大气污染控制工程试题及答案.doc

名词解释1. TSP:总悬浮颗粒物。指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100m的颗粒物。2. 大气稳定度：指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。3. 烟气脱硝：除通过改进燃烧技术控制氮氧化物排放外，有些情况还要对冷却后的烟气进行处理，以降低氮氧化物排放量。4. 空气过剩系数：实际空气量与理论空气量之比。5. 气体吸附：指用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或数组分被浓集于固体表面，而与其他组分分离的过程。简答1. 除尘器可以分为哪几类？就其中两种简述其作用机理。2. 太原市的主要污染源有哪些？针对其污染有什么解决方案？3. 烟囱的高度设计中应注意什么问题？4. 气态污染物的控制技术有哪些，并说明其发展方向。5. 根据如今的汽车燃油问题，发挥想象，畅想未来新工具。答案（一）根据除尘器的作用机理，可将其分为四种，分别为机械除尘器，电除尘器，袋式除尘器与湿式除尘器。（1）机械除尘器通常指利用质量力的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室，惯性除尘器和旋风除尘器。含尘气体进入重力沉降室后，由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低，使较重的颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降；在沉降室内设置各种挡板，使含尘气体流冲击在挡板上，气流方向发生急剧变化，借助颗粒本身的惯性力，使其与气流分离；旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使颗粒从气流中分离。（2）电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘极上分离出来。（三）（1） 工矿企业点源排放筒高度不得低于它所从属建筑物高度的两倍。（2） 排放大气污染物的排气筒，其高度不得低于15米（3） 排气筒高度应比主厂房最高点高出3米以上（4） 分散的烟囱不利于产生较高的抬升高度，当需要设计几个烟囱时，尽量采用多管集合烟囱（2） 气态污染物的控制技术有吸收法，吸附法，催化法。填空1.燃烧过程的“三T”条件为：温度、时间和湍流度。2/煤的成分表示方法中常用的基准有：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。3. 根据气温垂直于下垫面方向上的分布，由下至上可将大气圈分为五层：对流层，平流层，中间层，暖层，散逸层。4. 气体净化常用的吸附剂有：活性炭，活性氧化铝，白土，硅胶等。5. 燃烧中脱硫主要影响因素有：钙硫比，煅烧温度，脱硫剂种类，脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构计算1、 已知煤的成分分析结果（质量分数）为：碳75.9；氢3.7；硫0.9；氮0.9；氧4.7；灰分13.9。试确定燃煤1所需理论空气量及在空气过剩15%条件下完全燃烧时产生的烟气量。 解：1kg燃煤中质量/g各组分的摩尔数/mol需氧量/mol碳75963.2563.25氢37379.5硫90.281250.28125氮9氧472.9375总需氧量摩尔数为：71.3125mol理论空气摩尔数为：4.7871.3125mol=340.87375mol故，理论空气量 理论烟气摩尔数为351.5925mol故理论烟气量为当过剩系数时实际烟气量2、 城市的郊区有一铜冶炼厂，它的烟囱高度150m，烟气流量烟气温度165，环境温度25，二氧化硫排放速率为，烟筒出口处平均风速为。大气稳定度为D级且在此气象条件下的扩散参数满。试确定烟气抬升高度和地面污染物最大浓度。解：由得：故，城市远郊区 所以由得 烟气抬升高度为 所以地面污染物最大浓度 一、名词解释1、大气稳定度：在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。2、理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气量。3、双模理论：1 气液两项接触时形成一个相界面2 相界面两侧存在呈层流流动的气膜和液膜3 溶质以分子扩散从气流主体通过这两个膜层进入液相主体4 相界面出气液两项存在动态平衡5 膜层以外无浓度梯度、浓度梯度全部集中在两层膜内4、催化转化法：借助催化剂的催化作用，使气态污染物在催化剂表面上发生化学反应，转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。5、冷凝法：利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物（如VOCs）冷凝并与废气分离。二、填空题1. 大气污染物的污染源可分为自然污染源和人为污染源.2. 常用的除尘器可分为机械除尘器、电除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器。3. 根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温五种。4. 按照湍流形成原因，可将湍流分为两种湍流：热力湍流、机械湍流。5. 当吸附剂饱和后需要再生，再生的方法有加热吸附再生、降压或真空解吸再生、置换再生、溶剂萃取再生等。3、 简答题1、 燃料完全燃烧所需要具备的条件是什么？答：1) 空气条件：燃料燃烧时必须保证供应与燃烧相适应的空气量。如果空气供应不足，燃烧就不完全。相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟热损失。2) 温度条件：燃料只有达到着火温度，才能与氧作用而燃烧。3) 时间条件：燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。4) 燃料与空气的混合条件：混合程度取决于空气的湍流度，若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。2、 简述烟流形状与大气稳定度的关系。答：1) 波浪型：烟流呈波浪状，污染物扩散良好，发生在全层不稳定大气中。