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大气污染防治工程技术
2007年8月
北京
1 大气污染物的形成
1.1 大气污染的定义
如果大气中的某些物质达到一定浓度，并持续足够
的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特
性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。
1.2 大气污染物的种类、特牲及危害
1.2.1 大气污染物
是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气
或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物
质。
1.2.2 大气污染物的种类



按污染物存在的形态可分为两大的类：
1. 气溶胶状态（颗粒态）的污染物
2. 气体状态的污染物
我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为：
1. 总悬浮颗粒物（TSP，Total Suspended
Particles）：指悬浮在空气中的空气动力学直径
≤100μm的颗粒物。
2. 可吸入颗粒物（PM10，Inhalable Particles ）：
指悬浮在空气中的空气动力学直径≤ 10μm的颗粒物。
主要气态污染物：含硫化合物（以SO2为主）、含氮化
合物（以NO和NO2为主）、碳氧化合物（CO和CO2）、
有机化合物及卤素化合物等。
1.2.3 大气污染物的来源



按污染物来源分：自然源、人为源
人为源按空间分布分：点源、面源、线源
人为源按社会活动功能分：生活污染源、生产（工业）
污染源、交通污染源；统计分类为燃料燃烧、生产和交
通运输；前两种为固定源，后一种为移动源。
1.2.4 大气污染物的影响




对人体健康的影响
对植物的伤害
对器物和材料的影响
对能见度和气候的影响
大气污染物扩散
2.1 气象要素
2
2.1.1 气温
2.1.2 气压
2.1.3 气湿：应用较多的参数湿相对湿度和含湿量
2.1.4 风向和风速
2.1.5 云：与大气稳定度相关的是云高和云量
2.1.5 能见度：正常视力的人，在天空背景下能看清的水平
距离。级别（0~9级，相应距离为50～50000米）
2.2 地形、地貌对大气污染物扩散的影响
2.2.1 地形：影响大气流场
2.2.2 地貌：影响下垫面粗糙度和局部流场
风速,m/s
风玫瑰图
2.3 大气的热力过程
2.3.1 气温的垂直变化
气温直减率
T
 
z
（大气）
干空气绝热温度递减率－ 干绝热直减率
d  
dTi
dz
（空气团）
一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换
（由压力变化引起）
空气块
膨胀（做功）
T
耗内 能
定性
空气块
压缩（外气对它做功）
内能
T
温度层结
T
 
z




>0，
正常分布层结
＝ d ，
中性层结（绝热直减率）
＝0 ，
等温层结
<0 ，
逆温层结
2.3.2 大气稳定度及其判据
大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流
气块减速，有返回趋势，稳定
外力使气块上升或下降
气块去掉外力
气块加速上升或下降，不稳定
气块停在外力去掉处，中性
大气不稳定,有利于污染物扩散
• 判据
混合层
中性层
稳定层
•
   d >0, a>0
   d <0, a<0
   d ＝0，a=0
 <0 ， a<0
不稳定
稳定
中性
逆温，非常稳定
逆温：不利于扩散
⑴ 辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，
大气自下而上冷却
辐射逆温层生消过程
⑵下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）：
很厚的气层下沉，压缩变扁，顶部增温比底部多
下沉逆温的形成
⑶平流逆温
暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成
⑷湍流逆温
  d
下层湍流混合达  d
上层出现过渡层
逆温
⑸锋面逆温
冷、暖气团相遇
暖气上爬，形成锋面
冷暖间逆温
2.4 扩散模式
2.4.1高斯扩散模式

高斯扩散模式的坐标系
2.4.2 无界空间连续点源扩散模式
q
y2
z2
c( x, y , z ) 
exp[( 2 
)]
2
2 y 2 z
2πu y z
2.4.3 高架连续点源扩散模式
• 空间任意点浓度
• 地面浓度
• 地面浓度
• 地面最大浓度
2.4.4 地面源高斯模式
2.4.5 颗粒物扩散模式
粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算
大于15μm的颗粒物用倾斜烟流模式：
(1  a )q
y2
( H  vt x / u )2
c( x, y,0, H ) 
exp(  2 ) exp[ 
]
2 y
2 z2
2πu y z
颗粒物沉降速度
vt 
d p2 p g
18
地面反射系数
粒径范围（μm）
15～30
31～47
48～75
76～100
平均粒径（μm）
22
38
60
85
α
0.8
0.5
0.3
0
2.5 污染物浓度估算
2.5.1 参数确定
⑴源强 q — 计算或实测
⑵平均风速 u — 按气象资料
⑶有效源高 H — 计算
⑷扩散参数σy、σy —— 按多项气象条件确定
2.5.2 烟气抬升高度的计算
《制订地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T13201-91)中的公式：
( 1) 当 Q H  2 1 0 0 k W 和 ( T s  T a )  3 5 K 时
 H  n 0Q H n1  H
Q H = 0 .3 5 Pa Q V
u
n2
s
1
T
Ts
⑴
 T  Ta  Ts
( 2) 当 1 7 0 0 k W  Q H  2 1 0 0 k W 时
Q H  1700
400
2 (1 .5 v s D  0 .0 1 Q H )
0 .0 4 8 ( Q H  1 7 0 0 )
H 1=

u
u
( 3) 当 Q H  1 7 0 0 k W 或  T  3 5 K 时
H =H 1  (H
2
 H 1)
2 (1 .5 v s D  0 .0 1 Q H )
u
( 4) 当 1 0 m 高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于 1 .5 m /s 时
H =
 H = 5 .5 Q H 1 / 4 (
d Ta
 0 .0 0 9 8 )  3 / 8
dz
2.5.2 扩散参数的确定
国标规定的方法：
 稳定度分级
太阳高度角（地理纬度，倾角）
辐射等级
云量
确定大气稳定度


扩散参数的选取

扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）

平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级
工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方
向提一级
丘陵山区的农村或城市，同工业区
取样时间大于0.5h， 垂直方向扩散参数不变，横向扩散
参数按下式:




 y   y ( 2 )q
1
2
1

烟囱高度的设计

烟囱高度的计算
要求：
（1）达到稀释扩散的作用
（2）造价最低， 造价正比于H2
（3）地面浓度不超标

按地面最大浓度计算
z
2q  z
Cmax 
( )
2
 y 在0.5～1.0之间取
πuH e  y
2 q z
Hs 
 H
πeu (C0  Cb ) y
C max  C 0  C b
C 0－标准浓度
C b－本底浓度
–
–
按地面绝对最大浓度计算
按一定保证率的计算法
取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散
参数
－P值法
国标GB/T 13201-91
q  106
Hs 
 H
P
3 颗粒污染物控制技术
3.1 颗粒污染物的性质
3.1.1 颗粒的大小和密度
颗粒大小影响其在环境空气中的滞留时间、对环境
和健康的影响、被捕集的难易程度；颗粒越小，活性
越高，吸附性也越强。实际颗粒物的粒径范围很宽
（见下表）。

单颗颗粒大小的表达：由于颗粒形状极不规则，难以
简单地用某一尺度表达，必须根据需要采用不同定义
的粒径值表达。在环境空气质量标准中单颗颗粒大小
用空气动力学直径（单位密度下）；计算颗粒运动时
需要用斯托克斯径（真密度下）。颗粒粒度测定方法
很多，不同方法所测得的粒径制定义不同，而且不同
定义的粒径值多数难以互相换算。
⑴斯托克斯径：与被研究的颗粒密度相同，且沉降速度相
等的球体直径。
 18 v

s
d st  

   p   g  g 
1
2
如果忽略空气密度值，则
18 vs 
d st  


g
 p 
1
2
式中，vs ——颗粒沉降速度，m/s；
ρp ——气体密度，kg/m ；m 3
ρg ——颗粒密度， kg/m ；m 3
μ ——气体动力粘度，Pa·s；
g ——重力加速度，m/s 。m 2
⑵空气动力学当量直径：与被研究的颗粒沉降速度相同，
3
且密度为单位密度(ρu =1000kg/m )的球体的直径。
由上两式可得
18 vs 
dD  

ρ
u g


1
2
d st=(ρu / ρp) dD
0.5
⑶我国《环境空气质量标准》规定了总悬浮物( TSP )、可吸
入颗粒物( PM10 )的浓度限值。其粒径为空气动力学当量
直径。
TSP —— 总悬浮颗粒物,空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物；
PM10 ——可吸入颗粒物，空气动力学当量直径≤10μm 的颗物；
PM2.5 ——空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物。
颗粒群大小的表达：实际的颗粒物一般由不同大小的颗
粒组成。其大小的表达方式有多种，如特征值、平均值
（可用不同方式平均）和当量值表达，也可用颗粒粒径
组成百分数表达，更准确的表达方式是粒径分布函数。
颗粒群自然状态的密度为堆积密度。
3.1.2 其他影响颗粒物去除的性质
影响颗粒去除的性质因素有粘附性（影响除尘器清
灰）、导电性（对电除尘影响很大）、亲水性（与是否
适合湿式除尘有较大关系）、化学活性（腐蚀性与材质
选取，对可燃颗粒物必须考虑安全问题）。

