大气污染控制工程本讲稿201204.docx

辽宁科技学院讲稿

课程名称：
大气污染控制工程

教学内容
备注
第一章 概 论
第一节 大气与大气污染
一、大气的组成
1.大气与空气
大气（atmosphere）：是指环绕地球的全部空气的总和（The entire mass of air which surround the Earth）。
环境空气（ambient air）：是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气（Outdoor air to which people,plants ,animal and structures are exposed ）。
2.大气的组成
大气是由多种气体混合组成的，是一个多种气体的混合物，按其成分可概括为三部分：干燥清洁的大气、水蒸气和各种杂质。
干洁大气的主要成分是氮、氧、氩、和二氧化碳气体，其含量占全部干洁大气的99.996%（体积）；氖、氦、氪、甲烷等次要成分只占0.004%左右。平均分子量为28.966，标态密度：1.293kg/m3。
二、大气污染
大气污染的定义：
大气污染系指由于人类活动或自然过程使得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、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。
根据影响范围，大气污染可分作四类：
局部地区污染，局限于小范围的大气污染，如工厂或单位烟囱排气的污染；
地区性污染，涉及到一个地区的大气污染，工业区及其附近地区或整个城市大气受到污染；
广域污染，是指跨越行政区划的广大地域的大气污染；
全球性大气污染，全球范围的大气污染，如臭氧层破坏及全球性气候变暖。
三、全球性大气污染问题 全球性大气污染问题包括温室效应、臭氧层破坏和酸雨等三大问题。
1.温室效应
大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、臭氧、一氧化二氮、氯氟碳类、水蒸气等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为“温室效应” 。在地球上，二氧化碳是产生大气保温效应的最重要的温室气体，已引起人们重视。
2.臭氧层破坏
在距地面10~50km范围的大气层中臭氧浓度较高，在20~25km 高度处（平流层）臭氧浓度最大，该层大气称为臭氧层。臭氧层具有强烈吸收太阳紫外线的功能，对地球上的生物起着保护作用。由于人类活动使大量的氮氧化物和氯氟碳进入臭氧层，使臭氧层遭到破坏。臭氧层的破坏将导致皮肤癌和角膜炎患者增加，破坏地球上的生态系统等严重问题。

3.酸雨
PH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水（如雾、露、霜）称为酸雨。酸雨的形成主要是由于化石燃料燃烧和汽车尾气排放大量的二氧化硫和氮氧化物，在大气中形成硫酸和硝酸，又以雨、雪、雾等形式返回地面，形成“酸沉降” 。酸雨的危害是破坏森林生态系统和 水生态系统，改变土壤性质和结构，腐蚀建筑物，损坏人体呼吸道系统和皮肤等。
第二节 大气污染物及其来源
一、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入大气的并对人类或环境产生有害影响的那些物质。
大气污染物分类：
按其存在状态可分为气溶胶状态污染物和气体状态污染物两类。
1. 气溶胶状态污染物
在大气污染中，气溶胶系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体系。
按照气溶胶的来源和物理性质，可分为以下几种：
①粉尘（dust）：是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用能发生沉降，但在某一段时间内保持悬浮状态。粒径范围一般为1~200μm左右。
②烟(fume)：烟一般是指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶，它是由熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物。烟粒径很小，一般为0.01~1μm左右，能长期地存在于大气之中。
③飞灰（fly ash）：是指由燃料燃烧所产生的烟气中分散得较细的灰分。
④黑烟（smoke）：一般是指燃料燃烧产生的能见气溶胶，是燃料不完全燃烧的碳粒。黑烟颗粒的大小约为0.5μm左右。
根据我国的习惯，一般可将冶金过程和化学过程形成的固体颗粒气溶胶称为烟尘；将燃料燃烧过程产生的飞灰和黑烟，在不需仔细区分时，也称为烟尘。在其他情况下，或泛指小固体颗粒的气溶胶时，则通称粉尘。
⑤雾（fog）：雾是气体中液滴悬浮体的总称。在气象中指造成能见度小于1km的小水滴悬浮体。
在我国的环境质量标准中，根据粉尘颗粒大小将其分为总悬浮颗粒物（total suspended particals)和可吸入颗粒物(inhalable particles)。
①总悬浮颗粒物（TSP）：总悬浮颗粒物是指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径 ≤100μm的颗粒物。
②可吸入颗粒物（PM10）:指悬浮在空气中，空气动力学当量直径 ≤10μm的颗粒物。它的粒度小，质量轻，能长期漂浮在大气中，故又称其为浮游粒子或飘尘。

