大气污染控制工程环科班复习资料

第一章 概论1、 大气污染：国际标准组织定义（ ISO）定义：大气污染通常系指 由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。2、 大气污染源的分类：大气污染按范围来分：（ 1）局部地区污染；（ 2）地区性污染；（3 ）广域污染；（4）全球性污染3、 大气污染物：按其存在状态可概括为气溶胶状污染物和气态状污染物。 气溶胶状污染物：指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体价质中的悬浮体系。 分类：烟0.1 1m 尘10 100m：飘尘（10m ）雾1 10m （TSP 17、 空燃比（AF）定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。8、 理论空气量的经验计算公式（详见书）9、 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：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V 干烟气 +V 水蒸气 V 理论水蒸气 =V 燃料中氢燃烧后的水蒸气 +V 燃料中水 +V 理论空气量带入的 10、 实际烟气体积 Vfg0 Vfg = Vfg0 + (a-1)Va011、 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想气体，故可应用理想气体方程。设观测状态下（Ts、Ps 下）：烟气的体积为 Vs，密度为 s 。标态下（ TN、PN 下）： 烟气的体积为 VN，密度为 N 。标态下体积为：标态下密度为：QNwzyxzyNOwzyxOSHCwzyx 22222 78.3478.34kgmwzyxzyxVa/ 163208.12/41.07./.230 0aVSNSNVTP12、 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、O 2 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 20.9%、79.1%，则空气中总氧量为理论需氧量：0.264N 2P-O2P 所以（燃烧完全时）若燃烧不完全会产生 CO，须校正。即从测得的过剩氧中减去 CO 氧化为 CO2 所需的 O2 此时各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。13、 标况下烟气量计算式： 14、 燃料中硫的氧化机理：燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是 SO2 和 SO3，但 SO3 的浓度相当低，即使在贫燃料状态下，生成的 SO3 也只占 SO2 生成量的百分之几。在富燃料状态下，除 SO2外，还有一些其它 S 的氧化物，如 SO 及其二聚物（SO ） 2，还有少量一氧化二硫 S2O。这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。 故一般主要生成SO2,计算时可忽略 SO3。 第三章 污染气象学基础知识1、 影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为。与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温、气压、空气湿度（气湿） 、风（风向、风速） 、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。（1 ） 气温：表示大气温度高低的物理量。通常指距地面 1.5m 高处百叶箱中的空气温度。 （2 ） 气压：任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。气压总是随高度的增加而降低的。气压随高度递减关系式可用气体静力学方程式描述，即 P=-gZ，其积分式压高公式： 1212lnl ZRTgPm（3 ） 空气湿度（气湿）：反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。 （4 ）风：风的形成：风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。m1理 论 空 气 量实 际 空 气 量PNCNmC267.31Pa24.0PPCON5.26.12)1(0gaffV（5 ） 云：形成的基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环境。国外云量与我国云量间的关系，国外云量1.25=我国云量。 总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。 （6 ）能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离，单位：m，Km。 能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。 （7 ）太阳高度角：太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。h o 即太阳高度角，它随时间而变化。（8 ）降水：降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。2、 气温的垂直变化1、 大 气 的 绝 热 过 程 （ 1） 热 力 学 第 一 定 律 大 气 中 的 热 力 学 过 程 遵 循 热 力 学 第 一 定 律 ， 即 能 量 守 恒 定 律 。 表 示 加 于 任 一 封 闭 物 系 （ 气 体 ） 的 热 量 Q等 于 该 物 系 内 能 的 变 化U 和 物 系 对 外 所 做 的 功 W， 即 ： UQ 在 无 非 膨 胀 功 时 ， 其 微 分 表 达 式 为 ： PdVTCdv - 将 状 态 方 程 RPV代 入 上 式 ， 并 取 RCvp， 则 上 式 写 成 p - 变 形 为 ： PdQdTp - 式 中 ： dQ加 入 物 系 的 热 量 ； R气 体 常 数 ； Cp恒 压 比 （ 2） 大 气 绝 热 过 程 实 际 中 大 气 中 的 变 化 是 非 绝 热 变 化 ， 但 计 算 时 我 们 近 似 认 为 是绝 热 变 化 （ 气 块 在 大 气 中 的 运 动 ） 。 原 因 有 三 ： 空 气 的 导 热 率 较 小 ， 变 化 慢 ； 气 块 大 气 中 运 动很 快 ； 气 压 变 化 很 大 。 大 气 的 绝 热 方 程 ： 绝 热 ： 0Q， 式 变 为 ： 两 边 积 分 ， 得 即 有 ： 因 CP - CV = R又 CP/CV = K， 对 于 空 气 K=1.404 于 是 得 大 气 绝 热 方 程 ： 1212lnlPCRTdPRT12 28.0112PT干绝热递减率： 绝热垂直递减率（绝热直减率）：气块在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离时的温度变化值。 （通常取 100m） ，单位：/100m。 干绝热垂直递减率 d（干绝热直减率）: 干气块（包括未饱和湿空气）在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离的温度变化值。 （通常取 100 米） ，根据计算，得到 d 约为0.98/100m ， 近似 1/100m。 干绝热：气团是未饱和状态，不会有状态的变化，负号“”表示气块在干绝热上升过程中温度随高度的升高而降低，若不计高度、纬度影响，取 g=9.81m/s2，C P=1004.8J/(KgK)则 d=0.98K/100m 1K/100m。表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）100m， 温度降低（或升高）1。（3 ） 湿空气的绝热变化 湿空气团作绝热升降时情况较复杂，在升降过程中若无相变化，其温度直减率和干绝热直减率一样，每升降 100m，温度变化 1 ；若有相变化，每升高 100m，温度变化小于1 。湿空气上升达到饱和状态并开始凝结的高度称为凝结高度 ，在凝结高度以下，其温度变化同干空气一样；在凝结高度以上，温度变化小于干空气的变化值，饱和空气每上升（或下降）单位距离空气的温度变化，称为湿绝热递减率 m，约为 0.5/100m。 3、 温度层结类型（1 ）温度随高度的增加而降低（Z t） ，正常分布，或递减层结，一般情况是这种规律。（2 ）温度梯度等于或近似于 1/100m，称中性层结。 （3 ）温度随高度增加而升高（Z t ） ，称为逆温层结。 （4 ）温度不随高度变化，称为等温层结。4、 大气的静力稳定度：指大气垂直运动的气团是加速、抑制，还是无影响的一种热力学性质。大气稳定度影响大气污染物的扩散能力。 （1 ） 大气稳定度：是指大气中任一高度上的一空气块在铅直方向上的稳定程度。（2 ） 大气稳定度的分类（3 类）：如果一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或者下降的运动，当外力消除后，可能发生三种情况：气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时大气是稳定的。气块仍然加速上升或下降，此时大气是不稳定的。气块停留在外力消失时所处的位置，或者做等速运动，这时大气是中性的。讨 论 ： 0d 气 块 上 升 时 ， dZ ， 01aGF， 符 合 不 稳 定 条 件 ； 气 块 下 降 时 ， dZ 。 ， 符 合 不 稳 定 条 件 。 0无 论 上 升 、 下 降 均 属 于 不 稳 定 状 态 。 d 气 块 上 升 ， dZ ， 01a， 稳 定 状 态 ； 气 块 下 降 ， dZ 。 GF， 稳 定 状 态 。 