大氣污染控制工程教案

第一章緒論（1學(xué)時(shí)）

教學(xué)重點(diǎn)：大氣的結(jié)構(gòu)和組成，大氣污染物與其來(lái)源，環(huán)境空氣

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，空氣污染指數(shù)。

教學(xué)難點(diǎn)：大氣污染物與其來(lái)源。

教學(xué)要求：掌握大氣的結(jié)構(gòu)和組成，大氣污染發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，

大氣污染物與其來(lái)源，空氣污染指數(shù)；了解環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，

國(guó)內(nèi)外大氣污染控制現(xiàn)狀。

教學(xué)內(nèi)容：

人是完全靠空氣生存的，成年人平均每天約需1Kg糧食和

2Kg水，但對(duì)空氣的需求就大得多，每天約13.6Kg（合lOn?）。

若三者都斷絕供應(yīng)，引起死亡的首先是空氣，要是空氣中混進(jìn)有

毒害的物質(zhì)，則毒物隨空氣不斷地被吸入肺部，通過(guò)血液遍布全

身，對(duì)人體健康直接產(chǎn)生危害。大氣污染對(duì)人的影響不同于土壤

和水的污染，它不僅時(shí)間長(zhǎng)且范圍廣（較多是地域性的，也有

全球性的）。地球上發(fā)生的八大“公害事件”，其中五起是因大氣

污染造成的。當(dāng)然，空氣污染的原因不只是人類的活動(dòng)，還有像

森林、火災(zāi)和火山爆發(fā)一類的天然事件。不過(guò)后者通常在空氣污

染中起次要作用。

§1.1大氣與大氣污染

一、大氣的結(jié)構(gòu)和組成

1、大氣圈

隨地球引力而轉(zhuǎn)的大氣層叫大氣圈。大氣圈的最外層的界限

是很難確切劃分的，但大氣也不能認(rèn)為是無(wú)限的。在地球場(chǎng)內(nèi)受

引力而旋轉(zhuǎn)的氣層高度可達(dá)lO.OOOKmo有的學(xué)者就以

10o000Km作為大氣圈的最外層。一般情況下認(rèn)為，從地球表

面到1.000?l0400Km的氣層作為大氣圈的厚度，超出

l0400Km以外氣體非常稀薄，就是宇宙空間了。

大氣圈中的空氣分布是不均勻的，海平面上的空氣最稠密。

在近地層的大氣層里，氣體的密度隨高度的上升而迅速的變稀。

但是在400?1。400Km大氣層里空氣是漸漸變稀薄的。大氣圈

的總質(zhì)量約為6000萬(wàn)億噸，約為地球質(zhì)量的百萬(wàn)分之一。

大氣的構(gòu)造：

根據(jù)大氣圈中大氣組成狀況與大氣在垂直高度上的溫度變

化，劃分大氣圈層的結(jié)構(gòu)如下圖：

從地球表面向上，大約到90Km高度，大氣的主要成分氧和

氮的組成比例幾乎無(wú)什么變化，具有這樣特性的大氣層叫均質(zhì)大

氣層（簡(jiǎn)稱均質(zhì)層）。在均質(zhì)層以上和外圍空間的大氣層，其氣

體的組成隨高度升高有很大變化，這個(gè)圈層叫非均質(zhì)層。

在均質(zhì)層中，根據(jù)氣體的溫度沿地球表面垂直方向的變化分

為：對(duì)流層、平流層、中間層、電離層、散逸層。各層特點(diǎn)：

——對(duì)流層：1）相對(duì)于整個(gè)大氣圈厚度而言很薄，按最厚處計(jì),

占總厚度的6—9%,占總質(zhì)量的75%O在這一層

中除了有純凈的干空氣以外，還含有一定量的水蒸

氣，適度的溫度對(duì)人和動(dòng)植物的生存起到重要的作

用。

2）一般情況下，溫度自地表面向高空遞減,0.65C

/上升100米。

在對(duì)流層中，由于太陽(yáng)的輻射以與下墊面特性和大

氣環(huán)流的影響，使得在該層中出現(xiàn)極其復(fù)雜的自然

現(xiàn)象，有時(shí)形成易于擴(kuò)散的氣象特征，有時(shí)形成對(duì)

生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生有危害的逆溫氣象條件，雨、雪、霜、

霧、雷電等自然現(xiàn)象也都出現(xiàn)在這一層。

3）大氣有較強(qiáng)的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，大氣污染也主要發(fā)生

在這一層，特別是在靠近地面l-2Km的近地層更

易造成污染。近地層的大氣污染物的擴(kuò)散能力主要

取決于當(dāng)時(shí)的氣象條件。

4）溫度、濕度等各要素水平分布不均勻。

平流層：1）在這一層里氣體的溫度差隨高度上升有緩慢的

增加，30-35Km,T=-55℃O然后上升（氣溫）

較快，這是因?yàn)樵谠搶又械某粞鯊?qiáng)烈吸收太陽(yáng)紫外

線所致。

2）幾乎不存在水蒸汽和塵埃，一般處于平流運(yùn)動(dòng)。

3）大氣很干燥，沒有云、雨等現(xiàn)象，是飛機(jī)理想

的飛行區(qū)域。

中間層：氣溫隨高度增加迅速降低，有強(qiáng)烈的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

——電離層:氣溫隨高度增加迅速上升，空氣處于高度電離狀態(tài),

發(fā)電報(bào)是靠這層反射回來(lái)。

——散逸層：氣體溫度很低，氣體粒子能克服地球引力而逸向星

際空間。星際空間內(nèi)每m3空間有數(shù)十個(gè)離子存在。

研究重點(diǎn)：對(duì)流層，平流層

2、大氣組成

大氣（空氣）從自然科學(xué)角度來(lái)看，空氣和大氣常常作為同

義詞，二者沒有實(shí)質(zhì)性的差別。但在研究近地層的空氣污染規(guī)律

與對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，為便于說(shuō)明問(wèn)題，有時(shí)兩個(gè)名詞分別

使用。一般對(duì)于居住在室內(nèi)或特指某個(gè)地方（如車間、廠區(qū)等）

供動(dòng)植物生存的氣體習(xí)慣上稱為空氣。在大氣物理、大氣氣象、

自然地理以與環(huán)境科學(xué)研究中，常常是以大區(qū)域或全球性的氣流

作為研究對(duì)象，因此，就常用大氣一詞。

大氣是一個(gè)多種氣體的混合物，有混合氣體、水氣和懸浮微

粒組成，可分為：

----恒定組分:。2（20.95%）、N2（78.09%）＞氮（0.93%）、惰

性氣體。上述組分的比例在地球表面上任何地方幾乎是可以看作

不變的。

——可變組分：CO2＞水蒸汽、。3這些組分在大氣中的含量是

隨季節(jié)、氣象的變化以與人們的生產(chǎn)、生活活動(dòng)的影響而發(fā)生變

化。

——不定組存：第一環(huán)境問(wèn)題引起的：由自然界的火山爆發(fā)、

森林火災(zāi)、海嘯、地震等暫時(shí)性

災(zāi)難所引起的。污染物有塵埃、S、

H2S>SOX、NOx等。

第二環(huán)境問(wèn)題引起的

由于人類社會(huì)的生產(chǎn)工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度增長(zhǎng)，人口劇增