2.气体状态污染物
气体状态污染物是以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。气态污染物的种类很多，大部分为无机气体。总体上可以分为五类：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；其三为碳的氧化物；其四为碳氢化合物（有机化合物），如烷烃、烯烃和芳香烃类；其五为卤族化合物，如HF，HCl等。
对于气态污染物又分为一次污染物和二次污染物。
一次污染物：指直接从各类污染源排到大气中的原始污染物质。在大气污染控制中，受到普遍重视的一次污染物主要有SOx、NOx、碳氢化合物以及碳氧化物。
二次污染物：是指一次污染物与大气中已有组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质不同的新污染物质。主要有
硫酸烟雾（Sulfurous smog）和光化学烟雾(Photochemical smog)。
(1) 硫氧化物：主要为二氧化硫，它是目前大气污染物中数量较大，影响范围广的一种气态污染物。
主要来源：①化石燃料的燃烧过程； ②硫化物矿石的焙烧、冶炼等热过程。
危害：①产生酸雨；②腐蚀生物的机体；③产生化学烟雾。
（2）氮氧化物：NOx的种类很多，其中污染大气的主要是NO、NO2 。 NO毒性不太大，可缓慢氧化为NO2。 NO2的毒性约为NO的5倍。
来源：①主要来源于各种炉窑、机动车和柴油机的排气；
②各种工业过程（硝酸生产、硝化过程、氮肥厂、炸药厂及金属表面处理等）。
危害：①光化学烟雾的主要成分；
②对动植物体有强的腐蚀性。
（3）碳氧化物：CO和CO2是各种大气污染中发生量最大的一类污染物，主要来自燃料燃烧和机动车排气。
CO是一种窒息气体，进入大气后，由于大气的扩散稀释作用和氧化作用，一般不会造成危害。但在城市冬季采暖季节或在交通繁忙的十字路口，当气象条件不利于排气扩散稀释时，CO的浓度有可能达到危害人体健康的水平。
CO2是无毒气体，但当其浓度过高时，使氧气含量相对减少，对人便会产生不良影响。地球上CO2浓度的增加，能产生“温室效应”，因此各国对CO2的排放开始实施控制。
（4）有机化合物：从甲烷到长链聚合物的烃类。大气中的挥发性有机化合物（VOC），一般是C1~C10化合物，它除含有碳、氢原子外，还常含有氧、氮和硫的原子。 VOC是光化学氧化剂臭氧和过氧已酰硝酸酯的主要贡献者，也是温室效应的贡献者之一，所以必须加以控制。 VOC主要来自机动车和燃料燃烧排气，以及石油炼制和有机化工生产等。
VOC：volatile organic compound 汽车尾气：automobile exhaust。
(5)硫酸烟雾：硫酸烟雾系大气中的二氧化硫等硫氧化物，在有水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，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。硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要比二氧化硫气体大得多。
(6)光化学烟雾：光化学烟雾是在阳光照射下，大气中氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成蓝色烟雾。其主要成分有臭氧、过氧已酰硝酸酯、酮类和醛类等。光化学烟雾的危害性和刺激性要比一次污染物强烈得多。

二、大气污染物的来源和发生量
1.大气污染源
自然污染源：是指自然原因向环境释放污染物的地点。
人为污染源：是指人类生活活动和生产活动形成的污染源。
分类：按污染源的空间分布可分为：点源和面源；
按社会活动功能不同可分为：生活污染源、工业污染源和交通污染源三类。
根据对主要大气污染物的分类统计分析，大气污染源又可概括为三大方面：燃料燃烧、工业生产（固定源）和交通运输（流动源）。
三、中国城市的大气污染概况
中国的大气环境污染仍以煤烟型为主，主要污染物为TSP和SO2。少数大城市属煤烟与汽车尾气污染并重类型。自1997年以来，虽然城市空气质量恶化的趋势有所减缓，部分城市空气质量有所改善，但某些城市大气污染仍较严重，且北方城市重于南方城市。
中国酸雨主要分布在长江以南、青藏高原以东的广大地区和四川盆地。酸雨区面积约占国土面积的30%，酸雨污染依然严重，污染程度居高不下。
第三节 大气污染的影响
大气污染物对人体健康、植物、器物和材料及大气能见度和气候皆有重要影响。
大气污染物侵入人体途径：①表面接触；②食入含有大气污染物的食物；③吸入被污染的空气。
第四节 大气污染综合防治
一、大气污染综合防治的含义
所谓大气污染综合防治，实质上就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。
二、大气污染综合防治措施
• 全面规划、合理布局 严格环境管理
• 控制大气污染的技术措施 控制污染的经济政策
• 绿化造林 安装废气净化装置
第五节 环境空气质量控制标准
一、环境空气质量控制标准的种类和作用
种类：按用途分： 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
按使用范围分 ：国家标准 地方标准 行业标准
此外，我国还实行了大中城市空气污染指数报告制度。