3.1.3 颗粒物捕集设备的性能
处理能力
单位时间允许通过的气流量（ m3/s 或 m3/h）。
3
 除尘效率
单台设备的除尘效率表达方式有全效率和分级效率2种。

⑴除尘器全效率(η)：被捕集的颗粒物质量(m1)入除尘器
颗粒物总质量(m2)的百分数
η= (m1 / m2) ╳ 100 %
⑵除尘器的分级效率(ηd):被捕集的某种粒径（或粒径区
间）颗粒物的质量(md1)占进入除尘器的同种粒径（或粒
径区间）颗粒物物总质量(md2)的百分数
ηd= ( md1 / md2 )
╳
100 %
⑶除尘器的组合效率：除尘器串联可提高净化效率，n级
设备（各级的效率ηn）串连后的总效率
η1-n=1-(1 -η1 )(1 -η2 )……(1-ηn )
气流阻力
⑴单个除尘器的阻力:影响设备运转能耗的重要参数。

ΔP=ξv2ρg/2
⑵除尘器串联阻力: 各级阻力叠加
ΔPT=ΣΔPi
6666666666666
3.2 电除尘
含尘气体通过电晕放电电场，尘粒荷电；在电场力作用下，
荷尘粒向集尘极驱进；尘粒在集尘极表面沉积，并被清除。电除尘
器的特点特点：高效、低阻，可处理高温气体。选用受到颗粒物比
电阻的限制（常规电除尘器比电阻适应范为104Ω·cm～1010Ω·cm）。
3.2.1 原理
 电晕放电：负电晕—非均匀电场电子雪崩形成电晕放电，电晕电
流大，击穿电压高，因而除尘效果好，应用多；正电晕靠光子辐
射电离，产生臭氧少，常用于空调中的除尘。
 颗粒荷电：负离子与尘粒复合，使尘粒荷电。电场荷电（大颗
粒），扩散荷电（小颗粒）。
 颗粒沉积：荷电尘粒在电场力作用下向集尘极作驱进运动，并沉
积。
 重返气流：电荷释放，再荷同性电，重返流（低比电阻）；电荷
积累，形成反电晕（高比电阻）。
静电沉积过程
（负电晕放电）
3.2.2 集尘效率及影响因素

集尘效率
 f

  1  exp   vd 
 QV

 g 
式中：f — 集尘极有效面积；
Q — 气体流量；
vd —有效驱进速度是重要的设计参数，是经验数据，通常
由实验确定。
此式常被称为多依奇公式，可用于选型计算。
主要影响因素有废气成分及状态（温度、压 强、颗粒物导电
性（比电阻）；颗粒物浓度；电极形状；气流分布；供电条件等。
振打清灰也影响集尘效率。
克服高比电阻对电除尘的不利影响，可从改变电除尘器结构和
降低颗粒物比电阻两方面采取措施：例如双区、宽极距和高压脉冲
供电等技术已应用，对高比电阻颗粒物有效；避开比电阻峰值温
度；向烟气中添加导电性物质（如三氧化硫、氨）等。湿式电除尘
器对低比电阻、粘性颗粒物有效。

3.2.3 电除尘器的类型和构造
 电除尘器可分为：板式、管式，干式、湿式等。

电除尘器由放电极（圆线、星型线、芒刺线等）、
集尘极（板式、管式、蜂窝式等）、振打清灰装
置、气流布板、壳体和灰斗、电源（直流、脉冲）
和控制装置等部分组成。一组放电极-集尘极构
成一个电场。电场可以设置为单区（放电、集尘
合一）或双区（放电、集尘分开）型。大型电除
尘器可设计为多室（单元电联）、电场（单元电
场串联）形式。
电除尘器构造图
3.3 过滤式除尘器
3.3.1 过滤机理
含尘气体通过滤料，尘粒被阻留。滤层过滤方式有深层过滤和表
面过滤。
 深层过滤：常规纤维或颗粒滤料，难以形成微米以下的微细空
隙，不可能筛滤微米级颗粒物。颗粒物进入滤层中被阻留，主要作
用机理有惯性沉降、截留和扩散沉积等（后图）。
深层过滤的主要条件（尤其对于细微颗粒）是捕集体的表面
积和颗粒物在滤层中的停留时间，即滤层必须具有尽可能大的比表
面积和足够的厚度。因此，要使深层过滤具有很高的效率并不容
易；深层过滤的滤层阻力相对较低，且阻力随积尘量增加而增大的
速度较低，因而容尘量较大，这是深层过滤的优点；深层过滤清灰
比较困难。
 表面过滤：颗粒物在滤层表面被阻留，主要作用机理接近筛滤。
颗粒物沉积在滤层表面形成的积尘层（灰饼），空隙很 小，可以起
表面过滤作用。复合滤料的微孔滤膜也是起表面过滤作用。

3.3.2 过滤除尘器的特点和应用



特点：高效、高可靠性，应用范围广（工艺上还用于物
料回收）；阻力较电除尘器高，且有周期性变化（一个
清灰周期）。
种类：过滤除尘器的种类很多，常用的是袋式除尘器。
应用：适用面很广泛，近年来由于环保要求（尤其是对
细颗粒）不断提高，袋式除尘器的市场份额稳步增加
（上世纪90年代初，美国由于清洁空气法修订后，火电
厂烟气除尘出现 “电” 改 “ 袋 ” 的趋势，近年来我
国也有类似情况）。由于新型滤料在适应高含湿量气体
方面有所突破，不但使用范围扩大，而且正在开发直接
用于多种烟气脱硫工艺。
3.3.3 滤料
滤料是关键：材质、组织和结构

滤料种类
－按滤料结构分
滤布:阻力较小
毛毡:除尘效率较高
－按滤料材质分
天然纤维：棉毛织物，适于无腐蚀、350～360K以下气体
无机纤维：主要是玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地
脆
合成纤维：性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用
领域
滤料种类及性能
耐温性能/K
滤料名称
直径/μm
长期
最高
吸水率/
％
耐酸性
耐碱性
强度
很差
稍好
1
棉织物（植物
短纤维）
10～20
348～358
368
8
蚕丝（动物长
纤维）
18
353～363
373
16～22
羊毛（动物短
纤维）
5～15
353～363
373
10～15
稍好
很差
0.4
尼龙
348～358
368
4.0～4.5
稍好
好
2.5
奥纶
398～408
423
6
好
差
1.6
涤纶（聚脂）
413
433
6.5
好
差
1.6
4.0
好
差
1
4.5～5.0
差
好
2.5
0
很好
很好
2.5
玻璃纤维（用
硅酮树脂处理）
5～8
523
芳香族聚酰胺
（诺梅克斯）
493
聚四氟乙烯
493～523
533
滤料性能
聚酯纤维(涤纶)
长纤维
性能指标
拉伸强度
5
短纤维
普通
高强
4.3～6.0
6.3～9.0
标准
聚砜酰胺
聚间苯二酰
聚苯硫醚
聚酰亚胺
纤维
间苯二胺纤维
纤维
纤维
(芳砜纶)
(莱通，ryton)
烯纤维/膜
(特氟纶,
(P-84)
teflon)
4.8～6.4
4.7～6.5
(芳纶, nomex)
聚四氟乙
5.65～6.22
4.49
3.70
×10 Pa
湿润
适用干烟气
长期
130
200
180～200
180
220
260
温度 / ℃
瞬间
150
210
250
190
260
270
75%硫酸、浓盐酸、浓硝酸、10％氢氧
20％硫酸、30
20 ％ 硫 酸 ， 30 ％ 硝
48％硫酸，93℃，
60％硫酸，室
化钠溶液、浓氨水中强度几乎不降
％ 硝 酸 、 35%
酸，50℃，500h，强
168h ， 强 度 保 持
温 ， 72h ， 强
盐酸中强度
度保持 55％～60％
100％
度保持 100％
保 持 70 ％ ～
10 ％ 氢 氧 化 钠 ， 50
40 ％ 氢氧 化 钠 ，
40 ％ 氢 氧 化
90％
℃，250h，强度保持
室 温 ， 500h ， 强
钠，室温，
10 ％ 氢 氧 化
50％～55％
度保持近 100％
72h ， 严 重 老
4.25～5.20
酸碱影响
钠 ， 50 ℃ ，
耐酸碱性好
化、破坏
168h，强度保
持 5％～6％
溶剂影响
( 乙醇、醚、 苯 、丙
一般不溶 解，在 热有机 溶剂混 合液中
耐受好
耐受好
耐受好
耐受好
耐受好
遇明火燃烧，
高温 熔 融 ，400 ℃起
基本不燃
遇明火燃烧
高温分解出
不熔融，离火
炭化
溶解
酮、汽油、全氯乙烯)
阻燃性
遇明火发烟燃烧，但速度较慢
自熄
的单体有毒
3.3.4 袋式除尘器的清灰


