大气污染控制工程（王家德）

《大气污染控制工程》作为针对应用型本科生的实用教材，介绍了相关污染控制装置和系统的设计内容。力图培养学生的工程概念。书中系统地阐述了大气污染控制系统的原理和工艺流程，描述了解决大气污染物控制的方法和技术，并给出了各种污染控制装置设计和运行的必要参数和数据，满足环境专业学生工程设计训练要求。这是本教材区别于其他教材的重要特色。 

《大气污染控制工程》结合我国大气环境保护工作新要求，以及大气污染控制领域推出的新技术和新标准，介绍了大气污染控制工程的经典理论和基本知识，及当前环保政策、法律法规和标准。与现有同类教材相比，本书充实了VOCs污染控制内容，增加了大气污染控制工程设计、H2S排放与控制、移动源废气污染控制、室内空气质量与控制等章节。本书由15章组成，包括概论、大气污染控制工程设计、颗粒污染物控制技术基础、机械力除尘器、电除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、气态化合物控制技术基础、VOCs污染控制技术、含硫气态污染物控制、氮氧化物污染控制、移动源废气污染控制、气体收集输送系统的设计、污染物扩散和排气筒设计、室内空气质量与控制。每章附有例题和课后习题，方便读者使用。《大气污染控制工程》可作为高等院校环境工程等相关专业的教材或教学参考书，也可供相关专业领域的从业人员参考。

王家德，浙江工业大学生物与环境工程学院，教授 博导，主要研究方向：工业污染控制理论与技术

工作经历：

1995.01~今  浙江工业大学生物与环境工程学院讲师、副教授、教授，从事科研教学工作。

1991.07~1994.12 浙江工学院轻工系，从事学生管理工作。

研究（情况）项目：

主持国家科技支撑课题、国家自然科学基金项目、教育部重点项目、浙江省重大科技专项等纵向、横向科研项目20多项，近期代表性项目如下：

1.         国家支撑计划，2011BAE07B09.染料废水处理及回收利用新技术开发.2011/01-2013/12.498万.已结题.主持。

2.         国家自然科学基金面上项目，51278465.基于网板结构的柱塞流电化学反应器流动特性及污染物降解性能研究.2013/01-2016/12.80万.在研.主持。

3.         浙江省科技厅，2013T301-01.工业废水处理用COD氨氮电氧化技术.2012/01-2015/12.70万.在研.主持。

研究生培养等教学情况：

主讲《大气污染控制工程》、《环境生物工程》等本科和研究生课程。近年来，已培养博士3人，硕士20余人。

 

奖励和荣誉：

奖励：研究成果获浙江省科学技术一等奖1项、中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖2项、教育部技术发明二等奖1项等奖励。

荣誉：2008年入选教育部新世纪优 秀人才、浙江省“新世纪151人才工程”第
一层次等培养计划，2010年入选浙江省“新世纪151人才工程”重点层次培养计划。

 