二、环境空气质量标准
环境空气质量标准是以保护生态环境和人群健康的基本要求为目标而对各种污染物在环境空气中的允许浓度所作的限制规定。是管理、评价、制定规划和排放标准的依据。
《环境空气质量标准》GB3096—1996于1996年10月1日开始实施。规定了二氧化硫等九种污染物的浓度限值，根据对空气质量要求的不同，将环境空气质量分为三级。
三、工业企业设计卫生标准
标准规定了“居住区大气中有害物质的最高容许浓度”标准和“车间空气中有害物质的最高容许”标准。
四、大气污染物综合排放标准
1.制定原则
以环境空气质量标准为依据，综合考虑控制技术的可行性和经济合理性以及地区的差异性，并尽量做到简明易行。
2.大气污染物综合排放标准
《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996）规定了33种大气污染物的排放限值，设置了三项指标：通过排气筒排放废气的最高允许排放浓度；通过排气筒排放的废气，按排气筒高度规定的最高允许排放速率，任何一个排气筒必须同时遵守上述两项指标，超过其中的任何一项均为超标排放；以无组织方式排放的废气，规定无组织排放的监控点及相应的监控浓度限值。适用于现有污染源大气污染物排放管理。
五、空气污染指数及报告
1.空气污染指数分级及其浓度限值
计入空气污染指数的项目定为：可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和臭氧。空气污染指数的范围从0到500。其中50、100、200分别对应于我国《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则对应于对人体健康产生明显危害的污染水平。
计算公式：当第k种污染物浓度为 时，其分指数为

第二章 燃烧与大气污染
第一节 燃料的性质
燃料定义：燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。
燃料的分类：
（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。（2）非常规燃料
按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。（2）液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。（3）气态燃料：有扩散或混合控制。
一、煤
主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有机聚合物。
煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。
1、煤的分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。
煤的组成：煤的组成测定方法分为工业分析、元素分析两大类。
2、煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。
3、煤的元素分析：用化学法测定去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。
4、煤中硫的形态
有机硫（CxHySz）
煤中含硫 硫化铁硫（FeS2）
无机硫 单质硫（S）
硫酸盐硫（MeSO4）
硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它能燃烧放出热量。所说的污染物SOx只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4，而一般给我们的含硫量是指总硫量。
a、硫化铁硫：是主要的含硫成分，主要代表黄铁矿硫。
本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除。
b、 有机硫：以各种官能团形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选的方法除去，需采用化学方法脱硫。
c、 硫酸盐硫：主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，还有石膏和绿矾。
5、煤的成分表示方法
要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：
收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基四种。
（1） 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 。
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+War=100%
（2）空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Wad=100%
（3）干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少。
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%
（4）干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分。
Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%
二、石油
石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.78—1.00。主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。
原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.1—7%。原油通过蒸馏、裂化和重态过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留于重硫分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S—C键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。
三、天然气
一般组成CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
第二节 燃料燃烧过程
一、影响燃烧过程的主要因素
1．燃烧过程及燃烧产物
燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。
多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等大气污染物。
若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。Fuel NOx (燃料型NOx)——燃料中的N
Thermal NOx(热型NOx)——高温时空气中的N
2．燃料完全燃烧的条件
燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。
（1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。
（2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。
着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。
（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时间。
（4）燃烧与空气的混合条件：
燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。
在大气污染物排放量最低条件实现有效燃烧的四个因素：
空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。(三T)
二、燃料燃烧的理论空气量
1．理论空气量（） 所需要的氧一般从空气中获得。
单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。它由燃料的组成决定，可根据燃烧反应方程式计算求得。
建立燃烧化学方程式时，通常假定：
（1）空气仅由N2和O2组成，其体积比为79.1/20.9=3.78；（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成SO2；（4）计算理论空气量时忽略NOX的生成量；
（5）燃料的化学式为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。
完全燃烧的化学反应方程式：

