大气污染控制工程课后习题.pdf

1.2根据我国的 环境空气质量标准的二级标准，求出S02、N O2.c o三种污染物日平均浓度限值的体积分数。解：由我国 环境空气质量标准二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m3,NO2：0.12mg/m3,CO：4.00mg/m3o按 标 准 状 态 下I n?干 空 气 计 算，其摩尔数为IxlO3,五“二44.643mo/。故三种污染物体积百分数分别为:SO2：0.15x10-364 x 44.643=0.052ppmN O2：0.12x10-346 x 44.643=Q.058 ppmCO：4.00 x10-328 x 44.643=3.20 ppm 环境空气质量标准GB3095-2012二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m3,NO2：0.08mg/m3,CO：4.00mg/m3oNO2：0.08油。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%；02.3%。（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（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/n?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%o当Ca/S为 1.7（摩尔比）时:计算燃煤I t需加石灰石的量。解：相对于碳元素作如下计算:%（质量）mol/100g 煤mol/mol 碳C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.01002.30.1440.026灰分18.13.306g/mol碳水分9.01.644g/mol碳故煤的组成为 C HQ.584SO.01OOO.026，燃 料 的 摩 尔 质 量（包 括 灰 分 和 水 分）为1005.47518.26g/w/C。燃烧方程式为C 0 5 8 4 so 0()O o 026+3.78N?)C O+0.292/?O+O.OIOSO?+3.78 叫n=l+0.584/4+0.0100.026/2=1.1431）理论空气量1.143x(1+3.78)18.26xlOOOx 22.4 x 10-3 m3/依=6.70m3/kgSO2 在湿烟气中的浓度为0.0101 +0.292+0.010+3.78 xl.l43+-X100%=0.175%1.644182)产生灰分的量为1 8.1 x 1 x 8 0%=144.8g/奴100烟气量(1+0.292+0.010+3.78X1.143+1.644/18)X1000/18.26 X 22.4 X 10-3=7.01m3/kg144.8 公灰 分 浓 度 为 亍*mg/m3=2.07 X 104mg/m33）需石灰石1 0 0 0 x L 7%xl.7x40一 乱。：-=103.21g/kg=103.21 炊/t 煤2.4某锅炉燃用煤气的成分如下：H2so.2%；CO25%；O20.2%；CO28.5%；H213.0%；CH40.7%；N252.4%；空气含湿量为12g/n?N，。=1.2,试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟气量。解：取Imol煤气计算H2S 0.002molCO2 0.05molCO 0.285molH2 0.13molCH4 0.007molO2 0.002mol共需O20.003+0.143+0.065+0.014-0.002=0.223mol耗氧气量0.003mol00.143mol0.065mol0.014mol-0.002mol设干空气中N2：。2体积比为3.78：1,则理论干空气量为0.223X(3.78+1)=1.066moL 取。=12,则实际干空气 1.2X1,066mol=1.279mol。空气含湿量为 12g/m3N,即含 H2O12/18=0.67mol/m3N,0.67 X 22.4=14.93L/m3No 故 H2O 体积分数为1.2791.493%。故实际空气量为1-1 4 9 3%=1298根。/。即实际空气量为1.298m3/m3煤气烟气量 SO2：0.002mol,CO2：0.285+0.007+0.05=0.342mol,N2：0.223 X 3.78+0.524=1.367mol,H2O:0.002+0.13+0.014+1.298 X 1.493%=0.165mol故 实 际 烟 气 量 0.002+0.342+1.367+0.165+0.2 X1.066=2.089mol实际烟气量为2.089 n?/n?煤气2.4 解：取 100g煤气计算质量(g)mol数耗氧量(mol)H 2s0.20.0060.009CO250.1140CO28.51.0180.509H2136.53.25CH40.70.0440.088O20.20.00625-0.00625N252.41.8710共需 O2 0.009+0.509+3.25+0.088-0.00625=3.850moL设干空气中N2：。