大气污染控制讲义.docx

第一章 概论

第一节 大气和大气污染
一、大气的组成
l 大气与空气
定义：大气是指环绕地球的全部空气的总和；环境空气是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气。
区别和联系：大气所指的范围比空气大。大气和空气皆指环境空气。
l 大气的组成
大气是由多种气体混合组成的，按其成分可以概括为干燥清洁的空气、水汽和悬浮微粒三部分。干燥清洁的空气见表1-1，干洁空气的组成比例在0-90km范围内基本保持不变。大气中的水汽含量变化较大，其变化范围可达0.01-4%，许多天气现象与水汽含量有关。大气中的悬浮微粒主要是大气尘埃和悬浮杂质。
表1-1  干洁空气的组成
成分
分子量
体积比（%）
成分
分子量
体积比（10-6）
氮(N2)
28.01
78.09
氖(Ne)
20.18
18
氧(O2)
32.00
20.95
氦(He)
4.003
5.3
氩(Ar)
39.94
0.93
氪(Kr)
83.80
1
二氧化碳(CO2)
44.01
0.03
氢(H2)
2.016
0.5

氙(Xe)
131.30
0.08

臭氧(O3)
48.00
0.01-0.04

甲烷(CH4)
16.04
1.5

二、大气污染
l 大气污染
定义：大气污染通常系指由人类活动和自然过程引起某些物质进入大气后，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此对人体的舒适、健康和福利或环境造成危害。
分类：按大气污染的范围来说，大致可分为四类：（1）局部地区污染，如受某个工厂烟囱排气的直接影响；（2）地区性污染，如工矿区域及其附近地区或整个城市大气受到污染；（3）广域污染，在大城市、大工业地带可以看到的广域污染；（4）全球性污染，如大气中硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和飘尘的不断增加，造成跨国界的酸性降雨和温室气体效应。全球性大气污染受到世界各国的关注，需要国际间的合作加以解决。
表1-2 清洁空气与被污染空气中污染物的含量
污染物
清洁空气中的含量(10-6)
污染空气中的含量(10-6)
二氧化硫
0.001~0.01
0.02~2
氮氧化物
0.001~0.01
0.01~0.5
碳氢化物
1
1~20
一氧化碳
＜1
5~200
二氧化碳
310~330
350~370
颗粒物
10~20μg/m3
70~700μg/m3
影响大气污染的主要因素：污染物的排放情况、大气的自净过程，以及污染物在大气中的转化情况。
三、全球性大气污染问题
l 温室效应
定义：温室气体可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，同时可以吸收地面长波辐射，由此引起全球气温升高的现象。
温室气体：甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳（CFCs）、水蒸气等。
二氧化碳是最重要的温室气体。
近100年，全球平均气温上升了0.3-0.6℃，海平面上升了14-25cm.
见下表：
l 臭氧层破坏
臭氧：O3含量一亿分之一，集中在平流层，具有强烈吸收紫外线的功能。
“国际臭氧层日”：9月16日是。
消耗臭氧层物质：通常简称为ODS（Ozone depletion substance）
破环原因：氟氯碳（CFCs）、氮氧化物排放。
南极臭氧层：最新探测数据显示，今年南极上空臭氧层空洞正以近２０年来最快的速度扩展，目前空洞面积已超过２７００万平方公里，直逼２０００年同期的历史最高记录３０００万平方公里，预计空洞面积还将进一步扩大。造成这一现象的原因主要是氯氟烃、甲基溴、哈龙等人工合成化学物质通过光化学作用对臭氧的消耗，而且人类几十年前排放的臭氧层消耗物质目前仍存在于大气中。另外，除了化学物质的排放，气候也是影响臭氧层损耗情况的重要因素。去年，南极地区气温偏高，使得臭氧层损耗减弱，而今年该地区较为寒冷，也加剧了臭氧层空洞的扩大。南极臭氧层恢复至少需要50年。
结果：皮肤癌、角膜炎赠加，生态系统破坏。
l 酸雨
定义：pH小于5.6的大气降水
原因：硫氧化物、氮氧化物的排放，在大气中形成硫酸和硝酸，以酸沉降的形式返回地面。
分布：欧洲、北美、东亚。中国的西南、华南、东南严重。
一般认为酸雨中各种酸的贡献率为H２SO４ 65%，HNO３ 30%，HCl 5%。
国外如日本等酸雨严重 ,早在1975年东京一次酸雨的 ｐＨ竟达3.1。我国过去对SO2 未加控制, SO2排放量逐年增加 ,1983-1991年每年以3.84%的速度增长 ,1991-1994年SO2 排放量从1495万吨增至1825万吨 , 2000年SO2 排放量将达2600万吨 ,超过美国 .目前居世界第一。因此 ,近年来我国许多地区酸雨不断发生 ,特别是西南 ,因燃烧大量高含硫煤而造成。酸雨影响生态 ,使水质下降 ,土壤贫化 ,森林、作物枯萎 ,鱼类死亡 ,腐蚀金属和建筑物等。

