大气污染控制工程计算题

1、大气污染控制工程期末复习一计算题题型一：API值计算题型二：燃料燃烧计算题型三：大气扩散浓度计算题型四：颗粒粒径的计算题型五：捕集最小粒径计算题型六：除尘效率计算题型七：吸收法相关计算题型八：烟气脱硫相关计算题型九：烟气脱硝相关计算题型十：拉乌尔定律的相关计算（非重点）【题型一：API值计算】表1空气污染指数对应的污染物浓度限值污染指数污染物浓度(毫克/立方米)1APIS02 (日均值)N0： (日均值)PMto (日均值)CO(小时均值)0,(小时均值)500. 0500. 0800. 05050. 120 |1000. 1500. 1200. 15C100.200 2000. 8000.

2、2800. 350600. 4003001.6000. 5650. 420900.800 |4002. 1000. 7500. 5001201. 0005002. 6200. 9400. 6001501. 200表2空气污染指数范圉及相应的空气质帚:类别空气污染指数API空气质最 状况对健康的影响建议采取的措施050优可正常活动51 100良101150轻微污染易感人群症状冇轻度加 剧，健康人群出现刺激心脏病和呼吸系统疾病患者 应减少体力消耗和户外活动15 广200轻度污染201250中度污染心脏病和肺病患者症状 显著加剧，运动耐受力 降低，健康人群中普遍 出现症状老年人和心脏病、肺病患者应

3、在停留在室内，并减少体力活 动25 广 300中度重污染>300東污染健康人运动耐受力降 低，冇明显强烈症状， 提前出现某些疾病老年人和病人应泊留在室内， 避免体力消耗，一般人群应避 免户外活动假定某地区的PM10 口均值为0.215毫克/立方米，SO2 口均值为0.105毫克/立方米，NO2 口均值为0.080毫克/立方米，则其污染指数的计算如下：按照表1. PM10实测浓度0.215亳克/立方米介于0.150亳克/立方米和0350亳克/立方米之 间，按照此浓度范闱内河染指数与河染物的线件关系进行计算，即此处浓度限值C2 =0.150 毫克/立方米，C3 =0.350毫克/立方米,而相

4、应的分指数值12=100, 13=200,则PM10 的污染分指数为：I = ( (200-100) / (0350-0.150) ) X(0.215-0.150) +100 = 132这样,PM20的分指数1=132;其它污染物的分指数分别为l=76(SO2) , 1=50 (NO2) <. 取污染指数最人者报告该地区的空气污染指数：API =max (132,76,50) =132首要污染物为町吸入颗粒物(PM10)。注：内插法公式【题型二：燃料燃烧计算】重点公式:空气过剩系数a =实际空气录V? 理论空气丘实际烟气体积Vf,Vft = Vf6° +(al)V,°

5、1 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%； S1.7%； H3.2%；水分9.0%； 023%。（含N量不计（1）计算燃煤1炬所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）；（2）假定烟尘的排放因子为80%,计算烟气中灰分的浓度（以mg/m3表示）；（3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca35%。当Ca/S为1.7 （摩尔比） 时，计算燃煤班需加石灰石的量.解：相对于碳元素作如卜计算：% （质量）mol/100g 煤mol/mol 碳C65.75.4751H323.20.584S1.70.0530.01002.30.0720.013灰分18.13.306g

6、/mol 碳水分9.01.644g/mol 碳故煤的组成为CHo 584S0 OloOo 013»燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为鵲皿陀皿心燃烧方程式为CHq 5S4ooiooo13 +(。亠 + 3.78NJ -CO-> + 0292H>>0 + O.OIOSO- + 3.78iiN->n=140.584/4+0.010-0.013/2=1.14951)1.1495 x (1 + 3.78)18.26xlOOO x22.4 xl03m3 /kg 一 6.74m3 / kg ；SO?在湿烟气中的浓度为0.0101 + 0.292 + 0.010 + 3.78

7、x1.1495 +1.64418xl00%= 0.174%2)产生灰分的屋为 18.1xl£?£x80% = 144.8g/kg100-烟气量(1+0.292+0.010+3.78x1.1495+1.644/18 ) xl000/18.26x22.4xl0 r=6826rr?/kg144 82灰分浓度为 xlO mg/m3=2.12xl04mg/m36.8263）需石灰石1000x1.7%32.00-xl.7x40= 103.21kg/t 煤2煤的元素分析结果如下S0.6%； H3.7%； C79.5%； NO.9%： 04.7%；灰分10.6%在空 气过剰20%条件下完全