第1章概论1

1.1大气污染1

1.1.1大气及大气污染1

1.1.2大气污染物3

1.1.3大气污染的影响5

1.1.4大气污染物的来源7

1.2大气污染防治8

1.2.1法律标准规范8

1.2.2大气污染防治措施9

1.3空气质量指数10

1.3.1大气污染物浓度10

1.3.2空气质量指数定义11

1.3.3空气质量分级12

习题13

第2章大气污染控制工程设计14

2.1工程设计14

2.1.1大气污染控制系统14

2.1.2工程设计程序14

2.1.3工程设计主要内容17

2.2工程分析18

2.2.1物料和能量平衡18

2.2.2气流量和污染物排放量21

2.3经济核算25

2.3.1成本优化原则25

2.3.2折旧26

2.3.3增量投资回报率27

2.3.4大气污染控制设备成本和运行费用估算28

习题29

第3章颗粒污染物控制技术基础30

3.1颗粒污染物30

3.2颗粒的物理特性30

3.2.1颗粒密度30

3.2.2颗粒含水率和润湿性31

3.2.3颗粒流动性31

3.2.4颗粒电学性能32

3.2.5颗粒比表面积33

3.2.6颗粒自燃性和爆炸性33

3.3颗粒粒径分布34

3.3.1粒径34

3.3.2粒径分布36

3.3.3颗粒群平均粒径40

3.3.4颗粒粒径分布函数40

3.4颗粒在流体中的运动行为44

3.4.1力的分析44

3.4.2斯托克斯定律47

3.5颗粒污染物控制技术50

3.5.1颗粒污染物净化方法50

3.5.2净化装置性能评价51

习题53

第4章机械力除尘器55

4.1概述55

4.2重力沉降室55

4.2.1沉降理论55

4.2.2沉降室设计57

4.3惯性除尘器58

4.3.1除尘机理58

4.3.2结构形式59

4.4旋风除尘器60

4.4.1结构和工作原理60

4.4.2除尘效率计算61

4.4.3最小直径和分割直径63

4.4.4压力损失64

4.4.5影响因素66

4.5旋风除尘器选用67

4.5.1旋风除尘器类型67

4.5.2旋风除尘器的设计选型68

习题69

第5章电除尘器71

5.1概述71

5.2工作原理71

5.2.1电除尘器的除尘过程71

5.2.2电晕放电71

5.2.3粒子荷电76

5.2.4粒子捕集78

5.3电除尘器的影响因素80

5.3.1气流特性80

5.3.2颗粒物性质81

5.3.3操作参数82

5.4电除尘器设计和选用83

5.4.1电除尘器的结构83

5.4.2电除尘器的类型86

5.4.3电除尘器设计87

习题89

第6章过滤式除尘器91

6.1概述91

6.2工作原理91

6.2.1过滤机理91

6.2.2过滤效率92

6.2.3压力损失96

6.2.4过滤除尘器的影响因素98

6.2.5袋式除尘器的运行状态分析100

6.3过滤除尘器类型和结构设计102

6.3.1过滤除尘器种类102

6.3.2除尘器清灰方式104

6.3.3袋式除尘器设计105

6.4电袋除尘器107

习题108

第7章湿式除尘器110

7.1概述110

7.2洗涤理论110

7.2.1雨水捕集理论110

7.2.2液滴捕集效率111

7.2.3接触功率116

7.2.4分割粒径117

7.3湿式除尘器结构类型118

7.3.1湿式除尘器类型118

7.3.2自激式洗涤器119

7.3.3旋风水膜除尘器120

7.3.4泡沫除尘器120

7.4文丘里除尘器设计120

7.4.1结构和原理120

7.4.2压力损失122

7.4.3除尘效率123

7.4.4设计计算124

习题126

第8章气态化合物控制技术基础128

8.1气态化合物的基本特性128

8.1.1气体和蒸气128

8.1.2蒸气压力128

8.1.3扩散系数130

8.1.4气液固平衡131

8.2化学反应132

8.2.1反应动力学132

8.2.2热氧化134

8.2.3催化氧化136

8.3气体吸收137

8.3.1传质理论137

8.3.2吸收塔计算139

8.4气体吸附146

8.4.1吸附理论146

8.4.2吸附剂151

8.4.3吸附床计算153

习题156

第9章VOCs污染控制技术159

9.1概述159

9.1.1VOCs及来源159

9.1.2净化方法及选择160

9.2高浓度VOCs回收技术161

9.2.1冷凝法161

9.2.2膜分离法163

9.2.3热氧化167

9.3低浓度VOCs净化技术176

9.3.1吸附法176

9.3.2生物法181

9.3.3高能粒子氧化186

习题190

第10章含硫气态污染物控制192

10.1含硫化合物192

10.2高浓度SO2资源化193

10.3低浓度SO2排放控制194

10.3.1湿式钙法烟气脱硫技术195

10.3.2喷雾干燥法烟气脱硫技术198

10.3.3干法烟气脱硫技术200

10.3.4其他烟气脱硫技术202

10.3.5烟气脱硫工艺综合比较204

10.4硫化氢排放与控制206

10.4.1高浓度硫化氢资源化技术206

10.4.2低浓度硫化氢处理技术208

习题211

第11章氮氧化物污染控制212

11.1氮氧化物212

11.2NOx的形成机理212

11.2.1热力型NOx212

11.2.2瞬时型NOx215

11.2.3燃料型NOx215

11.2.4影响燃烧NOx形成的因素216

11.3固定源NOx控制217

11.3.1燃烧过程控制217

11.3.2烟气脱硝技术219

11.4同步脱硫脱硝222