清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，
多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类
的
常用的清灰方式有3种
机械振动式
 逆气流清灰
 脉冲喷吹清灰


脉冲喷吹清灰

脉冲喷吹耗用压缩空气量
nV0
T
n 一滤袋总数，条
T 一脉冲周期，min
 一安全系数，取1.5
V0一每条滤袋喷吹一次耗用的压缩空气量
V 
脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达99％；
过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠
3.3.5 袋式除尘器的选择、设计和应用
 设计步骤:








选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适
应
选择清灰方式：与滤布相适应
计算气布比（滤速）
计算穿透率
计算需要的过滤面积和袋室数目
确定压损（供风机参数选定）
确定空压机或反吹风风机参数
经济核算
•选型计算

计算过滤面积
Q
A
60vF

一般情况下的过滤气速选取：
简易清灰: vF = 0.20～0.75 m/min
机械振动清灰: vF = 1.0～2.0m/min
逆气流反吹清灰: vF = 0.5～2.0m/min
脉冲喷吹清灰: vF = 2.0～4.0m/min
3.4 机械类除尘器
3.4.1 种类及特点


种类：机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）
的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有3种，即
 重力沉降室——结构简单，阻力低，除尘效率低；体积大。
主要用于含尘气体大颗粒预除尘。
 惯性除尘器——结构简单，阻力较低；除尘效率较低。主要
用于预除尘。
 旋风除尘器——结构简单，使用方便，效率中等。
特点：结构简单，造价低，使用方便；除尘效率属低、中等级。
3.4.2 重力沉降室


重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。
含尘气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重
颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。
层流式和湍流式两种。
• 层流式重力沉降室
假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中忽略气体
浮力，粒子仅受重力和阻力的作用。
－沉降室的长宽高分别为L、
W、H，处理烟气量为Q
－气流在沉降室内的停留时间
t  L / v0 
LWH
Q
－在t时间内粒子的沉降距离
hc  us  t 
us L us LWH

v0
Q
－该粒子的除尘效率
hc us L us LW
i  

H v0 H
Q
(hc  H )
－可能捕集的最小粒径
工程中为考虑其他因素影响，往往将该值增加一倍，即
－提高沉降室效率的主要措施
⑴降低沉降室内气流速度
⑵增加沉降室长度
⑶降低沉降室高度
－沉降室内的气流速度一般为0.3～2.0m/s
－多层沉降室效率
i 

湍流式重力沉降室
－分级除尘效率
us LW (n 1)
Q
3.5 湿式除尘器
使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯
性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大。
 高能和低能湿式除尘器
 低能湿式除尘器的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘
的净化效率可达90％～95%
 高能湿式除尘器的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5
％以上
3.5.1 特点和种类
 特点：高效，能有效去除0.1µm以上的颗粒；可处理高温、高湿、
可燃气体；在去除颗粒物同时能去除部分（可溶性）气态污染物。
存在设备腐蚀、堵塞，有废液、淤渣等问题；排气温度低，不利
于排气筒出口烟气抬升；不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘
的气体；寒冷地区使，应采取防冻措施；由于温度低、湿度高，
可能出现白烟。


种类
按作用原理可分为7种，其型式、性能和操作范围见下表：
湿式除尘器的型式、性能和操作范围
对5µm尘粒的近似
分级效率 / %
压损 / Pa
液气比 / l·m-3
重力喷雾
80
125～500
0.67～268
离心或旋风
87
250～4000
0.27～2.0
自激喷雾
93
500～4000
0.0670.134
泡沫塔
97
250～2000
0.4～0.67
填料床
99
50～250
1.07～2.67
文丘里
＞ 99
1250～9000
0.27～1.34
机械诱导喷雾
＞ 99
400～1000
0.53～0.67
型
式
3.5.2 文丘里洗涤器设计计算

几何尺寸计算

进气管直径D1按与之相联管道直径确定

收缩管的收缩角α1常取23o～25o

喉管直径DT按喉管气速vT确定，截面积比的典型值 FT:F1=1:4

vT的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液的物理化学性质、对洗涤器效率和
阻力的要求等因素

扩散管的扩散角α2一般为5o～7o

出口管的直径Dz按与其相联的除雾器要求的气速确定
L1 
D1  DT

ctg 1
2
2
L2 
D2  DT

ctg 2
2
2
• 压损计算
P  1.03  103 vT2 (
QL
)
QG
• 除尘效率计算
透过率 P  exp(
6.1109 LPCCdp2 f 2P

2
g
)
4 气态污染物控制技术
4.1 气态污染物的生成及控制
4.1.1 气态污染物的生成机理
 主要大气污染物(如CO、SO2、NOx、烟尘)来源于燃料燃烧；化学
反应、蒸发和升华、泄漏等也产生气态污染物。
 燃煤产生的污染物量最多。
CO由不完全燃烧产生；
SO2由燃料中硫分氧化生成；
NOx由
燃料中的氮氧化生成（燃料
型氮氧化物），空气中的氮
氧化生成（高温下生成的热
力型氮氧化物，低温火焰中
由于含碳自由基存在而生成
的瞬时氮氧化物）。
4.1.2 燃煤减少污染物的措施


减少SO2污染：燃料脱硫、燃烧过程中固硫、烟气脱硫。
减少NOx污染：低氮燃烧技术应用、烟气脱硝。
－传统低NOx燃烧技术
⑴低氧燃烧：可降低NOx，同时降低排烟热损失；但CO、
HC、碳黑产生量增加。
⑵降低助燃空气预热温度：燃烧空气由27oC预热到
315oC，NO排放量增加3倍。
⑶烟气循环燃烧：降低氧浓度和燃烧区温度－主要减
少热力型NOx。
⑷两段燃烧技术：第一段，氧气不足，烟气温度低，
NOx生成量很小；第二段，二次空气，使CO、HC完全
燃烧，但烟气温度低， NOx生成量不高。
－先进的低NOx燃烧技术
⑴炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器：炉壁设置
助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴，类似于两段燃烧技
术。
⑵空气分级的低NOx旋流燃烧器：一次火焰区，富燃料
燃烧，含氮组分析出但难以转化；二次火焰区，燃尽
CO、HC等。
⑶空气/燃料分级的低NOx燃烧器：空气和燃料均分级
送入炉膛，一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已
生成的NOx
4.2 吸收法净化技术
利用气体混合物中各组分在一定液体中溶解度的不同而分离气
体混合物的操作称为吸收。在空气污染控制工程中，这种方法已广
泛应用于含SO2、NOx、HF、H2S及其他气态污染物的废气净化上，成
为控制气态污染物排放的重要技术之一。
4.2.1 吸收过程分类
吸收过程通常分为物理吸收和化学吸收两大类。
 物理吸收：主要是溶解，吸收过程中没有或仅有弱化学反应，吸
收质在溶液中呈游离或弱结合状态，过程可逆，热效应不明显。
 化学吸收：过程存在化学反应，一般有较强的热效应。如果发生
的化学反应是不可逆的，则不能解吸。化学吸收过程的吸收速率
和净化效率都明显高于物理吸收。
4.2.2 吸收与解吸：吸收的逆过程为解吸。物理吸收过程中，总有
解吸存在解吸。
 通过解吸回收吸收质并恢复吸收剂的吸收能力（再生）。
 降低温度、提高压强，有利于吸收；反之，有利于解吸。
4.2.3 扩散与菲克定律
在静止或滞流流体中，分子的无规则热运动，导致物质从浓度
较高的区域向浓度较低的区域迁移，即扩散。两处的浓度差即为扩
散的推动力。扩散过程可用菲克定律表达：
J A   DAB
4.2.4
dc A
dz
气液相平衡与亨利定律
混合气体与吸收剂充分接触，当吸收过程和解吸过程的传质速
率相等时，气液两相就达到了动态平衡。平衡时气相中的组分分压
称为平衡分压，液相吸收剂（溶剂）所溶解组分的浓度称为平衡溶
解度，简称溶解度。气液平衡过程可用亨利定律表达：
Pi  Ei xi
*
式中 Pi*——溶液表面吸收质i的气相平衡分压（Pa）；
xi——平衡状态下，吸收质i的液相摩尔分率；
Ei——亨利系数（Pa）
Ei 

