第1章 能源與大氣污染1

1.1能源的現狀與發展 1

1.1.1能源現狀 1

1.1.2能源發展 2

1.2環境 3

1.2.1環境的概念 3

1.2.2環境質量與環境污染 3

1.3大氣組成 4

1.4大氣污染對環境的影響 6

1.4.1大氣污染 6

1.4.2NOx 和NMHC 對環境的影響 6

1.4.3二氧化硫對環境的影響 8

1.4.4氣溶膠顆粒物對環境的影響 8

1.4.5溫室效應氣體對環境的影響 9

1.4.6大氣污染物對臭氧層的破壞 10

1.5能源消耗與環境污染 11

1.6大氣污染物排放量的確定 12

1.6.1物料衡算法 13

1.6.2實測法 14

1.6.3排污繫數法 14

1.7大氣污染綜合防治 15

1.7.1大氣污染綜合防治的含義 15

1.7.2大氣污染綜合防治的法律與標準 15



第2 章 大氣污染擴散17

2.1氣像學基礎 17

2.1.1大氣圈結構 17

2.1.2大氣圈的主要氣像要素 18

2.2大氣穩定度 19

2.2.1大氣熱力過程 19

2.2.2大氣穩定度的概念 20

2.2.3大氣穩定度的分類 21

2.3大氣的運動和風 22

2.4高斯擴散模式 23

2.4.1高斯模式假定 23

2.4.2無界空間連續點源擴散模式 24

2.4.3高架連續點源擴散模式 24

2.4.4地面連續點源擴散模式 24

2.4.5顆粒物擴散模式 25

2.5特殊氣像條件下的擴散模式 25

2.5.1封閉型擴散模式 25

2.5.2熏煙型擴散模式 26

2.6污染物濃度的估算 27

2.6.1煙氣抬升高度的計算 27

2.6.2擴散參數的確定 29

2.7煙囪的設計 32

2.7.1煙囪結構形式 32

2.7.2煙囪數量 33

2.7.3煙囪高度的計算 33

2.7.4煙囪出口的煙氣流速 34

2.7.5煙囪出口內徑 36

2.7.6煙囪內煙氣靜壓 36

2.7.7煙囪的附屬設施 38



第3 章 顆粒污染物的控制39

3.1顆粒的粒徑及粒徑分布 39

3.1.1顆粒的粒徑 39

3.1.2粒徑分布 40

3.1.3粒徑分布函數 41

3.2粉塵的物理性質 43

3.2.1粉塵的密度 43

3.2.2粉塵的含水率 44

3.2.3粉塵的潤濕性 44

3.2.4粉塵的荷電性 44

3.2.5粉塵的導電性 45

3.2.6粉塵的黏附性 45

3.2.7粉塵的安息角和滑動角 46

3.2.8粉塵的比表面積 46

3.2.9粉塵的自燃性和爆炸性 46

3.3淨化裝置的技術性能指標 47

3.3.1處理氣體流量 47

3.3.2淨化效率 47

3.3.3壓力損失 48

3.4顆粒捕集的理論基礎 49

3.4.1顆粒的流體阻力 49

3.4.2阻力導致的減速運動 51

3.4.3重力沉降 51

3.4.4離心沉降 52

3.4.5靜電沉降 53

3.4.6慣性沉降 53

3.4.7擴散沉降 54

3.5電除塵器 56

3.5.1電除塵器的基本原理 56

3.5.2電除塵器的結構 61

3.5.3電除塵器的供電 69

3.5.4電除塵器的性能 71

3.5.5電除塵器性能的影響因素 72

3.5.6電除塵器的設計 77

3.5.7電除塵器的選型 82

3.6袋式除塵器 83

3.6.1袋式除塵器的基本原理 83

3.6.2袋式除塵器的分類和命名 84

3.6.3袋式除塵器的濾料 86

3.6.4袋式除塵器的性能及其影響因素 88

3.6.5袋式除塵器的設計與選型 89

3.7電袋復合除塵器 91

3.7.1電袋復合除塵器的基本原理 91

3.7.2電袋復合除塵器的結構 92

3.7.3電袋復合除塵器的技術特點 93

3.7.4電袋復合除塵器的應用 93

3.8除塵器的選型與發展 94

3.8.1除塵器的選型 94

3.8.2除塵器的發展 95



第4 章 石灰石濕法煙氣脫硫技術97

4.1氣體吸收理論 97

4.1.1相際傳質理論 97

4.1.2吸收速率方程 98

4.1.3相平衡 99

4.1.4傳質繫數 100

4.1.5界面濃度 101

4.1.6操作 102

4.1.7化學吸收過程 105

4.2石灰石漿液脫除SO2 的化學原理 107

4.2.1石灰石漿液吸收SO2 的主要化學反應 107

4.2.2pH值對石灰石漿液脫硫化學反應的影響 109

4.3逆流噴淋吸收塔 109

4.3.1吸收塔的結構 110