8、燃烧。计算烟气中SO,的浓度。解：N出空54.?64.78=280.54mol按燃烧1kg煤计算摩尔数（mol）需氧数（mol）重量（g）c79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875h2o52.8752.940设干空气中叫：体积比为3.78： 1,所需理论空气量为 478x(66.25+7.780.1875) =354.76mol/kg 煤。理论烟气量 C02 66.25moL S02 0.1875moL H20 15.5625+2.94=18.50mol总计 66.25+'850+01875+28054=36548mol/kg 煤0 1

9、875 实际烟气呈 365.48+0.2x354.76=436.43mol/kg 煤，S0?浓度为 xl00%= 0.043%。436.43 3 某锅炉燃用煤气的成分如下:H2S： 0.2%； CO2： 5%； O2： 0.2%； CO： 28.5%； H2: 13.0%; CH4: 0.7%； N2: 52.4% 已知空气的含湿量为12g/mJ, a =1.2,试求燃烧实际需要的空气量和燃烧时产生的烟气量。 解：取lmol煤气计算h2s0.002mol耗氣最0.003molco20.05mol0co0.285mol0.143molh2(0.13-0.004) mol0.063molch40.

10、007mol0.014mol共需 02 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223moL 设干空气中 N2： 0?体积比为 3.78： 1> 则 理论干空气量为0.223x ( 3.78+1 ) =1.066mol。取a = 1.2 ,则实际干空气 1.2x1.066mol=1.279mola空气含湿最为 12g/n?N，即含 H2O0.67mol/ m3N.14.94L/ m0故 H20 体积分数为 1.493%。1 279故实际空气量为=1.298molo1-1.493%烟气量 SO2： 0.002moh C02： 0.285+0.007+0.05=0342mol,

11、N2： 0.223x3.78+0.524=1.367mol,H200.002+0.126+0.014+1.298xl.493%+0.004=0.201mol故实际烟气 呈 0.002+0342+1367+0.201+0.2xl.066=2.125mol【题型三：大气扩散浓度计算】重点公式:地面浓度模式：恥彌卫比念喩-窃)呵(一釜)QTT -地面轴线浓度模式： p(x,O,O, H) = v exp(- ) 霍兰德公式(例二) 砒勺丐2q1. 某污染源SO2排放率为80g/s,有效源高为60m,烟囱出口处平均风速为6m/s在当时的 气象条件下，正下风方向500m处的b y=35. 3m, a z

12、=18. Im,试求正下风方向500m处S02的 地面浓度。解：由人气污染控制工程P88 (4-9)得QH280602,3p = - exp(-) =exp(-) = 0.0273mg/ill2 氏 x6 x 353xl8.1 2xl8Q2某一工业锅炉烟囱搞SOm,直径0.6m,烟气排出口速度20m/s,烟气温度405K,大气温 度293K,烟囱出口处风速4m/s, SO2排放率为10mg/s试计算中性大气条件下SO2的地 面浓度和出现的位置。解：由霍兰徳公式求得AH =摯(1.5 + 2.7 丄D) = 20x0 6 (1.5 + 2.7 x 4°5 一 型 x0 6) = 5.8

13、4m ,烟囱UT4405有效高度为 H = H$ +2XH =30 + 5.84 = 35.84nio由大气污染控制工程P89 (4-10)、(4-11)理6uH2e q时,H 35.84VI y/2=25.34nio収稳定度为D级，由表4一4查得与Z相应的x=745 6mo此时代入上式。"市务X裁“23恨曲3某硫酸厂尾气排放烟囱高度50in, SO?排放率为lOOg/s.夜间和上午地面风速为3m/s,夜 间云量3/10。当烟流全部发生熏烟现象时，确定下风向12km处的地面轴线SO?浓度。解：hf = H + 2q = 50 + 2 x 87.4 = 224.8m由所给'(彖

14、条件应取稳定度为E级。查表4一4得x=12km处，q = 4277m,q = 87.4m2(Tv + = 427 + = 433.25m y 8 8Qf (1200000,50) = _二丁2穴1111£(7疝-=1.365 xl0-4g/ill3 o3x224.8x433.25【题型四：颗粒粒径计算】几何标准差：叭-6 qd】594,9MMD表示质量中位直径In MMD = In NMD +3In 18x0.067x30x10 2x12 V 9.81x 2.5 X1O31< 7.0x3600 aNMD表示个数中位直径SMD表示表面积中位直径111 SMD = 111NMD +

