大气污染习题解

1、.2.2普通煤的元素分析如下：C 65.7%；灰分 18.1%；S 1.7%； H 3.2%；水分 9.0%；O 2.3%。（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：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/molC65754.7554.7554.75 （CO2）S170.5310.5310.531（ SO2）H3232816（H

2、2O）O231.438-0.7190H2O90505 （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=299.05 mol/kg（燃煤）=6.70mN3/ kg（燃煤）理论烟气量为：（54.75+0.531+16+5）+3.78×62.562=312.8 mol/kg（燃煤）=7.01mN3/ kg（燃煤）SO2在烟气中的浓度为：0.531/312.8=1698×10-61kg燃煤含灰分181g，排放因子80%，则烟气中灰分质量为：181×80%=14

3、4.8g。灰分浓度为：144800mg/7.01mN3=2.07×104 mg/mN3 1t煤含S 531 mol，需Ca量：1.7×531=902.7 molm=902.7×40.08=3.62×104 g所需石灰石：3.62×104 g/35%=1.03×105 g=103kg2.4 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)，=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，

4、则 组分摩尔数/mol需氧量/mol产生烟气量/molH2S232+2=4CO250050O22.0-20CO285142.5285H213065130CH471414+7=21N25240524 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/（m3 N煤气） 理论干空气量： 222.5×(1+3.78) =1063.6L/（m3 N煤气） 实际需要的干空气量： 1063.6×1.2=1276 L/（m3 N煤气）转化为湿空气湿空气中水蒸气的体积比为(12g/18g·mol-1)×22.4&

5、#215;10-3 m3N /m3N=0.0149 所需湿空气的体积为1276/（1-0.0149）=1296 L/（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/molH2S234 （2 H2O +2SO2）CO250050（ CO2）O22-20CO285142.5285（ CO2）H213035130（H2O）C H4714210（14 H2O +7CO2）N25240524（N2）所以,理论需氧量

6、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=1276.3 mol/ kmol（煤气）=1.276 mN3/ 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）=1.296 mN3/ 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=2087 mol/ kmol（煤气）=2087 mN3/ mN3（煤气）2.6以1kg燃煤为基准，列出各组分

7、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/molH505012.525（H2O）C75863.1763.1763.17（CO2）N151.07100.536（N2）S160.50.50.5（ SO2）O744.625-2.3130灰分870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=353.0 mol/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+63.1

8、7+0.536+0.5)+428.6-73.86=443.9 mol/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：011%×3%=3.3×10-5LgP H2SO4=-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

9、,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（427）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（465），设本底浓度为0.06 mg/ 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、40m，空气温度为387.5K，压力为101325Pa，飞灰真

10、密度为2310kg/m3。解：查表得：空气=0.912kg/m3 =2.3×10-5 Pa·s=532.2m/s =9.5×10-8 m 对于粒径为0.4m的颗粒，需进行坎宁汉修正。 =0.475 C=1+Kn1.257+0.400exp(-)=1.616假定颗粒处于Stokes区域，其末端沉降速度为：=1.41×10-5 m/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)=gC1-exp(-)由于=6.9&#

11、215;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=1.41×10-5 m/s×30s=4.23×10-3 m 对于粒径为40m的颗粒，C可忽略。假定颗粒处于Stokes区域，其末端沉降速度为：=8.75×10-2 m/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=8.75×10-2 m/s×30s=2.63 m2、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2

12、5500m，真密度1960 kg/m3，风速1.4 m/s, 空气温度为293K，压力为101325Pa。解：对于粒径为25m的颗粒，假定颗粒处于Stokes区域，其末端沉降速度为：=0.0368 m/s验证：Rep=0.048<1 。故假设成立。假定粉尘出口速度为20 m/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： 代入u=0,=3.8×10-3t=0.024s由式得：代入，积分得x=-x=0.076m下降4.576 m所需时间：4.576/0.0368=124.34st=124.34+0.024=124.6s飘移

13、距离：124.6×1.4=174m.对于粒径为500m的颗粒，假定颗粒处于Allen区域，其末端沉降速度为：=3.07 m/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=gt t=2s上升高度h=u1t-1/2gt2 h=20m下降24.5 m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T=98%，计算该除尘器的分级效率。粒径间隔<0.60.60.70.70.80.81.01.02233445566881010202030质量频率%进口g12.0

14、0.40.40.73.56.024.013.02.02.03.0118.0出口g27.01.02.03.01416296.02.02.02.58.57.0分级效率i93.095.090.091.492.094.797.699.198.098.098.398.598.3P=1-T=2%例如：<0.6=1-0.02×=0.935.10解：查表得：空气=1.205kg/m3 =1.81×10-5 Pa·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

15、=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1m，以10 m/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=1.205kg/m3 =1.81×10-5 Pa·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

16、1.845×10-5Pa·S，颗粒密度p=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6-53P=-1.03×10-3vT2（Ql/Qg） =-1.03×10-3（11600）2×1.2×10-3 =-166.3cmH2OCc=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

17、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1.0Paminmg-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

18、）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 P1600Pa 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=DL