M 0Hi
式中：M0——吸收剂的摩尔质量（kg/kmol）；
ρ——吸收剂密度（kg/m3）
Hi——吸收剂i的溶解度系数[kmol/(m3·Pa)
亨利定律的另一种表达形式为
Ci  H i Pi *
式中，Ci——液相吸收质的浓度（kmol/m3）
此外，亨利定律还有其他的表达方式，在使用资料时
一定要注意其量纲和表达式的一致。
4.2.5 物理吸收
吸收传质速率方程
⑴气相分传质速率方程

NA= ky(yA-yAi)
NA= kg(pA-pAi)
式中 pA、pAi——吸收质A在气相主体、相界面上的平衡分压，Pa；
yA、yAi——吸收质A在气相主体、相界面上的摩尔分率；
ky——以yA-yAi为推动力的气相分吸收系数，kmol/(m2·s)；
kg——以pA-pAi为推动力的气相分吸收系数，kmol/(m2·s·Pa)；
kg=DAg/Zg
DAg——吸收质A在气相中的扩散系数， kmol/(m2·s·Pa)；
Zg——气膜厚度，m。
⑵液相分传质速率方程
NA= kx(xAi-xA)
NA= kl(cAi-cA)
式中 xA、xAi——吸收质A在液相主体、相界面上的摩尔分率；
cAi、cA——吸收质A在液相主体、相界面上的摩尔浓度，
kmol/m3；
kx——以xA-xAi为推动力的气相分吸收系数，kmol/(m2·s)；
kl——以cAi-cA为推动力的气相分吸收系数，m/s；
kl=DAl/Zl
DAl——吸收质A在液相中的扩散系数， m2/s；
Zg——液膜厚度，m。
⑶ 总传质速率方程
气相总传质速率方程
NA= KAg(pA-pA* )
Ny= Ky(yA-yA* )
液相分传质速率方程
NA= Kx(xA*- xA )
NA= kAl(cA*- cA )
式中 KAg ——以pA-pA*为推动力的气相总吸收系数，
kmol/(m2·s·Pa)；
Ky ——以yA-yA*为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m2·s)；
y*——与液相中吸收质浓度相平衡的气相虚拟浓度；
pA*——与液相中吸收质浓度相平衡的气相虚拟分压,Pa；
KAl——以cA *-cA为推动力的液相总吸收系数，m/s；
Kx——以xA *-xA为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m2·s)；
xA*——与气相中吸收质浓度相平衡的液相虚拟浓度；
pA*——与气相中吸收质浓度相平衡的液相中吸收质的摩尔浓
度，kmol/m3。
 吸收系数
吸收推动力表示方式不同，速率方程中吸收系数形式也不同。
气/液相总吸收系数与气、相分吸收系数的关系分别为：

物理吸收操作线方程
图/式中: G—单位时间通过塔内任一截面单位面积的混合气体流量， kmol/(m2·s)；
L—单位时间通过塔内任一截面单位面积的混合气体流量， kmol/(m2·s)；
y—任一截面上混合气体中吸收质的摩尔分率；
x—任一截面上吸收液中吸收质的摩尔分率；
GB—单位时间通过塔内任一截面单位面积的惰性气体流量， kmol/(m2·s)；
LS—单位时间通过塔内任一截面单位面积的吸收剂流量， kmol/(m2·s)；
Y—混合气体中吸收质与惰性气体的摩尔比；
X—吸收液中吸收质与惰性气体的摩尔比。
相界面
PAG
ΔPA
PAi
气
相
主
体
气
膜
液 液
膜 膜
PAG
液
相
主
体
液 膜
PAi
CAi
CAL
反
应
区
ΔCA
CBL
气
膜
CBR
物理吸收
物理吸收
化学吸收
化学吸收
4.2.5 化学平衡
 吸收过程中，如果吸收质与吸收剂发生反应，则两者之间必然同
时满足相平衡和化学平衡关系：
气相
aA( g )
相平衡 
液相
根据化学平衡关系
化学平衡
aA( l )  bB( l )  mM  nN
[ M ]m [ N ]n [ M ]m [ N ] n
K

a
b
[ A] [ B]
[ A ]a [ B ]b
式中，[A]、[B]、[M]、[N]——各组分的浓度；
a、b、m、n——各组分的化学计量数；
γA、γB、γM、γN——各组分的活度系数。
令
则
[ M ] m [ N ] n
 K
a
b
[ A ] [ B ]
1
PA* 
HA
K 
[ M ] m [ N ] n 


b

 K [ B] 
1
a
K
K
由于存在化学反应，使液相中的一部分A组分转变为产物，导致
A组分在液相的浓度较物理吸收低，从而降低了其气相分压，也就
是说提高了吸收净化效果。
从热力学角度看, 化学吸收提高了吸收容量。
4.2.6 吸收速率
单位接触表面积的气液间化学吸收速率：
N =βkl(cAi-cAl)
式中：kl—未发生化学反应时液相传质分系数，亦即物理吸收的
液相吸收分系数，m/h；
β —由于化学反应使吸收速率增强的系数，简称增强系数；
cAi—气液界面未反应的溶质浓度，kmol/m3；
cAl—液相未反应的溶质浓度，kmol/m3 。
4.2.7 吸收设备
4.3 吸附法净化技术
4.3.1 吸附净化原理和分类
吸附是常用的气态污染物净化方法，其特点是能处理很低浓度
的废气，净化后的污染物浓度可降到很低的水平。吸附常用于净化
有机和部分无机气态污染物,尤其是处理高毒害性废气的重要方法
和室内空气净化的主要方法。
 物理吸附
物理吸附法净化是让废气与吸附剂接触，气态污染物由气相转
入固相内表面，主要是范德瓦尔力起作用；吸附的逆过程是脱附。
吸附剂饱和后，脱附再生，吸附剂循环使用，污染物可回收利用或
进一步无害化处理。
 化学吸附
废气与吸附剂接触，气态污染物由气相转入固相内表面，并发
生化学反应并释放较多的吸附热，化学键起作用。吸附过程不可
逆，难脱附，脱附析出的已不是原物质。化学吸附效果更好，吸附
质被吸附得更加牢固。所以，对高毒性污染物，可采用化学吸附。
4.3.2 吸附平衡
气固两相长时间接触，吸附与脱附达到动态平衡在一定的温度
下，吸附量与吸附质平衡分压之间的关系曲线被称为等温吸附线 。
6 种类型等温吸附线
式中 XT — 吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸附剂
在吸附平衡时的饱和吸附量，m3/kg或kg/kg；
P—吸附质在气相中的分压，pa；
K,n—经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关，对
于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温度有关，由
实验确定，通常n≥1。

吸附等温线方程
⑴弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分）
X T  kP
1
n
⑵朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）
ABP
XT 
1  BP
⑶ BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）
VmCP
V
( P0  P )[1  (C  1) P / P0 ]
P
1
(C  1) P



V ( P0  P ) VmC VmCP0
V－被吸附气体在标态下的体积
P－吸附质在气相中的平衡分压
P0－吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压
Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积
C－与吸附热有关的常数
4.3.3 吸附剂
对吸附剂的基本要求：内表面积大；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；良好的再生性能；来源
广泛，价格低廉。

吸附剂结构：吸附剂是具有丰富微孔的物质，有巨大的内表面积
（活性炭比表面积可达1000m2/g以上)。
孔的尺度不同，其吸附特性也不同：

大孔 孔半径 r = 0.1～1.0μm 主要吸附液体分子；
中孔 孔半径 r = 0.001～0.1μm 主要吸附蒸气分子；
小孔 孔半径 r ＜ 0.002μm 主要吸附气体分子。

吸附剂的性质：
比表面积：单位质量（或体积）吸附剂所具有的表面积；
饱和吸附量：达到吸附平衡后，单位质量吸附剂所能吸附的
吸附质（污染物）的质量。
吸附剂的种类
吸附剂的种类很多，如活性炭、活性氧化铝、多种分
子筛等。
最常用的吸附剂是活性炭。活性炭因其形状、原料和
制备工艺不同，性能各异。常用活性炭有颗粒状、粉状、
纤维状等。近年来出现了多种定形制品，如将活性炭粉加
入聚氨酯中制成含活性炭泡沫塑料，与纤维材料一同制成
织物、非织造布等。
纤维活性炭由于孔结构：以中小孔为主，孔道形状简
单。所以，吸附和脱附性能均较颗粒状活性炭更好，而且
便于加工成形，应用更为方便，近年来发展较快。
吸附剂常用水蒸气脱附，大型装置可采用变压、变温
或二者联合操作。

4.3.4 吸附器
吸附器种类和结构
吸附器形式有固定床、移动床、流化床等。
固定床简单、可靠，在气体净化中用得最多。吸附过
程由吸附－再生（包括脱附、干燥和冷却）循环构成，固
定床不能连续操作，必须至少有2 套装置交替运作。
回转床吸附器是移动床的一种，可连续操作，
近年来应用逐渐增多。
空气净化器由于需要除去的污染物量很少，吸附器有
效作用时间很长，不必频繁再生。用纤维活性炭按需要叠
置成单元吸附组件，装卸方便，可定期更换，集中处理。
吸附装置大为简化。

