大气污染防治工程技术 2007 年 8 月 北京

1. 大气污染防治工程技术 2007年8月 北京

2. 1 大气污染物的形成1.1 大气污染的定义 如果大气中的某些物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。 1.2 大气污染物的种类、特牲及危害 1.2.1 大气污染物 是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质。

3. 1.2.2 大气污染物的种类 • 按污染物存在的形态可分为两大的类： 1. 气溶胶状态（颗粒态）的污染物 2. 气体状态的污染物 • 我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为： 1. 总悬浮颗粒物（TSP，Total Suspended Particles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径≤100μm的颗粒物。 2. 可吸入颗粒物（PM10，Inhalable Particles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径≤10μm的颗粒物。 • 主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化合物（以NO和NO2为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有机化合物及卤素化合物等。

4. 1.2.3 大气污染物的来源 • 按污染物来源分：自然源、人为源 • 人为源按空间分布分：点源、面源、线源 • 人为源按社会活动功能分：生活污染源、生产（工业）污染源、交通污染源；统计分类为燃料燃烧、生产和交通运输；前两种为固定源，后一种为移动源。 1.2.4 大气污染物的影响 • 对人体健康的影响 • 对植物的伤害 • 对器物和材料的影响 • 对能见度和气候的影响

5. 大气污染物扩散 2.1 气象要素 2.1.1 气温 2.1.2 气压 2.1.3 气湿：应用较多的参数湿相对湿度和含湿量 2.1.4 风向和风速 2.1.5 云：与大气稳定度相关的是云高和云量 2.1.5能见度：正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离。级别（0~9级，相应距离为50～50000米） 2.2 地形、地貌对大气污染物扩散的影响 2.2.1 地形：影响大气流场 2.2.2 地貌：影响下垫面粗糙度和局部流场

6. 风速,m/s 风玫瑰图

7. （由压力变化引起） T 空气块 膨胀（做功） 耗内 能 定性 空气块 压缩（外气对它做功） 内能 T 2.3 大气的热力过程 2.3.1 气温的垂直变化 气温直减率 （大气） 干空气绝热温度递减率－干绝热直减率 （空气团） 一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换

8. 气块减速，有返回趋势，稳定 外力使气块上升或下降 气块加速上升或下降，不稳定 气块去掉外力 气块停在外力去掉处，中性 温度层结 2.3.2 大气稳定度及其判据 大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流 大气不稳定,有利于污染物扩散

9. 判据 • 逆温：不利于扩散 • ⑴ 辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷， 大气自下而上冷却 辐射逆温层生消过程

10. ⑵下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）： 很厚的气层下沉，压缩变扁，顶部增温比底部多 下沉逆温的形成

11. ⑷湍流逆温 下层湍流混合达 上层出现过渡层 逆温 ⑶平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成

12. 冷、暖气团相遇 暖气上爬，形成锋面 冷暖间逆温 ⑸锋面逆温

13. 2.4扩散模式2.4.1高斯扩散模式 • 高斯扩散模式的坐标系

14. 2.4.2 无界空间连续点源扩散模式 2.4.3 高架连续点源扩散模式 • 空间任意点浓度 • 地面浓度 • 地面浓度 • 地面最大浓度

15. 2.4.4 地面源高斯模式 2.4.5 颗粒物扩散模式 粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算 大于15μm的颗粒物用倾斜烟流模式： 颗粒物沉降速度 地面反射系数

16. 2.5 污染物浓度估算 2.5.1 参数确定 ⑴源强 q —计算或实测 ⑵平均风速 u —按气象资料 ⑶有效源高 H —计算 ⑷扩散参数σy、σy —— 按多项气象条件确定 2.5.2 烟气抬升高度的计算 《制订地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T13201-91)中的公式： ⑴

17. 2.5.2 扩散参数的确定 国标规定的方法： • 稳定度分级 太阳高度角（地理纬度，倾角） 辐射等级 确定大气稳定度 云量

18. 扩散参数的选取 • 扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算） • 平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级 • 工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提一级 • 丘陵山区的农村或城市，同工业区 • 取样时间大于0.5h， 垂直方向扩散参数不变，横向扩散参数按下式:

19. 烟囱高度的计算 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低，造价正比于H2 （3）地面浓度不超标 • 按地面最大浓度计算 • 烟囱高度的设计

20. 按地面绝对最大浓度计算 • 按一定保证率的计算法 取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数 －P值法 国标GB/T 13201-91