第二节 大气污染物及其来源
一、大气污染物
l 大气污染物定义：
大气污染物是指由于人类活动或自然过程排放到大气，并对人或环境产生有害影响的物质。
l 大气污染物分类：
1.按存在状态分类：气溶胶状态污染物（颗粒污染物也称为气溶胶状态污染物，是指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体）和气体状态污染物（以二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物）
1.1根据气溶胶的来源和物理性质，可将其分为如下几种：
（1）粉尘（dust）系指悬浮于气体介质中的细小固体粒子。通常是由固体物质的破碎、分级、研磨等机械过程或土壤、岩石风化等自然过程形成。粉尘粒径一般在１~200μm。
（2）烟（fume）通常系指由冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。它是由熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生产过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应。烟是很细的微粒，粒径范围一般为0.01~1μm.。
    （3）飞灰（flyash）系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子。灰分（ash）系含碳物质燃烧后残留的固体渣，尽管其中可能含有未完全燃尽的燃料，作为分析目的而总是假定它是完全燃烧的。
    （4）黑烟（smoke）通常系指由燃烧产生的能见气溶胶。黑烟的粒度范围为0.05~1μm。
    （5）雾：气体中液滴悬浮体的总称，能见度<1千米的小水滴悬浮体。
烟尘（粉尘）：飞灰和黑烟
此外，在大气污染控制中，还根据大气中粉尘颗粒的大小进行分类，可分为总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物。总悬浮颗粒物（ＴＳＰ）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径《100μm的颗粒物。可吸人颗粒物（PM10）：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径《10μm的颗粒物。
1.2气体状态污染物种类极多，常见的有五大类：以二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的氧化物、有机化合物及卤素化合物等，如表1-3所示。

表1-3  气体状态大气污染物的种类
污  染  物
一 次 污 染 物
二 次 污 染 物
含硫化合物
SO2、H2S
SO2、H2SO4、MSO4
碳的氧化物
CO、CO2
无
含氮化合物
NO、NH3
NO2、HNO3、MNO3
碳氢化合物
CmHn
醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3
卤素化合物
HF、HCI
无
气态污染物可分为一次污染物和二次污染物。若大气污染物是从污染源直接排出的原始物质，则称为一次污染物。若是由一次污染物与大气中原有成分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，称为二次污染物。在大气污染中，受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸烟雾（Sulfurous smog）和光化学烟雾（Photochemical smog）。硫酸烟雾是由大气中的二氧化硫等硫化物，在有水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。光化学烟雾是由大气中的氮氧化物、碳氢化合物与氧化剂之间在阳光照射下发生一系列光化学反应所生成的蓝色烟雾（有时带紫色或黄褐色），其主要成分有臭氧、过氧乙酰基硝酸脂（PAN）、酮类及醛类等。
二、大气污染物的来源和发生量
l 大气污染源
1.可分为自然污染源、人为污染源（点源、面源）
2.功能划分：生活污染源、工业污染源和交通运输污染源
3.污染物统计分类：燃料燃烧、工业生产、交通运输。前两类污染源通称为固定源，交通运输工具（机动车、火车、飞机等）则称为流动源。
自70年代的能源危机以来，为了节约能源，多国普遍开始建造密闭型房屋，以增加保暖效果。室内空调的普遍采用和室内装潢的流行，都影响着室内空气质量（I A Q,Indoor Air Quality）。使I A Q问题日趋严重。国外学者调查表明室内空气污染物种类已高达900多种，主要包括甲醛等挥发性有机物、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氡及其子体等等。现将室内空气主要污染物及其来源综合列在表1-4中。