在 此 状 态 下 ， 不 易 扩 散 。 =0等 温 ； d 01a， 中 性 状 态 。 判 断 大 气 是 否 稳 定 ： 对 于 未 饱 和 空 气 、 干 空 气 ， 可 利 用 d来 判 断 ； 而 对 饱 和 空 气 而 言 ， 用 0m来 判 别 ， 一 般 实 验 时 用 此 法 ， 但 不 实 用 ， 实 际 应 用 中 常 用 另 一 种 方 法 。 用 位 温 梯 度 判 别 dTZ 时 ， 气 层 中 性， 时 ， 气 层 不 稳 定， 时 ， 气 层 稳 定， ddZ0 5、 逆温：温度随高度的增加而增加，此时 （1 ）跟我们研究污染有关的因素：逆温层的消失时间； 逆温层底的高度；逆温层的厚度；逆温的强度（温度随高度的变化情况） 。不同季节都应掌握上述数据。逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口。（2 ）逆温形成的过程：形成逆温的过程多种多样，最主要有以下几种：辐射逆温（较常见） ；下沉逆温；锋面逆温；湍流逆温。6、 辐射逆温由于大气是直接吸收从地面来的辐射能，愈靠近地面的空气受地表的影响越大，所以接近地面的空气层在夜间也随之降温，而上层空气的温度下降得不如近地层空气快，因此，使近地层气温形成上高下低的逆温层，这种因地面辐射冷却而形成的气温随高度增加而递增现象叫辐射逆温。以冬季最强 7、 五种典型烟流和大气稳定度（1 ）波浪型 ro ，rrd 很不稳定（2 ）锥型：r o ，r rd 中性或稳定（3 ）扇型：r o ，rrd 稳定（4 ）屋脊型：大气处于向逆温过渡。在排出口上方：ro，rrd 不稳定;在排出下方；ro，rrd ，大气处于稳定状态。 （5 ）熏烟型：大气逆温向不稳定过渡时，排出口上方：ro，rrd，大气处于稳定状态；0dZT8、 边界层的风和湍流对大气污染的影响 风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接最本质的因素。风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越低。风对大气污染物扩散和输送的影响：风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。 （1 ）风向影响污染物的水平迁移扩散方向。（2 ）风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比，风速增大 1 倍，下风向污染物将减少一半。 风向频率是指一定时间内（年或月） ，某风向出现次数占各风向出现总次数的百分率。 污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。P 越大，某下风向污染越严重。 该 风 向 的 平 均 风 速风 向 频 率污 染 系 数 各 风 向 的 总 次 数某 风 向 出 现 次 数风 向 频 率 P %10 9、 湍流除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而形成它与分子运动极为相似。不同的是，分子的运动以分子为单位，湍流以湍涡为单位，湍涡运动速度比分子运动速度大的多，比分子扩散快 105106 倍。没有湍流运动，污染物的扩散就成了问题。这是因为无湍流时，污染物单靠分子扩散，扩散速度很小；有湍流时，由于其靠湍流扩散，运动的方向和大小都极不规则，使流场各部分间强烈混合，混合加快了扩散速度。若只有风无湍流，从烟囱中排出的废气像一条“烟管”一样几乎保持着同样粗细，吹向下方，很少扩散。形成：近地层大气湍流有两种：热力湍流；机械湍流。 热力湍流：主要由于大气的铅直稳定度而引起，大气的铅直稳定度是由于气温的垂直分布决定的。 机械湍流：有动力因子产生，由于大气垂直方向上的风速梯度不同和地面粗糙度不同而产生。 归纳：风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越低。风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素。10、 降水对大气污染的影响 降水对大气污染有净化作用，降水的净化作用与降水的强度和持续时间有关。降水越强，降水时间越长，降水后大气污染物浓度越低，保持低浓度的时间越长。11、 云量与辐射的昼夜变化 一般来说：晴天白天，特别是夏季中午，太阳辐射最强，温度层结递减，处于极不稳定状态；夜间，黎明前逆温最强，日出与日落前后为转换期，均接近中性层结。 云：对辐射起屏障作用，既阻挡白天的太阳辐射，又阻挡夜间地面向上的辐射。总效果：减小气温随高度的变化。 12、 天气形势的影响 天气形势指大范围气压分布状况。一定的天气现象和气象条件都与相应的天气形势联系起来。所以，天气形势与影响空气污染的气象因素密切相关，影响了污染物在大气中的扩散。 低压气旋控制区：空气有上升运动，云天较多，通常风速较大。 强高压反气旋控制区：天气晴朗，风速较小。 第四章 大气扩散浓度估算1、