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大气污染控制工程习题大气污染控制工程习题1 1解：解：按按1mol干空气干空气计计算，空气中各算，空气中各组组分摩分摩尔尔比即体比即体积积比，故比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。质质量百分数量百分数为为，；，。1.1 干干洁洁空气中空气中N、O、Ar2和和CO2气体所占的气体所占的质质量百分量百分数是多少？数是多少？含氧含氧总总量量为为不同不同CO百分含量百分含量对应对应CO的量的量为为：2%：7%：1）最初）最初CO水平水平为为0%时时 2）最初）最初CO水平水平为为2%时时 1.7 粉粉尘尘密度密度1400kg/m3,平均粒径平均粒径1.4um，在，在大气中的大气中的浓浓度度为为0.2mg/m3,对对光的散射率光的散射率为为2.2，计计算大气的最大能算大气的最大能见见度。度。解：解：由大气由大气污污染控制工程染控制工程P18（12），最），最大能大能见见度度为为。已知无烟煤的干燥无灰基组成为：已知无烟煤的干燥无灰基组成为：C:90.0%、H：2.0%，S：3.0%，O：3.5%，N：1.5%，干燥基灰分为，干燥基灰分为A：20%，收到基水，收到基水分为：分为：3.0%。计算收到基的其他组成。计算收到基的其他组成。2.1 已知重油元素分析结果如下：已知重油元素分析结果如下：C:85.5%、H:11.3%、O:2.0%、N：0.2%、S：1.0%试计算：试计算：1.燃油燃油1kg所需的理论空气量和产生所需的理论空气量和产生的理论烟气量；的理论烟气量；2.干烟气中干烟气中SO2的浓度和的浓度和CO2的最大浓度；的最大浓度；3.当空气的过剩量为当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及时，所需的空气量及产生的烟气量。产生的烟气量。重量（重量（g）摩尔数（摩尔数（mol）需氧数（需氧数（mol）C 855 71.25 71.25H 1132.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H2O 22.5 1.25 02.1 解：解：1kg燃油含：燃油含：N元素忽略。元素忽略。1）理论需氧量）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气设干空气O2：N2体积比为体积比为1：3.78，则理论空气，则理论空气量量99.18754.78=474.12mol/kg重油。重油。即即474.1222.4/1000=10.62m3N/kg重油。重油。烟气组成为烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+1.25=56.50mol，SO2 0.1325mol，N2 3.7899.1875=374.93mol。理论烟气量理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。重油。即即502.9922.4/1000=11.27 m3N/kg重油。重油。2）干烟气量为）干烟气量为502.9956.50=446.49mol/kg重油。重油。SO2百分比百分比浓浓度度为为空气燃空气燃烧时烧时CO2存在最大存在最大浓浓度度3）过剩空气为）过剩空气为10%时，所需空气量为时，所需空气量为1.110.62=11.68m3N/kg重油，重油，产生烟气量为产生烟气量为11.267+0.110.62=12.33 m3N/kg重油。重油。2.2 普通煤的元素分析如下：普通煤的元素分析如下：C 65.7%;灰分灰分 18.1；S 1.7；H 3.2；水分；水分 9.0；O 2.3（含氮量不计）（含氮量不计）计算燃煤计算燃煤1kg所需要的理论空气量和所需要的理论空气量和SO2在烟气中的在烟气中的浓度（以体积分数计）；浓度（以体积分数计）；假定烟尘的排放因子为假定烟尘的排放因子为80，计算烟气中灰分的浓，计算烟气中灰分的浓度（以度（以mg/m3表示）表示）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca35。当。当Ca/S为为1.7时，计算燃煤时，计算燃煤1t需加石灰石需加石灰石的量。的量。