等使得大氣中增加或增多了某些不定組分。大氣中含有的不定組

分的種類和多少由地區(qū)的條件而定的。冶金工廠、電廠所在的地

區(qū)，大氣中含有煤煙、塵、SOx、NOx等組分就多。而在化工

區(qū)，則有機(jī)或無(wú)機(jī)的化學(xué)物質(zhì)等不定組分就多。當(dāng)這些不定組分

排放于大氣中時(shí)就會(huì)使大氣污染，不定組分達(dá)到一定濃度時(shí)，將

會(huì)對(duì)動(dòng)植物造成嚴(yán)重的危害，這是環(huán)保工作者研究的主要對(duì)象。

二、大氣污染的定義

大氣污染的含義：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)組織定義（ISO）定義

指自然界中局部的職能變化和人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)改變

大氣圈中某些原有成分和向大氣中排放有毒害物質(zhì)，以致使大氣

質(zhì)量惡化，影響原來(lái)有利的生態(tài)平衡體系，嚴(yán)重威脅著人體健康

和正常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以與對(duì)建筑物和設(shè)備財(cái)產(chǎn)等的損壞。

三、大氣污染的發(fā)生和發(fā)展

大氣污染可看作是污染源所排放出的污染物和對(duì)污染物起

著擴(kuò)散稀釋作用的大氣，以與承受污染的物體三者相互關(guān)聯(lián)所產(chǎn)

生的一種效應(yīng)o一個(gè)地區(qū)的大氣污染情況是與該地區(qū)的污染源所

排放出的污染物總量有關(guān)的。這個(gè)總量是不因氣象條件的影響而

發(fā)生變化的。但是，排放出的污染物的濃度在時(shí)空分布上卻是受

到氣象條件的控制。由于氣象條件的不同，污染物作用于承受者

的污染程度也就不一樣。近幾十年來(lái)，世界上發(fā)生了多次大氣污

染事件，每次污染事件都是在一定地形和一定氣象條件下發(fā)生

的。

大氣污染的特點(diǎn)：既表現(xiàn)出局部嚴(yán)重性，又表現(xiàn)出全球性。

§L2大氣污染源與主要污染物

一、大氣污染源

大氣污染源的分類：有四種分類法

1）按污染源存在形式：固定污染源、移動(dòng)污染源；

2）按污染源排放方式：高架源、面源、線源；

3）按污染源排放時(shí)間：連續(xù)源、間斷源、瞬時(shí)源；

4）按污染源產(chǎn)生類型：工業(yè)污染源、家庭爐灶、汽車排氣。

進(jìn)行大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)適宜用第一種分法，研究擴(kuò)散適宜用第二

種分法，分析污染物排放時(shí)間規(guī)律適宜用第三種分法，解決污染

物，控制污染物適宜用第四種分法。

二、一次污染物和二次污染物

一次污染物：指直接從各類污染源排出的物質(zhì)。可分為：非

反應(yīng)物質(zhì)，其性質(zhì)較穩(wěn)定；反應(yīng)性物質(zhì)，性質(zhì)不穩(wěn)定，在大氣中

常與某些其它物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或作為催化劑促進(jìn)其它污染物

產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

二次污染物：反應(yīng)性的二次污染物與大氣中的其它組分反應(yīng)

形成的物質(zhì)。如二次污染物硫酸煙霧（又稱硫酸氣溶膠）形成過(guò)

程：

SO2便侍迷化竽硬一＞503＞"2SQ乂"2S04）“J?（“20）〃歡飛也乂火。一＞氣溶膠

往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。

三、重要的大氣污染物

主要污染物：粉塵（鋼鐵廠、冶煉廠、水泥廠、建筑材料廠

等）；硫化物（民用爐、熱點(diǎn)站、金屬冶煉、硫酸廠）；氮化物（硝

酸廠、氮肥廠、炸藥廠）；氧化物（CO、CO2）;鹵化物（氟化

物、氯化物、制堿廠）；有機(jī)物質(zhì)的污染。

（以下簡(jiǎn)單介紹主要污染的性質(zhì)）：

1）co占總污染量的30%主要來(lái)源：汽車排氣占50%

危害：與血紅蛋白結(jié)合危害人體，排量多會(huì)使空氣中5量

降低。

2）NOx、NO、1W本身含氮變成游離氮原子

和氧作用（燃NO）

來(lái)源：①石化燃料的燃燒

高溫下，大氣中氮和氧結(jié)合,NOx

生成量與燃燒溫度有關(guān)

②各種工業(yè)過(guò)程（硝酸廠、氮肥廠、炸藥廠等）

危害：①光化學(xué)煙霧的主要成分;

②對(duì)動(dòng)植物體有強(qiáng)的腐蝕性。

3）碳?xì)浠衔铮℉C）

來(lái)源：燃料燃燒不完全排放HC化合物，汽車尾氣中有

10%HC化合物。美國(guó)70年

統(tǒng)計(jì)，在總HC尾氣中，汽車排氣占48%。

危害：光化學(xué)煙霧的主要成分。

4）硫氧化物

來(lái)源：①燃料燃燒；②有色金屬冶煉；③民用燃燒爐灶。

SO2濃度：3.5%以上高濃度煙氣

3.5%以下低濃度煙氣

危害：①產(chǎn)生酸雨；②腐蝕生物的機(jī)體；③產(chǎn)生化學(xué)煙霧。

硫酸煙霧的代表事件：倫敦?zé)熿F事件

5）微塵

分類：氣溶膠中0.1—

煙0.1—ljum降塵(>10|11

m)

塵10—100pm飄塵(<10|Ll

m)

霧1一10pm

危害：①引起呼吸道疾病；②致癌作用；③造成煙霧事件（硫

酸等，SO2之所以在大氣中造成危害是由于大氣中微

塵帶有一些Mn2\Fe2+等催化劑使

M,-2+，F(xiàn),2+

SO2>SO3fH2s

6）其他有害物質(zhì)（石棉、鍍、汞）

7）光化學(xué)煙霧

大氣中的一次污染物如汽車、工廠等排放的燃燒生成物和未

燃燒物質(zhì)經(jīng)過(guò)太陽(yáng)光的照射，各種污染物之間發(fā)生反應(yīng)形成二次

污染物——煙霧，被稱為光化學(xué)煙霧。

光化學(xué)煙霧的主要成分：。3、過(guò)氧酰硝酸酯、酮類、醛類各

種活性很強(qiáng)的許多自由燒、氮類氧化物。

造成光化學(xué)煙霧的起始物：NO2

形成條件：陽(yáng)光照射（光波2900-4200A）空氣中存在

HC化合物（上午9點(diǎn)一下午2點(diǎn)）晴天，溫度不太高。

§1.3環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)按其用途可分為：環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污

染物排放標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與大氣污染警報(bào)標(biāo)準(zhǔn)。按

其適用范圍可分為：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3095-1996規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量

功能區(qū)劃分、標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)、污染物項(xiàng)目、取值時(shí)間與濃度限值，采

樣與分析方法與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)適用于全國(guó)范圍

的環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)。環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分為三類：一類區(qū)為

自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地區(qū)；二類區(qū)為

城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居民區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般

工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)；三類區(qū)為特定工業(yè)區(qū)?？諝猸h(huán)境質(zhì)量分為三

級(jí)：一類區(qū)執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，二類區(qū)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，三類區(qū)執(zhí)行三

級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。共限定了六種污染物的濃度值：SO2、TSP、PM10、

NOx、NO2、CO、03、Pb、B[a]P>Fo標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)配有各項(xiàng)污

染物分析方法。

《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996規(guī)定了33

種大氣污染物的排放限值，現(xiàn)有污染源(1997年1月1日前設(shè)

立的污染源)和新污染源(1997年1月1日起設(shè)立的污染源)

分別執(zhí)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

§L4空氣污染指數(shù)

