大气污染控制工程复习题.doc

大气污染控制工程 胡海龙自考复习
1、大气污染：由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了生态环境。
2、我国产生大气污染的原因
①燃烧是形成大气污染的主要原因；②交通运输发展迅速；③工业化起点低，生产规模小；
④历史欠账多，投资困难大；⑤已有的控制技术应用推广不够
3、大气污染的影响：①对人体健康的影响；②对植物的伤害；
③对器物和材料的影响；④对大气能见度和气候的影响
4、大气综合防治的含义：实质上就是为了达到区域环境空气质量目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性，经济合理性，区域适用性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。
大气综合防治措施：①全面规划、合理布局；②强化环境管理；③实施总量控制，推进清洁生产；④实施可持续发展的能源战略；⑤推广应用已有的污染控制技术；⑥控制大气污染的经济政策；⑦高烟囱扩散稀释；⑧绿化造林；⑨安装废气净化装置
5、环境空气质量控制标准的分类
环境空气质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准。
大气污染物排放标准是以实现环境空气质量标准为目标，对从污染源排入大气的污染物浓度所做的限定。它是控制大气污染物的排放量和进行净化装置设计的依据。
按适用范围分：国家标准、地方标准、行业标准
制定大气污染物排放标准的方法：最佳实用技术确定法、污染物在大气中的扩散规律推算法
6、空气污染指数的项目：可吸入颗粒物、SO2、NO2、CO、O3
空气污染指数的范围：0~500 ；其中50、100、200分别对应于《环境空气质量标准》中的一、二、三级标准值，500对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。
第三章 大气污染气象学
1、大气圈的垂直结构：指气温、气压、大气密度及其组成在垂直方向上的分布情况。
大气边界层：在对流层的下层，厚度约为1~2KM，其中气流受地面阻滞和摩擦影响很大
2、大气扩散：进入大气的污染物，在大气湍流的作用下逐渐稀释的现象。
大气稳定度：指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易发生对流
大气稳定度的判别：当γ-γ d>0，a>0，气块加速运动，大气不稳定；
当γ-γ d<0，a<0，气块减速运动，大气稳定；
当γ-γ d=0，a=0，大气是中性的；
即大气稳定度可以用气温的垂直递减率和干绝热直减率之差来判别。
帕斯奎尔(Pasquill)分类），该方法根据常规气象资料将大气稳定度分为A、B、C、D、E、F六个级别。A—极不稳定； B—不稳定； C—弱不稳定；D—中性；E—弱稳定； F—稳定。
3、气温的垂直递减率：气温是随着高度变化的，把高度每变化100m气温变化的度数叫做气温垂直递减率(简称气温直减率)
温度层结：温度沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表示，这一曲线称为温度层结曲线。
温度层结类型：a.温度随高度的增加是递减的，称为正常分布，γ>0。b.气温的垂直递减率等于或近似于1℃/100m,称中性层结, γ=1。c.温度随高度增加而升高，称为逆温,γ<0。d.温度不随高度变化，称为等温, γ=0。
干空气块在绝热过程中，每上升（或下降）100m时，温度降低（或升高）的数值称为干空气温度的绝热直减率，简称干绝热直减率。
4、逆温：气温随高度的增加而不变或增加。作用：由于污染的空气不能穿过逆温层，而只能在其下面积聚或扩散，所以可能造成严重的污染。
5、海陆风是由陆地和海洋热力性质的差异引起的以24h为周期的一种大气局地环流。
山谷风是由于山坡和谷地受热不均而产生的以24h为周期的局地环流。
城市热岛环流是由城乡温差引起的局地风。

第四章 大气扩散浓度估算模式
1、湍流扩散理论：主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系
①梯度输送理论；②湍流统计理论；③相似理论
高斯扩散模式：无界空间连续点源扩散模式、高架连续点源扩散模式
地面连续店源扩散模式、颗粒物扩散模式
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）
2、烟囱设计中必须注意的问题：①在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核；②烟气抬升高度的选取，应选用抬升公式的应用条件与设计条件相近的抬升公式，优先采用国家标准中的推荐公式；③防止烟流下洗下沉现象，烟囱高度不得低于它所从属建筑物高度的2倍，烟囱出口烟气流速不得低于该高度处平均风速的1.5倍。
3、从防止大气污染的角度考虑，理想的建厂位置是：污染物本底浓度小，扩散稀释能力强，污染物等被输送到城市或居民区的可能性最小的地方。