则理论空气量为：
3.6~6.0 褐煤
一般煤的理论空气量 7.5~8.5 无烟煤
9~10 烟煤
液体燃料（燃料油）的
煤炉：4.5~5.5 干： 8.84~9.01
煤气 液化气：2.97 天然气
高炉： ~0.7 湿： 11.4~12.1

2．空气过剩系数a
过剩空气量：把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量；
把实际空气量Va与理论空气量Va0之比定义为空气过剩系数a
通常a>1 其大小决定于燃料种类、燃烧装置形式及燃烧条件等因素。见表2-5
3．空燃比（AF）
定义：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。
例如甲烷在理论空气下完全燃烧：
CH4+2O2+7.56N2=CO2+2H2O+7.56N2

或
随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量的增加，理论空燃比随之减少。 甲烷（CH4）理论空燃比为17.2； 汽油（~C8H18）理论空燃比为15.11； 纯碳的理论空燃比约为11.5。
三、燃烧产生的污染物
燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂及惰性气体组成。
燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等。
温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响，见42页图2-4。
硫的SOx：随温度变化不大，主要是煤中S； 粉尘：随温度的增高而降低；
CO及HC化合物烟：随温度的增高而降低； NOx：随温度的增高而增加。
燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响。
例2-3：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%，S：1.6%， H2O：0.5%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。
解：以1kg重油燃烧为基础，则：

重量（g）
摩尔数（mol）
需氧量（mol）
C
883
73．58
73．58
H
95
47．5
23．75
S
16
0．5
0．5
H2O
5
0．278
0
理论需氧量为： 73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油
假定空气中N2与O2的摩尔比为3.78(体积比)，
则，理论空气量为： mol/kg重油
即 Nm3/kg重油
四、热化学关系式
1、燃料的发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下的热量变化（kJ/kg or kJ/m3），称为燃料的发热量。
高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热。
低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完全燃烧过程所释放的热量。
发热量计算：若已知燃料中氢和水的含量，低位发热量qL可由高位发热量qH减去水蒸气的凝结热而求得。 qL=qH-25(9WH+WW) kJ/kg
式中：WH，WW——燃料中氢和水分的质量百分数。
2、燃烧设备的热损失
燃料燃烧产生的热量仅有一部分能够被有效利用。燃烧设备的热损失主要来自排烟热损失、不完
全燃烧热损失和炉体散热损失等。
（1）排烟热损失：由于排烟带走一部分热量所造成的。一般锅炉排烟热损失为6—12%。
影响因素：排烟温度和排烟体积。
（2）不完全燃烧热损失：包括化学不完全燃烧和机械不完全燃烧造成的热损失。
（3）散热损失：由于锅炉炉墙、锅筒、汽水管道等部分温度高于周围空气温度，因而有部分热量散失。

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备注
第三节 烟气体积及污染物排放量计算
一、烟气体积计算
1、理论烟气体积
在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。
干烟气：除水蒸气以外的部分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。
所以理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和（即湿烟气）。
Vfg0=V干烟气+V水蒸气 V理水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中所给+V理论空气量带入的
实际烟气体积 Vfg0 Vfg = Vfg0 + (a-1)Va0
2、烟气体积和密度的校正
燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm），故需换算成标态。
大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。
设观测状态下：（Ts、Ps下）烟气的体积为Vs，密度为ρs。
标态下：（TN、PN下）烟气的体积为VN，密度为ρN。
标态下体积为：
标态下密度为：
3、过剩空气较正
因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。
用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和空气过剩系数。
空气过剩系数为 a=
m---------过剩空气中O2的过剩系数
设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，

假设空气只有O2、N2分别为21%、79%，则空气中总氧量为
理论需氧量： 0.266N2P—O2P
所以
若燃烧完全
若燃烧不完全产生CO须校正，即从测得的过剩氧中减CO氧化为CO2所需的O2 为：
各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。
二、污染物排放量的计算
根据实测烟气中污染物浓度、排烟体积和温度等数据，计算污染物排放量——实测法
根据同类燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况，预测烟气量和污染物浓度进而计算污染物排放量——预测法。
例2-4 对例2-3给定的重油，若燃料中硫会转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以ppm表示，并计算此时干烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。
解：由例2-3可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：
CO2：73.58 H2O：47.5+0.0278
SOx：0.5 Nx：
理论烟气量：73.58+(47.5+0.0278)+0.5+()=491.4mol/kg重油
即 491.4=11.01m3N/kg重油
空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：

