复习1-大气-大气污染控制期末复习

第二章燃烧与大气污染1.燃烧的性质基本概念燃料是指在燃烧的过程中，能够放出热量，且在经济上能够取得效益的物质。1）煤的基本分类褐煤最低品味的煤，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。煤的成分分析工业分析（proximateanalysis）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。元素分析（ultimateanalysis）用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。2.燃烧过程影响燃烧过程的主要因素燃烧过程及燃烧产物完全燃烧：CO2、H2O不完全燃烧：CO2、H2O&CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx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）：燃料与氧充分混合建立燃烧方程式的假定：空气组成20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃烧燃料中硫主要被氧化为SO2不考虑NOX的生成燃料中的N在燃烧时转化为N2燃料的化学式为CxHySzOw燃烧方程为:空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比。空燃比单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。燃烧过程中硫氧化物的形成H2SO4浓度越高，酸露点越高，一般在150℃左右。烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀露点：酸雾点，SO3与H2O形成H2SO4蒸气的温度碳粒子的生成火焰的结构（续）层流火焰：Re2200，分子扩散和传导是控制过程。湍流火焰：Re2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用。第四章大气污染物扩散模式（计算重要）222222CHSOO3.78N4242COHOSO3.78N242xyzwywywxzxzyywxzxzQ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倍湍流的基本概念湍流——大气的无规则运动风速的脉动风向的摆动※高斯扩散模式重点正态分布的基本概念：σ＞0，µ，σ为常数，则X服从正态分布，记为X～N(µ，σ2).当µ=0，σ=1称为X服从标准正态分布，X的密度函数为：正态分布是具有两个参数μ和σ2的连续型随机变量的分布，第一参数μ是服从正态分布的随机变量的均值，第二个参数σ2是此随机变量的方差，所以正态分布记作N(μ，σ2)。服从正态分布的随机变量的概率规律为取与μ邻近的值的概率大，而取离μ越远的值的概率越小；σ越小，分布越集中在μ附近，σ越大，分布越分散。高斯模式的有关假定坐标系右手坐标，y为横风向，z为垂直向四点假设a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布b．全部高度风速均匀稳定c．源强是连续均匀稳定的d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）无界空间连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式第五章颗粒污染物控制技术基础（填空，例题）粒径分布粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例粒数分布:每一间隔内的颗粒个数粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比粒数筛下累积频率：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比第二节粉尘的物理性质1粉尘的密度单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙－真密度用堆积体积计算——堆积密度空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比2222(,,)exp[()]222πyzyzqyzcxyzu22(,0,0,)exp()2πzyzqHcxHuyz上式，x增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式22(,0,0,)exp()2πzyzqHcxHuyz上式，x增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值yz上式，x增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式22(,0,0,)exp()2πzyzqHcxHu地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式22(,0,0,)exp()2πzyzqHcxHu地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式2222(,,0,)exp()exp()22πyzyzqyHcxyHu地面浓度模式：取z＝0代入上式，得2222(,,0,)exp()exp()22πyzyzqyHcxyHu地面浓度模式：取z＝0代入上式，得222222()()(,,,)exp(){exp[]exp[]}2222πyyzyzqyzHzHcxyzHu实际浓度222222()()(,,,)exp(){exp[]exp[]}2222πyyzyzqyzHzHcxyzHu实际浓度222)(21)(e2安息角与滑动角安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角。安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性3比表面积单位体积粉尘所具有的表面积4含水率粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分。含水率－水分质量与粉尘总质量之比。含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性。吸湿现象。平衡含水率。5润湿性润湿性－粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质。润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降润湿性是选择湿式除尘器的主要依据6荷电性和导电性粉尘的荷电性天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷。荷电因素－电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电。天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10。荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关。粉尘的导电性导电机制：高温（200oC以上），粉尘本体内部的电子和离子—体积比电阻低温（100oC以下），粉尘表面吸附的水分或其他化学物质－表面比电阻中间温度，同时起作用比电阻对电除尘器运行有很大影响7粘附性粘附和自粘现象粘附力－克服附着现象所需要的力粘附力：分子力（范德华力）、毛细力、静电力（库仑力）断裂强度－表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性8自燃性和爆炸性粉尘的自燃性自燃自然发热的原因－氧化热、分解热、聚合热、发酵热影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境第四节颗粒捕集的理论基础（计算）对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略。流体阻力流体阻力＝形状阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动——坎宁汉修正第六章除尘装置(区别与优缺点)第一节机械除尘器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：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惯性除尘器阻力导致的减速运动(P148推导）根据牛顿第二定律若仅考虑Stokes区域速度由u0减速到u所迁移的距离若引入坎宁汉修正系数C停止距离重力沉降(P150)力平衡关系Stokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）湍流过渡区牛顿区Stokes直径空气动力学直径例题5-5旋风除尘器第二节电除尘器一般除尘器对于dp5μm的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上具有耗能小、气流阻力小的特点电除尘器的主要优点:压力损失小，一般为200～500Pa处理烟气量大，可达105～106m3/h能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％可在高温或强腐蚀性气体下操作除尘器的主要缺点是设备庞大，消耗钢材多，初投资大，要求安装和运行管理技术较高荷电：电晕的过程发生于活化的高压电极和接地极之间，电极之间形成高浓度的气体离子，含尘气流通过这个空间时，尘粒在百分之几秒的时间内因碰撞俘获气体离子额而导致荷电。粒子主要荷电两种机理电场荷电或碰撞荷电－离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电扩散荷电－离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程；依赖于离子的热能，而不是依赖于电场过程取决于粒径大于的微粒，以电场荷电为主小于的微粒，以扩散荷电为主介于之间的粒子，需要同时考虑这两种过程。电晕放电：电晕电极为负极，从金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化。气体分子离子化的过程又产生大量电子－雪崩过程。远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获。气体离子化区域－电晕区。自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源。三个基本过程悬浮粒子荷电－高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集－延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）捕集物从集尘表面上清除－振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗第七章气态污染物控制技术基础第二节气体吸收一吸收机理(双膜模型,渗透模型,表面更新模型,其它模型)双膜模型（应用最广）亨利定律一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比物理吸收化学吸收与物理吸收相比化学吸收的优点：溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多溶质在液膜中扩散阻力降低，总吸收系数增大。填料表面的停滞层仍为有效湿表面物理、化学吸收净化法异同点（1）物理吸收：较简单，可看成是单纯的物理溶解过程。吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度；吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度（2）化学吸收：吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。第三节气体吸附吸附★用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面★吸附质－被吸附物质★吸附剂－附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺点：吸附容量小、设备体积大第八章硫氧化物的污染控制燃烧前脱硫1.煤炭的固态加工煤炭洗选物理洗煤化学洗煤微生物洗煤2.煤炭的转化煤的气化采用空气、氧气、CO2和水蒸气作为气化剂，在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气。移动床、流化床和气流床三种方法。煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品。直接液化和间接液化。3.重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与硫作用形成H2S从重油中分离。直接脱硫和间接脱硫。流化床燃烧脱硫（概念）气流速度介于临界速度和输送速度之间，煤粒保持流化漂浮状态流化床利于燃料充分燃烧低浓度SO2烟气脱硫－燃烧后脱硫燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10-4～10-3数量级由于SO2浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常比较昂贵分类脱硫产物处置方式：抛弃法和再生法脱硫产物状态：湿法和干法主要烟气