2体积比为3.78：1,则理论干空气量为 3.850X(3.78+1)=18.402moL 取a =1.2,则实际干空气 1.2X18.402mol=22.082mol。空气含湿量为 12g/m3N,即含 H2O12/18=0.67mol/m3N,0.67 X 22.4=14.93L/m3No 故 H2O 体积分数为22 0821.493%o故实际空气量为1 1=22.4177%。/。1 1 A y 3 /0烟气量 SO2：0.006mol,CO2：0.114+1.018+0.044=1.176mol,N2：3.850X3.78+1.871=16.424mol,H2O:0.006+6.5+0.044 X 2+22.417 X 1.493%=6.929mol故 实 际 烟 气 量 0.006+1.176+16.424+6.929+0.2 X18.402=28.215mol实际空气量22.417x22.4-x100实际烟气量28.215x22.4W01000=5021.408L/kg=5.021加/k gx 1000=6320L/kg=6.320m3/kg2.5干烟道气的组成为：CO211%,O28%,CO2%,SO2120X W6（体积分数。颗粒物30.0g/m3（在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg和443K条件下为5663.37m3/min,水汽含量8%（体积）。试计算：1）过量空气百分比；2）SO2的排放浓度（恣/川）；3）在标准状态下（latm和273K）,干烟气体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。解：1)N2%=l-ll%-8%-2%-0.012%=78.99%由 大气污染控制工程P47(212)空气过剩8-0.5x2x 100%=50.5%0.264x78.99-(8-0.5x2)2)在测定状态下，气体的摩尔体积为T ZV.=匕1 T2 =-1-0-1-3-2-5-X-2-2-.-4-X-4-4-3-=3-9.461/m ol72 T,P2 273x700 x133.322；干烟气取Imol烟气进行计算，则SO2120X 10-6mol,排放浓度为120 x10-6-；-X39.46x10-31-8%64=0.179g/m322 4c 5663.37 x x(l-8%)=2957m/min3)39.46 N39.464)按Imol烟气计算300*之 了 =52.85g3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 h P a,登山到达某高度后又测得气压为500 hPa,试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？（设山脚下温度为10）解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述：dP=-g p-d Z （1）将空气视为理想气体，即有pi/m P T m PMPVRT可 写 为 厂 而(2)将（2）式 带 入（1）,并整理，得到以下方程:dP _ gM-P RT假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得：P =-端Z+C 即 I”导 一 鲜 4 4）（3）假设山脚下的气温为10 C,带 入（3）式得:500In-1000%*0 S 9 旅8.314x283得 AZ=5 Jkm即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。3.2在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各7 1.5-5 0，并判断各层大气稳定度。层大气的气温直减率:7 1.5-1 0，/1 0-3 0 ，/3 0-5 0 ，7 1.5-3 0 ,IWJ 度1.5103050Z/m气 温T/K298297.8297.5297.3解：AT 297.8-298 7 1.5-1 0 一 八 一 z 10-_2.35K/100m，不稳定1.AT 297.5-297.8 _)1 0-3 0 人 Az 30 小不稳定-1UAT 297.3-297.5.)3 0-5 0 -二-=LOK/WOm=y,中性z 50-30/，彳 1土AT 297.5-2987 1.5-3 0 一 八 一 c cAz 30-=1.7 5A/100m 1.5,不稳定AT 297.3-298)1.5-5 0 一 人 一Az 50-1.44K/100加 为，不稳 1.D定。3.3在气压为400 hPa处，气块温度为230K。若气块绝热下降到气压为600 hP a处，气块温度变为多少？