空氣污染指數(shù)(AIRPOLLUTIONINDEX,簡(jiǎn)稱API)是一種

反映和評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的方法，就是將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物

的濃度簡(jiǎn)化成為單一的概念性數(shù)值形式、并分級(jí)表征空氣質(zhì)量狀

況與空氣污染的程度，其結(jié)果簡(jiǎn)明直觀，使用方便，適用于表示

城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢(shì)。

空氣污染指數(shù)的確定原則：空氣質(zhì)量的好壞取決于各種污染

物中危害最大的污染物的污染程度。空氣污染指數(shù)是根據(jù)環(huán)境空

氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和各項(xiàng)污染物對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響來(lái)確定

污染指數(shù)的分級(jí)與相應(yīng)的污染物濃度限值。目前我國(guó)所用的空氣

指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是：(1)空氣污染指數(shù)(API)50點(diǎn)對(duì)應(yīng)的污染物濃

度為國(guó)家空氣質(zhì)量日均值一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；(2)API100點(diǎn)對(duì)應(yīng)的污染物

濃度為國(guó)家空氣質(zhì)量日均值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；(3)API200點(diǎn)對(duì)應(yīng)的污染

物濃度為國(guó)家空氣質(zhì)量日均值三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；(4)API更高值段的分級(jí)

對(duì)應(yīng)于各種污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生不同影響時(shí)的濃度限值，

API500點(diǎn)對(duì)應(yīng)于對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害時(shí)各項(xiàng)污染物的濃度。

空氣污染指數(shù)的計(jì)算與報(bào)告：污染指數(shù)與各項(xiàng)污染物濃度

的關(guān)系是分段線性函數(shù)（見書），用內(nèi)插法計(jì)算各污染物的分指數(shù)

In,取各項(xiàng)污染物分指數(shù)中最大者代表該區(qū)域或城市的污染指

數(shù)。即：

API=max（11,12…li,…In）

該指數(shù)所對(duì)應(yīng)的污染物即為該區(qū)域或城市的首要污染物。當(dāng)

污染指數(shù)API值小于50時(shí)，不報(bào)告首要污染物。

§1.5國(guó)內(nèi)外大氣污染與控制現(xiàn)狀

一、大氣污染現(xiàn)狀

70年代大氣污染逐步開始改善，60年代到70年代美國(guó)、

日本污染相當(dāng)嚴(yán)重，所以70年代初到80年代日本大氣治理比

美國(guó)先進(jìn)，現(xiàn)在美國(guó)已趕上日本，70年代開始出現(xiàn)光化學(xué)煙霧

（較普遍）。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀：治理剛起步，對(duì)燃燒除煙塵基本上沒有注意，大

氣污染較嚴(yán)重。

原因：1）向四化進(jìn)軍正處于建設(shè)初期，工業(yè)高速發(fā)展，大

氣污染相當(dāng)嚴(yán)重；2）能源結(jié)構(gòu)不合理，以煤為主；3）布局不

合理（有些工廠明明知道處于上風(fēng)口還要建），行政管理不合理。

二、大氣污染防治途徑

我國(guó)大氣環(huán)境的特征：普遍受到塵、SO2為主的煙煤型污染;

在大城市或特大城市要注意NOx的污染來(lái)源：主要是汽車；酸

雨；局部地區(qū)的污染：如氧化物：包頭、撫順、昆明等；鉛：沈

陽(yáng)、廣州、長(zhǎng)春、上海等。

大氣污染的特征：污染物微量（百萬(wàn)分之一計(jì)算），濃度用

ppm計(jì)算；污染物量變化（風(fēng)經(jīng)常影響其濃度）；污染物質(zhì)變化

（如NOx和有機(jī)物在光的作用下會(huì)產(chǎn)生。3、甲醛（PAN）3等。

大氣污染的控制途徑：控制污染源，改革工藝，合理的工業(yè)

布局；控制污染源之后的排放的污染物，應(yīng)用各種各樣的治理技

術(shù)；走綜合防治的途徑。

綜合防治的含義：從全局出發(fā)，綜合考慮生產(chǎn)生活等方面的

諸因素，圍繞經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，運(yùn)用多科學(xué)、多途徑、多種手

段進(jìn)行防治，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

綜合防治的基本原則：

1）防與治相結(jié)合，以防為主。

2）回收資源與凈化處理相結(jié)合，以回收資源為主

3）企業(yè)治理與區(qū)域治理相結(jié)合

4）人工凈化與自然凈化相結(jié)合

第二章化石燃料燃燒與大氣污染（3學(xué)時(shí)）

教學(xué)重點(diǎn)：燃料燃燒過(guò)程，煙氣體積與污染物排放量計(jì)算，燃燒

過(guò)程中硫氧化物、顆粒污染物、氮氧化物和其它污染物的形成與

控制。

教學(xué)難點(diǎn)：煙氣體積與污染物排放量計(jì)算。

教學(xué)要求：掌握燃燒過(guò)程的影響因素，燃燒過(guò)程中硫氧化物、顆

粒污染物、氮氧化物的形成與控制。

教學(xué)內(nèi)容：

§2.1化石燃料的組成與性質(zhì)（0.5學(xué)時(shí)）

燃料指燃燒過(guò)程中能放出熱量，且經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)。

燃料的分類：（1）常規(guī)燃料：如煤（coal）、patrolum>天

然氣等。

（2）非常規(guī)燃料

按其物理狀態(tài)分為：（1）固體燃料：揮發(fā)分被蒸儲(chǔ)后以氣態(tài)

燃燒（蒸氣控制）；留下的固定炭以固態(tài)

燃燒（擴(kuò)散控制）。

（2）液體燃料：有蒸發(fā)過(guò)程控制（氣態(tài)

形式燃燒）。

（3）氣態(tài)燃料：有擴(kuò)散或混合控制。

燃料的性質(zhì)影響大氣污染物的排放。

一、煤：是一種復(fù)雜的物質(zhì)聚集體。主要可燃成分是C、H與少

量。2、N2>S等一起構(gòu)成的有機(jī)聚合物。煤中有機(jī)成分和無(wú)機(jī)

成分的含量因種類、產(chǎn)地不同而異。

1.分類：按基于沉積年代的分類法分為褐煤、煙煤、無(wú)煙煤。

a.褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等級(jí)最低的

一類，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象

木材結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)：①揮發(fā)分較高，析出溫度低；②燃燒熱值低，不能

制炭。

干燥后：C含量60—75%,。2含量2。一25%。

b.煙煤：形成歷史較褐煤長(zhǎng)。黑色，外形有可見條紋。

揮發(fā)分20—45%,C75—90%。成焦性較強(qiáng)，氧含量低,

水分與灰分含量不高，適宜工業(yè)使用。

c.無(wú)煙煤：碳含量最高，煤化時(shí)間最長(zhǎng)的煤，具有明顯的黑

色光澤，機(jī)械強(qiáng)度高。C含量>93%,無(wú)機(jī)物量<10%,著

火難，不易自燃，成焦性差。

2.煤的組成

煤的組成測(cè)定方法分為工業(yè)分析；元素分析兩大類。

a.工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、S含量、熱

值。

3.元素分析：用化學(xué)法測(cè)定去除掉外部水分的主要組分。C、H2>

N2>S、等。煤中硫的形態(tài)

’有機(jī)硫(CxHySz)

煤中含硫硫化物硫(FeS2)

I<

無(wú)機(jī)硫［無(wú)系硫(S

硫酸鹽硫（MeSO。

硫酸鹽硫在燃燒時(shí)不參加燃燒，留在灰渣里，是灰分的一部

分，其它能燃燒放出熱量。我們所說(shuō)的污染物SOx只包括有機(jī)