第五章 颗粒污染物控制技术基础
1、颗粒的粒径：是颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径。粒径分单颗粒粒径和颗粒的平均粒径。
众径：拐点发生在频度P为最大值时对应的粒径大小，这一粒径称为众径。
中位径：累积频率F=0.5时对应的粒径d50称为个数中位粒径（NMD）。质量累积频率G=0.5时对应的粒径d50称为质量中位直径（MMD）
2、斯托克斯粒径ds：指在同一气体中，与颗粒密度相同，沉降速度相同的球体的直径。
空气动力径da：颗粒物在静止空气中，沉降速度与颗粒相等，密度为1000kg/m3球形颗粒的直径。
斯托克斯粒径ds和空气动力学粒径da两者间的关系
答：因为，所以
4、粉尘的比电阻特性
答：在高温范围内，粉尘的比电阻随温度升高而降低，其大小取决于粉尘的化学性质；在低温范围内，粉尘的比电阻随温度的升高而增大，含随气体中水分或其他化学物质含量的增加而降低；在中间温度范围内，两种导电机制均较弱，因而粉尘比电阻达到最大值。
5、粉尘的粘附性：粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼此相互附着的现象称为粘附。
根据粉尘层的断裂强度大小，将各种粉尘分成四类：不粘性、微粘性、中等粘性和强粘性。
粉尘的湿润性：粉尘颗粒与液体接触后能否相互附着或附着难易程度的性质。
6、评价净化装置性能的指标：技术指标、经济指标。
7、沉降速度：粒子在静止空气中自由沉降时，受到重力、空气阻力和浮力的作用，当作用在尘粒上的外力之和等于零时，尘粒在空气中作等速沉降，这时的速度称为尘粒的沉降速度。
第六张 除尘装置
一、概念
1、从气体中去除或捕集固态或液态微粒的设备称为除尘装置，根据不同的除尘机理，一般将除尘装置分：
机械除尘器：利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气流分离的装置。
电除尘器：电除尘器是利用静电力从气流中分离悬浮粒子（尘粒或液滴）的装置。
袋式除尘器：又称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。
湿式除尘器：使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使粒径增大的装置。
2、 分级除尘效率：指除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔Ddp内粉尘的除尘效率
3、除尘器的技术性能指标主要包括除尘效率、压力损失、处理气体量与负荷适应性

1、重力沉降室的设计
答：设计重力沉降室时，先要算出欲100%捕集粒子的沉降速度us ，并假设沉降室内的气流速度V0和沉降室高度H（或宽度W），然后求出沉降室长度L或宽度W（或高度H）。
2、旋风除尘器：利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。（机理）
旋风除尘器结构：由进气管、筒体、锥体、排气管、顶盖、卸灰装置等组成。
影响旋风除尘器效率的因素：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。
3、为什么锥体下部锁气不严密会使除尘效率显著下降
答：由外壁向中心的静压是逐渐下降的，即使是旋风除尘器在正压下运行，锥体底部也会处于负压状态，如果除尘器下部不严密，露入外部空气，会把正在落入灰斗的粉尘重新带走，使除尘效率显著下降。
1、电除尘器的优缺点：优点：压力损失小，一般为200~500Pa；处理烟气量大，一般为105~106m3/h；能耗低，大约0.2~0.4kwh/1000m3；对微细粉尘有很高的捕集效率，可高于99%；可在高温和强腐蚀气体下操作；缺点：一次投资费用高，钢材消耗量较大；对粉尘的比电阻有一定要求，最适宜的范围是104~5×1010Ω•cm；占地面积大；结构复杂，制造、安装的精度要求高。
2、电除尘器的除尘机理：气体分离、粉尘荷电、粉尘沉积、清灰。
3、高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响以及克服该影响的方法
答：高比电阻粉尘将会干扰电场条件，并导致除尘效率下降。
克服：保持电级表面尽可能情洁；采用较好的供电系统，烟气调质；发展新型电除尘器。
4、德意希的理论分级效率方程：
5、电除尘器的选择和设计仍然采用经验和类比的方法：比集尘表面积（A/Q)的确定；长高比（L/H）的的确定（长高比至少要1.0-1.5）；气流速度的确定；气体的含尘浓度。
四、湿式除尘器
1、湿式除尘器的除尘机理：湿式除尘器除尘与惯性碰撞、拦截作用、扩散效应、热泳和静电作用有关；惯性碰撞和拦截作用是湿式除尘器的主要除尘机制。惯性碰撞主要取决于尘粒质量，拦截作用主要取决于粒径大小。只有在捕集很小的尘粒时，才受到布朗运动引起的扩散作用的影响。
2、湿式除尘器得主要优缺点