11.4.1高能束氧化技术222

11.4.2吸附技术223

11.4.3气/固催化技术224

习题226

第12章移动源废气污染控制227

12.1移动源227

12.2移动源排放量计算227

12.2.1道路移动源227

12.2.2非道路移动源228

12.2.3移动源排放因子229

12.3移动源尾气排放与控制232

12.3.1移动源发动机特点232

12.3.2排放控制234

12.4其他管控措施236

习题238

第13章气体收集输送系统的设计239

13.1通风239

13.1.1通风的重要性239

13.1.2通风方法239

13.2集气单元设计240

13.2.1集气罩气流特性240

13.2.2集气罩基本形式241

13.2.3集气单元计算243

13.3管道设计246

13.3.1压力损失246

13.3.2管道计算246

13.4集气输送系统设计248

13.4.1管道系统的布置248

13.4.2管道和部件250

13.5实际案例252

习题254

第14章污染物扩散和排气筒设计256

14.1大气的热力过程256

14.1.1大气运动256

14.1.2烟流形状与大气稳定度258

14.2大气污染物扩散运动261

14.2.1大气湍流运动261

14.2.2高斯扩散模式261

14.2.3污染物扩散浓度的估算263

14.3排气筒设计269

14.3.1排气筒高度的计算269

14.3.2排气筒设计中的几个问题271

习题273

第15章室内空气质量与控制275

15.1引言275

15.2室内空气污染物275

15.3源控制与通风277

15.3.1源头控制277

15.3.2通风278

15.3.3清洁空气278

15.4室内空气质量的物料平衡279

习题283

附录285

附录1单位换算285

附录2空气物质性质287

附录3水的物理性质289

附录4其他气体物质性质291

附录5一些物质在空气和水中的扩散系数294

附录6部分VOCs的燃烧热值295

参考文献296

 

进入21世纪，我国大气环境保护工作得到快速发展，大气污染控制领域的一些新技术、新标准也不断推出，目标控制污染物也从颗粒物、SO2、NOx扩展到VOCs和O3。因此，迫切需要编写一本反映上述变化的《大气污染控制工程》新教材。

大气污染控制工程涵盖内容十分广泛，本书保留了传统大气污染控制工程的经典理论和基本知识，采用了最新的环保政策、法律法规和标准，充实了VOCs污染控制内容，设立了大气污染控制工程设计、H2S排放与控制、移动源废气污染控制、室内空气质量与控制等章节，配合例题和课后习题，方便读者使用。

大气污染控制工程设计是环保工程师履行保卫蓝天责任的重要工作。尽管相关污染控制装置和系统的设计内容在一些大气污染控制手册中有描述，但是，工程概念仍是工程师培养过程中十分重要的。因此，本书系统地阐述了大气污染控制系统的原理和工艺流程，描述了解决大气污染物控制的方法和技术，并给出了各种污染控制装置设计和运行的必要参数和数据，以满足环境专业学生工程设计训练要求。

本书力求概念准确、语言简洁、通俗易懂，并反映学科发展的前瞻性，可作为高等院校环境工程等相关专业的教材或教学参考书，也可供相关专业领域的从业人员参考。

本书编著过程参考的文献和资料列在参考文献中，在此对文献作者们表示衷心的感谢。由于作者水平有限，书中疏漏之处在所难免，欢迎读者提出宝贵意见。

作者

2019年3月于杭州

 

5.2.3粒子荷电

粒子荷电是指颗粒带上电荷的过程。在电除尘器中，气溶胶粒子与气体离子相碰，离子附着在粒子上使粒子荷电。粒子荷电包括电场荷电和扩散荷电两种机制。

（1）电场荷电

又称碰撞荷电，是气体离子在静电力作用下的定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电。粒子的饱和荷电量qs为：

 （5.8）

式中，dp=粒径，m；

Ech=两极间的平均场强，V/m；

ε0 =真空介电常数，8.85×10-12C/(V·m)；

 。对大多数颗粒物，K=1.5-2.4；ε为粒子的相对介电系数，无因次。

粒子的饱和荷电量主要取决于粒径和电场强度的大小，尤以粒径影响最大。

设qt为粒子经时间t后的瞬时荷电量，它与荷电时间t的关系为：

q_t=q_s  t/(t t_0 )（5.9）

式中，t0=电场荷电时间常数，为荷电率（qt / qs）等于50%的荷电时间，由下式确定：

t_0=(4ε_0)/(N_0 eK_i )（5.10）

或t_0=(8πε_0 rE)/i（5.11）

式中，Ki=离子迁移率，m2/(s·V)；

e=电子电量，e =1.6×10-19C；

N0=电场中粒子的密度，在运行条件下（150-400℃）约为1014-1015个/m3。

电场荷电过程的初速率很快，在0.1-1.0s内荷电率可达99%，若电晕电流提高，荷电时间还会缩短；粒子比电阻高或其他原因使电流增大受到限制时，粒子荷电速率下降；当接近饱和时，荷电速率变得很慢，理论上，达到饱和荷电量所需时间为无穷大，但习惯上将接近饱和荷电称为饱和荷电。

例5.3若管式电除尘器的电晕电流线密度i=1.0mA/m，距电晕线中心r=3.0cm处的场强E=2×106V/m。试计算粒子荷电时间常数t0及荷电率达90%时所需的荷电时间t。

解：由式（5.11）得：t_0=(8πε_0 rE)/i=(8×3.14×8.85×〖10〗^(-12)×0.03×2×〖10〗^6)/0.001=0.0133s

荷电率qt/qs=90%所需荷电时间为：

t=t_0  (q_t?q_s )/(1-q_t?q_s )=0.0133×0.9/(1-0.9) s=0.1197s