21. 3 颗粒污染物控制技术 3.1 颗粒污染物的性质 3.1.1 颗粒的大小和密度 颗粒大小影响其在环境空气中的滞留时间、对环境和健康的影响、被捕集的难易程度；颗粒越小，活性越高，吸附性也越强。实际颗粒物的粒径范围很宽（见下表）。 • 单颗颗粒大小的表达：由于颗粒形状极不规则，难以简单地用某一尺度表达，必须根据需要采用不同定义的粒径值表达。在环境空气质量标准中单颗颗粒大小用空气动力学直径（单位密度下）；计算颗粒运动时需要用斯托克斯径（真密度下）。颗粒粒度测定方法很多，不同方法所测得的粒径制定义不同，而且不同定义的粒径值多数难以互相换算。

22. ⑴斯托克斯径：与被研究的颗粒密度相同，且沉降速度相等的球体直径。⑴斯托克斯径：与被研究的颗粒密度相同，且沉降速度相等的球体直径。 如果忽略空气密度值，则 式中，vs ——颗粒沉降速度，m/s； ρp——气体密度，kg/m ；m ρg——颗粒密度， kg/m；m μ ——气体动力粘度，Pa·s； g ——重力加速度，m/s。m 3 3 2

23. 3 ⑵空气动力学当量直径：与被研究的颗粒沉降速度相同，且密度为单位密度(ρu =1000kg/m )的球体的直径。 由上两式可得 d st=(ρu / ρp) dD ⑶我国《环境空气质量标准》规定了总悬浮物(TSP)、可吸入颗粒物( PM10)的浓度限值。其粒径为空气动力学当量直径。 TSP ——总悬浮颗粒物,空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物； PM10——可吸入颗粒物，空气动力学当量直径≤10μm 的颗物； PM2.5——空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物。 ρu 0.5

24. 颗粒群大小的表达：实际的颗粒物一般由不同大小的颗粒组成。其大小的表达方式有多种，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和当量值表达，也可用颗粒粒径组成百分数表达，更准确的表达方式是粒径分布函数。颗粒群自然状态的密度为堆积密度。颗粒群大小的表达：实际的颗粒物一般由不同大小的颗粒组成。其大小的表达方式有多种，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和当量值表达，也可用颗粒粒径组成百分数表达，更准确的表达方式是粒径分布函数。颗粒群自然状态的密度为堆积密度。 3.1.2 其他影响颗粒物去除的性质 影响颗粒去除的性质因素有粘附性（影响除尘器清灰）、导电性（对电除尘影响很大）、亲水性（与是否适合湿式除尘有较大关系）、化学活性（腐蚀性与材质选取，对可燃颗粒物必须考虑安全问题）。

25. 3 3.1.3 颗粒物捕集设备的性能 • 处理能力 单位时间允许通过的气流量（ m3/s 或 m3/h）。 • 除尘效率 单台设备的除尘效率表达方式有全效率和分级效率2种。 ⑴除尘器全效率(η)：被捕集的颗粒物质量(m1)入除尘器颗粒物总质量(m2)的百分数 η= (m1 / m2) ╳ 100 % ⑵除尘器的分级效率(ηd):被捕集的某种粒径（或粒径区间）颗粒物的质量(md1)占进入除尘器的同种粒径（或粒径区间）颗粒物物总质量(md2)的百分数 ηd= ( md1 / md2 ) ╳ 100 %

26. ⑶除尘器的组合效率：除尘器串联可提高净化效率，n级设备（各级的效率ηn）串连后的总效率⑶除尘器的组合效率：除尘器串联可提高净化效率，n级设备（各级的效率ηn）串连后的总效率 η1-n=1-(1 -η1 )(1 -η2 )……(1-ηn ) • 气流阻力 ⑴单个除尘器的阻力:影响设备运转能耗的重要参数。 ΔP=ξv2ρg/2 ⑵除尘器串联阻力:各级阻力叠加 ΔPT=ΣΔPi

27. 6666666666666 3.2电除尘 含尘气体通过电晕放电电场，尘粒荷电；在电场力作用下， 荷尘粒向集尘极驱进；尘粒在集尘极表面沉积，并被清除。电除尘 器的特点特点：高效、低阻，可处理高温气体。选用受到颗粒物比 电阻的限制（常规电除尘器比电阻适应范为104Ω·cm～1010Ω·cm）。 3.2.1 原理 • 电晕放电：负电晕—非均匀电场电子雪崩形成电晕放电，电晕电流大，击穿电压高，因而除尘效果好，应用多；正电晕靠光子辐射电离，产生臭氧少，常用于空调中的除尘。 • 颗粒荷电：负离子与尘粒复合，使尘粒荷电。电场荷电（大颗粒），扩散荷电（小颗粒）。 • 颗粒沉积：荷电尘粒在电场力作用下向集尘极作驱进运动，并沉积。 • 重返气流：电荷释放，再荷同性电，重返流（低比电阻）；电荷积累，形成反电晕（高比电阻）。