解：ZL二（与严84 玲 ，T,=（4）6288=230（）0 2 8 8=258.49K1 PQ 4003.6 一个在30m高度释放的探空气球，释放时记录的温度为H O C,气压为1023 hPao释放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。1）估算每一组数据发出的高度；2）以高度为纵坐标，以气温为横坐标,作出气温廓线图；3）判断各层大气的稳定情况。解：测定位置2345678910气温AC9.812.014.0 15.0 13.0 13.0 12.6 1.60.8气压/hPa1012 1000 988969909878850725 7001）根据 Air Pollution Control E ngineering 可得高度dP gM,与压强的关系为下二一行 立6+0 g Z =8+p g Z 2,贝I j d p=一 四幺 m m PM又 PV=nRT=-RT,故 p=-=,则dP gM,-二-azP RT将 g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得 dz=-29.21。当 t=U O C 气压为1023 hPa；当 t=9.8 C,气压为1012 hPa,故 P二(1023+1012)/2=1018Pa,T=(11.0+9.8)/2=104C=283.4K,dP=1012-1023=-HPao-11因此dz=-29.21 历后283.4利=89冽，z=H9m。同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下:测 定 位置2345678910气温/C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压/hPa10121000988969909878850725700高 度 差/m89991011635362902711299281高度/m119218319482101813071578287731582）图略3)展AZ_211-9.8-89=1.35K/100根儿，不稳定;心 一3乂2-37 2.3 =9 8-12 二 2.22K/100m 0-99逆温;空 =_12-1 4=1.98K/100根 0Az：,A 101温;AT4_51 4-1 5=-0.61K/100m 0-163逆温;”=二上=0.37K/100机九，稳定;&-AZ5 6-53676-7-A-*-1-3-1-3-I IAZ6 7-290-八 丁7-8=_ 坦二 =015K/100m7 d,稳定；卜3=_瓦1=一 一271 7-87 8-9 二0.85K/100M/d,a九.9 二 一 一 一 12992 8-9定；Tao _ _吆3=0,28K/100m Yd,稳定。%-1。=一元-281z9-104.2某发电厂烟囱高度120m,内 径 5 m,排放速度I3.5m/s,烟气温度为418K。大气温度288K,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（x 21000W且 x=2100kW,Ts-Ta=130K35KoAH=noQ?H$u=1.303 x 295211/3 x 1202/3 x 4-1=244.93m(发电J 位于城市近郊，取 n=1.3位,ni=l/3,112=2/3)4.3 某污染源排出SO?量为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处的巴，=35.3根,4 =18.1根，试求正下风方向500m处 SO2的地面浓度。解：由 大气污染控制工程P91(4-9)得Q,H2P =r-exp(-)兀 o Q z 2bz80/602、/=-exp(-)=0.0273mg/m x6x35.3xl8.1 2xl8.124.4 在题4.3所给的条件下，当时的天气是阴天，试计算下风向x=500m、y=50m处 SO2的地面浓度和地面最大浓度。解：阴天稳定度等级为D 级，利 用 大气污染控制工程P98 表 4 4 查 得 x=500m 时%二35.3九 4 =18Am o将数据代入式48 得.八八u八八/八、80.502,602p(500,50,0,60)=-exp()-p(一6x 35.3x 18.1 2x35.3 2x18.1=0.01 Omg/m3地面最大浓度按书本P102例4-3计算H正=42.43m按 国 标 表4-8中 的 塞 函 数 计 算，在D稳定度=42.43m Ht,x=1602.07m(7V=0.146669%888723=103.37mPmas2Q 4TJ2初H e%2x80 42.433.14X6X602X2.718 103.37=B.SSxlOg/m34.5某一工业锅炉烟囱高30m,直径0.6m,烟气出口速度为20m/s,烟气温度为405K,大气温度为293K,烟囱出口处风速4m/s,SO2排放量为10mg/s。试计算中性大气条件下SO2的地面最大浓度和出现的位置。