表1-4  室内空气主要污染物及其来源
污染物
污染源
甲  醛
 建筑材料：各种含脲醛树脂的建筑材料，绝缘材料等
 装饰材料：木制家具，墙壁涂料，油漆，粘合剂，化纤地毯等
 生活用品：液化石油气的燃烧，化妆品，清洗剂，消毒剂，香烟烟雾，书刊杂志（油墨印刷）等
 氡及其子体
 建材（水泥、砖、地板等），地壳本体，地下坑道中的冷气
 挥发性有机物
 涂料、化妆品、油漆、清洁剂、杀虫剂、鞋油、指甲油、摩丝等
 臭    氧
 室外光化反应进入、复印机高压产生
 一氧化碳
 燃料燃烧、吸烟、燃气热水器使用不当
 二氧化碳
 燃料燃烧、吸烟、人类呼吸代谢、植物呼吸作用
 氮氧化物
 燃料燃烧、吸烟、使用电炉
 过敏反应物
 植物花粉、孢子、动物皮毛、家畜（猫、狗等），螨类
 菌类微生物
 人体、空调器、湿度器、家畜、不清洁的毛毯
 有机氯化物
 纺织物、杀虫剂、集成电路半导体元件使用的有机氯清洗剂
 颗粒物
 室外、石棉、燃料燃烧、吸烟、发烟蚊香、室内清扫、日化用品（如空气清新剂、臭氧剂、化妆品）等

l 大气污染源的发生量
全球主要大气污染物的来源、发生量、背景浓度和主要反应见表1-3（P8）
中国大气污染主要以煤烟型为主，主要污染物为二氧化硫和烟尘。
表1-4(P10)为美国主要大气污染物的排放量，主要污染源为交通运输和燃料燃烧，主要污染物为CO、氮氧化物、二氧化硫和VOC
三、城市的大气污染状况
长沙酸雨属全国前三名
（一）大气污染水平
我国目前大气污染形势仍然严峻，城市的大气污染更加突出。主要是污染物放量相当大。2000年全国二氧化硫排放总量为1995万吨，其中工业来源的排放量1612万吨，生活来源的排放量383万吨；烟尘排放总量1165万吨，其中工业烟尘排放量953万吨，生活烟尘排放量212万吨；工业粉尘排放量1092万吨。我国已成为世界上大气污染排放总量最大的国家之一。
据2000年中国环境状况公报。在实行环境统计的338个城市中，63.5％的城市超过国家空气质量二级标准，其中112个城市超过三级标准。城市空气质量总体上比1999年度好转。但整体污染水平仍较严重。总悬浮颗粒物（TSP）中可吸入颗粒物（PM10）是影响城市空气质量的主要污染物，部分地区二氧化硫污染较重，少数大城市如北京、上海、广州等空气中的首要污染物为氮氧化物（NOx）。酸雨区面积约占国土面积的30％，酸雨区区域主要集中在华中、华南、西南及华东地区。
    （二）当前大气污染的特点
    1.大气污染防治取得一定成绩，城市空气质量恶化的趋势有所减缓，但整体污染水平仍较严重。
我国大气污染无论是排放总量还是城市空气质量总体上均有进步，见表1-5 1995~2000年废气中主要污染物排放量对比。
表1-5  1995~2000年废气中主要污染物排放量及对比
年度
二氧化硫
/万t
烟尘
/万t
工业粉尘
/万t
1995
2369.6
1743.6
1731.2
1996