15、 2111- G1经测定某城市大气中的飘尘的质童粒径分布遵从对数正态分布规律.其中位直径i上累积分布R=1587忱时，粒径dpSOpm。试确定以个数表示时对数正态分布函数的中位径、几何标准差和算术平均亶径解:对于服从对数正态分布的粒子，以个数和质量表示的粒径分布函数的几何标准差相等，则6 g 5.7= 1.58以个数表示的中位径：lnNLlD = lnMMD-31n2aK = ln5.7-31n21.58= 111NN1D = 3.03/zmIn兀=InMMD-?泞糜=In5 7-？In? 1 58=1.22算术平均直径：dL = 3.39/zm5-2-10已知某什粉尘的虹径分布朴合叶數止态分

16、布 R几何标准差为1.4.个数中位艮朮 215円“，剋其表而积平均亢径为：A 2L5 jimB 24.1pmC 27.3 pm1) 29.2 pm解：由式(5-2-99)可碍：In = In NMD 4* In 2= In 21. 5 * ( In 1 4)' = 3. 181Bo【题型五：捕集最小粒径计算】1有一沉降室长7.0m,高12m,气速30cm/s,空气温度300K,尘粒密度2.5g/cm3,空气粘 度0067kg/(kg.h),求该沉降室能100%捕集的最小粒径。解：该沉降室能100%捕集的最小粒径为：/ = 0.067kg/(mil) = 1.86xlO_5Pa s=8.

17、4xl05m= 84/aii <100/2111符合层流区假设。【题型六：除尘效率计算】1、某电除尘器实测除尘效率为90%,现欲使其除尘效率提高到99.9%,则集尘板面积应 该增加到原来的()倍。A.5B.3C.2D.4标准答案：B2、某电除尘器的除尘效率为99%.现将其处理气体流量增加一倍，其余条件保持不变， 则该电除尘器的效率变为().A.90%B.不变C.95%D.99.9%标准答案：A3、某电除尘器的除尘效率为95%,假如比集尘面积增加1/3,其他的参数与条件都不变测除尘器的除尘效率最接近()97.6%A.不变 B.99%C.98.6%D.98.2%标准答案：D重点公式：除尘效率

18、(除去的，捕集的)n ,通过率P,关系n =1-P德意希分级效率方程 7 = 1-今=1-哪(-令s)比集尘面积A© 4有一两级除尘系统，已知体统的流童为2.22m3/$,工艺设备产生粉尘量为22.2的,各级除 尘效率分别为80%和95%。试计算该除尘系统的总除尘效率、粉尘排放浓度和排放量. 解：按大气污染控制工程P145 (5-58)t 二 (1_)(1一弘)=1_ (1_ 95%)(1_ 80%) = 99%粉尘浓度为-g/ill3 =10g/m3,排放浓度 10 (1-99%) =0 lg/m3：222排放量 2.22X0.1=0.222g/So5在气体压力为latm,温度为2

19、93K下运行的管式电除尘器.圆筒形集尘管宜径为0.3m, L=2.Om,气体流量0.075m3/s.若集尘板附近的平均场强E = 100kV/m,粒径为1.0的粉尘 荷电量q=0.3X1015C,计算该粉尘的驱进速度和电除尘器效率。p =1.81X10-5qEpAw=融-7=l_exp(-石 wj公式 呵叭(6-33)；Q (6-34)解：驱进速度按大气污染控制工程P187 (6-33)w=呱=3必dp0.3x10"15x100x103八=0.176m/ s oaxl.SlxlOxlxlO"6A=MlL=x0.3x2 = 1.885iir , Q=0 075n?/s,代入P

20、188 (634)A1.8857 =1-»4)(-)= l-exp(-o_o75 x0.176) = 98.8%06(非重点)以液气比为1.0L/m3的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为122m/s, 密度和粘度分别为1.15kg/ m3和2.08xl0-sPa s.l ,喉管横断面积为008 m2,参数f取为0.25,对于粒径为1.0Rm密度为1.5g/ m3的粒子，试确定气流通过该洗涤器的压力损失和 粒子的通过率解:由式(653)1 C x 13P = -1 03x 10-3(12200)2( )1=153.3 cmH3O现在运用海斯凯茨提出的式(6-54),得AP =