卧式
固定床吸附器
立
式

经验估算
物料衡算法
V
Q g  t (C1  C2 )  m2 ( A1  A2 )
式中 Q —废气流量
（m3/s）；
t—有效吸附时间（s）；
C1—进气浓度（kg/m3）；
C2—出气浓度（kg/m3）；
mc—吸附剂质量（kg）；
A1—床层动活性（kg吸附质/kg吸附剂），取静活性的75%～
80%作为动活性计算值；
A2—脱附残留量（kg吸附质/kg吸附剂）；
4.4 燃烧法净化技术
4.4.1
燃烧法的特点
气态污染物中，少数无机物（如CO）和大部分有机
物是可燃的。焚烧净化就是利用热氧化作用将废气中的可
燃有害成分转化为无害物或易于进一步处理的物质。
焚烧法的优点是：净化效率高，设备不复杂，如果污
染物浓度高还可以回收热能。难以回收或回收价值不大的
污染物，用焚烧法净化较为适宜。
采用焚烧法应仔细分析废气成分，确定焚烧反应的中
间和最终产物不是污染物，若废气中的污染物含硫、氯等
元素，焚烧后含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢等污染
物，还需要二次处理。
对于处于爆炸范围内的废气的焚烧净化处理要特别注
意安全，防止发生回火、爆炸等事故。
4.4.2 燃烧法的机理
 燃烧过程和着火温度
燃烧过程包括可燃组分与氧化剂的混合、着火、燃烧及焰
后反应等过程。可燃组分与氧化剂接触后开始缓慢的氧化反
应，此时放出的热量不多，随着反应的进行，以及点火高温
火焰的热传递，温度不断升高，到某一温度后开始燃烧，这
个温度称为着火温度。着火温度是在某一条件下开始正常燃
烧的最低温度，也有人定义着火温度为在化学反应中产生的
发热速率开始超过系统热损失速率时的最低温度。到达着火
温度后，燃烧反应急剧加快，温度猛增，反应物浓度不断下
降，这就是燃烧阶段，但此时温度高，放热反应平衡向左移
动，燃烧反应可能不完全，反应后期，系统温度降低，平衡
右移，剩余可燃物同自由基和氧气结合而使反应趋于完全。

爆炸浓度极限
在一定范围内的氧和可燃组分混合物被点着后，在有控
制的条件下就形成火焰，维持燃烧；而在一个有限的空间内
无控制的迅速发展则会形成爆炸。
爆炸浓度极限一般指空气中可燃组分的相对浓度的上限
燃烧（或爆炸）浓度范围及下限燃烧（或爆炸）浓度范围。
当空气中可燃组分的含量低于爆炸下限时，由于发热量不足，
达不到着火温度，不能维持燃烧，更不会爆炸。当空气中可
燃组分的浓度高于爆炸上限时，由于氧气不足，也不能引起
燃烧和爆炸。爆炸浓度极限范围与空气或其他含氧气体可燃
组分有关，还与试验的混合气体温度、压力、流速、流向及
设备形状尺寸等有关。例如，小直径管道内的燃烧会因管道
壁的熄火效应而迅速冷却，不易发生。

火焰传播理论
混合气体的燃烧，是在某一点引燃后，经过火焰传
播引起的。火焰传播是一个复杂的物理、化学过程，其
理论主要有两类：热传播理论和自由基连锁反应理论。
热传播理论（又称热损失理论）认为，火焰是由 燃
烧放出的热量传递给火焰周围的混合气体，使之也达到
着火温度而燃烧并传播的。燃烧放出的热量不够，或者
传热太快，不能使周围的混合气体达到着火温度，因而
火焰不能传播，燃烧便不能继续进行。
自由基连锁反应理论认为，在火焰中存在大量活性
很强的自由基（如H*、OH*、C2*、CH3*、CH*），这些具
有不饱和价的自由原子或原子团，极易与别的分子或自
由基发生连锁化学反应，使氧化作用进行得很迅速。
4.4.3 燃烧装置
 燃烧过程的分类
按燃烧过程是否使用催化剂，可分为催化燃烧和非催
化燃烧两类。
－催化燃烧是一种催化氧化反应，其反应温度较低，
产生的氮氧化物少，但要求废气中不可燃的固体颗粒物含
量少，并不含硫、砷等有害元素。
－非催化燃烧设备简单，反应温度高，但可能产生氮
氧化物等二次污染。
非催化燃烧又可分为直接燃烧和热力燃烧两种。
(1) 直接燃烧
直接燃烧又称为直接火焰燃烧，当废气中可燃物浓
度较高，无需补充辅助燃料，燃烧产生的热量足以维持
燃烧过程连续进行，可采用直接燃烧。
(2) 热力燃烧
如果废气中可燃物含量较少，燃烧产生的热量不足
以维持燃烧过程继续进行，就必须添加附加燃料，这种
燃烧方式称为热力燃烧。
热力燃烧中，辅助燃料首先与部分废气混合并燃烧，
产生高温气体，然后大部分废气与高温气体混合，可燃
污染物在高温下与氧反应，转化成非污染物后排放。为
使废气中污染物充分氧化转化，达到理想的净化效果，
除过量的氧以外，还需要足够的反应温度
（Temperature）、停留时间（Time）以及废气与氧的
湍流（Turbulence），这后三个条件也称为“3T”条件。
“3T”条件是相互关联的，改善其中一个条件可以使其
他两个条件的要求降低。通常最经济的做法是改善湍流
条件，减少燃烧器尺寸和降低燃烧温度，以降低成本。
无论何种燃烧方式，都要特别注意安全，输气管要
防止回火和爆炸。
4.5 气体催化净化
4.5.1 催化作用
 改变反应历程，降低活化能
 提高反应速率
E
K  A  exp(
) （阿累尼乌斯方程）
RT
 显著特征
 对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡
 选择性
4.5.2 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
 组成：活性组分 ＋ 助催化剂 ＋ 载体
⑴主活性物质：能单独对化学反应在起催化作用，因而可
作为催化剂单独使用。用于气体净化的主要是金属和金
属盐。
⑵助催化剂：本身没有什么催化作用，但它的少量
加入能明显提高主活性物质的催化性能。
⑶载体：用以承载主活性物质和助催化剂，基本作
用在于提供大的比表面积，节省活性物质，改善
催化剂的传热、抗热冲击和机械冲击等性能。要
求有一定机械强度、磨损强度，热稳定性、导热
性好的多孔惰性材料作载体。
载体材料：氧化铝、铁矾土、石棉、陶土、
活性炭、金属等。
形状：网状、球状、柱状、蜂窝状（阻力小，
比表面积大，填放方便）。
催化剂的性能
－催化活性：

W
A
tWR
W－产品质量
WR－催化剂质量
t－反应时间
催化剂只有在一定的温度（活性温度）范围内具有活性，温度
太低，活性不明显，温度太高，催化剂会受到损坏。
－选择性：
B=
－稳定性：
目的产物摩尔数
反应物摩尔数
×100%
热稳定性、机械稳定性和化学稳定性
表示方法：寿命
老化：活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等
中毒：对大多数催化剂，毒物有HCN、CO、H2S、S、As、Pb
4.5.3 应用
• 催化氧化可用于烃类等有机废气
• 催化氧还原可用于氮氧化物，也可用于二氧化硫
•催化床层计算
 催化剂装量
床层体积：
VR  Q / Wsp
VR－催化剂体积,m3
Q－反应气体体积流量,m3/h
WSP－空间速度，1/h
4.6 生物法净化
生物净化是将污染物由气相转入液相，再经生化降
解为非污染物。近年来较多用于有机污染物净化，尤其
是生物脱臭。
4.6.1 生物法净化的原理及特点
 生物净化的原理：气态污染物的相转移及生化降解。