解：法一由霍兰德公式求得v D T-T=(1.5 +2.7-“Ts20 x0.6”405-293“、=-(1.5+2.7 x-x 0.6)=5.84m4 405烟囱有效高度为=+A=30+5.84=35.84mSo由 大气污染控制工程P89(410)、(4-11)2。%夕max7ruH2e 时，zH _ 35.84V2-V225.34m取稳定度为D 级，由 表 4-4 查得与之相应的x=745.6m。此时 by=50.bn。2x10夕max代入上式25.34-x-不x4x35.84e 50.1=0.23 l/g/m3 o法二按国标计算H 9.6x10-332.7 405-293“八 小二-7 x-x20 x 0.629.6xl(f3 405=560W 1700W或AT405-293QH=0.35PaQv=0.35 X1013.25 x 5.652 x-405=554.3W1700WQH21000W一 _ 7 H由 P83(3-23)M =七.=3(京 产=1.687/25按城市及近郊区条件，参考表4-2,取 n=1.303,川 二 1/3,112=2/3,代入 P94(4 2 2)得1.303X281001/3 XHS2/31.687H：=23.48；“2 环境空气质量标准的二级标准限值为0.06mg/m3（年均），代 入 PH8（4-8 4）（按地面最大浓度的计算方法）Hs -2 Q-7ieup-pb)?I2x80 x10-3x0 5V 3.142 X 2.718 X1.687乩。2 5 (0.06-0.05)x W69_解得 J +23.48F 745.2m实际烟囱高度可取为190m。烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，即 vs1.5 X 1.687 X 190 25=9.39m/s0 但为保证烟气顺利抬升，出口流速应在2030m/s。取 Vs=20m/s,则有阳（4x265/1，实际直径可取为4.0m。5.5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lOOOOnAj/h,含尘浓度为4.2g/n?N。除尘器出口的气体流量为12000 m3N/h,含尘浓度为340mg/m3N o试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计算)。解：气体流量按P151(5-43)QN 二;处+)=11。0位/卜；漏风率 P151(544)5=以 一 0 2N|X100%=X100%=20%QN 10000除尘效率：考虑漏风，按 P153(5-47)娥*叫。不考虑漏风，按 P153(5-48)PIN 4.25.7有一两级除尘系统，已知系统的流量为2.22m3/s,工艺设备产生粉尘量为2 2.2 g/s,各级除尘效率分别为8 0%和9 5%o试计算该处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P 1 5 5 (5-5 8)%=1 (1 7 )(1%)=1 (1 95%)(1-80%)=99%2 2.2&a粉 尘 浓 度 为 亚g/根=l 0g/m,排放浓度 1 0 (1-9 9%)=0.1 g/m3；排放量 2.2 2 X 0.1=0.2 2 2 g/S o5.8某燃煤电厂除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若除尘器总除尘效率为9 8%,试绘出分级效率曲线。粉 尘 间 隔/m0.60.6-0.70.70.80.81.0122334质 量频率/%进口gl2.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.0粉尘间隔/卬145566881010-1220 30质 量频 率/%进 口gl13.02.02.03.011.08.0出口g26.02.02.02.58.57.0解:按 大气污染控制工程 P154(5-52)7 d嚎(P=0.02)计算，如下表所示：粉 尘 间 隔/Jm0.60.6-0.70.7-0.80.8-1.0122334质量频率/%进口gl2.00.40.40.73.56.024.0出 口g27.01.02.03.014.016.029.0,/%93959091.49294.797.6粉尘间隔45566881010-1220-30其他质 量 进 口频 率gl13.02.02.03.011.08.024.0/%出 口g26.02.02.02.58.57.00nJ%99.1989898.398.598.2100据此可作出分级效率曲线。5.8 P=0.008粉 尘 间 隔/jm0.60.60.70.70.80.81.01 22334质 量频率/%进口gl2.00.40.40.73.56.024.0出口g27.01.02.03.014.016.029.097.2989696.696.897.999粉尘间隔/的45566 881010-1220 30其他质 量频 率/%进 口gi13.02.02.03.011.08.024.0出 口g26.02.02.02.58.57.007/%99.699.299.299.399.499.3100