其中10.47为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。
烟气中SO2的体积为
烟气中SO3的体积为
所以，烟气中SO2、、SO3的浓度分别为：

当α=1.2时，干烟气量为：

CO2体积为：
所以干烟气中CO2的含量以体积计为：

例2-5：已知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93kPa，湿烟气量Q=10400m3/min,含水汽6.25%（体积），奥萨特仪分析结果是：CO2=10.7%，O2=8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7kg/min。求：
（1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示）；
（2） 污染物在烟气中浓度；
（3） 燃烧时的空气过剩系数
（4） 校正至空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气中的浓度。
解：（1）污染物排放的质量流量为：

（2）测定条件下的干空气量为：

测定状态下在干烟气中污染物的浓度：

标态下的浓度：

（3）空气过剩系数：
（4）校正至α=1.4条件下的浓度：

习题讲解

例1：用奥萨特仪测得烟气成分如下：CO2和SO2总计为10.7%，O2为8.2%，不含CO，（1）求空气过剩系数。（2）若实测烟尘浓度为4200mg/m3，校正至空气过剩系数α=1.8时，烟尘浓度是多少？
解：依题意：

例2： 已知某电厂烟气温度为473K，压力等于96.93kPa，湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（体积）。奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO。污染物排放的质量流量是22.7kg/min。求：
（1）污染物排放的质量速率（以t /d表示）；（2）污染物在（干）烟气中的浓度；
（3）燃烧时的空气过剩系数；（4）空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气中的浓度。
解：（1）污染物排放的质量流量为：

（2）测定条件下的干烟气量为：

测定条件下干烟气中污染物的质量浓度为：
修正为标准状态下的浓度为：

（3）空气过剩系数为：

（4）空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气中的浓度为：

例3、甲烷在空气过剩20%的条件下完全燃烧。已知空气的湿度为0.0116molH2O/mol干空气，试计算：（1）燃烧1mol甲烷需要的实际空气量；（2）燃烧产物的量以及烟气组成。
解：（1）以1mol甲烷作为计算的基准，
反应式如下： CH4+2O2=2H2O+CO2
需要的干空气量：

需要的实际空气量为：
Vd（1+0.0116）mol=11.43 1.0116 mol=11.56 mol
（2）忽略燃烧过程中NOx的形成，烟气的组成为：
CO2：1mol;
H2O：（2+11.43 0.0116）=2.13 （mol）;
N2：0.79 *11.43=9.03（mol）;
O2：11.43*0.21-2=0.4（mol）
烟气的总量为：
n=1+2.13+9.03+0.4=12.56(mol)
由此可计算各组分的体积分数，
CO2的体积分数： 1÷12.56×100%=7.96%
H2O的体积分数： 2.13÷12.56×100%=16.96 %
N2的体积分数： 9.03÷12.56×100%=71.89 %
O2的体积分数： 0.4÷12.56×100%=3.18 %

第二章 燃烧与大气污染小结
燃料的分类：固、液、气 煤的分类：褐煤、烟煤、无烟煤
煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、硫含量和热值。
煤的元素分析：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。
煤中硫的形态：硫化铁硫、有机硫、硫酸盐硫
煤的成分的表示方法 ： 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基。
影响燃烧过程的主要因素：空气条件、温度条件、时间条件、燃料与空气的混合条件。
理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。
计算方法：首先计算燃料完全燃烧的理论需氧量，然后折算成空气量。
需氧量×（1+3.78）
空气过剩系数：实际空气量与理论空气量之比。以 a 表示， a > 1其大小取决于燃料种类、燃烧装置型式及燃烧条件等因素。
实际空气量：根据 a 计算。
空燃比：是指单位质量燃料完全燃烧所需的空气质量。 (kg/kg)
燃烧产物与温度的关系：SOX、NOX、CH和CO。
发热量：单位燃料完全燃烧时，所放出的热量。
燃烧设备的热损失主要来自排烟热损失、不完全燃烧热损失和炉体散热损失等。
理论烟气量（体积）：在供给理论空气量条件下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积。（干、湿）
实际烟气量（体积）：等于理论烟气量与过剩空气量之和。 即 Vfg = Vfg0 + (a -1)Va0
燃烧产物与温度的关系：SOX、NOX、CH和CO。
发热量：单位燃料完全燃烧时，所放出的热量。
燃烧设备的热损失主要来自排烟热损失、不完全燃烧热损失和炉体散热损失等。
理论烟气量（体积）：在供给理论空气量条件下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积。（干、湿）
实际烟气量：等于理论烟气量与过剩空气量之和。 即 Vfg = Vfg0 + (a -1)Va0
过剩空气校正