生物净化法的特点：工艺流程简单，运转经济、安全，
环境友好（接近自然物质循环，条件温和，无二次污
染）；但负荷强度较低，过程较难控制。
4.6.2 生物净化器种类
主要有有生物洗涤器、生物滴滤器和生物过滤器 3 种。
a.
b.
c.
• 生物洗涤器（图c)：与喷淋塔类似,吸收单元与降解单元分设。适
合于生物降解较缓慢的污染物。
• 生物滴滤器（图b)：内装填料，填料表面挂上生物膜。
• 生物过滤器（图a)：以大量存在微生物的物料（如植物桔梗、熟
化的垃圾、土壤）作滤层,适当设加湿装置。
5 室内污染控制技术
5.1 室内空气环境的特点
• 污染物浓度高
室内空气来源于室外，流通量有限，且室内的污染源直接向室
内空气中排放污染物。所以室内空气中的污染物浓度往往明显高
于室外，甚至于高出若干倍。
• 人体暴露时间长
随着社会的发展，人们每天在室内逗留的时间越来越长。现代
城市中人在室内活动时间已经占全天的80％ ～90％，甚至更长；
即使在农村，人每天在室内的时间也不少于50％。
• 颗粒物中小颗粒所占比例较大
• 有机污染物和微生物的重要性更大
• 建筑、设备和人员等的影响很大
建筑和通风空调设备等本来是改善室内环境的，但设计、建造
的缺陷或运转管理的不足，反而会使室内空气环境恶化。有限空间
内严重超员、不良的生活习惯（如吸烟）和患传染性疾病等都会影
响室内空气环境。
5.2 室内空气污染物及污染源
5.2.1 主要污染物：
⑴颗粒态污染物——固态、液态（少数）。粒径分布范围
宽，形状不规则，成分复杂。
⑵气态污染物——主要有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、挥
发性有机污染物（VOCs，Volantile Organic Compounds）等。室
内空气有机物污染很重要。目前引起普遍关注的主要是苯的衍生物
（甲苯、二甲苯等）、醛、醇、酮、酯等，其中甲醛最为常见，危
害性较大。建筑材料和土壤中还有可能存在微量放射性质，如氡。
⑶微生物——细菌、螨虫等。空气中的微生物其形态属于颗粒
物（一般附着于颗粒物表面，很少单独存在），但其环境效应属生
物性。
5.2.2 主要污染源：
⑴建筑及装修材料：装饰和家具使用的人造板、涂料、黏合
剂，含放射性物质的石料等；地层（岩石、土壤）也可能含有放射
性气体氡。
⑵日用化学品：芳香剂、消毒剂、驱虫剂等。
⑶燃料燃烧：产生不完全燃烧产物（如CO）、氮氧化物：烹饪
中产生的油烟，成分复杂，有致突变作用。
⑷人体：消耗氧，排出、少量有机气体、微生物、体屑等。
⑸电器：某些办公设备（如复印机）可能释放臭氧。
⑹通风空调设备：设计有缺陷、管理不好的通风空调系统中的
风管、空气过滤器、表面换热器、空气处理用循环水等会积尘、滋
生微生物，成为污染源。设计、制作和运转不佳的电除尘器、负离
子发生器等也会产生臭氧。
⑺外环境。
5.3 室内环境空气相关法规
室内空气质量标准(GB/T 18883-2002)；
 民用建筑工程室内环境污染控制规范(GB 18580～18588,
GB6566-2001)；
 室内装饰装修材料有害物限量(GB 50325-2001)；
 室内环境空气质量监测技术规范（HJ/T 167-2004）；
 其他相关标准、规范和检测方法：
⑴《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB
503325）；
⑵《室内空气中可吸入颗粒物卫生标准》（GB/T
17095）；
⑶各种污染物的监测方法；
⑷通风与空调工程施工验收规范(GB 50243-2002)；
⑸电子信息产品污染控制管理办法。

5.4 室内空气污染控制及室内空气品质改善
5.4.1 减少污染物的产生和散发
⑴ 材料和物品：无污染、低污染物料；
⑵ 污染物的有效排除：局部排气（如排油烟机），通风换气；
⑶ 合理地建筑布局：是保证有效自然通风的关键。
5.4.2 通风及空气调节
⑴ 自然通风：最实用、经济、有效的措施。
⑵ 机械通风和空气调节：
自然通风由于受到作用压头的限制，换气量和气流分配可能达
不到预定要求，就要采用机械通风。必要的新风量（部分情况下用
换气次数）、合理的气流组织和必要的空气净化措施。
空调主要是控制室内空气的物理条件，如果与空气净化装置结
合，就能同时控制化学和生物条件。
制订并认真执行运转规程（尤其是定是检查、清洗、更换材
料）。过渡季尽量利用室外空气进行通风换气。
5.4.3 空气净化
 颗粒污染物净化
室内空气长时间直接接触，空气品质至关重要。空气净化方法
很多，由于室内空气净化的技术要求较高（净化效率高、无二次污
染、阻力低、体积小、操作简便、安全可靠），实际应的技术主要
是静电沉积和过滤。
⑴静电沉积：通常称为电除尘。特点是效率高、阻力低、结构
紧凑。 室内空气净化器常用板－线式（图2.1）和蜂窝－针式（图
2.2a及b）单区或双区结构（图2.1b），阳极电晕放电（产生臭氧
少）。这也是当前油烟净化的主流技术。
⑵过滤：特点是效率高、稳定可靠，但滤料多为一次性使用。
常用滤料有织物、纸、微孔膜等。为了增大单位空间中容纳更多的
过滤面积，滤层布置成折叠式，并制成单元构件，便于拆装。

气态污染物净化
常规气态污染物净化技术吸附、吸收和催化转化等。由于室内
空气净化的特点和要求，目前采用的技术主要是吸附，催化转化技
术的应用处于研发中。
吸附的特点是平衡浓度极低，所以可处理低污染物浓度的空
气，净化率很高，适合于室内空气净化。
吸附剂是关键。最常用的吸附剂是活性碳。纤维活性炭吸附性
能优良，并可制成各种形状的元件，特别适合于室内空气净化，是
当前空气净化器的首选净化材料。

空气净化装置
空气净化器有集中式、分置式 2 类。集中式可与空调系统结
合，分置式可单独使用。
空气中适量的负离子对健康有益。但目前对负离子与健康的关
系在机理上认识还不够（尤其是定量的），负离子发生器的技术要
求和性能认证条件也不成熟。现有负离子发生器一般是通过放电产
生负离子，控制放电过程的副产物（如臭氧）是必须重视的问题。
5 大气污染防治工程实践
2007年7月
上海
5．1 大气污染控制工程的设计原则
5.1.1净化系统设计的基本程序
废气净化系统的设计过程可分为基础调查阶段、技术设计阶段
和总结并提供成果阶段，以及后续工作。
 基础调查
在接受设计任务后，应首先编制设计工作计划，确定设计内
容和技术要求、技术关键、进度安排、人员配备、要求工艺和土
建等方面提供的资料、向工艺和其他工种提出的要求与提供的资
料等。在此基础上首先进行基础调查。
⑴工艺调查
需要了解与设计项目有关的基本工艺流程和布局、产品的和
类和数量、生产周期和班次、生产工艺对室内外空气环境和治理
设施的要求。
⑵污染源调查
根据设计需要，了解产生污染物的工艺环节和设备的种类和
分布情况，掌握污染物种类、发生量、发生规律、排气温度和速
度、除主要污染物外的其他成分，掌握产生污染物的工艺设备的
运转规律和操作要求。
在缺乏资料的情况下，可与工艺方面协作，进行必要的试验
或物料平衡计算。
⑶背景情况调查
要根据项目的规模和对环境的影响程度，确定调查
内容和范围。对大型项目，需要收集所在地区的气象和
地形资料、规划布局(近期和远期)、大气环境质量(现状
和预测)及厂区布局。
⑷技术经济条件调查
需调查与设计有关的法规，如大气质量标准、污染物
排放标准、排污收费标准、相关的卫生和安全标准等；
了解所在地区对大气环境质量是否有特定要求。
调查与设计项目相关的适用技术，可供使用的设备、
原材料和能源情况（种类、规格和价格等），施工技术
水平及使用单位运转管理水平等。还需了解污染物综合
治理和利用的条件或污染物的出路。