4.3.2吸收塔的主要參數 112

4.4石灰石濕法煙氣脫硫的平衡方程 117

4.4.1石灰石濕法煙氣脫硫繫統 117

4.4.2煙氣平衡 118

4.4.3固體物平衡 118

4.4.4水平衡 121

4.4.5繫統熱平衡 122

4.5石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝設計 124

4.5.1選擇工藝的原則 124

4.5.2石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的規定 125

4.5.3噴淋吸收塔設計計算 126

4.5.4石灰石-石膏濕法煙氣脫硫繫統的技術性能 126



第5 章 選擇性催化還原煙氣脫硝技術128

5.1選擇性催化還原反應 128

5.1.1催化作用 128

5.1.2SCR 化學反應 129

5.1.3催化反應本征動力學 130

5.1.4催化反應動力學 132

5.2SCR 反應器 136

5.2.1催化反應器的結構 136

5.2.2影響SCR 脫硝效率的主要因素 136

5.2.3SCR 催化劑 139

5.2.4SCR 反應器的設計 147

5.3SCR 煙氣脫硝繫統及其附屬設施 154

5.3.1SCR 煙氣脫硝繫統布置 155

5.3.2SCR 煙氣脫硝繫統 155

5.3.3還原劑儲存與制備 156

5.3.4SCR 煙氣脫硝繫統的附屬設施 163

5.3.5SCR 煙氣脫硝繫統的技術性能 165

5.4SCR 煙氣脫硝繫統的控制 166

5.4.1煙氣脫硝繫統的控制方式 166

5.4.2煙氣脫硝繫統的模擬量控制 166

5.4.3煙氣脫硝繫統的順序控制 170



參考文獻 173

目前，我國樹立綠色發展、循環發展、低碳發展的理念，堅持節約資源和保護環境的基本國策，施行低耗能、低污染、低排放為特征的發展方式，實行嚴格的環境保護制度，深入實施大氣污染防治行動計劃，不斷追求更低的大氣污染排放指標，大幅度提高了環境空氣質量，保障人民擁有藍天白雲的生活空間。

在不斷改進和完善的基礎上，我國的煙氣淨化技術已臻於成熟，特別是電廠，已經形成從煙氣中去除煙塵、硫氧化物和氮氧化物的主流技術。目前的發展目標是大幅度降低投資和運行成本、拓展副產物資源化途徑的高效煙氣淨化技術。未來將從電廠煙氣淨化擴展到冶金、建材、垃圾焚燒等行業脫除汞、微塵和二英等污染物。

本書根據能源與動力工程專業知識與環境工程專業知識交叉的需求，依據當代工程技術人纔的培養目標，並充分考慮到多年來課程教學實踐和本科學生的學習感受組織編寫。本書在編寫和內容安排方面作如下思考和探索：

(1)在能力培養方面，本書將主要規範標準的技術要求融入理論知識中，體現當代工程教育的理念，不僅有助於學生專業能力(工程知識應用能力、問題分析能力、設計/開發能力、研究能力)的培養，而且注重培養學生的設計規範技術標準遵循意識。

(2)在內容編排方面，本書力求數據翔實，知識繫統，重點突出。全書共分為5章。第1章為“能源與大氣污染”，以數據說明能源的未來發展、能源與環境之間的關繫，簡要介紹大氣污染危害、大氣污染控制的生態意識和規章制度。第2章為“大氣污染擴散”，詳細分析了不同氣像條件下污染物的擴散理論，並闡釋了擴散理論在煙囪高度計算方法中的應用及其與相關環境標準之間的聯繫。第3章為“顆粒污染物的控制”，首先描述了顆粒在氣流中的運動，以此闡述兩種電廠主流除塵技術即電除塵器和袋式除塵器的基本原理，並梳理兩種除塵器的工程設計程序及標準規定的高效除塵技術和性能要求。第4章和第5章分別以氣液吸收理論和異相催化理論闡述電廠煙氣脫硫和脫硝的主流技術，即“石灰石濕法煙氣脫硫技術”和“選擇性催化還原煙氣脫硝技術”，在重點講解質量傳遞的化學工程知識的基礎上，詳細說明了濕法煙氣脫硫和選擇性催化還原煙氣脫硝的設計計算方法。

本書由山東建築大學錢煥群教授、王洪波教授、王寧副教授、毛煜東副教授和楊開敏副教授共同討論與合作完成。其中，2.1～2.3、2.6、2.7、3.3～3.8、4.1、4.2、5.1和5.2由錢煥群編寫；4.3～4.5、5.3和5.4由王洪波編寫；1.2～1.4、1.6、3.1和3.2由王寧編寫；1.1、1.5、1.7、2.4和2.5由毛煜東編寫；楊開敏負責本書部分資料的整理工作。

在此向本書參考文獻的所有作者、支持和關心本書出版的同仁表示感謝。

由於編者知識、能力和閱歷有限，書中難免存在疏漏，懇請廣大讀者提出寶貴意見和建議。



編 者

2021年11月