1997
2346
1873

1998
2091
1455

1999
1857.5
1159

2000
1995.1
1165.4
1092.0
增减(%)
-15.8
-32.2
-36.9
    2.大气污染总体类型为煤烟型污染，大城市机动车尾气污染加剧，呈现汽车型污染特征。
大气污染的类型主要是由能源结构决定。我国现阶段以及今后相当长时期内，一次能源以煤为主。并且我国能源用煤的80％以上是直接燃烧，且燃烧方式落后，热效率低，造成单位产品能耗大，排污大，加之烟气净化水平不高，是造成我国大气污染严重的症节所在。因此总体上我国大气污染呈现以烟尘和SO2为特征污染物的煤烟型污染。
随着经济的发展和我国城市机动车数量大幅度增长，但由于我国机动车污染控制水平低，只相当于国外70年代中期水平，单车污染排放水平是日本的10~20倍，美国的1~8倍。机动车尾气已成为空气污染的重要来源，特别是北京、广州等大城市，空气中氮氧化物的空气污染指数已达四级，成为空气环境中首要污染物。有关研究结果表明，北京、上海等大城市机动车排放的污染已占空气污染负荷的60％以上。据测算，北京市大气中74％的碳氢化合物、63％的NO、50％的NOx来自机动车的排放。这表明我国特大城市的空气污染正由第一代煤烟型污染向第二代汽车型污染转变。
3.大气污染范围和类型有扩大趋势
城市和工矿区的扩展，乡镇企业的迅速发展，使大气污染范围逐渐扩大。一般来说，乡镇企业的生产工业和污染治理水平相对较低，加上城市产业结构调整以及为减缓城区的环境压力，将一些污染较重的生产企业向郊区或农村转移，使某些地区乡镇的环境恶化加剧。
此外，我国大气污染的致因除了工业生产，交通运输和能源燃烧之外，目前我国不少北方城市大气TSP的一半来自扬尘，近两年频频发生的沙尘暴使扬尘污染更加严重。
综上所述我国大气污染的防治范围主要是重点城市的污染防治，燃煤的污染防治及其他领域的污染防治（包括机动车尾气及扬尘污染等的控制）。
4.大气污染造成的危害不容忽视
严重的大气污染，直接影响人体的身体健康和生态环境，影响我国经济的可持续发展。据中国社会科学院的一项研究报告，1995年我国环境污染造成的经济损失达到1875亿元，占当年GDP的3.27％。其中因大气污染造成的经济损失占总损失的16.1％，因总悬浮颗粒物影响导致的人体健康损失估算为171亿元，因酸雨造成的损失为130亿元，世界银行的一份报告测算，1995年我国仅大气和水污染造成的损失约540亿美元，占当年GDP的8％。第三节 大气污染的影响
一、对人体健康的影响
l 大气污染物侵入人体的三种途径：表面接触、食入含污染物的食物、吸入被污染的空气。其中最后一条最为严重，大气污染对人体健康的主要危害就是引起呼吸道疾病。比如颗粒物粉尘引起尘肺病、硫酸烟雾引起支气管痉挛、CO浓度达到10-4时引起头痛、眩晕、氮氧化物引起光化学烟雾、有机化合物致癌等。
二、对植物的危害
对植物的危害主要在叶子上，毒害气体有二氧化硫、臭氧、HF、乙烯、氯化氢、硫化氢和氨等。
三、对器物和材料的影响
玷污性损害和化学性损害
四、对大气能见度和气候的影响
第四节 大气污染综合防治
一、大气污综合防治的意义
大气污综合防治，实质上是为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可行性等进行优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。
2000年4月29日，九届全国人大常委会表决通过了新修订的《大气污染防治法》，表明我国大气污染控制从浓度控制向总量控制转变，并明确了总量控制制度、排污许可证制度、按排污总量收费的制度三项制度。
大气污染控制需要采取综合措施，需要从立法管理、环境规划和污染控制技术几个方面进行。
二、大气污染综合防治措施
l 全面规划，合理布局
必须从协调地区经济发展和保护环境之间的关系出发，对该地区各污染源所排放的各类污染物质的种类、数量、时空分布作全面的调查研究，并在此基础上，制定控制污染的最佳方案。

