大气污染习题解.docx
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大气污染习题解
2.2普通煤的元素分析如下：
C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。
（含N量不计）
（1）计算燃煤1kg所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度；
（2）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度；
（3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫，石灰石中含钙35%。
当钙硫比为1.7时，计算燃煤1吨需石灰石的量。
解：
①以1kg燃煤为基准，列出各组分的需氧量、产生烟气量如下：
组分
质量/g
摩尔数/mol
需氧量/mol
产生烟气量/mol
C
657
54.75
54.75
54.75（CO2）
S
17
0.531
0.531
0.531（SO2）
H
32
32
8
16（H2O）
O
23
1.438
-0.719
0
H2O
90
5
0
5（H2O）
所以,理论需氧量为：
（54.75+0.531+8-0.719）=62.562mol/kg（燃煤）
理论空气量为：
（1+3.78）×62.562=299.05mol/kg（燃煤）=6.70mN3/kg（燃煤）
理论烟气量为：
（54.75+0.531+16+5）+3.78×62.562=312.8mol/kg（燃煤）
=7.01mN3/kg（燃煤）
SO2在烟气中的浓度为：
0.531/312.8=1698×10-6
②1kg燃煤含灰分181g，排放因子80%，则烟气中灰分质量为：
181×80%=144.8g。
灰分浓度为：
144800mg/7.01mN3=2.07×104mg/mN3
③1t煤含S531mol，需Ca量：
1.7×531=902.7mol
m=902.7×40.08=3.62×104g
所需石灰石：
3.62×104g/35%=1.03×105g=103kg
2.4某锅炉燃用煤气成分体积比为：
H2S0.2%、CO25%、O20.2%、CO28.5%、H213.0%、CH40.7%、N252.4%。
空气含湿量为12g/m3（标态），α=1.2时，试求实际所需空气量和燃烧时产生的实际烟气量。
解：
以1kmol煤气计，则
组分
摩尔数/mol
需氧量/mol
产生烟气量/mol
H2S
2
3
2+2=4
CO2
50
0
50
O2
2.0
-2
0
CO
285
142.5
285
H2
130
65
130
CH4
7
14
14+7=21
N2
524
0
524
1）由上表可知理论需氧量为：
3-2+142.5+65+14=222.5mol/kmol煤气
=222.5L/（m3N煤气）
理论干空气量：
222.5×（1+3.78）
=1063.6L/（m3N煤气）
实际需要的干空气量：
1063.6×1.2=1276L/（m3N煤气）
转化为湿空气
ⅰ湿空气中水蒸气的体积比为
（12g/18g·mol-1）×22.4×10-3m3N/m3N=0.0149
ⅱ所需湿空气的体积为
1276/（1-0.0149）=1296L/（m3煤气）
2）燃烧后产生的烟气量为
（1296-222.5）+（4+50+285+130+21+524）=2.09m3/m3煤气
2.4
以1kmol煤气为基准，列出各组分的需氧量、产生烟气量如下：
组分
摩尔数/mol
需氧量/mol
产生烟气量/mol
H2S
2
3
4（2H2O+2SO2）
CO2
50
0
50（CO2）
O2
2
-2
0
CO
285
142.5
285（CO2）
H2
130
35
130（H2O）
CH4
7
14
210（14H2O+7CO2）
N2
524
0
524（N2）
所以,理论需氧量为：
（3-2+142.5+35+14）=222.5mol/kmol（煤气）
实际需要的干空气量为：
222.5（1+3.78）×1.2=1276.3mol/kmol（煤气）
=1.276mN3/mN3（煤气）
湿空气中水蒸气的体积百分数为：
=1.493%
实际需要湿空气量为：
1276/（1-0.01493）=1.296mN3/mN3（煤气）
实际产生的烟气量为：
各组分产生烟气量+进入的湿空气量+燃烧消耗氧量
=（4+50+285+130+21+524）+1296-222.5=2087mol/kmol（煤气）
=2087mN3/mN3（煤气）
2.6
以1kg燃煤为基准，列出各组分的需氧量、产生烟气量如下：
