《大气污染控制工程》课程教学大纲资料

《大气污染控制工程》课程教学大纲

课程编号: 608024

课程名称：大气污染控制工程

英文名称：Air Pollution Control Engineering 课程类型: 专业核心课

总 学 时： 64 讲课学时：56 实验学时：0 学 分： 4

适用对象: 环境科学专业

先修课程： 高等数学、环境学概论等 执笔人： 王岩 审定人：张金萍

一、课程性质、目的和任务

《大气污染控制工程》是环境工程专业的一门必修专业主干课程。学习本课程之前要求先修完《高等数学》、《环境学概论》等有关基础课或专业基础课。

通过本课程的学习与实践，全面掌握大气污染的来源、途径和机理（包括基本概念、基本理论、基本技能）、大气污染控制的原理、方法和实践，同时，还要求掌握与此相关的标准和政策法规及其发展前景，一方面学习必要的理论知识和方法、技巧，另一方面培养学生工程设计能力和研究能力，解决大气污染问题的实际操作、设计等实践实验能力。

1、使学生掌握燃烧过程中污染物是如何形成的，如何减少污染物的形成；结合污染气象学的基本知识，学习污染物的扩散、传输，学会计算排放源强与环境浓度间的关系。

2、使学生掌握颗粒物的物理性质及颗粒污染物控制技术基础，为除尘打下基础。掌握各种除尘器的除尘原理，设备结构组成，运行的工艺参数以及初步的除尘器设计。

3、使学生掌握气态污染物的扩散、吸收、吸附和催化等这些气态污染物控制技术的基本原理，为废气脱硫、脱硝和除去VOCs打下基础。了解各种脱硫、脱硝和VOCs控制工艺的过程、特点与设备。

二、课程教学和教改基本要求

1、优化课程结构，构建系统的学科体系。处理好学科各章节的内容，把握经典知识与现代知识、宏观知识与微观知识、多学科间知识交叉的关系。

2、充分利用多媒体等现代教学手段，提高学生兴趣、加深学生印象、提高教学效果。 3、重视理论联系实际。联系社会、经济、生活以及研究的实际，注重采用工程的方法来解决现实污染问题。

4、既要重视课堂教学，也要重视课后复习和阶段性、期末的总复习。特别是总复习可以建立学生对环境工程学科系统性、整体性的观点。适当组织一些讨论和答疑。

三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容

第一章 绪论 教学重点：

大气污染的综合防治措施。 难点：

大气污染的来源，大气污染的综合防治措施。 教学要求：

1.了解大气污染的分类、组成、分布及大气污染问题； 2.理解大气污染的综合防治措施定义。 教学内容：

第一节 大气与大气污染 第二节 大气污染物及其来源 1. 大气污染物

2. 大气污染物的来源和发生量 3. 中国城市大气污染概况 第三节 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. 对大气能见度和气候的影响 第四节 大气污染综合防治 1. 大气污染综合防治的含义 2. 大气污染综合防治措施 第五节 环境空气质量控制标准 第二章 燃烧与大气污染 教学重点：

重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，重点掌握燃烧所需空气体积、产生的烟气体积和燃烧过程污染物排放量计算。

难点：

理论烟气体积、实际烟气体积和燃烧过程污染物排放量计算。 教学要求：

1.了解燃料的种类、组成；

2.理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理； 3.掌握燃烧的计算。 教学内容：

第一节 燃料的性质（煤、石油、天然气和非常规燃料） 第二节 燃料燃烧过程 1. 影响燃烧过程的主要因素 2. 燃料燃烧的理论空气量 3. 燃烧产生的污染物 4. 热化学方程式

第三节 烟气体积及污染物排放量计算 1. 烟气体积计算

2. 污染物排放量计算

第四节 燃烧过程硫氧化物的形成 第五节 燃烧过程中颗粒污染物的形成 第六节 燃烧过程中其他污染物的形成 第三章 大气污染气象学 教学重点：

大气层结构及大气的热力过程。 难点：

大气的热力过程；大气稳定度和逆温。 教学要求：

1．了解与大气污染相关的气象学基本知识； 2．理解大气圈的结构和主要气象要素； 3．掌握大气的热力过程，大气稳定度和逆温； 4．掌握风速随高度的变化； 5. 理解地方性风场的影响。 教学内容：

