大气污染防治工程技术.

4大气污染防治工程技术2007年7月上海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。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，TotalSuspendedParticles）：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，InhalableParticles）：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。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、生活产（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•对器能见度和气候的影响2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风速,m/s风玫瑰图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TzdddiTz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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，中性大气不稳定,有利于污染物扩散•判据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•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⑶平流逆温暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成dd⑷湍流逆温下层湍流混合达上层出现过渡层逆温⑸锋面逆温冷、暖气团相遇冷暖间逆温暖气上爬，形成锋面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2.4.2无界空间连续点源扩散模式2222(,,)exp[()]222πyzyzqyzcxyzu2.4.3高架连续点源扩散模式•空间任意点浓度•地面浓度•地面最大浓度•地面最大浓度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：2222(1)(/)(,,0,)exp()exp[]222πtyzyzaqyHvxucxyHu2pp18tdgv颗粒物沉降速度粒径范围（μm）15～3031～4748～7576～100平均粒径（μm）22386085α0.80.50.30地面反射系数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：12Hsa1nn0HsHaVasHH121sH12100kW()35K=0.351700kW2100kW1700=()4002(1.50.01)0.04=sQTTHnQHuTQPQTTTTQQHHHHvDQHu(1)当和时(2)当时HHsH1/43/8aH8(1700)1700kW35K2(1.50.01)=10m1.5m/sd=5.5(0.0098)dQuQTvDQHuTHQz(3)当或时(4)当高处的年平均风速小于或等于时⑴2.5.2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•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:2121()qyy•烟囱高度的设计•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max22()πezyqCuHyzs02πe()zbyqHHuCCbCCC0max在0.5～1.0之间取0C－标准浓度bC－本底浓度max22()πezyqCuHyzs02πe()zbyqHHuCCbCCC0max在0.5～1.0之间取0C－标准浓度bC－本底浓度0C－标准浓度bC－本底浓度–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/T13201-916s10qHHP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。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；ρg——颗粒密度，kg/m；μ——气体动力粘度，Pa·s；g——重力加速度，m/s。1218sstpgvdg1218sstpvdg332⑵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dst=(ρu/ρp)dD⑶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。1218sDvdgρu30.5•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）。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%3⑶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/2⑵除尘器串联阻力:各级阻力叠加ΔPT=ΣΔPi66666666666663.2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）。静电沉积过程（负电晕放电）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；vg—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。1expdgfvV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。电除尘器构造图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