答：优点：除尘效率高，在消耗同等能量情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式高，它可有效地将直径0.1-20mm的液态或固态粒子从气流中除去，同时也能脱除部分气态污染物；它具有结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便；能够处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能减至最低。
缺点：不适用于憎水性和水硬性粉尘；不利于副产品的回收，排出的污水和污泥要进行处理；要特别注意设备和管道的防腐，在寒冷地区要防止冬季结冰。
3、根据湿式除尘器的净化机理，可将其分成七类：重力喷雾洗涤器；旋风洗涤器；自激喷雾洗涤器；板式洗涤器；填料洗涤器；文丘里洗涤器；机械诱导喷雾洗涤器。
4、喷雾塔的除尘效率取决于液滴大小、颗粒的空气动力学直径、液气流量比、气体性质。
5、文丘里洗涤器的几何尺寸包括收缩管、喉管和扩散管的长度、直径以及收缩管和扩散管的张开角度等。
五、过滤式除尘器
1、过滤式除尘器的主要优缺点
优点：除尘效率高，袋式除尘器的除尘效率一般可达99%以上；适应性强，可以捕集不同性质的粉尘，含尘浓度在相当范围内变化时，对除尘效率和阻力影响都不大；性能稳定可靠，操作简单，处理风量范围大；便于回收干料，不存在水的污染和泥浆处理问题。
缺点：袋式除尘器的应用范围受到滤料耐温和耐腐蚀性能的限制；不适宜处理粘性强或吸湿性强的粉尘；处理风量大时，占地面积较大。
2、袋式除尘器的捕尘机理：筛滤拦截作用、惯性碰撞作用、扩散作用、静电作用
3、气布比：烟气实际体积流量与滤布面积之比
4、迫使气流通过滤袋是需要能量的，这种能量通常用气流通过滤袋的压力损失表示。袋式除尘器的压力损失ΔP由通过清洁滤料的压力损失ΔPf和通过颗粒层的压力损失ΔPp组成。
5、对滤料的基本要求：选择滤料时必须考虑含尘气体的特征，如颗粒和气体性质（温度、湿度、粒径和含尘浓度等）性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。
第七章 气态污染物控制技术基础
1、吸收法的基本概念：利用气体混合物中各种成分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的操作过程。
2、吸收平衡：就是吸收过程的传质速率等于解吸过程的传质速率。
3、物理吸收：无明显化学反应；化学吸收：伴有明显化学反应
4、动力学控制：扩散速度远大于化学反应速度；扩散控制：化学反应速度远大于扩散速度
5、吸收速率方程的一般表达式为：吸收速率=吸收推动力☓吸收系数
6、吸附法：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而与其他组分分离的过程。吸附质：被吸附物质；吸附剂：附着吸附质的物质。
物理吸附：分子间范德华力引起的吸附； 化学吸附：吸附剂与吸附质间化学键力引起的吸附
7、吸附剂需具备的特性：内表面积大，孔隙率大；具有选择性吸附作用；高机械强度、化学和热稳定性；吸附容量大；来源广泛，造价低廉，制造简单；良好的再生性能。
8、吸附剂的解吸再生方法：升温解吸、变压解吸、置换解吸、吹扫解吸。
9、主要吸附工艺：间歇吸附、连续吸附。吸附床类型：固定床、移动床、流化床
10、催化转化法：利用催化剂的催化作用将废气中的污染物转化为无害的化合物，或者转化成比原来存在状态更易除去和回收利用的物质的方法。
11、催化剂：加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质。
组成：活性组分＋载体＋助催剂 催化剂的性能：活性、选择性、稳定性
12、 催化作用：化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入的物质在反应终了时数量和性质却不变的作用
13、 催化作用的显著特征：只能加速反应速度，对于正逆反应的影响相同，只能缩短达到平衡的时间，不改变化学平衡；有特殊的选择性。
14、 催化过程的描述：设有化学反应：A+B→AB受催化剂K作用则诱发原反应所没有的中间反应：
A+K→AK AK+B→AB+K
15、催化剂中毒：指反应物中少量的杂质使催化剂活性迅速下降的现象。
16、环境工程对催化剂的要求：要求处理后有害物质的含量降到ppm级甚至ppb级，即催化剂应有极高的去除效率；要求处理的气体量和液体量极大，即催化剂应能承受流体冲刷和压力降作用的强度；要求催化剂应具有较高的抗毒性、高化学稳定性和良好的选择性；要求使用催化剂的处理设备结构简单占地少，经处理后的催化剂可恢复使用性能，不产生二次污染。
17、气固催化反应步骤：(1)反应物从气流主体→催化剂外表面(2) 进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的表面上被吸附(4)吸附的反应物转为为生成物(5)生成物从催化剂表面脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外表面扩散(7)生成物从外表面扩散到气流主体。