解：解：相对于碳元素作如下计算：相对于碳元素作如下计算：%（质量）（质量）mol/100g煤煤 mol/mol碳碳C 65.7 5.475 1H 3.2 3.2 0.584S 1.7 0.053 0.010 O 2.3 0.072 0.013灰分灰分 18.1 3.306g/mol碳碳水分水分 9.0 1.644g/mol碳碳故煤的组成为故煤的组成为CH0.584S0.010O0.013燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为 燃烧方程式为燃烧方程式为n=1+0.584/4+0.0100.013/2=1.14951）理）理论论空气量空气量 SO2在湿烟气中的浓度为在湿烟气中的浓度为 2）产生灰分的量为）产生灰分的量为（1+0.292+0.010+3.781.1495+1.644/18）1000/18.2622.4103=6.826m3/kg烟气量（湿烟气）烟气量（湿烟气）灰分灰分浓浓度度为为mg/m3=2.12104mg/m33）需石灰石）需石灰石/t煤煤2.3 煤的元素分析结果如下：煤的元素分析结果如下：S 0.6%、H3.7%、C 79.5%、N 0.9%、O 4.7%、灰分、灰分10.6%在空气过剩在空气过剩20%条件下条件下完全燃烧。计算烟气中完全燃烧。计算烟气中SO2的浓度的浓度2.3解：解：按燃烧按燃烧1kg煤计算煤计算 重量（重量（g）摩尔数（摩尔数（mol）需氧数需氧数（mol）C 795 66.25 66.25H 31.125 15.5625 7.78S 6 0.1875 0.1875H2O 52.875 2.94 0设干空气中设干空气中N2：O2体积比为体积比为3.78：1，所需理论空气量为所需理论空气量为4.78（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤煤。理论烟气量理论烟气量CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol，H2O15.5625+2.94=18.50molN2 总计总计66.25+8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤煤实际烟气量实际烟气量365.48+0.2354.76=436.43mol/kg煤煤SO2浓浓度度为为 2.4某锅炉燃用煤气的成分如下：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；空气含湿量为空气含湿量为12g/mN3，a1.2，试求实，试求实际需要空气量和燃烧时产生的实际烟气量。际需要空气量和燃烧时产生的实际烟气量。解：解：取取1mol煤气计算煤气计算 H2S 0.002mol 耗氧量耗氧量 0.003mol CO2 0.05mol 0mol CO 0.285mol 0.143mol H2 （0.13-0.004）mol 0.063mol CH4 0.007mol 0.014mol共需共需O2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol。设干空气中设干空气中N2：O2体积比为体积比为3.78：1 则理论干空气量为则理论干空气量为0.223（3.78+1）=1.066mol 取取 则实际干空气则实际干空气 1.21.066mol=1.279mol。a1.2空气含湿量为空气含湿量为12g/m3N,即含即含H2O 0.67mol/m3N,14.94L/m3N,故故H2O体积分数为体积分数为1.493%。故故实际实际空气量空气量为为 烟气量烟气量SO2:0.002mol，CO2 0.285+0.007+0.05=0.342mol，N2：0.2233.78+0.524=1.367mol，H2O:0.002+0.126+0.014+1.2981.493%=0.144mol故故实际实际烟气量烟气量 0.002+0.342+1.367+0.144+0.21.066=2.068mol2.5 干烟道气的干烟道气的组组成成为为：CO211%（体（体积积），），O28%，CO2%，SO2120106（体（体积积分数），分数），颗颗粒物粒物30.0g/m3（在（在测测定状定状态态下），烟道气流流量下），烟道气流流量在在700mmHg和和443K条件下条件下为为5663.37m3/min，水气含量水气含量8%（体（体积积）。）。试计试计算：算：1）过过量空气百分比；量空气百分比；2）SO2的排放的排放浓浓度（度（ug/m3）；）；3）在）在标标准状准状态态下（下（1atm和和273K），干烟道气体），干烟道气体积积；4）在）在标标准状准状态态下下颗颗粒物的粒物的浓浓度。度。解：解：1）N2%=111%8%2%0.012%=78.99%由大气污染控制工程由大气污染控制工程P46（211）空气空气过过剩剩2）在测定状态下，气体的摩尔体积为）在测定状态下，气体的摩尔体积为取取1m3烟气烟气进进行行计计算，算，则则SO2：120106m3，排放排放浓浓度度为为。3）4）。2.6 煤炭的元素分析按重量百分比表煤炭的元素分析按重量百分比表示，示，结结果果如下：如下：氢氢50%；碳；碳75.8%；氮；氮1.5%；硫；硫1.6%；氧氧7.4%；灰；灰8.7%，燃，燃烧烧条件条件为为空气空气过过量量20%，空气的湿度空气的湿度为为0.0116molH2O/mol干空气，并假干空气，并假定完全燃定完全燃烧烧，试试计算烟气的组成。计算烟气的组成。