组分
质量/g
摩尔数/mol
需氧量/mol
产生烟气量/mol
H
50
50
12.5
25（H2O）
C
758
63.17
63.17
63.17（CO2）
N
15
1.071
0
0.536（N2）
S
16
0.5
0.5
0.5（SO2）
O
74
4.625
-2.313
0
灰分
87
——
——
0
所以,理论需氧量为：
（12.5+63.17+0.5-2.313）=73.86mol/kg（燃煤）
理论干空气量为：
（1+3.78）×73.86=353.0mol/kg（燃煤）
实际空气量为：
353.0×1.2×（1+0.0116）=428.6mol/kg（燃煤）
产生的烟气量为:
（25+63.17+0.536+0.5）+428.6-73.86=443.9mol/kg（燃煤）
烟气组成—CO2：
63.17/443.9=14.23%;
SO2：
0.5/443.9=0.11%;
H2O:
=6.74%;
N2:
（0.536+73.86×3.78×1.2）/443.9=75.59%
2.7
假定SO2向SO3的转化率为3%，而SO3全部转化为H2SO4
则H2SO4含量为：
0．11%×3%=3.3×10-5
LgPH2SO4=-4.48
查表2-7，可得烟气的酸露点为140℃
拟在平坦开阔大气稳定度为中性状态地方再建一硫酸厂，生产尾气排放SO2量为60kg/h,经2m内径的排烟筒排放尾气量为226000m3/h。
尾气温度为40℃，环境温度20℃。
试问厂区附近达二级标准时烟囱应为多高？
解：
第一步查附表三，二级标准时SO2的日均浓度限值是0.15mg/m3
第二步确定B值，按国家标准法
按（4—27）
第三步确定扩散参数
中性条件下，大气稳定度为D级，向不稳定方向提半级后按表4-8查算。
下风向任意位置处，
，取距烟囱2km的位置。
第四步按（4—65），设本底浓度为0.06mg/m3
危险风速为：
1、计算不同粒径的三种飞灰球形颗粒在空气中的沉降速度，及在30s内的沉降高度。
已知颗粒dp分别为0.4、40μm，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真密度为2310kg/m3。
解：
查表得：
空气ρ=0.912kg/m3μ=2.3×10-5Pa·s
=532.2m/s
=9.5×10-8m
1对于粒径为0.4μm的颗粒，需进行坎宁汉修正。
=0.475C=1+Kn[1.257+0.400exp（-
）]=1.616
假定颗粒处于Stokes区域，其末端沉降速度为：
=1.41×10-5m/s
验证：
Rep=
=2.2×10-7。
故假设成立。
由于颗粒的起始速度为0，故需计算从初速度到末端速度所用的时间和所走的距离。
由受力平衡关系：
F=FG-FD=ma
=
-
积分得：
us（t）=τgC[1-exp（-
）]
由于
=6.9×105极大，颗粒极快就可达末端速度，故加速到末端速度前的加速过程可忽略。
30s内沉降高度h=1.41×10-5m/s×30s=4.23×10-3m
2对于粒径为40μm的颗粒，C可忽略。
假定颗粒处于Stokes区域，其末端沉降速度为：
=8.75×10-2m/s
验证：
Rep=
=0.139。
故假设成立。
仍可忽略加速加速过程造成的误差。
30s内沉降高度h=8.75×10-2m/s×30s=2.63m
2、试确定某水泥粉尘排放源下风向无水水泥沉降的最小距离。
水泥粉尘是从离地面4.5m高处的旋风除尘器出口垂直排出的。
水泥粒径范围为25~500μm，真密度1960kg/m3，风速1.4m/s,空气温度为293K，压力为101325Pa。
解：
对于粒径为25μm的颗粒，假定颗粒处于Stokes区域，其末端沉降速度为：
=0.0368m/s
验证：
Rep=
=0.048<1。
故假设成立。
假定粉尘出口速度为20m/s。
计算速度减小为0时所需的时间和所走的距离。
由受力平衡关系：
F=-（FG+FD）=ma
-
=
-
积分得：
⑴
代入u=0,
=3.8×10-3
t=0.024s
由⑴式得：
代入
，积分得x=
-
∴x=0.076m
下降4.576m所需时间：
4.576/0.0368=124.34s
t=124.34+0.024=124.6s
飘移距离：
124.6×1.4=174m.
对于粒径为500μm的颗粒，假定颗粒处于Allen区域，其末端沉降速度为：
=3.07m/s
验证：
Rep=
=102<500且>1。
故假设成立。
假定颗粒上升过程中无流体阻力。
u2-u1=gtt=2s
上升高度h=u1t-1/2gt2h=20m
下降24.5m所需时间：
24.5/3.07=8s
飘移距离：
10×1.4=14m.