18、固体床催化反应器的主要优缺点：优点：流体接近于平推流，返混小，反应速度较快；固定床中催化剂不易磨损，可长期使用；停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率。缺点：传热差；催化剂更换需停产进行。

第八章 硫氧化物的污染控制
1、燃料然前的主要脱硫方法有哪些：煤炭的固态加工；煤炭的转化；重油脱硫。
2、流化床燃烧脱硫的化学过程：
当石灰石或白云石脱硫剂进入锅炉的灼热环境时，CaCO3遇热发生煅烧分解，燃烧产生CO2并析出CaO：CaCO3=CaO+CO2；随后，CaO与SO2作用形成CaSO4: CaO+SO2+0.5O2=CaSO4。
影响因素：钙硫比；煅烧温度；脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构；脱硫剂种类。
3、 石灰/石灰石（湿应式钙法）的反应机理：
石灰石：SO2+CaCO3+2H2O=CaSO3·2H2O+CO2 石灰：SO2＋CaO＋2H2O＝CaSO3·2H2O
4、缺点：设备腐蚀；结垢和堵塞；除雾器堵塞；脱硫剂利用率低；固液分离难；固体废物的处理和处置。
5、如何克服石灰石法结垢和SO2去除率低：加入己二酸；加硫酸镁
6、烟气脱硫工艺的综合比较的主要因素：脱硫效率；钙硫比（Ca/S)；脱硫剂利用率；脱硫剂的来源；脱硫副产品的处理处置对锅炉原有系统的影响。
7、“双碱法烟气脱硫”的工作原理：采用碱金属盐类或碱类的水溶液吸收SO2，然后用石灰或石灰石再生吸收SO2后的吸收液，将SO2以亚硫酸钙或硫酸钙形式沉淀析出。
第一碱：碱金属盐类或碱类的水溶液，作用：吸收SO2；
第二碱：石灰/石灰石，作用：把和SO2反应的碱置换出来。
第十三章 集气罩
1、集气罩：净化系统污染物的收集装置。
密闭罩：将污染源的局部或整体密闭起来，在罩内保持一定负压，防止污染物外逸和任意扩散
外部集气罩：通过罩的抽吸作用而吸入罩口外气流，将污染源附近的污染物全部捕集起来的集气罩。
吹吸式集气罩：依靠吹吸气流的综合作用来控制污染气流扩散的集气方式。
2、 净化系统组成: 集气罩、风管、净化设备、通风机、烟囱
3、局部排气净化系统设计的基本内容
答：污染物捕集装置设计；净化设备选择设计；输送管道设计；烟囱设计。
4、 集气罩的设计要点：集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最小范围内，以便防止横向气流干扰，减少排风量；集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利用污染气流的初始动能；尽量减少集气罩的开口面积，以减少排风量；集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内；集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修。
5、 集气罩加边对排风量的影响和作用：罩子四周加边后，减少了无效气流的吸入，可节省排风量
第十四章 管道系统设计
1、管道设计的目的：（1）确定管道的断面尺寸；
（2）计算管道系统的总压力损失，并根据系统的总风量选择适当的风机。
2、管道系统布置包括的主要内容：系统划分、管网配置、管道布置
3、不同排放点的废气符合哪些条件就可合为一个管道系统集中处理
答：①污染物性质相同，生产设备同时运转，便于污染物统一集中回收处理的场合
②污染物性质不同，生产设备同时运转，但允许不同污染物混合或污染物无回收价值的场合
③尽可能将同一生产工序中同时操作的污染设备排风点合为一个系统
发生下列情况，则不能采用同一个净化系统：
①污染物混合后可能引起燃烧和爆炸危险；②不同温度和湿度的气体，混合后可能在管道内结露；
③因粉尘或气体性质不同，共用一个系统会影响回收或净化效率。
4、简述管道系统布置的基本要求：管道布置应服从系统总体布局，并兼顾其他管线，统一规划，力求简单、紧凑，减少占地和空间，节省投资，方便工作、安装和检修。

1、有一两级除尘系统，已知系统流量为4m3/s，工艺设备产生粉尘量为40g/s，各级除尘效率分别为80%和95%，试计算：（1）该除尘系统的总除尘效率η？（2）粉尘排放量ρ2？（3）该除尘系统每小时粉尘排放量S2？
解：（1）总除尘效率
（2）粉尘排放量：已知：，由
且
（3）除尘系统每小时粉尘排放量：
2、某外部集气罩连接管直径D=0.2m，连接管中的静压Ps=-165 Pa，已知该罩的流量系数ψ=0.92，压力损失系数ξ=0.19，罩口尺寸Ao=0.3m2，假定气体密度ρ=1.25Kg/m3，试确定：（1）该集气罩的排风量Q?（2）该集气罩罩口吸气速度Vo？（3）该集气罩的压力损失ΔP？
解：(1)排风量的计算：
已知：
（2） 集气罩罩口吸气速度Vo：又 Q＝A0v0，A0=0.3 所以得 Vo=1.56 m/s
（3） 集气罩的压力损失ΔP：
则
所以：