技术设计
在完成基础调查后，进行技术设计。根据工程的重要
性、工程量的大小和复杂性，可采用二阶段设计(扩大
初步设计和施工图)，或三阶段设计(初步设计、技术设
计和施工图)方式进行。设计工作主要包括污染源控制
方案的确定和污染物计算，废气净化方案的选定，净化
设备的选型(或设计)计算，技术经济分析，设备、管道
布置和计算，设计图绘制，工程概(预)算及设计文件编
制。
⑴污染源控制方案的确定
这项工作是设计的第一个重要环节，对污染控制系统
的合理性、有效性和经济性起决定性作用。污染源控制
方案的确定特别要注意与工艺密切配备，协同进行，才
能选出最佳控制方案。对复杂的项目，要从工艺和污染
控制两方面进行专题研究和设计。对有污染物散发的设
备，要重点进行集气罩的设计和计算。最后要得出废气
量、污染物和其他重要组分的含量、废气的温度和压强
等参数。
⑵净化方案的选定
应根据废气的流量、成分和性质，设备和原材料条件，
综合治理(是否有可作吸收剂、吸附剂或反应物的废液、
废渣等)和利用途径，拟订净化方案，并作技术、经济
分析。如果采用新的净化方法和工艺，还需要进行必要
的试验。
⑶设备选型或设计
净化设备应根据废气的数量、成分、性质和净化设备
的规格、性能选用。如果没有净化设备的产品或图纸可
供采用，则需进行设计。通过设备选型，确定净化设备
的型号、规格和数量；或通过设计，确定设备构造、尺
寸、材料和加工工艺。这项工作的指导原则是，在最经
济、合理的条件下，保证污染物排放量达到有关标准规
定的要求，或保证污染物排放后其影响范围内的大气质
量符合要求。因此，设计计算时要将净化设备和排放设
备（烟囱或排气筒）联系起来进行。如果以大气质量作
为设计考核标准，则需要进行污染物排放后的扩散计算。
⑷净化系统的设计和计算
这—部分工作包括设备和管道布置、系统阻力计算、风机选用、
排气筒(或烟囱)的计算或校核、辅助设施(如净化系统附属的供水、
供气管道和设备)设计。在进行设备和管道布置时，要与工艺和
其他工种(特别是土建)密切配合，互相协调。设计进到此，就可
以向其他工种提出技术要求和提供技术资料。
向土建(建筑和结构)应提的要求和资料主要有：设备和管道的
名称、位置、尺寸、重量，所需净空，支承件的位置，门和孔口
的尺寸、位置和预埋件等。如果需要机房，则应提出机房位置、
平面和剖面尺寸、起重设备的规格、安全要求(如防火、防爆、
防腐蚀等)、隔声要求等。
向给排水和水污染控制方面应提的要求主要有：用水设备名称、
数量、位置，供水的水质、水量和水压；排放废水的设备名称、
数量、位置、废水的水质、水量和净化要求(如果回用)等。
向电气方面应提的要求有：用电设备的名称、位置、供电电压、
电流、同时运转情况，控制要求等。
如果净化系统需要供应燃油、燃气、压缩空气等，应提出需要
供应能源的设备名称、位置，所需能源的品种、规格、用量等。
5.2 大气污染控制工程系统设计
5.2.1 排气罩的种类及特征





封闭罩：这种集气罩将污染源包围，并自罩内排气，既将污染物
带走，又保证罩内负压，可防止污染物外逸。这种集气罩能以较
小的排气量将污染物控制在罩内，是最经济而有效的罩型，应尽
量采用。
围挡罩的封闭程度越高，排气量可越小。但不宜完全密闭，
否则没有气流流动，不能将罩内污染物排走。
排气柜：根据工艺需要，开设较大面积的操作口，通过吸入气流
控制污染物外逸。【罩面风速法设计】
外部集气罩：由于工艺原因，在污染源附近设排气罩，依靠吸入
气流实现污染物收集。由于吸入气流与污染气流方向往往不一致，
一般需要较大排气量才能有效控制污染气流，且易受横向气流干
扰。【控制风速法设计】
接受式外部集气罩：朝污染气流方向设置罩口，污染气流借助自
身的流动能量进入罩口。
吹吸式集气罩：如果罩口与污染源距离大，单靠吸气不能有效控
制污染物，可用吹吸气流配合控制。
5.2.2 排气罩设计
⑴封闭罩
要求：尽可能封闭；罩内保持一定负压，防止污染物外逸；吸气
点避开物料集中部位和飞溅区域；不应妨碍操作和检修。
排气量计算：
－按开口风速计算
Q=F0v0


－按经验式计算
⑵外部罩


要求：尽量靠近污染源；避免污染气流经过呼吸区；不应妨碍操
作和检修。
排气量计算：
【参考：郭、阮《大气污染控制工程》190页，表11－2】
5.2.3净化系统设计

－
系统划分原则

－ 排气系统的划分，必须考虑排气的性质。例如，排高沸点
液体的蒸气或水蒸气，不能与排粉尘合为同一系统；排可燃气体、
粉尘或油雾，不能与排热烟气合为同一系统。其次要考虑同时运
转的可能性，不同时使用的设备，分系统设置，可以保证运转的
灵活性，减少能耗。
－除尘系统规模不宜过大，管道力求简单，吸尘点不宜过多。
若吸气点较多，最好用集合管，以利各支管的阻力平衡。集合管
内气体流速不宜超过3m/s，集合管内部设排灰装置。
管路系统的布置
管道布置合理与否，直接影响到系统建造和运转的经济性和
可靠性。所以应根据现场情况(建筑物、其他设备或管线)、工艺
要求和输送气体的性质，确定管道走向和辅助部件位置(如阀门、
阻火器、泄压口、检查口、清扫口、卸灰口、放液口、监测口)
等。其主要原则是：
①管道尽量顺直，不影响生产和交通，避免与建筑物、其他
设备和管线发生矛盾，少占有效空间，并且要便于安装和维修。
②管道应避免断面和方向的突变(如突扩、突缩、急转弯)，减
少合流气流的冲突，以降低气流压损，避免积尘或磨损。
③输送含尘气体的管道，应尽量避免横管。如果要进行水平
方向较长距离的输送，可将管道布置成若干段倾斜管(与水平面
的夹角要在45°～60°)，或在横管上连续设排灰斗。
④输送含高凝结点蒸气、水蒸气或雾滴的废气，横管应保持
不小于0.005的坡度，以便排液。排液方向最好与气流方向一致，
并在容易积液的地方(如管道末端、弯头等)设放液口。
⑤管道沿建筑物设置，或与其他管线平行设置，应保持必要
的安装、检修距离，及有关规范规定的距离。

设计计算方法
①断面积f 计算：根据气体流量Q和选定的管内气速vg，按下式
计算管道断面积：
F = Q / vg
②压损计算
摩擦压损按下式计算（可查图表）：
Pf 
2
l  g  g
4rh
2
局部压损可按下式计算
Pl  
 g2  g
2

计算步骤
①确定管道布局，绘制系统轴测图，在图上标注各管段气量、
长度及局部管件种类；
②根据技术和经济要求，确定管内气体流速，并计算管径。
③按定型化要求选定管径，重新核算管内气速；
④计算沿程压损；
⑤计算局部压损；
⑥计算最不利管路总压损：最不利管路指系统中压损最大的一
条管路。总压损是所有串联管段、管件及设备的压损之和，以此
作为选择风机的依据。
⑦如果系统中各支管需要进行压损平衡，则要分别计算各支路
的压损。若并联支路间压损相差10％以上，必须调整管径，再进
行复核。
管径调整计算式为
d2 =d1(Δp1/Δp2 )0.225
5.2.4 风机的选型和应用

风机的种类与特性
常用风机有离心式和轴流式两类净化系统中最常用的是离心
风机。为了适应不同的工作条件，风机设计时选用不同的材料和
构造，形成多种类型的风机，如排尘风机、耐高温风机、防腐蚀
风机等。

风机的主要特性参数：流量、压头、效率、所需功率及噪声级等。
某一风机的这些特性参数都与叶轮转速有关。通常将流量与压头、
流量与功率、流量与效率之间的关系，用曲线表示，称为风机特
性曲线。
－风量
-
压头
-
功率
－配用电动机功率

风机在系统中的工作状态
风机在系统中工作状态，不但与风机本身的特性有关，还与
系统的阻力特性有关。系统的阻力特性，是指气体通过整个系统
产生的压降与流量之间的关系。一般情况下，压降与流量的平方
成正比。这一关系标注在坐标图上，即为系统阻力特性曲线。将
系统阻力特性曲线与风机特性曲线画在同一图中，两根曲线的交
点，即为风机在系统中工作状态点(图9中的A点)。
风机串、并联后在系统中的工作状态是串、并联后的特性曲
线与系统的阻力特性的交点。


风机选用原则
①根据系统的工作条件，用相应类型的风机，如排尘、防腐、
防爆风机等。
②风机的流量与压头必须满足系统的实际需要，并保留适当
的富余量。风机在系统中的工作状态，应尽量接近最高效率点。
③当单台风机的流量或压头不能满足需要时，可将风机并联
(增加流量)或串联(增加压头)使用。但必须注意，联合工作的风
机应是相同型号规格，否则运转状态会很差。
④根据风机所需转速和电动机转速，选用不同的传动方式。
二者转速相符，可用直接传动（小型风机）或联轴器传动（大型
风机）；二者转速不相符，一般用皮带传动。
⑤根据管道布置情况，选用相应的出风口位置。
风机的安装
风机应正确安装。风机出口端管道不应紧靠出口反向弯转，
因为气流反向急转（后图），造成的压降很大。
为了减少噪声和振动的传递，风机与管道之间要有软接头
（用帆布、橡皮、软塑料等），在机座与基础之间加减振装置，
如弹簧、橡胶等减振器。

