《大气污染控制工程》教学大纲

一、基本信息

课程名称		大气污染控制工程				课程编号	ENSE4101
英文名称		Air pollution control engineering				课程类型	专业核心课
总学时	36	理论学时		36	实验学时		实践学时
学分	2	预修课程	环境工程原理、流体力学等			适用对象	环境工程本科、辅修
课程简介 （200字左右）		《大气污染控制工程》主要讨论大气污染的基本理论、各种控制方法的分析及典型控制设备的工艺设计计算。主要内容包括：大气污染的防治与控制标准、大气污染的产生及影响、主要大气污染物浓度及排放量的估算、大气污染物的扩散规律及扩散浓度估算、颗粒污染物控制技术及主要装置的设计计算、气态污染物控制技术原理、硫氧化物和氮氧化物的治理技术及主要处理工艺等。

二、教学目标及任务

《大气污染控制工程》是高等学校环境工程专业的一门重要的必修课。通过本课程的学习使学生了解大气污染治理的基本知识，掌握从工业废气中去除大气污染物的基本方法、原理及其典型净化工艺，使学生具有解决大气污染控制工程问题的基本能力。

课程学习结束后，学生应达到以下要求：①了解大气污染的基本情况、综合防治措施和控制标准等基本知识；②对大气污染控制的各种方法、原理、设备和典型净化工艺有较系统、深入的理解，能基本掌握各种控制方法的应用范围和条件；③配合实习、课程设计和毕业设计等实践教学环节，能够自主选择净化方案并初步掌握净化系统布置及主要设备选型和设计计算的能力。

本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、5、6、7和11。

三、学时分配

教学课时分配

章节	章节内容	讲课	实验	实践	合计
第一章	绪论	2
第二章	燃烧与大气污染	4
第三章	大气污染气象学	2
第四章	大气扩散浓度估算模式	4
第五章	颗粒污染物控制技术基础	4
第六章	除尘装置	8
第七章	气态污染物控制技术基础	4
第八章	硫氧化物的污染控制	2
第九章	固定源氮氧化物污染控制	2
第十章	挥发性有机物污染控制	2
第十一章	城市机动车污染控制	2
合计		36

四、教学内容及教学要求 

第一章  绪论

第一节  大气污染及分类

1.      大气圈及大气组成

2.      大气污染的定义

3.      空气污染系统

4.      大气污染源

5.      大气污染物

6.      中国城市大气污染概况

第二节  大气污染的影响

1.  对人体健康的影响

2.      对植物的伤害

3.      对器物和材料的影响

4.      对大气能见度的影响

第三节  大气污染防治法规与标准体系

大气污染防治法

大气环境质量标准体系

第四节  中国的大气污染综合防治

1.  能源利用情况

2.      主要污染物排放

3.      控制大气污染的技术措施

4.      控制污染的经济政策

本章重点、难点：大气污染物的定义、类型和来源；环境空气质量控制标准的种类及主要内容

本章教学要求：明确大气污染治理工程的学习对象、内容和目的；了解大气的组成，掌握大气污染物的概念，以及主要大气污染物的来源、性质和影响；了解与大气污染治理有关的法规和标准；建立大气污染综合防治的概念。

第二章  燃烧与大气污染

第一节  燃料的性质

1.        燃料的分类

2.        燃料的化学组成

3.        燃料组成对燃烧的影响

4.        煤的分类与组成

5.        其他燃料

6.        燃料组成的表示方法

第二节  燃料燃烧过程

1.  影响燃烧过程的主要因素

5.      燃料燃烧的理论空气量

6.      燃烧过程中产生的污染物

7.      热化学关系式

习题要点：根据给定燃料的组成，计算燃料燃烧的理论空气量。

第三节  烟气体积及污染物排放量的计算

1.      烟气体积计算

2.      污染物排放量计算

习题要点：根据给定燃料的组成及过剩空气系数，计算产生烟气的体积、烟气中污染物的浓度及污染物的排放量；根据给定燃料的组成及烟气中污染物组成，计算过剩空气系数和供气量。