硫、硫化物，不包括MeSO4,而一般給我們的含硫量是指總硫

量。應(yīng)注意。

a.硫化鐵硫：是主要的含硫成分，主要代表黃鐵礦硫。

黃鐵礦：硬度6-6.5

比重4.7—5.2

本無(wú)磁性，但在強(qiáng)磁場(chǎng)感應(yīng)下能轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判晕铮瘴⒉芰?/p>

較強(qiáng)，據(jù)此，可把其從煤中脫除。

b.有機(jī)硫：以各種官能團(tuán)形式存在。如曝吩、芳香基硫化物、

硫醇等。不易用重力分選的方法除去，需采用化學(xué)方法脫硫。

二、石油

石油是液體燃料的主要來(lái)源。原油是天然存在的易流動(dòng)液

體。比重0.78?1.00,主要含C、H2>少量的S、N2>O2,此

外，含有微量金屬（#1、鎮(zhèn)）、種、鉛、氯等，lOppm左右。

原油中的硫大部分以有機(jī)硫形式存在，形成非碳?xì)浠衔锏?/p>

巨大分子團(tuán)，其含硫量變化范圍較大，一般為0.1—7%。原油

通過(guò)蒸偏、裂化和重態(tài)過(guò)程生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。原油中的S約有

80—90%留于重硫分中。硫以復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在，而需去除

的僅是硫原子，故不能用物理方法分離硫化物。采用高壓下的催

化加氫破壞C-S-C鍵形成H2s氣體，可達(dá)目的，但費(fèi)用很高。

三、天然氣

一般組成CH485%,乙烷10%,丙烷3%,此外還有H2O>

CO?、N2>He、H2s等。

§2.2燃料燃燒過(guò)程（0.5學(xué)時(shí)）

一、影響燃燒過(guò)程的主要因素

1.燃燒過(guò)程與燃燒產(chǎn)物

燃燒是可燃混合物的快速氧化過(guò)程，并伴有能量的釋放，同

時(shí)使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的氧化物。多數(shù)化石燃料完全燃

燒的產(chǎn)物是cc）2、水蒸汽；不完全燃燒過(guò)程將產(chǎn)生黑煙、CO和

其它部分氧化產(chǎn)物等。

若燃料中含s、N會(huì)生成SO2和NOx,燃燒溫度較高時(shí)，空

氣中的部分氮會(huì)被氧化成NOxo

2.燃料完全燃燒的條件

燃料完全燃燒的條件是適量的空氣、足夠的溫度、必要的燃

燒時(shí)間、燃料與空氣的充分混合。

⑴空氣條件：按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量。

⑵溫度條件：只有達(dá)到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。

著火溫度：在氧存在下可燃質(zhì)開始燃燒必須達(dá)到的最低溫

度。

（3）時(shí)間條件：

燃料在燃燒室中的停留時(shí)間是影響燃燒完全程度的另一基

本因素。燃料在高溫區(qū)的停留時(shí)間應(yīng)超過(guò)燃料燃燒所需時(shí)間。

⑷燃燒與空氣的混合條件：

燃料與空氣中氧的充分混合是有效燃燒的基本條件。在大氣

污染物排放量最低條件實(shí)現(xiàn)有效燃燒的四個(gè)因素：空氣與燃料之

比、溫度、時(shí)間、湍流度。（三T）

3.發(fā)熱量與熱損失

①發(fā)熱量

單位量燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量。即反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)

物終了狀態(tài)相同情況下（常溫298K,101325Pa）的熱量變化值,

稱為燃料的發(fā)熱量，單位是KJ/Kg。（固體）KJ/m3（氣體）。發(fā)

熱量有高位、低位之分。

高位：包括燃料燃燒生成物中水蒸汽的汽化潛熱，Qh

低位：指燃料燃燒生成物中水蒸汽仍以氣態(tài)存在時(shí)，完全燃

燒釋放的熱量。Qi

‘根據(jù)煤的工

<業(yè)分析數(shù)據(jù)計(jì)算。

煤的發(fā)熱量r

<注意：煤中H有兩種形態(tài)①可

燃?xì)洌▍ⅰ?/p>

根據(jù)燃料的關(guān)加燃燒）、自由氫。②結(jié)合氫（與

O2)

系分析數(shù)據(jù)計(jì)算自由氫與C、S結(jié)合

需應(yīng)用基來(lái)表明組成

注：干燥基（上標(biāo)d）

可燃基（上標(biāo)b）應(yīng)用基（上

標(biāo)a）

排煙熱損失：熱損失為6—12%：

不完全燃燒熱損失：化學(xué)不完全燃燒、機(jī)械不完全燃燒。

散熱損失：由設(shè)備管道溫度高于周圍空氣溫度造成熱損失。

4、燃燒產(chǎn)生的污染物

硫的SOx:隨溫度變化不大，主要是煤中S。

粉塵：隨溫度的增高、不變、降低而變化。

CO與HC化合物煙：隨溫度的增高、不變、降低而變化。

NOx：隨溫度的增高、不變、降低而變化。

二燃料燃燒的理論空氣量

1.理論空氣量（呼）所需要的氧一般從空氣中獲得。

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。

理論空氣量（1）可由燃燒反應(yīng)方程式獲得

（2）經(jīng)驗(yàn)公式（由熱值）

固體燃料吆=1.01x磊+0.5

液體燃料噌=0.85x磊+2

41o/

氣體燃料

天然氣（式2.17）

建立燃燒化學(xué)方程式時(shí)，假定：

1)空氣僅由電和。2組成，氣體積比為79/21=3.76;

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(jì)算理論空氣量時(shí)忽略NOX的生成量；

5)燃料的化學(xué)時(shí)為CxHySzOw,其中下標(biāo)X、y、z、w分

別代表C、H、S、O的原子數(shù)。

完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式：

C8//、3工0“.++z—■—+3.7?.t+j+z—2fxC()2+)〃2。+WO?+3.7++卜+20

Q代表燃燒熱

理論空氣量：

呼=22.4x4.769+5+z-"/(1lx+1.008》+32z+16卬)

=106.6(x+?+z--yj/(12x+1.008y+32z+16卬)

nv'/kg

3.6-6.0褐煤

一般煤的理論空氣量*4~7〃H依7.5-8.5無(wú)煙煤

9~10煙煤

液體燃料(燃料油)的喈=】。-1加/依

｛煤爐：4.5~5.5.￡干:

8.84-9.01

煤氣液化氣：2.97天然氣

高爐：~0.7濕：

11.4-12.1

2.空氣過(guò)剩系數(shù)a

世紀(jì)空氣量Va與理論空氣量Va°之比為空氣過(guò)剩系數(shù)a

通常a>l

3.空燃比（AF）

定義：?jiǎn)挝毁|(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。

例：某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)