3、某电除尘器进、出口粒径分布如下表，若ηT=98%，计算该除尘器的分级效率。
粒径间隔
<0.6
0.6~
0.7
0.7~
0.8
0.8~
1.0
1.0~
2
2~3
3~4
4~5
5~6
6~8
8~10
10~
20
20~
30
质量
频率%
进口g1
2.0
0.4
0.4
0.7
3.5
6.0
24.0
13.0
2.0
2.0
3.0
11
8.0
出口g2
7.0
1.0
2.0
3.0
14
16
29
6.0
2.0
2.0
2.5
8.5
7.0
分级效率ηi
93.0
95.0
90.0
91.4
92.0
94.7
97.6
99.1
98.0
98.0
98.3
98.5
98.3
P=1-ηT=2%
例如：
η<0.6=1-0.02×
=0.93
5.10
解：
查表得：
空气ρ=1.205kg/m3μ=1.81×10-5Pa·s
如果以气流为参照系，颗粒恰好被吹起时，等同于颗粒在气流中以末端速度进行重力沉降，这个末端速度刚好等于吹起颗粒的气流速度。
假定颗粒处于牛顿区，则
验证假设：
Rep=
=40.2<500。
故假设不成立。
再假设颗粒处于过渡区。
=1.03m/s
验证假设：
Rep=
=13.71>1且<500。
故假设成立。
所以，恰好能吹起颗粒的气流速度等于1.03m/s，此条件下的雷诺数为13.71。
此时的阻力系数：
5、比重为2的球形粒子，粒径为1μm，以10m/s的速度射入293K,1atm的空气中，计算粒子在停止前通过的距离。
查表得：
空气ρ=1.205kg/m3μ=1.81×10-5Pa·s
坎宁汉修正系数：
C=1+0.165/1=1.165
驰豫时间：
停止距离：
水以液气比1.2L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速116m/s，气体粘度为1.845×10-5Pa·S，颗粒密度ρp=1.78g/cm3，平均粒径dP=1.2µm，f取0.22。
求文丘里管的压力损失和穿透率。
解：
由式6-53
△P=-1.03×10-3vT2（Ql/Qg）
=-1.03×10-3（11600）2×1.2×10-3
=-166.3cmH2O
Cc=1+0.165/dP=1.14
由6-55式得:
=0.015
设计一带有旋风分离器的文丘里管洗涤器，用来处理锅炉在106Pa和510.8K的条件下排出的烟气，其流量为71m3/s，液气比为1.2L/m3，要求压降为14935Pa以达到要求的处理率。
估算喉管的尺寸。
解：
△P=-1.03×10-3vT2（Ql/Qg）=-14935/98.067=-152.3cmH2O
vT=
=
=111.0×102cm/s=111.0m/s
设喉管为圆形，直径为DT，则
Q=vT·AT
=
=0.9m
袋式除尘器处理常温含石灰石的气体量为36000m3/h，初始含尘浓度9g/m3，捕集效率99%，清洁滤布的阻力损失为120Pa，粉尘层的比阻力系数为1.0Pa﹒min﹒m﹒g-1，气体性质近似为空气，滤袋压力损失不超过1600Pa，滤袋尺寸为长2.5m，直径20cm采用脉冲喷吹清灰，试确定：
（1）过滤速度，
（2）最大清灰周期，（3）过滤面积，（4）滤袋条数n，（5）粉尘负荷。
解：
（1）因为采用脉冲清灰，vF取3m/min
∵△P≤1600Pa又△Pf=120Pa
∴△Pp=1600-120
=1480Pa
由式
t=
=
=18min
（2）vF取最小值时存在最大清灰周期即
vF=2m/min
t=
=
=41min
（3）过滤面积：
A=Q/vF=36000/（60×3）
=200m2
（4）滤袋条数：
单只袋子面积为：
A=
=
=2.86m2
滤袋条数：
n=
（5）粉尘负荷
/A
=36000/60×18×0.009×99%/200
=0.33kg/m2
应用一管式电除尘器捕集气体流量为0.075m3/s的烟气中的粉尘，若该除尘器的圆筒形集尘板直径D=0.3m，筒长L=3.66m，粉尘粒子的驱进速度为12.2cm/s，试确定当烟气气体均匀分布时的除尘效率。
解：
A=πDL
=3.14×0.3×3.66
=3.45m2
η=1-exp（-Aω/Q）
=1-exp（-3.45×12.2×10-2/0.075）
=99.6%
有一处理油漆溶剂的活性炭吸附罐，装填厚度为0.8m，活性炭对溶剂的净活性为13%，填充密度为436kg/m3，吸附罐的死层为0.16m，气体流速为0.2m/s；气体含溶剂浓度为700mg/m3，试问该吸附器的保护作用时间为多长？
解：
设1m3气体质量为xkg
单位时间内通过单位截面积的气体量Gs=0.2W（kg﹒m-2﹒s-1）
单位时间内通过单位截面积的油漆溶剂量为：
则
吸附床的穿透时间：
=
=4.05×105×0.8
=3.23×105s
τo=Kh=4.05×105×0.16=0.65×105s
τ=KL-τo=（3.23-0.65）×105
=2.58×105s
=71.7h
1、设该电厂发电功率为1000MW，则电厂的煤炭消耗量为：
取SO2的排放系数取0.85，则实际SO2排放量为：
37.7×3%×0.85×（64/32）=1.93kg/s
根据国家1997年1月1日实施的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—1996）的SO2排放标准，该电厂的SO2最高允许浓度应小于1200mg/m3（干烟气，标态）。
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