风机的使用：离心风机应关闭阀门启动，待转速正常时，再逐渐
打开阀门。大型风机的驱动电机，应按设置程序启动。均为防止
过载。

风机的调节：风机在系统中的运转状态若不符合要求，在一定范
围内可通过调节转速来改变。调速方法有
①改变电机与风机皮带轮相对直径，以改变传动比；
②电机调速（如变频调速）。
5.2.5 烟气冷却
为了适应除尘、气态污染物净化设备的要求（如袋式除尘器
滤料耐热限制、控制烟尘比电阻、保证吸收和吸附效果），高温
烟气需冷却。
常用的烟气冷却方式的特点、适用条件等汇总于下表中。
5.2.6烟囱/排气筒高度的计算

排放量控制法计算
在《制订地方大气污染物排放标淮的技术原则和方法》
（ GB3840-83）中，污染物排放量按P值法控制，用正态分布扩
散模式计算高架点源并分别给出了二氧化硫、其他有害气体和颗
粒物的允许排放量计算式。
在允许排放量已确定的条件下，可按上述计算式计算有效源
高，再计算排气筒高度。
hs  he  h
式中，hs——排气筒高度(m)；
hhee ——有效源高(m)；
Δh——拾升高度(m)。
①排放二氧化硫
1
Qs
he  (
)2
3
P  10
式中，Qs ——二氧化硫允许排放量(kg／h)；
P ——允许排放指标[kg/（h·m2）]；
P  P0 P1 P2 P3 P4
式中，P0——平均风速稀释系数[kg/（h·m2）]；
P1——横向稀释系数；
P2——风向方位系数；
P3——排气筒密集系数；
P4——经济技术系数。
P0  15.37CU a
式中，C——大气环境质量标准规定的浓度限位( mg/m3)；
Ua——规定风速(m／s)。
②排放其他有害气体
Qg
he  (
)
3
12.8  10 P2 KU 10
1
2
式中，Qg——有害气体允许排放量(kg／h)；
K——地区调节系数；
U10——距地面10m处的平均风速(m／s)。
上式适用于排放除二氧化硫外其他有害气体，且高度大于或等于
15m的排气筒。
③排放颗粒物
1
he  (
Qp
P  10
3
)2
式中，Qp——颗粒物允许排放量(kg／h)。
上式仅适用于电厂锅炉烟囱，排热率qp应满足GB3840-83规定的条
件。
排放量控制法主要是在污染物排放量大，所在地区污染物本底
浓度较高的条件下采用。

污染物浓度控制法计算
按照扩散计算得出的污染物最大地面浓度值不大于大气环境
质量标准规定的允许限值的原则，可计算出所需的排气筒高度。
①按地面最大浓度计算
当扩散参数  z /  y 等于常数时
hs  (
2q z
_
1
2
)  h
e (C p  Cb ) g
式中，σy 和σz ——横向和竖向扩散参数(m)；
q——源强(mg／s)；
Cp——污染物允许浓度(mg／m3)；
Cb——污染物本底浓度（mg／m3)；
v ——排气筒出口处的平均风速(m／s)；
E——自然对数的底（2.718）。
（9.7）
计算时 y /  z 取0.5～1.0。
当  y   1 x a 、 z   2 x a 时
1
2
hs  [

qa
_
a
2
   1 21a (C p  Cb )e a / 2
1
a
]  h
a  1
a1
a2
提高排气扩散效果的措施
⑴增加排气速度
排气速度高，动力抬升高度大，对扩散稀释有利。一般排气
筒的出口气速不低于18m/s，必要时可提高到27～30m/s。为了提
高出口气速，可将排气筒出口段做成锥形收缩喷口或曲线收缩喷
口。提高出口气速，会增加能量消耗。
⑵提高排气温度
提高排气温度有利于热力抬升。对于热烟气，尽量减少烟道
和烟囱的热损失，既能增加排烟的热压头，又能增加烟气抬升高
 /
度。
⑶增大排气量
排气量大，也有利于动力抬升。如果条件允许，可将多个污
染源合并排放，或将多个排气筒组合为集合式排气筒(烟囱)。
z
y
5.2.7 净化系统配套辅助设施（劳动安全、消防）
的设计
【参考《烟气脱硫规范》（HJ/T 179-2005）】
6 脱硫装置辅助系统
8 环境保护与安全卫生
5.2.8 净化系统相关的构(建)筑物的功能和要求
【参考《烟气脱硫规范》（HJ/T 179-2005）】
6.3 建筑及结构
5.2.9 净化系统需要的监测、控制的内容和要求
【参考《烟气脱硫规范》（HJ/T 179-2005）】
6.5 烟气排放连续监测系统（CEMS）
5.3 颗粒污染物控制系统设计
5.3.1 除尘系统的构成及设计基本程序
5.3.2 系统风量的测定和计算方法；排风风量、系
统工况风量的确定方法．系统设计风量
5.3.3 管道系统阻力计算方法；管网压力平衡的计
方法
5.3.4 常用除尘器的主要技术性能参数的确定方法
以及设计选型的原则
【参考系列表格】
常用的微粒净化设备的主要性能和特点
续上表
常用净化装置的费用比较
几种主要吸收设备的特性
5.4 气态污染物控制系统设计
5.4.1 气态污染物控制系统的构成及设计基本程序
5.4.2 主要气态污染物常用净化装置的设计要点
【参考前表】
5.4.3 烟气脱硫工艺


分类：回收法，抛弃法；干法，湿法，半干法；吸收、
吸附、氧化法。
主要烟气脱硫工艺 【参见后表】
石灰石-石膏法：湿法，炉内喷钙-烟气增湿活化法，
循环流化床法，喷雾干燥法。
【参考马广大：大气污染控制工程（第二版）P.537，表13－1】

流程、使用条件和设计选型
【参考上书P.540～549，相应流程】
排
气
清液
烟气
石膏
图18.1 湿式石灰石－石膏烟气脱硫流程
图18.4 炉内喷钙烟气増湿脱硫流程
Ca(OH)2
SO2
石
灰
仓
T
T
流
化
床
反
应
器
排 放
带预除尘电除尘器
∆P
气力输送
渣循环
H2O
灰渣仓
喷水
烟 气
水 槽
排出
图18.11 循环流化床烟气脱硫工艺及控制流程
排放设定点
吸收塔出口
温度设定点
烟气
排气
SO2监控点
副产物排出
石灰消化器
温度设定点
图18.6
石灰
浆液密度
监控点
固料
循环
喷雾干燥脱硫工艺及控制流程
循环浆液
含固量
设定点
图18.12 电子束辐照烟气净化系统
主要烟气脱硫方法
原理
方法分类
方法
荷电吸收剂喷射法
石灰石/石灰喷射法
直接
操作状态
干式
炉内喷钙-炉后活化法
石灰石/
喷雾干燥法
石灰法
脱硫剂
Ca(OH)2
半干式
湿式
石灰法
碱性硫酸铝－石膏法
氨-亚铵法
氨法
氨-硫铵法
CaO
亚硫酸钠法
湿式
氧化
激活
转化
活性炭吸附法
催化氧化法
湿式
湿式
气相氧化法
干式
液相氧化法
湿式
电晕放电等离子体法
或 NaOH
Al2(SO4)3
抛弃或利用
(NH4)2SO3
氨水
利用
石膏
(NaOH、
干式
亚硫酸铵
硫酸铵
浓 SO2
利用
Na2CO3)
循环制酸法
电子束辐照法
脱硫灰
石膏
Na2SO3
钠盐－酸分解法
吸附
抛弃或利用
·Al2O3
亚硫酸钠循环法
钠碱法
-
Na2CO3
双碱法
石灰石/
-
湿式
吸收
间接
终产物
CaCO3/
循环流化床脱硫法
石灰石/石灰(洗涤)-石法膏
产物出路
亚硫酸钠
SO2 冰晶石
低规格利用
稀硫酸
钒催化剂
利用
硫酸
稀硫酸、
加石灰石
Fe3+
再生
NH3
利用
石膏
硫铵
同时脱硝
可得硝铵
5.4.4 氮氧化物的净化工艺流程、特点和使用条件
【参考马广大：大气污染控制工程（第二版）P.592，14-1-4】
5.4.5 其它主要有毒有害气态污染物的净化工艺
常见污染物有HCl、HF、H2S、Hg等。前3种一般按酸性气体处
理；汞可采用化学吸附（充卤素活性炭）或化学吸收（高锰酸钾
溶液）。

VOCs净化处理
- 特点：低浓度，大气量；与生产工艺关系密切。
- 成熟技术：冷凝、焚烧（直接焚烧、催化焚烧）、吸收、吸附。
可根据治理对象单项选用，或组合应用（例
如冷凝－吸附、吸附浓缩－催化焚烧）。

酸性气体处理
主要是HCl、HF等，碱液吸收是主要方法。氟化物可用活性氧
化铝、分子筛等吸附净化。
图19.1 选择性催化还原脱硝与
湿式石灰石吸收脱硫流程
氨－碱两级吸收流程
谢谢！