广东工业大学环境工程大气期末复习.

•大气的组成表1－1列出了干洁空气的组成。大气是多种气体的混合物，它的组成包括三部分：a.恒定（基本保持不变的）组分:系指氮、氧、氩及微量的氖、氦、氪、氙等稀有气体。其中氮、氧、氩三种组分共占大气总量的99.6%;b,可变组分:主要是指大气中的二氧化碳和水蒸气等;c.不定组分（P2最后三段）1.1.4大气污染1.1.4.1大气污染的定义（试比较其差别）大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。大气污染指大气中某种不良成分达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。如果大气中的物质达到一定浓度，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。1.2.2大气污染物1.2.2.1一次大气污染物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SourcesofPrimaryAirPollutants（一次大气污染物的来源）Pollutant（污染物）Sources（来源）Carbonmonoxide（CO2）Incompleteburningoffossilfuels,Tobaccosmoke矿物燃料的不完全燃烧，烟草烟Hydrocarbons(碳氢化合物)Incompleteburningoffossilfuels,TobaccoburningParticulates固体微粒Chemicals,Burningfossilfuels,Farmingoperations,Industrialwastes,Buildingdemolition化学物质、矿物燃料的燃烧，工业生产，工业废物，楼房爆破Sulfurdioxide（二氧化硫）Burningfossilfuels,Smeltingore矿物燃料的燃烧，熔炼矿石Nitrogencompounds（氮氧化合物）Burningfossilfuels矿物燃料的燃烧1.2.2.2二次大气污染物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臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。1.3.3体积浓度与质量浓度的换算•1atm、0℃下换算关系式•1atm、25℃下换算关系式4.22mg/3分子量ppmm5.24mg/3分子量ppmm1.6中国的大气污染现状与特点1.6.1大气污染现状大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；大中城市机动车排气污染正在迅速增加；大多数城市扬尘污染突出；大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；1.6.2中国大气污染的特点•煤烟型污染是我国大气污染的普遍问题；•城市的大气污染比乡村严重；•南方的大气污染比北方严重；•冬季的大气污染比夏季严重；•酸雨现象集中在我国西南、华南和东南地区出现。1.7.3控制大气污染的技术措施1)清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品2)可持续发展的能源战略改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例提高能源利用效率和节约能源推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术积极开发利用新能源和可再生能源3)建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量1.2.3气溶胶状态污染物•总悬浮颗粒物P4~5（TotalSuspendedParticular,TSP）指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100微米的颗粒物。•可吸入颗粒物P4~5（ParticularMatterlessthan10微米，PM10）指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10微米的颗粒物。2.2不同燃料的燃烧过程2.2.1气体燃料的燃烧过程气体燃料的燃烧过程可分为三个阶段：•气体燃料与空气的混合阶段气体燃料与空气的混合是一个物理过程，两种气体之间的混合需要一定的时间，还要消耗一定的能量。•混合后可燃气的加热和着火阶段加热和着火阶段与上相同。•可燃气燃烧反应阶段燃烧反应是一个激烈的化学氧化过程，在瞬间即可完成。•前两个阶段对整个燃料燃烧过程起控制作用。根据气体燃料和空气混合状态的不同，其燃烧过程具有三种不同的状态：•有焰燃烧气体燃料和空气在燃烧器（简称为烧嘴）中不预先混合，而是分别送入燃烧室或炉膛中边混合边燃烧，在炉膛中可见明显的火焰。•无焰燃烧无焰燃烧是指气体燃料和空气在进入燃烧室或炉膛之前就已混合均匀，因此它的燃烧速度比有焰燃烧快的多，整个燃烧过程在安装燃烧嘴的砖墙通道内就可以结束。•半无焰燃烧半无焰燃烧又称部分预混合燃烧。这种燃烧方式是将燃烧所需的空气分两部分与气体燃料相互混合，一次空气在烧嘴的混合室与气体燃料相混合。二次空气借助于混合后可燃气体的喷射作用，一边混合一边燃烧。2.2.2液体燃料的燃烧过程液体燃料包括各种燃料油及酒精等，下面仅讨论燃料油的燃烧过程。燃料油的燃烧过程是一个复杂的物理化学过程。它包括四个过程：•燃料油的雾化•油雾粒子中的可燃组分的蒸发与扩散•可燃气体与空气的混合•可燃气体的氧化燃烧•与气体燃料的燃烧过程类似，前三个阶段对整个燃料燃烧过程起着控制作用。•燃料油的雾化是燃料油燃烧的先决条件，雾化的油滴粒子愈细，燃料油与空气接触的表面积就愈大，就愈有利于油滴粒子中可燃组分的蒸发与扩散，就愈有利于油滴粒子中可燃气体与空气的混合，有利于燃料油完全燃烧以及降低污染物的生成。所谓油的雾化，就是把燃料油分散成细小烟雾粒子的过程。在工业上，这个过程是通过燃油烧嘴来实现的。•燃料油中的可燃气体与空气的混合是重质油燃烧过程中的很重要的问题。燃烧重质油所需要的空气量比燃烧气体燃料大，而油蒸气与空气混合也不象气体燃料与空气混合的那样好。因此不太容易得到更短的火焰；燃烧完全程度也不如气体燃料好。