l 严格环境管理
环境管理体制如图：
质量标准
国 法
排放标准

环境立法
控制技术标准
标 准

警报标准

环境管理 环境监测

环境管理机构

l 控制大气污染的技术措施
实施清洁生产、可持续发展战略、建立综合性工业基地。
 清洁生产的内容包括清洁的产品、清洁的生产过程和清洁的服务三个方面
第五节 环境空气质量控制标准
环境空气质量控制标准是执行环境保护法和大气污染防治法、实施环境空气质量管理及防治大气污染的依据和手段。
按用途分为四类：
1.环境空气质量标准是基于环境基准，结合社会经济、技术能力指定的控制环境中各类污染物质浓度水平的限值。
2.大气污染物排放标准是以实现环境质量标准为目标，对从污染源排入环境的污染物的浓度和数量所作的限制规定。
3.污染物控制技术标准是根据污染物排放标准所引申出来的附助标准，是为达到排放标准而作的具体技术规定。
l 4.警报标准是为了保护环境不致恶化，或根据污染发展趋势，预防污染事故发生而规定的污染物含量的极限值。制定原则：考虑保障人体健康和保护生态环境。合理的协调和平衡实现标准所需的代价与社会经济效益之间的关系。1996年制订《环境空气质量标准》GB3095-96
四级水平
l 环境空气质量标准
环境空气质量分三级标准，不同功能区实行不同标准。
附录三（九种污染物的浓度限值）
1979年重新修订公布了《工业企业设计卫生标准》TJ36-79，规定了居住区大气中有害物质的最高容许浓度和车间空气中有害物质的最高允许浓度。见附录三、四。
l 制定原则和方法
l 大气污染物综合排放标准
   制定地方大气污染物排放标准的技术方法
本标准以大气环境质量标准为控制目标，在大气污染物扩散稀释规律的基础上，使用控制区排放总量允许限值和点源排放允许限值控制大气污染的方法制定地方大气污染物排放标准。气态大气污染物分为总量控制区和非总量控制区。总量控制区是当地人民政府根据城镇规划、经济发展与环境保护要求而决定对大气污染物实行总量控制的区域。总量控制区外的区域称为非总量控制区，例如广大农村以及工业化水平较低的边远荒僻地区。但对大面积酸雨危害地区应尽量设置SO2和NOx排放总量控制区。五、空气污染指数及报告
l 空气污染指数分级及其浓度限值
目前，计入API（Air Pollution Index）的项目有：PM10、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和臭氧。范围0-500，其中，50、100、200分别对应于《环境空气质量标准》中的一二三级标准的污染物平均浓度限值，500则是对应于人体健康产生明显危害的污染物水平。

污染指数
污染物浓度（毫克/立方米）
API
SO2
（日均值）
NO2
（日均值）
PM10
（日均值）
CO
（小时均值）
O3
（小时均值）
50
0.050
0.080
0.050
5
0.120
100
0.150
0.120
0.150
10
0.200
200
0.800
0.280
0.350
60
0.400
300
1.600
0.565
0.420
90
0.800
400
2.100
0.750
0.500
120
1.000
500
2.620
0.940
0.600
150
1.200

空气污染指数
API
空气质量
状况
对健康的影响
建议采取的措施
0～50
优
可正常活动

51～100
良
101～150
轻微污染
易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状
心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动
151~200
轻度污染
201～250
中度污染
心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状
老年人和心脏病、肺病患者应在停留在室内，并减少体力活动
251~300
中度重污染
>300
重污染
健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病
老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动

第二章 燃烧与大气污染
第一节 燃料的性质
l
固体燃料（固体燃料燃烧困难，容易发生不完全燃烧，产生的污染物量大）、液体燃料和气体燃料（物理状态）
非常规燃料及煤、石油、天然气等化石燃料）
一、煤
煤可分为褐煤（最低品位的煤）、烟煤和无烟煤（含炭量高）三大类。
煤的工业成分分析：水分（内水分、外水分）、灰分（平均灰分25%，主要指煤中所含碳酸盐、粘土矿物质以及微量的稀土元素等。）、挥发分、固定碳，以及估测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。
煤的元素分析：C、H、O、S、N,其测定方法了解。
煤中硫的形态四种：有机硫、硫铁矿硫（主要为黄铁矿硫）、硫酸盐硫和有机硫。前两种挥发硫，硫酸盐硫是灰分的一部分。
据分析：低硫煤中主要为有机硫，高硫煤中主要为无机硫。
煤中成分的表示方法：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基。定义及符号表示。
二、石油
液体燃料主要是石油。原油是天然存在的由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成的混合液体，含碳、氢和少量的氧、氮、硫等元素，还含有微量金属元素，如钒、镍等，也可能受氯、砷和铅的污染。
液体燃料发热量高，燃烧产生的污染量较少。
三、天然气
天然气是气态的化石燃料，主要由甲烷（约85%）、乙烷（约10%）、丙烷3%等碳氢化合物组成，还可能含有水蒸气、二氧化碳、氮、氦和硫化氢等气体。
天然气中硫化氢、惰性组分含量超过一定值时，会影响燃烧效率。
气体燃料容易燃烧，燃烧效率高，产生的污染物量很少。
四、非常规燃料
除常规燃料外的可燃物质即为非常规燃料。
第二节 燃料燃烧过程
一、影响燃烧的主要因素
l 燃烧过程及燃烧产物
燃烧是可燃混合物的快速氧化并伴随着能量释放的过程；化石燃料完全燃烧产物为二氧化碳和水，但如果燃烧条件控制不佳，就产生一氧化碳和黑烟（主要是碳氢化合物）等不完全燃料产物。燃料中的硫、氮等杂质元素还会产生二氧化硫和氮氧化合物。
l 燃料完全燃烧的条件
（1）.空气条件 
  燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。如果空气供应不足，燃烧就不完全。相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。
（2）、温度条件
 燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度系在氧存在下可燃质开始燃烧所必须达到的最低温度。各种燃料都具有自己的特征着火温度，按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。各种燃料的着火温度见表2-1。
表2-1       燃料的着火温度
燃料
着火温度（K）
木炭
593~643
无烟煤
713~773
重油
803~853
发生炉煤气
973~1073
氢气
853~873
甲烷
923~1023

