱利用：通過熱交換器產(chǎn)生蒸汽、熱水等。熱力燃燒中，輔助燃料首先與部分廢氣混合并燃燒，產(chǎn)生高溫氣體，然后大部分廢氣與高溫氣體混合，可燃污染物在高溫下與氧反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成非污染物后排放。為使廢氣中污染物充分氧化轉(zhuǎn)化，達到理想的凈化效果，除過量的氧以外，還需要足夠的反應(yīng)溫度（Temperature）、停留時間（Time）以及廢氣與氧的湍流（Turbulence），這后三個條件也稱為“3T”條件?！?T”條件是相互關(guān)聯(lián)的，改善其中一個條件可以使其他兩個條件的要求降低。通常最經(jīng)濟的做法是改善湍流條件，減少燃燒器尺寸和降低燃燒溫度，以降低成本。無論何種燃燒方式，都要特別注意安全，輸氣管要防止回火和爆炸。3催化凈化1）催化作用及催化劑

⑴

催化作用改變反應(yīng)歷程，降低活化能；提高反應(yīng)速率。

顯著特征對于正逆反應(yīng)的影響相同，不改變化學(xué)平衡選擇性⑵催化劑加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變組成：活性組分＋助催化劑＋載體一般催化劑為金屬鹽和金屬，常用貴金屬（Pt、Pd、Ru、Rh）及非貴金屬（Mn、Fe、Co、Cu、V等）氧化物催化劑的性能－催化活性：W－產(chǎn)品質(zhì)量WR－催化劑質(zhì)量t－反應(yīng)時間

催化劑只有在一定的溫度（活性溫度）范圍內(nèi)具有活性，溫度太低，活性不明顯，溫度太高，催化劑會受到損壞。－選擇性：－穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性表示方法：壽命老化：活性組分的流失、燒結(jié)、積炭結(jié)焦、機械粉碎等中毒：對大多數(shù)催化劑，毒物有HCN、CO、H2S、S、As、PbB

=×100%目的產(chǎn)物摩爾數(shù)反應(yīng)物摩爾數(shù)2）氣固催化反應(yīng)動力學(xué)催化反應(yīng)速率

vA

=