第四节  燃烧过程中硫氧化物的形成

1.  硫的氧化机理

2.      SO₂与SO₃之间的转化

第五节  燃烧过程中颗粒物的形成

1.  碳粒子的生成

2.      燃煤烟尘的形成

第六节  燃烧过程中其他污染物的形成

1.  有机污染物的形成

2.      CO的形成

3.      Hg的形成与排放

4.      NOx的形成

5.      二噁英的形成

本章重点、难点：煤燃烧基本过程和主要影响因素，煤燃烧主要污染物及其生成机理，燃烧烟气量及污染物排放量计算

本章教学要求：了解常见燃料的组成与性质；掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；掌握燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度的计算方法；掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。

第三章  大气污染气象学

第一节  大气圈结构及气象要素

1.      大气圈垂直结构

2.      主要气象因素

第二节  大气的热力过程

1.  太阳、大气和地面的热交换

2.      气温的垂直变化

3.      大气稳定度

4.      逆温

5.      烟流形状与大气稳定度的关系

习题要点：通过计算不同高度气温的变化，判断大气稳定度

第三节  大气的运动和风

1.      引起大气运动的作用力

2.      大气边界层中风随高度的变化

3.      近地层中的风速廓线模式

4.      地方性风场

习题要点：根据地面风速，确定不同高度下的风速

本章重点、难点：气温垂直变化和大气稳定度判断，气湿的表示方法及其换算

本章教学要求：了解大气圈垂直结构；理解气象学基础知识；掌握气温的垂直变化和大气稳定度；掌握逆温和风对大气污染物扩散的影响；了解引起大气运动的作用力；掌握指数型风速廓线模式。

第四章  大气扩散浓度估算模式

第一节  湍流扩散的基本理论

1.      湍流概念简介

2.      湍流扩散理论简介

第二节  高斯扩散模式

1.      高斯模式的有关假定

2.      无界空间连续点源扩散模式

3.      高架连续点源扩散模式

4.      地面连续点源扩散模式

5.      颗粒物扩散模式

习题要点：计算连续点源在地面处的污染物浓度分布

第三节       污染物浓度的估算

1.      烟气抬升高度的计算

2.      扩散参数的确定

习题要点：运用霍兰德公式、布里吉斯公式和我国国家标准中规定的公式计算烟气抬升高度；运用“P-G”法和我国国家标准中规定的修正的“P-T”法确定扩散参数。

第四节  特殊气象条件下的扩散模式

1.  封闭型扩散模式

2.      熏烟型扩散模式

习题要点：计算封闭状态和熏烟状态下污染物的扩散浓度

第五节  城市与山区的扩散模式

1.  城市大气扩散模式

2.      山区扩散模式

习题要点：计算线源、面源污染物和山区地形下的污染物扩散浓度

本章重点、难点：高斯扩散模式及污染物浓度的估算方法，烟气抬升高度的计算；城市与山区的扩散模式

本章教学要求：了解湍流扩散；掌握高架点连续点源扩散模式和地面连续点源扩散模式；掌握烟气抬升高度的计算和扩散参数的选取；理解封闭性扩散模式；了解城市及山区的扩散模式。