当温度高于着火温度且放热速率高于向周围的散热速率，从而能够维持在较高的温度时，才能使燃烧过程继续进行。
（3）、时间条件 
燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。因此，在所要求的燃烧反应速度下，停留时间将决定于燃烧室的大小和形状。反应速度随温度的升高而加快，所以在较高温度下燃烧所需要的时间较短。
（4）、燃料与空气的混合条件 
燃料和空气中氧的充分混合也是燃烧完全的基本条件。混合程度取决于空气的湍流度。若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。对于蒸气相的燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发。对于固体燃料的燃烧，湍流有助于破坏燃料产物在燃料颗粒表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利用率，并使燃烧过程加速。
适当地控制空燃比、温度、时间和湍流度，是实现有效燃烧和低污染排放所必须的条件，评价燃烧过程和燃烧设备时，必须认真地考虑这些因素。通常把温度、时间和湍流度称为燃烧过程的“三T”。
二、燃料燃烧过程中的理论空气量
l 理论空气量
单位量燃料按燃烧反应方程式计算求得燃烧所需要的空气量称为理论空气量。
建立燃烧化学方程式时，通常假定：
①、空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为79/21=3.76；
②、燃料中的固定态氧可用于燃烧；
③、燃料中的硫主要被氧化为SO2；
④、燃烧中忽略NOx的生成可；
⑤、燃料的化学式为CxHySzOw，其下标x、y、z、w分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。
由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式。
    （2-8）
其中Q代表燃烧热。
l 空气过剩系数
燃料完全燃烧时所需的实际空气量取决于所需的理论空气量和“三T”条件的保证程度。在理想的混合状态下，理论量的空气即可保证完全燃烧。但在实际的燃烧装置中，“三T”条件不可能达到理想化的程度，因此为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空气。一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量Va与理论空气量Vao之比定义为空气过剩系数α，即
                       （2-3）
通常α>1，α值的大小决定于燃料种类、燃烧装置型式及燃烧条件等因素。表2-3给出了不同燃料和炉型的空气过剩系数。
炉子的空气过剩系数
燃烧方式
烟煤
无烟煤
重油
煤气
手烧炉和抛煤机炉
1.3~1.5
1.3~2.0

链条炉
1.3~1.4
1.3~1.5

悬燃炉
1.2
1.25
1.15~1.2
1.05~1.1
l 空然比
有时也采用空燃比（AF）这一术语。空燃比定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得。例如，甲烷在理论空气量下的完全燃烧
CH4+2O2+7.52N2→CO2+2H2O+7.52N2
空燃比
                  （2-2）

三、燃烧产生的污染物
燃烧产生的污染物主要有二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、烟、飞灰、金属及氧化物等
四、热化学关系式
l 发热量
高位发热量（水蒸气的气化潜热）和低位发热量
l 燃料燃烧设备的热损失
排放热损失（6-12%；排烟带走热量；与排烟温度和体积（正相关）有关）、不完全燃烧热损失（化学和机械不完全燃烧）、散热损失
第三节 烟气体积及污染物排放量计算
一、烟气体积计算r =pM/RT