量）C：88.3%,H:9.5%,S:1.6%,灰分：0.10%。試確定

燃燒1kg重油所需的理論空氣量。

解：以1kg重油燃燒為基礎(chǔ)，貝上

重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧量（mol）

C88373.5873.58

H9547.523.75

S160.50.5

H2O0.50.02780

理論需氧量為：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油

N2

假定空氣中與O2的摩爾比為3.76（體積比）

則，理論空氣量為：97.83x（3.76+l）=465.67mol/kg重油

即465.67x絲=10.43Nm3/kg重油

§2.3煙氣體積與污染物排放量計(jì)算（1學(xué)時(shí)）

一、煙氣體積計(jì)算

L理論煙氣體積

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Vfg。表示，煙氣成分主要是CO?、SO2＞電和水

蒸氣。

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。

Vfg°=V干煙氣+v水蒸氣

v理水蒸氣=V燃料中氫燃燒后的水蒸氣+V燃料中所給+V理論空氣量帶入的

2.實(shí)際煙氣體積Vfg°Vfg=Vfg°+（a-l）Va°

3.煙氣體積和密度的校正

燃燒產(chǎn)生的煙氣其T、P總高于標(biāo)態(tài)（273K、latm）故需

換算成標(biāo)態(tài)。

大多數(shù)煙氣可視為理氣，故可應(yīng)用理氣方程。

設(shè)觀測(cè)狀態(tài)下：Os、Ps下）煙氣的體積為Vs,密度為Ps。

標(biāo)態(tài)下：（TN、PN下）煙氣的體積為VN,密度為PN。

標(biāo)態(tài)下體積為：

標(biāo)態(tài)下密度為：

應(yīng)指出，美國(guó)、日本和國(guó)際全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是298K、

latm在作數(shù)據(jù)比較時(shí)應(yīng)注意。

2.過(guò)剩空氣較正

因?yàn)閷?shí)際燃燒過(guò)程是有過(guò)?？諝獾?，所以燃燒過(guò)程中的實(shí)際

煙氣體積應(yīng)為理論煙氣體積與過(guò)?？諝饬恐汀?/p>

用奧氏煙氣分析儀測(cè)定煙氣中的CO2、。2和CO的含量，

可以確定燃燒設(shè)備在運(yùn)行中煙氣成分和空氣過(guò)剩系數(shù)。

空氣過(guò)剩系數(shù)為察=i+相

理儉空氣里

m--------過(guò)?？諝庵蠴2的過(guò)剩系數(shù)

設(shè)燃燒是完全燃燒，過(guò)?？諝庵械难踔灰?形式存在，燃燒

產(chǎn)物用下標(biāo)P表示，

C+（1+機(jī)）^2+（1+.67N2~》CO2P+02P+N2P

假設(shè)空氣只有5、電分別為21%、79%,則空氣中總氧量為

■N2P=0.266%

理論需氧量：0.266N2P—O2P

所以

若燃燒完全

若燃燒不完全產(chǎn)生CO須校正，即從測(cè)得的過(guò)剩氧中減CO

氧化為CO?所需的。2

I02P-0.5COp

a—0.266N2P-Q戶-0.5C2p）

各組分的量均為奧氏分析儀所測(cè)得的百分?jǐn)?shù)。

二、污染物排放量的計(jì)算

例2對(duì)例1給定的重油，若燃料中硫會(huì)轉(zhuǎn)化為SOX（其中SO2

占97%）,試計(jì)算空氣過(guò)剩系數(shù)a=1.20時(shí)煙氣中SO2與SO3

的濃度，以ppm表示，并計(jì)算此時(shí)煙氣中CO2的含量，以體積

百分比表示。

解：由例1可知，理論空氣量條件下煙氣組成(mol)為:

CO2:73.58H2O:47.5+0.0278

97.83x3.76

SOX:0.5Nx:

理論煙氣量：

73.58+0.5+(47.5+0.0278)+(97.83x3.76)=489.45mol/kg重油

即489.45x^=10.96m3N/kgM^

空氣過(guò)剩系數(shù)a=1.2時(shí)，實(shí)際煙氣量為：

10.96+10.43x(1.2-1)=13.05w3N/Kg重油其中10.43為理論空氣

量，即lKg重油完全燃燒所需理論空氣量。

().5x().97x22%=o.0109m3N/Kg

煙氣中SO2的體積為0Go

43

煙氣中SO?的體積為O.5xO.O3x22.J/()oo=3.36xlO-mAZ/^

所以，煙氣中SO2VSO3的濃度分別為：

Cso,C'xIoG=835.25”，〃

/13.05

Css=33^og—,x1°6=25-75PPm

當(dāng)a=1.2時(shí)，干煙氣量為：

[489.45-(47.5+0.0278)]x+10.43x0.2=11.985w3N/Kg

CO2體積為：73.58'蓋^=1.64&/N/依重油

所以干煙氣中CO2的含量以體積計(jì)為：

-^^-x100=13.75%

11.985

例3:已知某電廠煙氣溫度為473K,壓力為96.93Kpa,濕煙氣

量Q=10400m3/min,含水汽6.25%(體積)，奧薩特儀分析結(jié)

果是：CO2占107%,。2占8.2%,不含CO,污染物排放的

質(zhì)量流量為22.7Kg/mino

⑴污染物排放的質(zhì)量速率（以t/d表示）

⑵污染物在煙氣中濃度

⑶煙氣中空氣過(guò)剩系數(shù)

校正至空氣過(guò)剩系數(shù)a=1.8時(shí)污染物在煙氣中的濃度。

解：（1）污染物排放的質(zhì)量流量為：

22.7冬xx24-x---=32.7〃d

minhd1000酶

（2）測(cè)定條件下的干空氣量為：

3

Qd=10400x(I-0.0625)=975Qn/min

測(cè)定狀態(tài)下干煙氣中污染物的濃度：

C=——X106=2328.2加g/m3

9750

標(biāo)態(tài)下的濃度：

=232小黯嚼=4217Mg/同

(3)空氣過(guò)剩系數(shù)：a=l+%O=1+—惚=213

0.268N2P-02P0.268x81.1-8.2

(4)校正至a=1.8條件下的濃度：

"=c實(shí)魯

C校=4217.0X=3778.9/w,g/m3N

1.8

§2.4燃燒過(guò)程中污染物的形成與控制（1學(xué)時(shí)）

一、燃燒中硫氧化物的形成

燃料中的硫在燃燒過(guò)程中與氧反應(yīng)，主要產(chǎn)物是SO2和

SO3,但SO3的濃度相當(dāng)?shù)停仁乖谪毴剂蠣顟B(tài)下，生成的SO3

也只占SC)2生成量的百分之幾。在富燃料狀態(tài)下，除SO2外,

還有一些其它S的氧化物，如SO與其二聚物(SO)2,還有少

量一氧化二硫S2。.這些產(chǎn)物化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，所以僅在各種氧

化反應(yīng)中以中間體形式出現(xiàn)。

燃燒時(shí).s+02fs。2

'2s。2+。2C2s。3(此時(shí)并非含氧量越高，越完全，溫度越高，S02越穩(wěn)定。)

故一般主要生成SO2,計(jì)算時(shí)可忽略SO3o

燃燒過(guò)程中硫氧化物、顆粒污染物、氮氧化物和其它污染物

的形成與控制。

第三章大氣污染氣象學(xué)基礎(chǔ)（2學(xué)時(shí)）

教學(xué)重點(diǎn)：主要?dú)庀笠?，大氣的熱力過(guò)程，大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)速

廓線模式。

教學(xué)難點(diǎn)：大氣穩(wěn)定度，逆溫，風(fēng)速廓線模式。

教學(xué)要求：掌握大氣的熱力過(guò)程、大氣穩(wěn)定度、逆溫和風(fēng)速廓線

模式。

教學(xué)內(nèi)容：

§3.1大氣圈結(jié)構(gòu)與氣象要素（0.5學(xué)時(shí)）

一、影響大氣污染的主要?dú)庀笠?/p>

氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)和物理現(xiàn)象的物理量。

1、氣溫：

2、氣濕：

空氣濕度是反映空氣中水汽含量和空氣潮濕程度的一個(gè)物

理量，常用的表示方法有：絕對(duì)濕度、水蒸氣壓力、體積百分比、

含濕量、相對(duì)濕度、露點(diǎn)等。

3、風(fēng)

a）定義：什么是風(fēng)？空氣水平方向的流動(dòng)叫風(fēng)。

b）形成：風(fēng)主要由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣

壓的水平分布不均是由濕度分布不均造成。風(fēng)的形成除熱力原因

外，還有動(dòng)力原因，自然界的風(fēng)是由于這兩種原因綜合作用的結(jié)