第一节 大气圈结构及气象要素 1. 大气圈垂直结构

2. 主要气象要素：气温、气压、气湿、风向和风速、云况、能见度 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 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

第四章 大气扩散浓度估算模式 教学重点：

影响污染物稀释扩散法控制的有关条件；污染物浓度估算的高斯模式；烟囱高度的设 计方法。

难点：

污染物稀释扩散法控制，污染物浓度估算的高斯模式。 教学要求：

1.了解湍流扩散的基本理论；

2.掌握高斯扩散模式；

3.理解烟囱高度的设计方法和厂址的选择原则。 教学内容：

第一节 湍流扩散的基本理论 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 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

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

第五节 城市及山区的扩散模式 第六节 区域大气环境质量模型 第七节 烟囱高度的设计 第八节 厂址选择

第五章 颗粒污染物控制技术基础

教学重点：

颗粒物的重要物理性质，包括粒径和粒径分布，密度，荷电性和导电性等；除尘装置性能指标（压力损失、分级除尘效率和总除尘效率）；除尘技术的理论基础，即不同作用力下对颗粒物的捕集，包括重力、离心力、静电力和惯性碰撞。

难点：

对数正态分布及颗粒物捕集的动力学理论基础。

教学要求：

1.掌握颗粒物的粒径分布及其他物理性质； 2.掌握评价净化装置性能的技术指标； 3.掌握颗粒物捕集的动力学理论基础。 教学内容：

第一节 颗粒的粒径及粒径分布

1. 颗粒的粒径：斯托克斯直径和空气动力学当量直径

2. 平均粒径和粒径分布函数：算数平均直径，几何平均直径，对数正态分布 第二节 粉尘的物理性质

真密度、堆积密度、安息角、滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性、导电性、粘附性、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 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 第六章 除尘装置 教学重点：

机械除尘器作原理、结构与设计；电除尘器的工作原理、选型和设计；过滤式除尘器的 工作原理、选型和设计；除尘系统的选择设计与除尘器的发展。

难点：

旋风除尘器、电除尘器、文丘里除尘器和过滤式除尘器的工作原理。 教学要求：

1.了解除尘器的类型，包括各种干式和湿式除尘器； 2.掌握各种除尘器的工作原理，除尘效率的计算； 3.能进行除尘器的简单设计。 教学内容： 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

（１） 结构组成 （２） 气流运动 （３） 压力损失 （４） 除尘效率

（５） 影响除尘效率的因素 （６） 设计选型 第二节 电除尘器 1. 工作原理 2. 电晕放电

3. 粒子荷电：电场荷电和扩散荷电

4. 荷电粒子的运动和捕集：德意希公式或安德森方程 5. 被捕集粉尘的清除 6. 电除尘器的结构 7. 粉尘电阻率

8. 电除尘器的选择和设计 9. 热端电除尘器 第三节 袋式除尘器 1. 工作原理 2. 压力损失

3. 袋式除尘器的滤料和清灰（机械振动清灰、逆气流清灰和脉冲喷吹清灰） 4. 袋式除尘器的选择、设计和应用 5. 电袋除尘器（视频资料） 第四节 湿式除尘器 1. 概述 2. 除尘机理 3. 喷雾塔洗涤器 4. 旋风洗涤器 5. 文丘里洗涤器