教学内容
备注
第三章 大气污染气象学
第一节 大气圈结构及气象要素
一、大气圈垂直结构
地球表面环绕着一层很厚的气体，简称为大气。
ü 受地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈。上界定为1200~1400km。
ü 大气圈的垂直结构是指气象要素的垂直分布情况，如气温、气压、大气密度和大气成分的垂直分布。
ü 根据气温在垂直于下垫面方向上的分布，将大气圈分为五层：
对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。
（1）对流层（～10km左右）：是大气圈最低的一层。对流层的厚度随纬度的增加而降低。
特点： ①集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层；
②大气温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C；
③空气具有强烈对流运动；
④温度和湿度的水平分布不均。
大气边界层——对流层下层1～2km，气流受地面阻滞和摩擦作用明显
近地层——地面上50～100m
自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略
（2）平流层（对流层顶～50~55km）
同温层——对流层顶到35~40km，气温几乎不随高度变化，气温为-550C左右；
逆温层——同温层以上，气温随高度增加而增加，顶温达-3℃
臭氧层——平流层中集中了大部分臭氧，在20~25 km高度上达到最大值；
没有对流运动，污染物停留时间很长。
大气的水平运动和垂直运动微弱，干燥少尘（几乎不存在水蒸汽和尘埃），透明度较好，没有云、雨等天气现象，是飞机理想的飞行区域。
（3）中间层（平流层顶～85km）：气温随高度升高而迅速降低，顶部气温可达-83℃以下。对流运动强烈，垂直混合明显。
（4）暖层（中间层顶～800km）：气温随高度升高而增高；暖层气体分子被高度电离，存在大量的离子和电子—电离层
（5）散逸层（暖层以上的大气层）：气温很高，空气稀薄，空气粒子的运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸到太空中。

大气压力的垂直分布：总是随高度的升高而降低。大气密度随高度的变化同压力的变化规律。
大气成分的垂直分布：取决于分子扩散和湍流扩散的强弱。
均质大气层——80～85km以下，成分基本不变。
非均质大气层——以分子扩散为主，气体成分随高度的变化而变化。
二、主要气象要素
表示大气状态的物理量和物理现象在气象学中统称为气象要素。气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、风速、云量、能见度及降水量等。
1、气温：地面气温一般是指距地面1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。表示气温高低常用的温度有两种：摄氏温度和热力学温度。关系如下： K=℃+273.15
2、气压：气压是指大气压强。静止大气中某观测高度上的气压值等于其单位面积上所承受的垂直空气柱的质量。气压的单位为帕。 国际上规定：温度0℃、纬度45°的海平面上的气压为一个标准大气压，1atm=101325Pa=760mmHg
3、气湿：即空气的湿度，表示空气中水汽含量的多少，是反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量，是决定云、雾、降水等天气状态的重要因素。
表示方法有：绝对湿度、水汽压、饱和水气压、相对湿度、含湿量、水汽体积分数及露点等。
（1）绝对湿度：在1m3湿空气中含有的水汽质量（kg）。
式中： ——空气的绝对湿度。Kg/m3(湿空气)；
pW ——水汽分压，Pa；
RW ——水汽的气体常数，RW=461.4J/(kg．K)
（2）相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之百分比，等于空气的水汽分压与同温度下饱和空气的水汽分压之百分比，
即

式中： ——空气的相对湿度，%；
——饱和绝对湿度， Kg/m3(饱和空气) ；
pV ——饱和空气的水汽分压，Pa。
(3) 含湿量：湿空气中1kg干空气所包含的水汽质量（kg）称为空气的含湿量。

式中：d ——空气的含湿量，kg(水汽)/kg(干空气)
——干空气的密度，kg/m3。
(4) 水汽体积分数：水汽在湿空气中所占的体积分数。对于理想气体，混合气体中某一气体的体积分数等于其摩尔分数。
(5) 露点：在一定气压下空气达到饱和状态时的温度。
4、风向和风速：
气象上把水平方向的空气运动称为风；垂直方向的空气运动称为升降气流。
风向是指风的来向，可用8个方位或16个方位表示；
风速是指在单位时间内空气水平方向运动的距离，m/s。
可根据风力大小来粗略估计风速。根据自然现象将风力分为13个等级（0～12级），用F表示风力等级，则风速u为：

5、云：云是大气中的水汽