28. 静电沉积过程 （负电晕放电）

29. Q 3.2.2 集尘效率及影响因素 • 集尘效率 式中：f —集尘极有效面积； Q— 气体流量； vd—有效驱进速度是重要的设计参数，是经验数据，通常 由实验确定。 此式常被称为多依奇公式，可用于选型计算。 • 主要影响因素有废气成分及状态（温度、压 强、颗粒物导电 性（比电阻）；颗粒物浓度；电极形状；气流分布；供电条件等。 振打清灰也影响集尘效率。 克服高比电阻对电除尘的不利影响，可从改变电除尘器结构和 降低颗粒物比电阻两方面采取措施：例如双区、宽极距和高压脉冲 供电等技术已应用，对高比电阻颗粒物有效；避开比电阻峰值温 度；向烟气中添加导电性物质（如三氧化硫、氨）等。湿式电除尘 器对低比电阻、粘性颗粒物有效。

30. 3.2.3电除尘器的类型和构造 • 电除尘器可分为：板式、管式，干式、湿式等。 • 电除尘器由放电极（圆线、星型线、芒刺线等）、集尘极（板式、管式、蜂窝式等）、振打清灰装置、气流布板、壳体和灰斗、电源（直流、脉冲）和控制装置等部分组成。一组放电极-集尘极构成一个电场。电场可以设置为单区（放电、集尘合一）或双区（放电、集尘分开）型。大型电除尘器可设计为多室（单元电联）、电场（单元电场串联）形式。

31. 电除尘器构造图

32. 3.3过滤式除尘器 3.3.1过滤机理 • 含尘气体通过滤料，尘粒被阻留。滤层过滤方式有深层过滤和表面过滤。 • 深层过滤：常规纤维或颗粒滤料，难以形成微米以下的微细空 隙，不可能筛滤微米级颗粒物。颗粒物进入滤层中被阻留，主要作 用机理有惯性沉降、截留和扩散沉积等（后图）。 深层过滤的主要条件（尤其对于细微颗粒）是捕集体的表面 积和颗粒物在滤层中的停留时间，即滤层必须具有尽可能大的比表 面积和足够的厚度。因此，要使深层过滤具有很高的效率并不容 易；深层过滤的滤层阻力相对较低，且阻力随积尘量增加而增大的 速度较低，因而容尘量较大，这是深层过滤的优点；深层过滤清灰 比较困难。 • 表面过滤：颗粒物在滤层表面被阻留，主要作用机理接近筛滤。 颗粒物沉积在滤层表面形成的积尘层（灰饼），空隙很 小，可以起 表面过滤作用。复合滤料的微孔滤膜也是起表面过滤作用。

33. 3.3.2 过滤除尘器的特点和应用 • 特点：高效、高可靠性，应用范围广（工艺上还用于物料回收）；阻力较电除尘器高，且有周期性变化（一个清灰周期）。 • 种类：过滤除尘器的种类很多，常用的是袋式除尘器。 • 应用：适用面很广泛，近年来由于环保要求（尤其是对细颗粒）不断提高，袋式除尘器的市场份额稳步增加（上世纪90年代初，美国由于清洁空气法修订后，火电厂烟气除尘出现 “电” 改 “ 袋 ” 的趋势，近年来我国也有类似情况）。由于新型滤料在适应高含湿量气体方面有所突破，不但使用范围扩大，而且正在开发直接用于多种烟气脱硫工艺。

34. 滤料种类 －按滤料结构分 滤布:阻力较小 毛毡:除尘效率较高 －按滤料材质分 天然纤维：棉毛织物，适于无腐蚀、350～360K以下气体 无机纤维：主要是玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地 脆 合成纤维：性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用 领域 3.3.3 滤料 滤料是关键：材质、组织和结构

35. 滤料名称 直径/μm 耐温性能/K 吸水率/％ 耐酸性 耐碱性 强度 长期 最高 棉织物（植物短纤维） 10～20 348～358 368 8 很差 稍好 1 蚕丝（动物长纤维） 18 353～363 373 16～22 羊毛（动物短纤维） 5～15 353～363 373 10～15 稍好 很差 0.4 尼龙 348～358 368 4.0～4.5 稍好 好 2.5 奥纶 398～408 423 6 好 差 1.6 涤纶（聚脂） 413 433 6.5 好 差 1.6 玻璃纤维（用硅酮树脂处理） 5～8 523 4.0 好 差 1 芳香族聚酰胺（诺梅克斯） 493 533 4.5～5.0 差 好 2.5 聚四氟乙烯 493～523 0 很好 很好 2.5 滤料种类及性能

37. 3.3.4 袋式除尘器的清灰 • 清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的 • 常用的清灰方式有3种 • 机械振动式 • 逆气流清灰 • 脉冲喷吹清灰

38. 脉冲喷吹清灰 • 脉冲喷吹耗用压缩空气量 脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达99％；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠

39. 3.3.5 袋式除尘器的选择、设计和应用 • 设计步骤: • 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（滤速） • 计算穿透率 • 计算需要的过滤面积和袋室数目 • 确定压损（供风机参数选定） • 确定空压机或反吹风风机参数 • 经济核算

40. 选型计算 • 计算过滤面积 • 一般情况下的过滤气速选取： 简易清灰: vF = 0.20～0.75 m/min 机械振动清灰: vF = 1.0～2.0m/min 逆气流反吹清灰: vF = 0.5～2.0m/min 脉冲喷吹清灰: vF = 2.0～4.0m/min

41. 3.4 机械类除尘器 3.4.1 种类及特点 • 种类：机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有3种，即 • 重力沉降室——结构简单，阻力低，除尘效率低；体积大。主要用于含尘气体大颗粒预除尘。 • 惯性除尘器——结构简单，阻力较低；除尘效率较低。主要用于预除尘。 • 旋风除尘器——结构简单，使用方便，效率中等。 • 特点：结构简单，造价低，使用方便；除尘效率属低、中等级。 3.4.2 重力沉降室 • 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。含尘气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。 • 层流式和湍流式两种。

42. 层流式重力沉降室假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用。层流式重力沉降室假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用。 －沉降室的长宽高分别为L、 W、H，处理烟气量为Q －气流在沉降室内的停留时间 －在t时间内粒子的沉降距离 －该粒子的除尘效率 －可能捕集的最小粒径 工程中为考虑其他因素影响，往往将该值增加一倍，即

43. －提高沉降室效率的主要措施 ⑴降低沉降室内气流速度 ⑵增加沉降室长度 ⑶降低沉降室高度 －沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s －多层沉降室效率 • 湍流式重力沉降室 －分级除尘效率

44. 3.5 湿式除尘器 • 使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大。 • 高能和低能湿式除尘器 • 低能湿式除尘器的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90％～95% • 高能湿式除尘器的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5％以上 3.5.1 特点和种类 • 特点：高效，能有效去除0.1µm以上的颗粒；可处理高温、高湿、可燃气体；在去除颗粒物同时能去除部分（可溶性）气态污染物。存在设备腐蚀、堵塞，有废液、淤渣等问题；排气温度低，不利于排气筒出口烟气抬升；不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体；寒冷地区使，应采取防冻措施；由于温度低、湿度高，可能出现白烟。

45. 种类 按作用原理可分为7种，其型式、性能和操作范围见下表： 湿式除尘器的型式、性能和操作范围

46. 几何尺寸计算 • 进气管直径D1按与之相联管道直径确定 • 收缩管的收缩角α1常取23o～25o • 喉管直径DT按喉管气速vT确定，截面积比的典型值 FT:F1=1:4 • vT的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液的物理化学性质、对洗涤器效率和阻力的要求等因素 • 扩散管的扩散角α2一般为5o～7o • 出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气速确定 3.5.2 文丘里洗涤器设计计算

47. 压损计算 • 除尘效率计算 • 透过率

48. 4 气态污染物控制技术 4.1 气态污染物的生成及控制 4.1.1 气态污染物的生成机理 • 主要大气污染物(如CO、SO2、NOx、烟尘)来源于燃料燃烧；化学反应、蒸发和升华、泄漏等也产生气态污染物。 • 燃煤产生的污染物量最多。 CO由不完全燃烧产生； SO2由燃料中硫分氧化生成； NOx由 燃料中的氮氧化生成（燃料 型氮氧化物），空气中的氮 氧化生成（高温下生成的热 力型氮氧化物，低温火焰中 由于含碳自由基存在而生成 的瞬时氮氧化物）。

49. 4.1.2 燃煤减少污染物的措施 • 减少SO2污染：燃料脱硫、燃烧过程中固硫、烟气脱硫。 • 减少NOx污染：低氮燃烧技术应用、烟气脱硝。 －传统低NOx燃烧技术 ⑴低氧燃烧：可降低NOx，同时降低排烟热损失；但CO、HC、碳黑产生量增加。 ⑵降低助燃空气预热温度：燃烧空气由27oC预热到315oC，NO排放量增加3倍。 ⑶烟气循环燃烧：降低氧浓度和燃烧区温度－主要减少热力型NOx。 ⑷两段燃烧技术：第一段，氧气不足，烟气温度低，NOx生成量很小；第二段，二次空气，使CO、HC完全燃烧，但烟气温度低， NOx生成量不高。

50. －先进的低NOx燃烧技术 ⑴炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器：炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴，类似于两段燃烧技术。 ⑵空气分级的低NOx旋流燃烧器：一次火焰区，富燃料燃烧，含氮组分析出但难以转化；二次火焰区，燃尽CO、HC等。 ⑶空气/燃料分级的低NOx燃烧器：空气和燃料均分级送入炉膛，一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NOx