果，但只要有溫差存在，空氣就不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。

c）風(fēng)的度量

風(fēng)的特性用風(fēng)向與風(fēng)速表示，它是一向量。

風(fēng)的大小有叫風(fēng)速：在單位時(shí)間內(nèi)，空氣水平流動(dòng)的距離,

m/So

風(fēng)向：分為16方位，

4、云

云是發(fā)生在高空的水汽凝結(jié)現(xiàn)象。形成的基本條件：水蒸汽

和使水蒸汽達(dá)到飽和凝結(jié)的環(huán)境。

云的分類：高云：離地面5000m以上，冰晶構(gòu)成；

中云：離地面2500—5000m間，過(guò)冷的微小水

滴與冰晶構(gòu)成；

低云：離地面2500m以下，由微小水滴和冰晶

構(gòu)成。

云量：云量是指云遮蔽天空的成數(shù)。將天空分為十份。這十

分中被云所遮蓋的成數(shù)稱為云量。如在云層中還有少量空隙（空

隙總量不到天空的1/20）記為10;當(dāng)天空無(wú)云或云量不到1/20

時(shí)，云量為0。

國(guó)外云量與我國(guó)云量間的關(guān)系，國(guó)際云量、1.25=我國(guó)云量

總云量：指所有云遮蔽天空的成數(shù)，不論云的層次和高度。

低云量：低云的云掩蓋天空的成數(shù)。

云量的紀(jì)錄：一般云量/低云量的形式記錄，如10/7。

云高：指云底距地面的垂直距離，以米為單位。

5、能見度

在當(dāng)時(shí)的天氣情況下，正常人的眼睛所能看到的最大距離叫

能見度。

能見就是能把目標(biāo)物的輪廓從它的天空背景上分辨出來(lái)，為

了知道能見距離的遠(yuǎn)近，首先必須選擇若干固定的目標(biāo)物，量出

他們距測(cè)點(diǎn)的距離。

能見度的大小反應(yīng)了大氣的混濁程度，反應(yīng)出大氣中雜質(zhì)的

多少。

§3.2大氣的熱力過(guò)程（1學(xué)時(shí)）

一、太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)的輻射能是地球表面和大氣的唯一能量來(lái)源，地面和大

氣獲得輻射能增熱的同時(shí)，本身放出熱輻射而冷卻，所以大氣內(nèi)

部始終存在著冷與暖的變化，冷、暖在某種意義上講決定著空氣

的干濕與降水，決定著低氣壓的分布，影響著大氣的運(yùn)動(dòng)，也就

影響了排放至大氣的污染物質(zhì)的擴(kuò)散稀釋。

大氣的熱力過(guò)程，大氣穩(wěn)定度，逆溫的形成與類型。

§3.3大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)（0.5學(xué)時(shí)）

大氣水平運(yùn)動(dòng)，大氣邊界層風(fēng)隨高度變化，風(fēng)速廓線模式,

大氣的湍流運(yùn)動(dòng)，地方性風(fēng)場(chǎng)。

第四章大氣污染物擴(kuò)散模式（6學(xué)時(shí)）

教學(xué)重點(diǎn)：湍流統(tǒng)計(jì)理論（正態(tài)分布理論），高斯擴(kuò)散模式，擴(kuò)

散參數(shù)，各種氣象條件下的擴(kuò)散模式，煙氣抬升高度。

教學(xué)難點(diǎn)：高斯擴(kuò)散模式和擴(kuò)散參數(shù)的確定。

教學(xué)要求：掌握高斯擴(kuò)散模式與其常見形式，能夠根據(jù)地形、背

景濃度以與風(fēng)向、風(fēng)速、溫度層結(jié)等氣象因素與模式計(jì)算大氣污

染物濃度，可以根據(jù)不同要求估算煙筒高度，并對(duì)廠址選擇提出

初步方案。

教學(xué)內(nèi)容：

4.1湍流擴(kuò)散的基本理論（1學(xué)時(shí)）

梯度輸送理論，湍流統(tǒng)計(jì)理論（正態(tài)分布理論），相似理論。

4.2高斯擴(kuò)散模式（1學(xué)時(shí)）

高斯模式的假設(shè)條件，高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式。

4.3污染物濃度的估算方法（2學(xué)時(shí)）

地面濃度，地面軸線濃度，地面軸線最大濃度，擴(kuò)散參數(shù)的

確定。

4.4特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式（0.5學(xué)時(shí)）

小風(fēng)、靜風(fēng)、熏煙條件下的擴(kuò)散模式，擴(kuò)散參數(shù)的確定。

4.5城市與山區(qū)的擴(kuò)散模式（0.5學(xué)時(shí)）

4.6煙囪高度的設(shè)計(jì)和廠址的選擇（1學(xué)時(shí)）

煙囪有效源高，煙氣抬升高度，廠址的選擇。

第五章除塵技術(shù)基礎(chǔ)與除塵設(shè)備（8學(xué)時(shí)）

教學(xué)重點(diǎn)：粉塵的粒徑分布和物理性質(zhì)，凈化裝置性能的表示方

法，顆粒捕集的理論基礎(chǔ)，除塵設(shè)備工作原理。

教學(xué)難點(diǎn)：顆粒捕集的理論基礎(chǔ)，除塵設(shè)備工作原理。

教學(xué)要求：掌握粉塵的粒徑分布、凈化裝置性能的表示方法、顆

粒捕集的理論和各種除塵設(shè)備的工作原理，能夠計(jì)算除塵設(shè)備的

凈化效率。

教學(xué)內(nèi)容：

§5.1粉塵粒徑與粒徑分布（1學(xué)時(shí)）

一、粉塵粒徑

1.定義：在實(shí)際中，因顆粒大小、形狀各異，故表示方法有所

不同。一般分為兩類：

單一粒徑：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的；球形顆粒：d=直徑

平均粒徑：粒子群的。

一）單一粒徑

單一粒徑分成r投影徑

Y

非球形顆粒幾何當(dāng)

量徑

物理當(dāng)

量徑

1.投影徑：指顆粒在顯微鏡下觀察到的粒徑。

a.面積等分徑（martine）,指顆粒的投影面積二等分的直線長(zhǎng)

度，其與所取的方向有關(guān)，常采用與底邊平行的線作為粒徑。

b.定向徑(feret),指顆粒投影面上兩平行切線間的距離。

c.長(zhǎng)徑，不考慮方向的最長(zhǎng)徑。

d.短徑，不考慮方向的最短徑。

2.幾何當(dāng)量徑：取顆粒的某一幾何量(面積、體積等)相同時(shí)

的球形顆粒的直徑。

a.等投影面積徑dA：與顆粒投影面積相同的某一圓面積

的直徑。

(4A丫"

