廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程大氣期末復(fù)習(xí)

大氣的組成表11列出了干潔空氣的組成。大氣是多種氣體的混合物，它的組成包括三部分：a.恒定（基本保持不變的）組分:系指氮、氧、氬及微量的氖、氦、氪、氙等稀有氣體。其中氮、氧、氬三種組分共占大氣總量的99.6%;b,可變組分:主要是指大氣中的二氧化碳和水蒸氣等;c.不定組分（P2最后三段）,1.1.4大氣污染,1.1.4.1大氣污染的定義（試比較其差別）大氣污染指大氣中某種物質(zhì)的濃度超過正常水平，造成可測(cè)的對(duì)人體、動(dòng)物、植被和材料的影響的大氣狀況。大氣污染指大氣中某種不良成分達(dá)到一定的濃度，造成有害的影響的大氣狀況。這種成分可能對(duì)人體健康、植被、器物或者全球環(huán)境以及通過渾濁的空氣或不愉快的氣味對(duì)環(huán)境美學(xué)造成負(fù)面的影響。如果大氣中的物質(zhì)達(dá)到一定濃度，并持續(xù)足夠的時(shí)間，以致對(duì)公眾健康、動(dòng)物、植物、材料、大氣特性或環(huán)境美學(xué)產(chǎn)生可測(cè)量的不利影響，這就是大氣污染。,1.2.2大氣污染物1.2.2.1一次大氣污染物,直接以原始形態(tài)排放入大氣中并達(dá)到足夠的排放量從而造成健康威脅的污染物SourcesofPrimaryAirPollutants（一次大氣污染物的來源）,1.2.2.2二次大氣污染物,二次大氣污染物指大氣中的一次污染物通過化學(xué)反應(yīng)生成的化學(xué)物質(zhì)。光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€照射下反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O3)和過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。,1.3.3體積濃度與質(zhì)量濃度的換算,1atm、0下?lián)Q算關(guān)系式1atm、25下?lián)Q算關(guān)系式,1.6中國(guó)的大氣污染現(xiàn)狀與特點(diǎn),1.6.1大氣污染現(xiàn)狀大氣污染形勢(shì)仍然十分嚴(yán)峻，大多數(shù)城市還處于比較嚴(yán)重的污染程度；缺少推動(dòng)煤炭清潔利用的法律措施，燃煤污染仍然沒有得到有效遏制；大中城市機(jī)動(dòng)車排氣污染正在迅速增加；大多數(shù)城市揚(yáng)塵污染突出；大氣污染物排放總量居高不下，缺少有效的法律措施；,1.6.2中國(guó)大氣污染的特點(diǎn),煤煙型污染是我國(guó)大氣污染的普遍問題；城市的大氣污染比鄉(xiāng)村嚴(yán)重；南方的大氣污染比北方嚴(yán)重；冬季的大氣污染比夏季嚴(yán)重；酸雨現(xiàn)象集中在我國(guó)西南、華南和東南地區(qū)出現(xiàn)。,1.7.3控制大氣污染的技術(shù)措施,清潔生產(chǎn)：清潔的生產(chǎn)過程和清潔的產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)和布局，提高清潔能源和優(yōu)質(zhì)能源比例提高能源利用效率和節(jié)約能源推廣少污染的煤炭開采技術(shù)和清潔煤技術(shù)積極開發(fā)利用新能源和可再生能源建立綜合性工業(yè)基地：各企業(yè)間相互利用原材料和廢棄物，減少污染物排放總量,1.2.3氣溶膠狀態(tài)污染物,總懸浮顆粒物P45（TotalSuspendedParticular,TSP）指能懸浮在空氣中，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑100微米的顆粒物?？晌腩w粒物P45（ParticularMatterlessthan10微米，PM10）指能懸浮在空氣中，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑10微米的顆粒物。,2.2不同燃料的燃燒過程2.2.1氣體燃料的燃燒過程,氣體燃料的燃燒過程可分為三個(gè)階段：氣體燃料與空氣的混合階段氣體燃料與空氣的混合是一個(gè)物理過程，兩種氣體之間的混合需要一定的時(shí)間，還要消耗一定的能量?；旌虾罂扇?xì)獾募訜岷椭痣A段加熱和著火階段與上相同?？扇?xì)馊紵磻?yīng)階段燃燒反應(yīng)是一個(gè)激烈的化學(xué)氧化過程，在瞬間即可完成。前兩個(gè)階段對(duì)整個(gè)燃料燃燒過程起控制作用。