对于燃油锅炉及窑炉，应该设法改善或强化油雾与空气的混合过程。2.2.3粉煤的燃烧过程粉煤的燃烧过程比气体或液体燃料燃烧更为复杂。粉煤的燃烧是将磨成一定细度的煤粉与空气一同喷入炉内后进行燃烧。在燃烧过程中，不仅发生气体与气体之间的同相燃烧，而且还发生气体与固体之间的异相燃烧。•同相燃烧气体与气体之间的燃烧•异相燃烧气体与固体之间的燃烧影响粉煤的燃烧过程的因素有四个：•一次空气的用量它与煤粉的品种及挥发分含量有关，一般为总空气量的20％～40％；•煤粉的喷出速度它必须大于火焰的传播速度，否则容易发生回火。火焰的传播速度也与煤粉的品种及挥发分含量有关。煤粉的火焰传播速度大约为3～4m/s。一次空气与煤粉混合后的喷出速度至少应为火焰传播速度的3～4倍；•煤粉的燃烧时间煤粉的燃烧时间不仅与煤粉的细度、挥发分含量和火焰的燃烧温度有关，而且还与燃烧室的空间大小、过剩空气系数的大小以及二次空气的加入方式和气流扰动状况等多种因素有关。•煤粉的细度与过剩空气系数煤粉的细度与煤粉的品种有关，煤粉的粒径范围一般为1～70微米，其中20～50微米的煤粉粒子为最多。过剩空气系数一般为1.2～1.3。煤块在炉内的燃烧方式与加煤方法有关，常见的有二种燃烧方式：•从炉栅上部加入煤块，在炉栅上呈层状燃烧的燃烧方式其煤层从上至下依次为干燥干馏层、还原层、氧化层和灰层，层状燃烧所需的一次空气从炉栅下部通入，先经灰渣层预热，然后与其上部氧化层的焦炭进行氧化反应，生成CO和CO2，氧化层的温度最高，其厚度大约为40～60mm，经过氧化层的空气，其中的氧气已大部分被消耗。还原层中的还原反应是吸热反应，CO2转变为CO，气体温度有所下降。具有一定温度的、CO含量较高的可燃性气体穿过最上一层煤层时，使煤层得到预热、干燥和干馏。经过干燥干馏层的可燃性气体进入燃烧室，与送入的二次空气继续燃烧。•将煤块加到向前移动的炉栅上，煤块随炉栅一起移动一次空气仍从炉栅下部通入，此时，炉栅的前端为预热、干燥、干馏带，中端为氧化带，末端为灰渣带。通过预热、干燥、干馏带及灰渣带的空气，在燃烧室中作为二次空气与氧化带上升的可燃性挥发分继续二次燃烧。2.1.2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温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度时间条件（Time）：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（Turbulence）：燃料与氧充分混合2.3.3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部分炉型的空气过剩系数0实际空气量理论空气量aaVV19对流层（～10km左右）集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C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1～2km，地面阻滞和摩擦作用明显自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略近地层－地面上50～100m，热量和动量的常通量层平流层（对流层顶～50~55km）同温层－对流层顶35~40km，气温-550C左右同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长中间层（平流层顶～85km）气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈暖层（中间层顶～800km）气温随高度升高而增高气体分子高度电离－电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸•大气压力总是随高度的升高而降低•均质大气层－80～85km以下，成分基本不变2.气温的垂直变化气温直减率（大气）干空气绝热绘制温度递减率－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空气块膨胀（做功）耗内能T定性空气块压缩（外气对它做功）T内能（由压力变化引起）TzdddiTz温度层结气温的垂直分布－温度层结气温随垂直高度的分布曲线四种不同的温度层结Tzd0，正常分布层结＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结Tzd0，正常分布层结＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结3.大气稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流定性描述：外力使气块上升或下降气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散则有判据：00iTTd()agzTddd混合层0,a0不稳定0,a0稳定中性层＝0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定ddd混合层0,a0不稳定0,a0稳定中性层＝0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定5.烟流型与大气稳定度的关系•波浪型（不稳）特点：烟云上下摆动很大。大气状况：r0,rrd,大气处于不稳定状态，对流强烈。发生条件：多出现于太阳光较强的晴朗中午。与湍流的关系：伴随较强的热扩散。微风。地面污染状况：由于扩散速度快，靠近污染源地区污染物落地浓度高，对附近居民有害，一般不会造成烟雾事件。5.烟流型与大气稳定度的关系•锥型（中性or弱稳）特点：烟云离开排放口一定距离后，云轴仍基本保持水平，外形似一个椭圆锥。烟云比波浪型规则，扩散能力比它弱。大气状况：r0,r=rd,大气处于中性和弱稳定状态。发生条件：多出现于多云或阴天的白天，强风的夜晚或冬季夜间。与湍流的关系：高空风较大，扩散主要靠热和动力因子的作用。地面污染状况：污染物输送得较远。5.烟流型与大气稳定度的关系•扇型（逆温）特点：烟云再垂直方向上扩散速度很小，再水平方向有缓慢扩散。大气状况：r0,rrd,出现逆温层，大气处于稳定状态。发生条件：多出现于弱晴朗的夜晚和