北=--=1.1284/

顆粒投影面%=利

b.等體積徑dv：dv==1.24在；

c.等表面積徑ds：顆粒的外表面積52=就2

d.體積表面積平均徑de:顆粒體積與外表面積相同的圓

球的直徑。

3.物理當(dāng)量徑：取顆粒某一物理量相同時(shí)的球形顆粒粒徑。

a,自由沉降dt：特定氣體中，在重力作用下，密度相同的顆粒

因自由沉降而達(dá)到的末速度與球形顆粒所達(dá)到的末速度相同

時(shí)的球形顆粒的直徑。

b.空氣動(dòng)力徑da：在靜止的空氣中顆粒的沉降速度與密度為

lg/cn?的圓球的沉降速度相同時(shí)的圓球的直徑。單位

/cm"）"=7/mA代表。

c.斯托克斯徑（Stokes）dst。

在層流區(qū)內(nèi)（對(duì)顆粒的雷諾數(shù)Re<2.0）的空氣動(dòng)力徑。

Vt——顆粒在流體中的終端沉降速度（m/s）

d.分割粒徑（半分離粒徑）d50:即分級(jí)效率為50%的顆粒直

徑。

（二）平均粒徑

對(duì)于一個(gè)由大小和形狀不相同的粒子組成的實(shí)際粒子群與

一個(gè)由均一的球形粒子組成的假想粒子群相比，若兩者的粒徑全

長(zhǎng)相同，則稱此球形粒子的直徑為實(shí)際粒子群的平均粒徑。

表7-1列出了各種方法計(jì)算的平均粒徑，數(shù)值相差很大。

P282O

一般順序：d1<ds<dv<d2<d3<d4

常用的單一粒徑：投影徑、等體積徑、斯托克斯徑、分割粒

徑des。、空氣動(dòng)力學(xué)徑da（是除塵技術(shù)中用得最多的）。

平均粒徑：中位徑、眾徑。

二、粒徑分布

1.定義：粒徑分布是指某一粒子群中不同粒徑的粒子所占的比

例，亦稱粒子的分散度。

表示方法：個(gè)數(shù)分布：以粒子的個(gè)數(shù)所占的比例來(lái)表示;

表面積分布：以粒子表面積表示；

質(zhì)量分布：以粒子質(zhì)量表示。2.常見的表示方法

(1)頻數(shù)分布AR：它是指粒徑dp至(dp+Adp)之間的粒

子質(zhì)量占粒子群總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。見圖a。2^=1。/AR

與選取的粒徑間隔的大小有關(guān)。

(2)頻度分布f:是Adp=lum時(shí)粒子質(zhì)量占粒子群的或單

位粒徑間隔寬度時(shí)的頻率分布百分?jǐn)?shù)。即：%機(jī)其微分

定義式：

有計(jì)算結(jié)果可繪出頻度分布f的直方圖，用粒徑間隔中值可

繪出頻度分布曲線，見圖b。

最大頻度的粒徑d°m稱為眾徑。

⑶篩下累積頻率分布D/%：指小于某一粒徑dp的塵樣質(zhì)量占

塵樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

rdpedp

%＞）=L如=Jf{"九,）

wminMmin

反之為篩上累積分布R：D=l-R

當(dāng)D=R=50%時(shí)的dp位中位徑dso。由圖可見，篩上分布R對(duì)

dp之比為負(fù)梯度，篩下分布D對(duì)dp之比為正值。因此若已知

R、D,貝lj

或也可這樣說(shuō)：若粒徑間隔寬度MpfO即取極限，貝h

P=口制*%）=

R=/=fWfy（=-a3（

dpdpadp）dp）

即：篩上分布為減函數(shù)；篩下分布為增函數(shù)。

在除塵技術(shù)中，篩上累積分布R比使用頻度分布更為方便，

所以，在一些國(guó)家粉塵標(biāo)準(zhǔn)中多用R表示粒徑分布。

3.粒徑分布函數(shù)

“正態(tài)分布函數(shù)：對(duì)稱

常見的分布%數(shù)對(duì)數(shù)正態(tài)分布：dp取對(duì)數(shù)后服從對(duì)稱，實(shí)際

大氣中氣溶膠、工業(yè)粉塵多服

從此分布

羅率一拉姆勒分布：破碎篩分過(guò)程多服從此分

布

后兩者分布為非對(duì)稱性的。

采用某種數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)描述粒徑分布曲線，更為應(yīng)用方便。據(jù)大量

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明對(duì)數(shù)正態(tài)分布，正態(tài)分布以與羅率一拉姆勒

(Rosin—Rammler)分布較常用。我們見面介紹下世界上用

的較多的R—R分布。

R—R分布是：勺初=exp(-倒：)(a)

=10"或(b)

式中：n——分布指數(shù)；B、B'——分布系數(shù)，并有

￡=lnl0x夕=2.303夕。

對(duì)(b)兩端兩次求對(duì)數(shù)得：lg[lg]-]=lg夕+〃lgdp,以Igdp為橫坐

I%))

標(biāo)，以坨為縱坐標(biāo)，可的一條直線，其斜率為n。

將中位徑d50代入(a)式可求得那麼R-R函數(shù)表達(dá)式為：

/?w=exp-0.693^j

在R—R坐標(biāo)紙上繪制的篩上累積分布曲線(R)為直線，

并能方便地求出n、0'、CI50等。

例4-1,自學(xué)，粉塵的堆積密度，真密度。

粉塵的粒徑，粒徑分布與粒徑分布函數(shù)，平均粒徑。

§5.2粉塵的物理性質(zhì)(1學(xué)時(shí))

一、密度

單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度，單位為kg/n?或

3

g/mo若所指的粉塵體積不包括粉塵顆粒內(nèi)部的空隙體積，而

是粉塵自身所占的真實(shí)體積，則以此真實(shí)體積求得的密度稱為粉

塵的真密度。固體粉碎所形成的粉塵，在表面未氧化時(shí)，其真密

度與母料密度相同。呈堆積狀態(tài)存在的粉塵，它的堆積體積包括

顆粒之間和顆粒內(nèi)部的空隙體積，以此體積求得的密度稱為粉塵

的堆積密度。

粉體顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積粉體的總體積之比稱

為空隙率。

粉塵的真密度用在研究粉塵在氣體中的運(yùn)動(dòng)、分離和去除等

方面，堆積密度用在貯倉(cāng)或灰斗的容積確定等方面。

二、粉塵的安息角和滑動(dòng)角

粉塵從漏斗連續(xù)滑落到水平面上，自然堆積成一個(gè)圓錐體，

圓錐體母線與水平面的夾角稱為粉塵的安息角。

粉塵的滑動(dòng)角系指自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做

傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)，粉塵開始發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的平板傾斜角。

粉塵的安息角與滑動(dòng)角是評(píng)價(jià)粉塵流動(dòng)特性的一個(gè)重要指

標(biāo)，是設(shè)計(jì)除塵器灰斗的錐度與除塵管路或輸灰管路傾斜度的主

要依據(jù)。

三、粉塵的比表面積

粉塵的比表面積定義為單位體積粉塵所具有的表面積。

四、粉塵的含水率

粉塵中一半均含有一定的水分，它包括附著在顆粒表面上的

和包含在傲坑處與細(xì)孔中的自由水分，以與緊密結(jié)合在顆粒內(nèi)部

的結(jié)合水分。

粉塵中的水分含量，一般用含水率W表示，是指粉塵中所

含水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比。含水率大小，會(huì)影響到粉塵的其

他物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、粘附性、流動(dòng)性等，所有這些在設(shè)計(jì)除

塵裝置時(shí)都必須加以考慮。

粉塵的含水率與粉塵的吸濕性，即粉塵從周圍空氣中吸收水

分的能力有關(guān)。

五、粉塵的潤(rùn)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)稱為粉塵的潤(rùn)濕性。當(dāng)粉塵與液體接觸時(shí)，如果接觸面能擴(kuò)大