,根據(jù)氣體燃料和空氣混合狀態(tài)的不同，其燃燒過程具有三種不同的狀態(tài)：有焰燃燒氣體燃料和空氣在燃燒器（簡(jiǎn)稱為燒嘴）中不預(yù)先混合，而是分別送入燃燒室或爐膛中邊混合邊燃燒，在爐膛中可見明顯的火焰。無焰燃燒無焰燃燒是指氣體燃料和空氣在進(jìn)入燃燒室或爐膛之前就已混合均勻，因此它的燃燒速度比有焰燃燒快的多，整個(gè)燃燒過程在安裝燃燒嘴的磚墻通道內(nèi)就可以結(jié)束。半無焰燃燒半無焰燃燒又稱部分預(yù)混合燃燒。這種燃燒方式是將燃燒所需的空氣分兩部分與氣體燃料相互混合，一次空氣在燒嘴的混合室與氣體燃料相混合。二次空氣借助于混合后可燃?xì)怏w的噴射作用，一邊混合一邊燃燒。,2.2.2液體燃料的燃燒過程,液體燃料包括各種燃料油及酒精等，下面僅討論燃料油的燃燒過程。燃料油的燃燒過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。它包括四個(gè)過程：燃料油的霧化油霧粒子中的可燃組分的蒸發(fā)與擴(kuò)散可燃?xì)怏w與空氣的混合可燃?xì)怏w的氧化燃燒與氣體燃料的燃燒過程類似，前三個(gè)階段對(duì)整個(gè)燃料燃燒過程起著控制作用。,燃料油的霧化是燃料油燃燒的先決條件，霧化的油滴粒子愈細(xì)，燃料油與空氣接觸的表面積就愈大，就愈有利于油滴粒子中可燃組分的蒸發(fā)與擴(kuò)散，就愈有利于油滴粒子中可燃?xì)怏w與空氣的混合，有利于燃料油完全燃燒以及降低污染物的生成。所謂油的霧化，就是把燃料油分散成細(xì)小煙霧粒子的過程。在工業(yè)上，這個(gè)過程是通過燃油燒嘴來實(shí)現(xiàn)的。燃料油中的可燃?xì)怏w與空氣的混合是重質(zhì)油燃燒過程中的很重要的問題。燃燒重質(zhì)油所需要的空氣量比燃燒氣體燃料大，而油蒸氣與空氣混合也不象氣體燃料與空氣混合的那樣好。因此不太容易得到更短的火焰；燃燒完全程度也不如氣體燃料好。對(duì)于燃油鍋爐及窯爐，應(yīng)該設(shè)法改善或強(qiáng)化油霧與空氣的混合過程。,2.2.3粉煤的燃燒過程,粉煤的燃燒過程比氣體或液體燃料燃燒更為復(fù)雜。粉煤的燃燒是將磨成一定細(xì)度的煤粉與空氣一同噴入爐內(nèi)后進(jìn)行燃燒。在燃燒過程中，不僅發(fā)生氣體與氣體之間的同相燃燒，而且還發(fā)生氣體與固體之間的異相燃燒。同相燃燒氣體與氣體之間的燃燒異相燃燒氣體與固體之間的燃燒,影響粉煤的燃燒過程的因素有四個(gè)：一次空氣的用量它與煤粉的品種及揮發(fā)分含量有關(guān)，一般為總空氣量的2040；煤粉的噴出速度它必須大于火焰的傳播速度，否則容易發(fā)生回火。火焰的傳播速度也與煤粉的品種及揮發(fā)分含量有關(guān)。煤粉的火焰?zhèn)鞑ニ俣却蠹s為34m/s。一次空氣與煤粉混合后的噴出速度至少應(yīng)為火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?4倍；煤粉的燃燒時(shí)間煤粉的燃燒時(shí)間不僅與煤粉的細(xì)度、揮發(fā)分含量和火焰的燃燒溫度有關(guān)，而且還與燃燒室的空間大小、過剩空氣系數(shù)的大小以及二次空氣的加入方式和氣流擾動(dòng)狀況等多種因素有關(guān)。煤粉的細(xì)度與過?？諝庀禂?shù)煤粉的細(xì)度與煤粉的品種有關(guān)，煤粉的粒徑范圍一般為170微米，其中2050微米的煤粉粒子為最多。過剩空氣系數(shù)一般為1.21.3。,煤塊在爐內(nèi)的燃燒方式與加煤方法有關(guān)，常見的有二種燃燒方式：從爐柵上部加入煤塊，在爐柵上呈層狀燃燒的燃燒方式其煤層從上至下依次為干燥干餾層、還原層、氧化層和灰層，層狀燃燒所需的一次空氣從爐柵下部通入，先經(jīng)灰渣層預(yù)熱，然后與其上部氧化層的焦炭進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成CO和CO2，氧化層的溫度最高，其厚度大約為4060mm，經(jīng)過氧化層的空氣，其中的氧氣已大部分被消耗。還原層中的還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，CO2轉(zhuǎn)變?yōu)镃O，氣體溫度有所下降。具有一定溫度的、CO含量較高的可燃性氣體穿過最上一層煤層時(shí)，使煤層得到預(yù)熱、干燥和干餾。經(jīng)過干燥干餾層的可燃性氣體進(jìn)入燃燒室，與送入的二次空氣繼續(xù)燃燒。將煤塊加到向前移動(dòng)的爐柵上，煤塊隨爐柵一起移動(dòng)一次空氣仍從爐柵下部通入，此時(shí)，爐柵的前端為預(yù)熱、干燥、干餾帶，中端為氧化帶，末端為灰渣帶。