第五章  颗粒污染物控制技术基础

第一节  颗粒的粒径及粒径分布

1.      颗粒的粒径

2.      粒径分布

3.      平均粒径

4.      粒径分布函数

第二节  粉尘的物理性质

1.  粉尘的密度

2.      粉尘的安息角与滑动角

3.      粉尘的比表面积

4.      粉尘的含水率

5.      粉尘的润湿型

6.      粉尘的荷电性和导电性

7.      粉尘的粘附性

8.      粉尘的自燃性和爆炸性

第三节       净化装置的性能

1.      净化装置技术性能的表示方法

2.      净化效率的表示方法

习题要点：净化效率、处理规模和压降的计算；分效率与总效率的关系

第四节  颗粒捕集的理论基础

1.  流体阻力

2.      阻力导致的减速运动

3.      重力沉降

4.      离心沉降

5.      静电沉降

6.      惯性沉降

7.      扩散沉降

习题要点：颗粒重力沉降、离心沉降、静电沉降时的终端沉降速度的计算

本章重点、难点：颗粒平均粒径基本定义，净化装置的主要性能参数，不同力场中颗粒沉降的基本规律

本章教学要求：理解各种粒径分布的概念及其表示方法，会看粒径分布图，会计算平均粒径；掌握粉尘物理性质；掌握除尘装置的关键参数，学会计算除尘效率；掌握重力、静电力、离心力等力场下颗粒捕集的理论基础，学会计算分级效率。

第六章  除尘装置

第一节  机械除尘器

1.      重力沉降室

2.      惯性除尘器

3.      旋风除尘器

习题要点：重力沉降室、旋风除尘器的工艺尺寸、除尘效率和压降的计算

第二节  电除尘器

1.  电除尘器的工作原理

2.      电晕放电

3.      粒子荷电

4.      荷电粒子的运动和捕集

5.      被捕集粉尘的清除

6.      电除尘器结构

7.      粉尘比电阻

习题要点：德意希公式的应用与计算

第三节       湿式除尘器

1.      概述

2.      湿式除尘器的除尘机理

3.      喷雾塔洗涤器

4.      旋风洗涤器

5.      文丘里洗涤器

习题要点：各类洗涤器处理效率和压损的计算

第四节  过滤式洗涤器

1.  袋式除尘器工作原理

2.      袋式除尘器的压力损失

3.      袋式除尘器的滤料

4.      袋式除尘器的选择、设计和应用

5.      颗粒层除尘器

习题要点：袋式除尘器处理效率、压力损失的计算

第五节  除尘器的选择与发展

1.  除尘器的合理选择

2.      除尘设备的发展

本章重点、难点：除尘器基本工作原理、性能参数，除尘器主要性能参数计算方法

本章教学要求：掌握各类除尘器的工作原理、结构和性能；能够进行简单除尘器的选型与设计；了解除尘器的研究与发展情况。

第七章  气态污染物控制技术基础

第一节  气体扩散

1.      气体在气相中的扩散

2.      气体在液相中的扩散

第二节  气体吸收

1.      吸收机理

2.      气液平衡

3.      物理吸收

4.      化学吸收

第三节       气体吸附

1.      吸附剂

2.      吸附机理

3.      吸附工艺和设备计算

习题要点：希洛夫公式的应用与计算

第四节  气体催化净化

1.        催化作用和催化剂

2.        气固催化反应动力学

3.        催化反应器的设计

习题要点：催化反应器工艺尺寸的计算

本章重点、难点：气体吸收、气体吸附和气体催化转化的基本原理和过程，化学吸收时的气液平衡关系；固定床吸附器内的浓度分布规律及吸附波的概念；表面化学反应动力学速率、催化剂有效系数、与宏观动力学速率的概念

本章教学要求：掌握气体扩散、气体吸收、气体吸附和气体催化净化的基本原理和过程；了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性；初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器。

第八章  硫氧化物的污染控制

第一节  燃烧前燃料脱硫

1.      煤炭的固定加工

2.      煤炭的转化

3.      重油脱硫

第二节  燃烧中脱硫

1.      流化床燃烧技术

2.      流化床燃烧脱硫的化学过程

3.      流化床燃烧脱硫的影响因素

4.      脱硫剂的再生

第三节       高浓度二氧化硫尾气的回收与净化

第四节  低浓度二氧化硫烟气脱硫

1.  烟气脱硫方法概述

2.      主要的烟气脱硫工艺

3.      同时脱硫脱氮工艺

4.      烟气脱硫工艺的综合比较

习题要点：脱硫剂用量、脱硫效率和压降的计算；

本章重点、难点：各种脱硫技术的原理、过程和特点；低浓度SO₂烟气净化的主要方法

本章教学要求：了解燃烧前燃料脱硫的方法及原理；理解流化床燃烧脱硫过程；了解高浓度SO₂气相催化氧化法制酸的原理、工艺、设备及特点；掌握石灰石/石灰抛弃法、喷雾干燥法及循环流化床脱硫的原理、工艺、影响因素、存在问题等；了解同时脱硫脱氮工艺的原理及特点。