21、0.863x1.15x(0 08)01n x(122) 1 °xl° ' )0781=12567Pa利用式(6-55)估算粒子的通过率:P =6.1 x 10"9 xlxl 5x1 172x1? x(0.25)2 xl53.3 (2 08x10)'-exp(-2 375)=0.0935(非重点有一普通型旋风除尘器筒体直径lg当处理气体量约150m3Anin.气温35OK, 压力latm(101325pa)时，除尘器除尘效率68.2%.试分别估算下列情况下旋风除尘器的总 除尘效率：(1) 气体处理量增加至2OOin3/min；(2)气体温度升高至40

22、0KPp = (1- )(9严=032 x ()05 = 0.28解：(1)根据公式，有：U" Q200所以，当气体处理量增至200n?/mm时，除尘器总除尘效率为72%2)气体温度升高主要有两种效应，既增加了所需处理的气体体枳，流量之比等于温度之比， 同时也增加了气体的粘度，由0 075kg/(m-h4)i«至0.083 075kg/(nrh"),则穿透率为：因此，2 = °685 = 685%°址(罟炸(牆宀山【题型七：吸收法相关计算】1己知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数kg=2.74X10-7 kmol /(

23、m2*s*kPa),液膜吸收系数 kl=6.94X 10-5m/s,溶解度系数 H=1.5kmol/(m3*kPa).试 求气相吸收总系数Kg,并分析该吸收过程的控制因素。解：因系统符合亨利系数，故町“怙pr-P按计算总系数1 1 1 1 1=+ = + 疋 g % 叭 2.74 xlO-7 1.5x604x10 = 3.65x106 + 9.6x103=3.66x10“ 窗由计算过程可知：气膜阻力，亍36"(沪心圧“)/如而液膜阻力=9.6xl03 仿彳skPajkmol液阻力远小于气膜阻力，该吸收过程为气膜控制。2在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO?,气体流量为5000m/h,其

24、中SO?占5海 要求 SO2的回收率为95%,气、液逆流接傩。在塔内操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近 似为YJ26.7X。若用水量为最小用水量的15倍，用水量应为多少？ 解：Gb=5 000 X 0 95=47 50m3N/h。Yi=0 053,(5000 - 4750)4750x5%=2.63xl0"3:0.053-0.00263“=25.4。0.053/26.7因此用水m L5=25 4GB X 1 5=1 SlXlCm/ho【题型八：烟气脱硫相关计算】1 （重点入某冶炼厂采用二级催化转化制酸工艺回收尾气中的SO”尾气中含SO2为12%, O?为13.4%, N?为74.6

25、% （体积）.如果第一级的SO?回收效率为98%,第二级的回收效 率为95%,问：（1）总回收效率为多少？（2）如果第二级催化床操作温度为TOOK,催化转化反应的平衡常数K=100,反应平衡时 SO2的转化率为多少？解：(1) rj1-(1-71)0-72)= 1-0-98%)(1 _95%) = 99 9%(2) 催化反应：SO?+1/20? TSO3反应平衡常数:PsoE严第一级入口气体：含S0212%, O213 4%, N2 74 6%第一级出 口气体：含SO312%*2%=0 24%> SC)3 12%-O24% = 11 76%,02 13 4%-(12%-0 24%)/2=

26、7 52%, N2 74 6%设第二级SO?平衡转化率为y,则第二级出口气体：含SO, 0 24%(1- y), S03 0.24%y, 0, 7.52%-0.12%y, N, 74 6% 第二级出口气体总量：0 24%(1- y)+0 24%y+7 52%-0 12%y+74 6% = 82 36%- 0 12%y 则平衡时各成分分压为：0 24% y82 36%-0 12%y0 24%(l-y) Q _ 7 52%-0 5*0 24%y82 36%-0 12%y，0： - 82 36%-0 12%y= 100PSOl _0.24% y * (82.3 6% - 0 12% y)lnpso,

27、(po,)1/2 - 0 24%(l-y)*(7 52%-0 12%y)in解得半衡时SO?的转化率为96.8%2、某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%,热值26535kJ/kg.为达到目前中国火电厂的排 放标准，采用的SO2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？火电厂排放标准700mg/m3«3%硫含量的煤烟气中SO?体枳分数取0 3%o则每立方米烟气中SO2_?_x64x103 = 8571mg；22.4 700因此脱硫效率为-=x 100% = 91.8%。85713、某电厂以煤作燃料，煤炭消耗量为62.8kg/s,采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率 90%。电厂燃煤含硫为3.