通過預(yù)熱、干燥、干餾帶及灰渣帶的空氣，在燃燒室中作為二次空氣與氧化帶上升的可燃性揮發(fā)分繼續(xù)二次燃燒。,2.1.2燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會(huì)降低爐溫，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達(dá)到燃料的著火溫度時(shí)間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間應(yīng)超過燃料燃燒所需時(shí)間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合,2.3.3空氣過剩系數(shù),實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。以表示，通常1部分爐型的空氣過剩系數(shù),19,對(duì)流層（10km左右）,集中了大氣質(zhì)量的3/4和全部的水蒸氣，主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.650C強(qiáng)烈對(duì)流作用溫度和濕度的水平分布不均,近地層地面上50100m，熱量和動(dòng)量的常通量層,平流層（對(duì)流層頂5055km）,同溫層對(duì)流層頂3540km，氣溫-550C左右同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加集中了大部分臭氧沒有對(duì)流運(yùn)動(dòng)，污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)中間層（平流層頂85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,暖層（中間層頂800km）,氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離電離層散逸層（暖層以上）氣溫很高，空氣稀薄空氣粒子可以擺脫地球引力而散逸大氣壓力總是隨高度的升高而降低均質(zhì)大氣層8085km以下，成分基本不變,2.氣溫的垂直變化,氣溫直減率（大氣）干空氣絕熱繪制溫度遞減率干絕熱直減率（空氣團(tuán)）一般滿足，大氣絕熱過程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無熱交換,溫度層結(jié),氣溫的垂直分布溫度層結(jié)氣溫隨垂直高度的分布曲線四種不同的溫度層結(jié),3.大氣穩(wěn)定度及其判據(jù),定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映其是否容易對(duì)流定性描述：,不穩(wěn)定條件下有利于擴(kuò)散,則有判據(jù)：,5.煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系,波浪型（不穩(wěn)）特點(diǎn)：煙云上下擺動(dòng)很大。大氣狀況：r0,rrd,大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)流強(qiáng)烈。發(fā)生條件：多出現(xiàn)于太陽光較強(qiáng)的晴朗中午。與湍流的關(guān)系：伴隨較強(qiáng)的熱擴(kuò)散。微風(fēng)。地面污染狀況：由于擴(kuò)散速度快，靠近污染源地區(qū)污染物落地濃度高，對(duì)附近居民有害，一般不會(huì)造成煙霧事件。,5.煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系,錐型（中性or弱穩(wěn)）特點(diǎn)：煙云離開排放口一定距離后，云軸仍基本保持水平，外形似一個(gè)橢圓錐。煙云比波浪型規(guī)則，擴(kuò)散能力比它弱。大氣狀況：r0,r=rd,大氣處于中性和弱穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)生條件：多出現(xiàn)于多云或陰天的白天，強(qiáng)風(fēng)的夜晚或冬季夜間。與湍流的關(guān)系：高空風(fēng)較大，擴(kuò)散主要靠熱和動(dòng)力因子的作用。地面污染狀況：污染物輸送得較遠(yuǎn)。,5.煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系,扇型（逆溫）特點(diǎn)：煙云再垂直方向上擴(kuò)散速度很小，再水平方向有緩慢擴(kuò)散。