第五节 除尘器的选择与发展 第七章 气态污染物控制技术基础 教学重点：

双膜理论模型，吸收的机理，吸收速率，吸收设备的计算；吸附剂，吸附速率，吸 附机理，吸附设备性能特点及固定床和移动床的计算；催化剂，催化原理，催化动力学。

难点：

吸收塔的设计，吸附设备的计算和催化反应动力学。 教学要求：

1.掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理及相关计算。 教学内容：

第一节 吸收法净化气态污染物 1. 吸收原理

双膜理论的基本论点是：

(1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。

(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。

(3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。 2. 物理吸收传质计算 3. 化学吸收传质计算

4. 吸收设备:吸收塔塔高的计算 第二节 吸附法净化气态污染物 1. 吸附原理 2. 吸附剂 3. 吸附速率

4. 吸附工艺与设备计算：固定床与移动床的计算 第三节 催化法净化气态污染物 1. 催化原理与催化剂

2. 气固催化反应动力学（化学反应动力学控制、内扩散控制、外扩散控制以及宏观动力学方程）

3. 二氧化硫催化氧化动力学方程 4. 气固相催化反应器 第八章 硫氧化物的污染控制 教学重点：

燃烧中燃料脱硫技术即流化床燃烧技术，高浓度二氧化硫尾气的回收与净化，低浓度二氧化硫烟气脱硫。

难点：

流化床燃烧脱硫技术，低浓度二氧化硫烟气脱硫。 教学要求：

1.了解硫循环及硫排放； 2.了解燃烧前燃料脱硫；

3.掌握高浓度二氧化硫尾气的回收与净化； 4.理解和掌握低浓度二氧化硫烟气脱硫技术。 教学内容：

第一节 硫循环及硫排放 第二节 燃烧前燃料脱硫 1. 煤炭的固态加工 2. 煤炭的转化 3. 重油脱硫

第三节 流化床燃烧脱硫 1. 流化床燃烧技术概述 2. 流化床燃烧脱硫的化学过程 3. 流化床脱硫的主要影响因素 4. 脱硫剂的再生

第四节 高浓度二氧化硫尾气的回收与净化 第五节 低浓度二氧化硫烟气脱硫 1. 烟气脱硫方法概述

2. 石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术

3. 喷雾干燥法烟气脱硫技术 4. 氧化镁湿法烟气脱硫技术 5. 海水烟气脱硫技术 6. 湿式氨法烟气脱硫技术 7. 干法烟气脱硫技术 8. 烟气脱硫技术的综合比较 第九章 固定源氮氧化物污染控制 教学重点：

燃烧过程中热力型氮氧化物的形成机理，低氮氧化物燃烧技术，先进的低氮氧化物燃烧器，烟气脱硝技术

难点：

热力型氮氧化物形成的热力学，低氮氧化物燃烧技术，SCR与SNCR技术。 教学要求：

1. 了解氮氧化物性质和来源；

2. 理解燃烧过程中氮氧化物的形成机理； 3. 掌握低氮氧化物燃烧技术和烟气脱硝技术。 教学内容：

第一节 氮氧化物性质及来源

第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成机理 1. 热力型氮氧化物形成的热力学与动力学 2. 瞬时氮氧化物的形成 3. 燃料型氮氧化物的形成 第三节 低氮氧化物燃烧技术 1. 低氮氧化物燃烧技术 2. 先进的低氮氧化物燃烧器 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氮氧化物 4. 吸附法净化烟气中的氮氧化物 第五节 烟气同时脱硫脱硝技术 第六节 氮氧化物控制的经济评价

四、各教学环节学时分配 章（或编）次 第一章 第二章 第三章 讲课 2 6 3 习题课 1 讨论课 实验 其他 合计 2 7 3 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 总复习 合计 7 12 18 4 2 2 56 2 3 4 1 5 4 7 13 20 4 2 2 64 五、课外习题及课程讨论

课外习题见课件和教案。 讨论课内容见课件相关章节。

六、作业与考核方式

作业：见课件和教案。

考核方式：闭卷。平时成绩占20%，主要参考随堂考勤（10%）和参与课堂讨论的积极情况（10%）；期末考试卷面成绩占80%。

七、推荐教材和教学参考书

教 材：《大气污染控制工程》（第三版），郝吉明，马广大，王书肖主编. 北京：高等教育出版社，2010年。

参考书：《大气污染控制工程》，马建锋，李英柳编著. 北京：中国石化出版社，2013年。

《大气污染控制工程》，王丽萍，陈建平编著. 徐州：中国矿业大学出版社，2012年。

八、说明

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