Va 改为 Va0 （理论空气量）
二、污染物排放量的计算
排放量=浓度×烟气量
浓度由化学计量式进行预测或监测
第一节 湍流扩散的基本理论
一、 湍流概念简介
定义：大气的无规则运动叫做湍流。
分类（按成因）：热力湍流（由于垂直方向温度分布不均匀引起的，其强度取决于大气稳定度）和机械湍流（垂直方向上风速分布不均匀及地面粗糙度引起的，其强度取决于风速梯度和地面粗糙度。）
风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素。风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度越快，污染物的浓度越低。
补充：

风向摆动也可用风位角的方差或标准差来描述。
描述湍流运动有两种方法，一种是欧拉法，它在空间划出一个控制体为对象，考察流体流经它的情形，欧拉法注重于特定时刻整个流场及某定点不同时刻的流体运动性质。另一种是拉格朗日法，它在流体运动时，追随研究一个典型的流体单元。
按照湍流形成的原因可分两种湍流。由铅直方向气温分布的不均匀性产生的湍流，叫热力湍流。它的强度主要取决于大气稳定度。由铅直方向风速分布的不均匀性及地面粗糙度产生的湍流，叫机械湍流。它的强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。实际湍流是上述两种湍流的迭加。
湍流有极强的扩散能力。它比分子扩散快105-106倍。大气中污染物能被扩散，主要是湍流的贡献。和烟团尺度相仿的湍流，对烟团扩散能力最强，比烟团尺度大好多倍的大湍涡，对烟团起搬运作用，使烟流摆动，扩散作用不大；比烟团尺度小好多倍的小湍涡，对烟团的扩散能力较小。
二、湍流扩散理论
1.梯度输送理论2.湍流统计理论3.相似理论
1. 湍流梯度输送理论
德国科学家菲克，在1855年发表了一篇题为“论扩散”的著名论文。在这篇论文中，他首先提出了梯度扩散理论。他把这个理论表述为：“假定食盐在其溶剂中的扩散定律与在导体中发生的热扩散相同，是十分自然的。”：菲克定律的数学陈述：

它是一维的大气扩散方程式，是经典的热传导方程式。
湍流梯度输送理论的基本假定是：由湍流所引起的局地的某种属性的通量与这种属性的局地梯度成正比，通量的方向与梯度方向相反，比例系数 K 称为湍流交换系数。
 2． 湍流统计理论：
泰勒是湍流统计理论的创始人之一。他在1921 年发表的论文中，首先应用统计学的方法来研究湍流扩散问题，提出了著名的泰勒公式。它把描写湍流的扩散参数 Y2(t)，和另一统计特征量相关系数 R 建立起关系，只要能找到相关系数的具体函数，通过积分就可求出扩散参数Y2(t)，污染物在湍流中扩散问题就得到解决。萨顿首先找到了相关系数的具体表达式，应用泰勒公式，提出了解决污染物在大气中扩散的实用模式，成为这一领域的先驱者。高斯烟流模式是在大量实测资料分析的基础上，应用统计理论得到的。它是目前应用较广的模式。
3． 相似扩散理论
湍流相似扩散理论，最早始于英国科学家里查森和泰勒。后来由于许多科学家的努力，特别是俄国科学家的贡献，使湍流扩散相似理论得到很大发展。
湍流扩散相似理论的基本观点是，湍流由许多大小不同的湍涡所构成，大湍涡失去稳定分裂成小湍涡，同时发生了能量转移，这一过程一直进行到最小的湍涡转化为热能为止。从这一基本观点出发，利用量纲分析的理论，建立起某种统计物理量的普适函数，再找出普适函数的具体表达式，从而解决湍流扩散问题。我们把这种理论称为相似扩散理论。

第二节 高斯扩散模式
一、高斯模式的有关假设
l 坐标系
高斯模式的坐标系为：以排放点(无界点源或地面源)或高架源排放点在地面的投影点为原点，平均风向为 x轴，y 轴在水平面内垂直于x 轴，y 轴的正向在 x 轴的左侧，z 轴垂直于水平面，向上为正方向。即为右手坐标系。在这种坐标系中，烟流中心或与 x 轴重合(无界点源)，或在 xoy，面的投影为 x 轴 (高架点源)。

l 高斯模式的四点假设
高斯模式的四点假设为：(1)污染物在空间 yoz 平面中按高斯分布(正态分布)，在 x方向只考虑迁移，不考虑扩散；(2)在整个空间中风速是均匀、稳定的，风速大于lm／s；(3)源强是连续均匀的；(4)在扩散过程中污染物质量是守衡的。对后述的模式只要没有特殊指明，以上四点假设条件都是遵守的。
二、 无界空间连续点源扩散模式
由正态分布的假设(1)写出下风向任意点(x、y、z)污染物平均浓度分布的函数为:

由概率统计理论可以写出方差的表达式：；
由假设（4）可写出：

上述四个方程，组成一个方程组，源强Q、平均风速u、标准差σy、σz为已知量，浓度C、待定函数A(x)、待定系数a 和 b为未知量。因此，方程组可求解。
将式(5—19)依次代入式(5—20)的两式中，积分后得到：

最后得到无界空间连续点源高斯模式：

式中σy、σz为污染物在y、z方向的标准差，为平均风速 m／s，Q 源强。

三、高架连续点源扩散模式
高架连续点源的扩散问题，必须考虑到地面对扩散的影响。根据前述假设(4)，可以认为地面象镜面那样，对污染物起着全反射的作用。按照全反射原理，可以用像源法来处理这类问题。
如图5-6所示，我们可以把 P 点的污染物浓度看成是两部分之和。一部分是不存在地面影响情况下, P 点所具有的污染物浓度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染物浓度。这相当于实源在地面下的 -H 位置处的像源，按照无限空间连续点源模式，在P点所造成的污染物浓度。
首先看实源的作用：P 点在以实源排放点(有效源高处)为原点的坐标系(无限空间)中的铅直坐标（距烟流中心线的铅直距离）为(z-H)。当不考虑地面影响时，浓度按式
(5-24)计算，它在 P 点所造成的污染物为：

（5-25）

像源的作用：P 点在以像源排放点(负的有效源高处)为原点的坐标系（无限空间）中的铅直坐标(距像源产生的烟流中心线的铅直距离)为(z+H)。它在 P 点产生的污染物浓度也按式(5-24)计算，它在 P 点所造成的污染物为：

（5-26）

P 点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和，即

（5-27）

式(5-27)为高架连续点源正态分布假设下的扩散模式。由这一模式可求出下风向任一点的污染物浓度。按照这一普适公式,如果 H =0,则对应于地面源的情况；如果z=0,则对应于连续点源作用下，地面处的污染物浓度情况；如果 z=0且 y=0,则对应于点源作用下，正风向轴线上，地面处的污染物浓度情况；在实施环境评价时,我们往往特别关注这样一些特殊情况。表5-2 归纳总结了这些高斯模式的浓度扩散公式。

H

Hs

Hs

l l       P
C(x,y,z)

像源

图 高架连续点源高斯模式的推导

H

四、地面连续点源扩散模式

一、 颗粒物的扩散模式
对于粒径小于15微米的颗粒物，其地面浓度可按气体扩散模式计算。对于粒径大于15微米的颗粒物，按倾斜烟流模式计算。
表 高斯模式的浓度扩散公式汇总

地面源 （H=0）
高架源 （H≠0 ）
无界
(任一点)
C(x,y,z)

（5-24）

（5-28）

半无界(任一点)
C(x,y,z)
（5-29）

（5-27）

地面点
C(x,y,0)
（5-30）

（5-32）

（5-31）

地面轴线上点C(x,0,0)

（5-33）

第三节 污染物浓度的估算
一、 烟气抬生高度的计算
产生烟流抬升的原因有两个，一是烟囱出口处的烟流具有一定的初始动量，二是由于烟流温度高于周围空气温度而产生的净浮力。影响这两种作用的因素很多，归结起来可分为排放因素和气象因素两类。排放因素有烟囱出口的烟流速度、烟气温度和烟囱出口内径。气象因素有平均风速、环境空气温度、风速垂直切变、湍流强度及大气稳定度。由于影响烟流抬升的因素较多，使烟流抬升问题变得十分复杂。到目前为止，国内外已提出的烟流抬升公式有数十个之多，还没有一个公式考虑了上述所有这些因素。大多数烟流抬升公式是半经验的，是在各自有限的，观测资料基础上归纳出来的，所以具有局限性。
1. 霍兰德 (Holland)公式
霍兰德采用了勒普由风洞实验得出的动力抬升公式，并增加了浮力抬升项，利用三个发电厂烟流上升轨迹的照片进行了校核，于1953年得出中性条件适用的公式：

（5-36）

（5-37）

此后公式中符号同上者不予说明。