28、825% (排放系数取1.0 ),含灰为8%。试计算：(1) 钙硫比1.2时，每天消耗多少石灰石？设石灰石纯度96%。(2) 脱硫剂的利用率是多少？(3) 如果脱硫污泥为含水60%浆液，每天产生多少吨脱硫污泥？解：(1) 石灰石脱硫总反应式为：S02 + CaCO, + 2H3O t CaSQ 2H2O+C02该电厂SO携放虽:为：62 8*3 825%*1 0*(64/32) = 4 Skg/s 贝|J钙硫比为1.2fl寸消耗的石灰右量：4 8*1 2*100/96% = 9 375kg/s = 810t/d644 R 拿 Qfi%(2) 实际参加反应的石灰石量:*100kg/s64则脱硫剂

29、利用率为/"90% a100/9 375 - 72%64(3) 脱硫污泥中60%为水分，比余10%包括E灰、CaSO3*2H3O和未反应的脱硫剂, 其中灰分:62.8e8%= 5.024kg/s = 434t/dCaSOj<2HjO：*156= 10 53kg,s=910t/d未反应的脱硫剂：810*(1-72%) = 226 8t/d从而脱硫污泥产生量：(434+910+ 226 8)/40%= 3927t/d4、某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%,含灰 为7/7%.试计算：(1) 如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需要多少的CaC

30、O3；(2) 如果实际应用时CaCO3过量30%,每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3；(3) 脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO32H2O,如果灰渣与脱硫污一起排放，每 吨燃煤会推放多少污泥？1) CaCO3 + SO2 + 2H.O CaSO3 2H2O + CO2 T10064= m=l. 5625kgm lkg2) 每燃烧 It 煤产生 SO,约x2t = 72kg,约去除 72X0. 9=64. 8kgo100 因此消耗 CaC0$ ill = 1.3 x 100 X 64 8 = 132kg o64J3 ) CaSOi. 2H：0 生成量 xl72 = 174kg ：64则燃

31、烧It煤脱硫汚泥排放最为竺=435t ,同时排放灰渣77kg。0.4【题型九：烟气脱硝相关计算】1> 一锅炉每分钟燃煤1000kg,煤炭热值为26000kJ/kg,煤中氮的含:为2% (质量分数人 其中20%在燃烧中转化为NOx.如果燃料型NOx占总排放的80%,计算：(1) 此锅炉的NOx排放量；(2) 此锅炉的NOx排放系数：(3) 安装SCR,要求脱氮率为90%,计算需要NHj的量。解：(1)对于燃煤工业锅炉，假设燃料型NOx以NO形式排放，则其排放最为:(1000*2%*20%/14)*30=8 57 kg/min燃料型NOx占总排放的80%,则NOx排放总量为：8.57/80%

32、=10 71 kg/min(2) 锅炉中NOx排放系数：10 71/1000=10 71kg/t(3) 假设烟气中含95%的NO和5%的NO?,町按以卜反应计算氨的理论需要量：4NH3+4NO+ON2+6H2O,8NH3+6NO27N2+12H2O(1071 *95%/30)*17+ (1071 *5%/46)*17=5.96 kg/min2、将空气加热到2000K,计算平衡时NO浓度.设空气初始组成为N279%和O?21%(1)若只考虑化学反应：N?+O2NO； 若同时考虑生成NO,的化学反应：NO+O.5ONO”试计算平衡时的NO?浓度.解：(1)由表9-3得到2000K时，反应平衡常数：

33、K = (P®=(加)= 4 0* 10-4卩 Pq Pn2 Ya Yn2考世lkmol空气，如果有xkrnolN,参与反应，贝归Yn2 =0 79-xyo, =0 21-x>yN0 = 2x将以上关系式联立，得：K =(力°尸 = 4 05* 10-4yO, Yn2 (0 21-x)e(0 79-x)解得x-4 05"10则NO平衡浓度为，Yko-8 110-3(2)由表95得到2000K时，反应平衡常数：K_ =3 5*10_,f (p07 Pno (y) YnoSyN0=81*10 ,则皿=3 5*10_J (0 21)1/2 *0 0081 = 13 2*10" 3某燃煤电站烟气含1000-10 6 (体积分数)的氮氧化物。已知煤热值为27800kJ/kg,l kg煤 燃烧过程烟气的产生量为20 kg,烟气摩尔质量28 kg/mol.地方排放标准规定氮氧化物排 放的最高限值为0.258kg/GJ(以NO?计)。试计算电站为满足该标准，必须削减氮氧化物排 放的比例。解：将排放标准转化为以体积分数表示：1 *27800*1 O+0.258/46/ (20/28) =218* 10电站必须削减氮氧化物