2.6解：解：按按1kg煤进行计算煤进行计算 重量（重量（g）摩尔数（摩尔数（mol）需氧数（需氧数（mol）C 758 63.17 63.17H 40.75 20.375 10.19S 16 0.5 0.5H2O 83.25 4.625 0需氧需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol设干空气中设干空气中N2：O2体积比为体积比为3.78：1，则干空气量，则干空气量为为73.864.781.2=423.66mol，含水含水423.660.0116=4.91mol。烟气中：烟气中：CO2 63.17mol；SO2 0.5mol；H2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol；N2：73.863.78=279.19mol；过剩干空气过剩干空气0.273.864.78=70.61mol。实际烟气量为实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol其中其中 CO2 SO2 H2O N2 O2 2.7 运用教材图运用教材图27和上题的计算结果，估算和上题的计算结果，估算煤烟气的酸露点。煤烟气的酸露点。解：解：SO2含量含量为为0.11%，估，估计约计约1/60的的SO2转转化化为为SO3，则则SO3含量含量，即，即PH2SO4=1.83105，lg PH2SO4=-4.737。查图查图27得煤烟气酸露点得煤烟气酸露点约为约为134摄摄氏度。氏度。2.8 燃料油的重量组成为：燃料油的重量组成为：C 86；H 14%。在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：为：O2 1.5；CO 60010-6（体积分数）。（体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。试计算燃烧过程的空气过剩系数。以以1kg油燃烧计算，油燃烧计算，C 860g 71.67mol；H 140g 70mol，耗氧，耗氧35mol。解：解：设生成设生成CO x mol，耗氧，耗氧0.5x mol，则生成，则生成CO2（71.67x）mol，耗氧（，耗氧（71.67x）mol。烟气中烟气中O2量量 总氧量总氧量 干空气中干空气中N2：O2体积比为体积比为3.78：1，则含，则含N2 3.78（106.67+24.5x）根据干烟气量可列出如下方程：根据干烟气量可列出如下方程：解得解得x=0.306故故CO2%：N2%：空气空气过过剩系数剩系数3.2 在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各层大气的气温直减率：计算各层大气的气温直减率：并判断各层大气稳定度。并判断各层大气稳定度。高度高度 Z/m1.5103050气温气温 T/K298297.8297.5297.33.2解：解：不稳定不稳定不稳定不稳定不稳定不稳定不稳定不稳定不稳定不稳定4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为得多。设有效源高为H，污染源到峭壁的距离，污染源到峭壁的距离为为L，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，这一模式又变成何种形式？这一模式又变成何种形式？解：解：吹南风时以风向为吹南风时以风向为x轴，轴，y轴指向峭壁，原点轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。若不存在峭壁，则有为点源在地面上的投影。若不存在峭壁，则有 现现存在峭壁，可考存在峭壁，可考虑虑为实为实源与虚源在所关心点源与虚源在所关心点贡贡献之和。献之和。实源实源 虚源虚源 因此因此 刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。4.2 某发电厂烟囱高度某发电厂烟囱高度120m，内径，内径5m，排放速，排放速度度13.5m/s，烟气温度为，烟气温度为418K。大气温度。大气温度288K，大气为中性层结，源高处的平均风速为，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s。试用霍兰德、布里格斯（试用霍兰德、布里格斯（x=10Hs）、国家标）、国家标准准GB/T1320191中的公式计算烟气抬升高度。中的公式计算烟气抬升高度。解：解：霍兰德公式霍兰德公式布里格斯公式布里格斯公式 且且x=2100kW，TsTa=130K35K。（发电发电厂位于城市近郊，取厂位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）4.3 某某污污染源排出染源排出SO2量量为为80g/s，有效源高，有效源高为为60m，烟囱出口，烟囱出口处处平均平均风风速速为为6m/s。在当。