第九章  固定源氮氧化物污染控制

第一节  氮氧化物的性质及来源

第二节  燃烧过程中NOx的形成机理

1.        热力型NOx的形成

2.        瞬时NO的形成

3.        燃料型NOx的形成

习题要点：烟气在NOx浓度的计算

第三节       低氮氧化物燃烧技术

1.        传统的低NOx燃烧技术

2.        先进的低NOx燃烧技术

第四节  烟气脱硝技术

1.        选择性催化还原法（SCR）脱硝

2.        选择性非催化还原法（SNCR）脱硝

3.        吸收法净化烟气中的NOx

4.        吸附法净化烟气中的NOx

习题要点：脱硝剂用量的计算

本章重点、难点：NOx的分类及热力型NOx的形成机理；SCR脱硝与SNCR脱硝技术；NOx的分类及形成机理

本章教学要求：了解NOx的来源；掌握热力型NOx的形成机理；理解低氮氧化物燃烧技术的机理和方法；掌握SCR脱硝与SNCR脱硝的原理及工艺，了解其他各类烟气脱硝的原理及特点。

第十章  挥发性有机物污染控制

第一节  蒸气压与蒸发

1.        蒸气压

2.        挥发与溶解

第二节  VOCs污染预防

1.        VOCs替代

2.        工艺改革

3.        泄漏损耗及控制

第三节   VOCs控制方法与工艺

1.        燃烧法

2.        吸收（洗涤）法

3.        冷凝法

4.        吸附法

5.        生物法

习题要点：各控制方法的计算与比较

本章重点、难点：VOCs末端控制常用方法的原理、工艺、流程及特点

本章教学要求：了解蒸气压的计算方法；了解VOCs的性质、排放及其污染预防措施；掌握燃烧、吸收、冷凝、吸附、生物等技术控制VOCs污染的原理、工艺和设备。

第十一章  城市机动车污染控制

第一节       城市交通趋势及影响

1.      机动车增长趋势

2.      城市机动车污染现状

第二节  汽油发动机污染物的形成与控制

1.      汽油机的工作原理与污染来源

2.      燃烧过程中污染物的形成过程

3.      汽油机污染控制技术

第三节  柴油发动机污染物的形成与控制

1.  柴油机的工作原理

2.      柴油机污染物的形成过程

3.      柴油机污染控制技术

第四节  新型机动车污染控制技术

本章重点、难点：汽油机、柴油机工作原理、污染物形成及控制技术

本章教学要求：了解城市交通发展的趋势，机动车问题的由来；掌握汽油机、柴油机工作原理、污染物形成及控制技术；了解新型机动车的思路、发展状况和面临的问题。

五、考核方式及要求

采用闭卷考试，题型主要包括简答题与计算题。最终成绩由期末考试成绩（占70％）和平时成绩（占30％）组成。

六、推荐教材及教学参考书

教  材：《大气污染控制工程》（第三版），郝吉明，马广大，王书肖，主编，高等教育出版社，2010年，标准书号：ISBN 978－7－04－028406－5。

参考书：《大气污染控制工程》（第二版），郭静，阮宜纶，主编，化学工业出版社，2010年，标准书号：ISBN 978－7－12－201725－3。

《大气污染控制工程》，蒋文举，编著，高等教育出版社，2006年，标准书号：ISBN 978－04－020208－5。

 

大纲修订人：孔火良

大纲审定人：李荣

修订日期： 2015年4月30日