大氣狀況：rrd，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)；排出口下方，rFD，顆粒移向外壁若FCFD，顆粒進(jìn)入內(nèi)渦旋當(dāng)FC=FD時(shí)，有50%的可能進(jìn)入外渦旋，既除塵效率為50%,旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）,旋風(fēng)除塵器的除塵效率計(jì)算公式（篩分理論續(xù)）對(duì)于球形Stokes粒子分割粒徑dc確定后，雷思一利希特模式計(jì)算其它粒子的分級(jí)效率另一種經(jīng)驗(yàn)公式,a.直入切向進(jìn)入式b.蝸殼切向進(jìn)入式c.軸向進(jìn)入式,旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式,進(jìn)氣方式分類切向進(jìn)入式軸向進(jìn)入式,旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)形式（續(xù)）,氣流組織分回流式、直流式、平旋式和旋流式多管旋風(fēng)除塵器由多個(gè)相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器（又叫旋風(fēng)子）組合在一個(gè)殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組常見的多管除塵器有回流式和直流式兩種,旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì),選擇除塵器的型式根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素根據(jù)允許的壓力降確定進(jìn)口氣速，或取為1225m/s確定入口截面A，入口寬度b和高度h,電除塵器的工作原理,三個(gè)基本過程懸浮粒子荷電高壓直流電暈帶電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移和捕集延續(xù)的電暈電場(chǎng)（單區(qū)電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場(chǎng)（雙區(qū)電除塵器）捕集物從集塵表面上清除振打除去接地電極上的粉塵層并使其落入灰斗,電暈放電,金屬絲放出的電子迅速向正極移動(dòng)，與氣體分子撞擊使之離子化氣體分子離子化的過程又產(chǎn)生大量電子雪崩過程遠(yuǎn)離金屬絲，電場(chǎng)強(qiáng)度降低，氣體離子化過程結(jié)束，電子被氣體分子捕獲氣體離子化區(qū)域電暈區(qū)自由電子和氣體負(fù)離子是粒子荷電的電荷來源,粒子荷電,兩種機(jī)理電場(chǎng)荷電或碰撞荷電離子在靜電力作用下做定向運(yùn)動(dòng)，與粒子碰撞而使粒子荷電擴(kuò)散荷電離子的擴(kuò)散現(xiàn)象而導(dǎo)致的粒子荷電過程；依賴于離子的熱能，而不是依賴于電場(chǎng)粒子的主要荷電過程取決于粒徑大于0.5m的微粒，以電場(chǎng)荷電為主小于0.15m的微粒，以擴(kuò)散荷電為主介于之間的粒子，需要同時(shí)考慮這兩種過程。,異常荷電現(xiàn)象,沉積在集塵極表面的高比電阻粒子導(dǎo)致在低電壓下發(fā)生火花放電(sparkdischarge)或在集塵極發(fā)生反電暈(backcorona)現(xiàn)象,破壞正常電暈過程氣流中微小粒子的濃度高時(shí)，荷電塵粒所形成的電暈電流不大，可是所形成的空間電荷卻很大，嚴(yán)重抑制著電暈電流的產(chǎn)生當(dāng)含塵量大到某一數(shù)值時(shí)，電暈現(xiàn)象消失，塵粒在電場(chǎng)中根本得不到電荷，電暈電流幾乎減小到零，失去除塵作用，即電暈閉塞,第四節(jié)濕式除塵器,使含塵氣體與液體（一般為水）密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵?；蚴沽皆龃蟮难b置可以有效地除去直徑為0.120m的液態(tài)或固態(tài)粒子，亦能脫除氣態(tài)污染物高能和低能濕式除塵器低能濕式除塵器的壓力損失為0.21.5kPa，對(duì)10m以上粉塵的凈化效率可達(dá)9095%高能濕式除塵器的壓力損失為2.59.0kPa，凈化效率可達(dá)99.5以上,4.濕式除塵器的優(yōu)點(diǎn),在耗用相同能耗時(shí)，比干式機(jī)械除塵器高。高能耗濕式除塵器清除