在当时时的气象条件下，正下的气象条件下，正下风风方向方向500m处处的的试试求正下求正下风风方向方向500m处处SO2的地面的地面浓浓度。度。解：由大气解：由大气污污染控制工程染控制工程P88（49）得）得4.5 某一工业锅炉烟囱高某一工业锅炉烟囱高30m，直径，直径0.6m，烟，烟气出口速度为气出口速度为20m/s，烟气温度为，烟气温度为405K，大气，大气温度为温度为293K，烟囱出口处风速，烟囱出口处风速4m/s，SO2排放排放量为量为10mg/s。试计算中性大气条件下。试计算中性大气条件下SO2的地的地面最大浓度和出现的位置。面最大浓度和出现的位置。解：由霍兰德公式求得解：由霍兰德公式求得烟囱有效高度烟囱有效高度为为。由大气污染控制工程由大气污染控制工程P89（410）、）、（411）取稳定度为取稳定度为D级，由表级，由表44查得与之相应的查得与之相应的x=745.6m。此此时时 代入上式代入上式 5.5 根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为尘器进口的气体流量为10000m3N/h，含尘浓，含尘浓度为度为4.2g/m3N。除尘器出口的气体流量为。除尘器出口的气体流量为12000 m3N/h，含尘浓度为，含尘浓度为340mg/m3N。试。试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。计算）。解：解：气体流量按气体流量按P141（543）漏漏风风率率P141（544）除尘效率：除尘效率：考考虑虑漏漏风风，按，按P142（547）不考不考虑虑漏漏风风，按，按P143（548）5.6 对于题对于题5.5中给出的条件，已知旋风除尘器中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为进口面积为0.24m2，除尘器阻力系数为，除尘器阻力系数为9.8，进，进口气流温度为口气流温度为423K，气体静压为，气体静压为490Pa，试确，试确定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接近空气）。近空气）。由气体方程由气体方程得得解：解：按大气按大气污污染控制工程染控制工程P142（545）6.19 水以液气比水以液气比12L/m3的速率的速率进进入文丘里入文丘里管，喉管气速管，喉管气速116m/s，气体粘度，气体粘度为为1.845105Pa.s，颗颗粒密度粒密度为为1.789g/cm3，平均粒径，平均粒径为为1.2f取取0.22。求文丘里管洗。求文丘里管洗涤涤器的器的压压力力损损失和穿透率。失和穿透率。解：解：坎宁坎宁汉汉修正修正8.2某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为硫效率为90%。电厂燃煤含硫为。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为，含灰为7.7%。试计算：。试计算：1）如果按化学剂量比反应，脱除每）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO2需需要多少要多少kg的的CaCO3；2）如果实际应用时）如果实际应用时CaCO3过量过量30%，每燃烧，每燃烧一吨煤需要消耗多少一吨煤需要消耗多少CaCO3；3）脱硫污泥中含有）脱硫污泥中含有60%的水分和的水分和40%CaSO4.2H2O，如果灰渣与脱硫污泥一起，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？排放，每吨燃煤会排放多少污泥？解：解：1）m=1.5625kg2）每燃烧1t煤产生SO2约约去除720.9=64.8kg。因此消耗CaCO3 3）CaSO4.2H2O生成量生成量 则则燃燃烧烧1t煤脱硫煤脱硫污污泥排放量泥排放量为为同同时时排放灰渣排放灰渣77kg。8.2 一冶一冶炼炼厂尾气采用二厂尾气采用二级级催化催化转转化制酸工化制酸工艺艺回收回收SO2。尾气中含。尾气中含SO2为为7.8%、O2为为10.8%、N2为为81.4%（体（体积积）。如果第一）。如果第一级级的的SO2回收效率回收效率为为98%，总总的回收效率的回收效率为为99.7%。计计算：算：1）第二）第二级级工工艺艺的回收效率的回收效率为为多少？多少？2）如果第二如果第二级级催化床操作温度催化床操作温度为为4200C，催化，催化转转化反化反应应的平衡常数的平衡常数K=300，反，反应应平衡平衡时时SO2的的转转化率化率为为多少？其中，多少？其中，解：解：由由2）设总体积为）设总体积为100，则则SO27.8体积，体积，O210.8体积，体积，N281.4体积。体积。经第一级催化转化后余经第一级催化转化后余SO20.156体积，体积，O26.978体积，体积，N281.4体积。体积。设设有有x体体积积SO2转转化，化，则总则总体体积为积为因此，因此，由此解得由此解得x=1.6103；故故转转化率化率为为