而相互附著，則稱為潤(rùn)濕性粉塵；相反，為非潤(rùn)濕性粉塵

粉塵的潤(rùn)濕性是選用濕式除塵器的主要依據(jù)。

六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性

1、荷電性

天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷，也有中性的。

粉塵荷電后，將改變其某些物理性質(zhì)，如凝聚性、附著性與其在

氣體中的穩(wěn)定性等，同時(shí)對(duì)人體的危害也將增強(qiáng)。粉塵的荷電量

隨溫度增高、表面積增大與含水率減小而增加，還與其化學(xué)組成

等有關(guān)。

2、導(dǎo)電性

粉塵的導(dǎo)電性通常用比電阻表示。導(dǎo)電機(jī)制有兩種，取決于

粉塵、氣體的溫度和組成成分。本體導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的粉塵稱為體積

比電阻，表面導(dǎo)電占優(yōu)勢(shì)的粉塵比電阻稱為表面比電阻。

粉塵比電阻對(duì)電除塵器的運(yùn)行有很大影響。

七、粉塵的粘附性

粉塵顆粒附著在固體表面上，或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象

稱為粘附。附著的強(qiáng)度，即克服附著現(xiàn)象所需要的力稱為粘附力。

粉塵顆粒之間的粘附力分為分子力、毛細(xì)力和靜電力。通常

采用粉塵層的斷裂強(qiáng)度作為表征粉塵自粘性的基本指標(biāo)。在數(shù)值

上，斷裂強(qiáng)度等于粉塵層斷裂所需的力除以斷裂的接觸面積。

八、粉塵的自燃性和爆炸性

粉塵的自燃是指粉塵在常溫下存放過(guò)程中自然發(fā)熱，此熱量

經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的積累達(dá)到該粉塵的燃點(diǎn)而引起燃燒的現(xiàn)象。引起粉塵

自然發(fā)熱的原因有：氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱。

爆炸是指可燃物的劇烈氧化作用，在瞬間產(chǎn)生大量的熱量和

燃燒產(chǎn)物,在空間造成很高的溫度和壓力?？扇嘉锇扇挤蹓m、

可燃?xì)怏w和蒸汽等，引起可燃物爆炸必須具備的條件有兩個(gè)：一

是由可燃物與空氣或氧構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到一定的濃度；二是

存在足夠的火源。

§5.3凈化裝置的性能（1學(xué)時(shí)）

評(píng)價(jià)凈化裝置性能的指標(biāo)，包括技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩方

面。技術(shù)指標(biāo)主要有處理氣體流量、凈化效率和壓力損失等；經(jīng)

濟(jì)指標(biāo)主要有設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和占地面積等。

1、處理氣體流量

處理氣體流量是代表裝置處理氣體能力大小的指標(biāo)，一般以

體積流量表示。實(shí)際運(yùn)行的凈化裝置，由于本體漏氣等原因，往

往裝置進(jìn)口和出口的氣體流量不同，因此，用兩者的平均值作為

處理氣體流量的代表。

QN=（QIN+QZN）/2

2、凈化效率

凈化效率是表示裝置凈化污染物效果的重要技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于

除塵裝置稱為除塵效率，對(duì)于吸收裝置稱為吸收效率，對(duì)于媳婦

裝置稱為吸附效率。

3、壓力損失

壓力損失是代表裝置能耗大小的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，系指裝置的

進(jìn)口和出口氣流全壓之差，凈化裝置壓力損失的大小，不僅取決

于裝置的種類和結(jié)構(gòu)形式，還與處理氣體流量大小有關(guān)。

凈化裝置的壓力損失，實(shí)質(zhì)上是氣流通過(guò)裝置時(shí)所消耗的機(jī)

械能，它與通風(fēng)機(jī)所耗功率成正比，所以總是希望盡可能小些。

§5.4顆粒捕集的理論基礎(chǔ)（1學(xué)時(shí)）

顆粒物在各種力場(chǎng)中的空氣動(dòng)力學(xué)行為——分離、沉降、捕

集等。

§5.5除塵設(shè)備與其工作原理（3學(xué)時(shí)）

一、機(jī)械除塵器

機(jī)械力除塵裝置是相對(duì)電除塵器而言。除重力沉降室、慣性

除塵器和旋風(fēng)除塵器外，還包括濕式除塵器和袋式除塵器等，其

除塵機(jī)理可概括為五個(gè)方面:

1.重力沉降：氣流中的塵粒依靠重力自然沉降，從氣流中分

離出來(lái)。主要適用于粒徑較大的塵粒，沉降速度V較小。

2.離心碰撞：含塵氣流作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，在慣性離心力作用下,

塵粒和氣流產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使塵粒從氣流中分離。主要適用于

lOjum以上的塵粒。

3.慣性碰撞：含塵氣流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物(如擋板、水

滴等)時(shí)，氣流會(huì)改變方向而繞流，細(xì)小的塵粒會(huì)隨氣流一起流

動(dòng)，而較大的塵粒慣性較大，則脫離流線保持自身的慣性運(yùn)動(dòng)，

于是塵粒就和物體發(fā)生了碰撞。見圖

5-1(a)o

4.滯留：細(xì)小的塵粒隨氣流繞流時(shí)，如流線和物體表面靠得

很近，有些塵粒就和物體表面接觸，從氣流中分離出來(lái)。見圖

5-2(b)o

5.擴(kuò)散：小于1pm的微小粒子在氣流中會(huì)和氣體一樣作不規(guī)

則的布朗運(yùn)動(dòng)，布朗運(yùn)動(dòng)

隨粒徑減小而增大。若作布朗運(yùn)動(dòng)的塵粒和物體表面接觸，

就可能從氣流中分離，這種分離機(jī)理稱為擴(kuò)散。見圖

5-1(c)0

除此之外，還涉與篩濾、靜電力和聲波凝聚作用等。

(一)、重力沉降室

重力沉降室是通過(guò)重力從氣流中分離塵粒的。其結(jié)構(gòu)如圖5-17

所示。

沉降室可能是所有空氣污染控制裝置中最簡(jiǎn)單和最粗糙的裝置。

就其本身的特點(diǎn)而論，有廣泛的用途。能用于分離顆粒分布中的

大顆粒，在某些情況下，其本身就是能進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈廴究刂?，?/p>

的主要用途是對(duì)更有效的控制裝置作為一種初篩選裝置。在大顆

粒特別多的地方，沉降室能除掉顆粒分布中的大量大顆粒，這些

顆粒如不除掉，就要堵塞其它控制裝置。

一、原理：利用含塵氣體中的顆粒受重力作用而自然沉降的原理。

含塵氣流進(jìn)入沉降室后，引流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速迅速下降，氣

流為層流，塵粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降。

a.沉降速度

由第三章可知，懸浮在空氣中的塵粒在重力作用下降落時(shí)，

起初作加速運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)空氣的阻力增大到使塵粒所受的合力為零

時(shí)，它就開始作勻速下降，塵粒的降落速度達(dá)到最大恒定速度，

該速度即為沉降速度uso

層流區(qū)：雷諾數(shù)Rep<l,對(duì)球形粒子而言：

嗎也（見式3-29）

18〃

（3-2）

當(dāng)介質(zhì)為空氣時(shí)PP?P則有：（3-3）

由上式可見vtoc%若dp小，則Vt就小，故小顆粒就難分

離。

若將雷諾數(shù)Rep=l代入，可求出塵粒沉降時(shí)的臨界粒徑dco

得

代入（5-2）得：dc=2.63?(3-4)