2) 锥型：烟流呈圆锥形，发生在中性条件下。3) 扇型：烟流垂直方向扩散很小，像一条带子飘向远方。从上面看，烟流呈扇形展开，它发生在烟囱出口处于逆温层中。4) 爬升型（屋脊型）：烟流的下部是稳定的大气，上部是不稳定的大气。5) 漫烟型（熏烟型）：对于辐射逆温，日出后逆温从地面向上逐渐消失，即不稳定大气从地面向上逐渐扩展，当扩展到烟流的下边缘或更高一点时，烟流便发生了向下的强烈扩散，而上边缘仍处于逆温层中，漫烟型便发生了。3、 烟囱高度设计中应注意什么？答：1) 工矿企业电源排气筒高度不得低于它所从属建筑物高度的2倍，并且不得直接污染临近建筑物。2) 排气筒的实际高度应为Hs=H0+HcH0 计算出的排气筒高度 Hc 排气筒四周需要保护的建筑物群的平均高度3) 排放大气污染物的排气筒，其高度不得低于15m。4) 对于总量控制区内的排气筒，当SO2排放率超过14kg/h时，排气筒高度皆必须超过30m。5) 排气筒高度应比主厂房最高点高出3m以上。6) 为了获得较高的烟气抬升高度，排气筒出口烟气速度vs皆为20 30m/s，排烟温度也不宜过低。7) 分散的烟囱不利于产生较高的抬升高度。当需设几个烟囱时，应尽量采用多管集合烟囱。4、气态污染物的控制技术有几种？并简述各技术的净化设备有哪些？答：气态污染物的控制技术有三种：1) 吸收法净化气态污染物 净化设备：填料塔、板式塔和文丘里洗涤器。2) 吸附法净化气态污染物 净化设备：固定床吸附器、移动床吸附器和流化床吸附器 。3) 催化法净化气态污染物 净化设备：固定床催化反应器、硫化床反应器和移动床反应器。5、简述控制挥发性有机物的各方法及其定义。1) 燃烧法，用燃烧方法将有害气体，蒸汽，液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧法。2) 吸收(洗涤)法，采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。3) 冷凝法，利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的这一性质，采用降低温度，提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物(如VOCs)冷凝并与废气分离。4) 吸附法，含VOCs的气态混合物与多孔性固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把混合气体中VOCs组分吸附在固体表面，这种分离过程称为吸附法控制VOCs污染。5) 生物法，VOCs生物净化过程的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动，并将有机物同化为CO2,H2O和细胞质的过程。四、计算题1、煤的元素分析结果如下（以质量百分比表示）：H 5%；C 75.8%；N 1.5%；S 1.6%；O 7.4；灰 8.7%。在空气过量20%的条件下燃烧，空气湿度为0.0116mol（H2O）/mol（干空气）。假定完全燃烧，试计算烟气的组成。解：以完全燃烧1kg煤为基准，计算各组分的摩尔数、需氧量和产生烟气量，计算结果如下：组分质量/g摩尔数/mol需氧量/mol产生的烟气量/molH505012.525（H2O）C75863.1763.1763.17（CO2）N151.07100.536（N2）S160.50.50.5（SO2）O744.625-2.3130灰8700因此，燃烧1kg煤需要的理论氧气量为： （12.5+63.17+0.5-2.313）mol=73.857 mol需要的实际空气量为：73.857（1+3.78）（1+20%）（1+0.0116）mol= 423.641.0116 mol = 428.56 mol产生的烟气总量为：（25+63.17+0.536+0.5）+ 428.56 - 73.857 = 443.9 mol所以烟气的组成为：CO2：100%=14.23%；SO2：100%=0.11%；H2O：100%=6.74%；O2：100%=3.33%；N2：100%=75.59%。2、某一工业锅炉烟囱高30m，直径0.6m，烟气出口速度为20，烟气温度为405K，大气温度为293K，烟囱出口处风速4，排放量为10。试计算中性大气条件下的地面最大浓度和出现的位置。解：1) 首先，利用Holland公式计算烟气抬升高度： H= = （1.5+2.70.6）=5.84 m因此有效烟囱高度为：H=HS+H=30+5.84=35.84 m2) 地面最大浓度，出现在z|的距离处。所以： z|查表得，与z对应的下风向距离x=745.6m，相应的y=50.1m。因此地面最大浓度 mg/m3 出现在下风向745.6m处。 一、名词解释1.可吸入颗粒物（pm10）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径小于等于10um的颗粒物。2.二次污染物：是指由一次污染物与大气中已有成分或者几种一次污染物之间经过一系列化学或者光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。3.理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积。4.大气污染物：指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。5.空燃比：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得。二、填空1.要使燃料完全燃烧，应该具备如下条件：空气条件、温度条件、时间条件、燃料与空气的混合条件2.风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素。3.气态污染物净化的三种方法为：吸收法、吸附法、催化转化法4.控制挥发性有机物VOCs 污染的方法：燃烧法、吸收法、冷凝法、吸附法、生物法。5.根据气温在垂直于下垫面方向上的分布，可将大气圈分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层三、简单1.简述湿式除尘器的除尘机理 答：含尘气体在运动中与液滴相遇，在液滴前xd处，气流开始改变方向、绕开液滴流动，而惯性较大的粉尘颗粒将继续保持其原有的直线运动趋势，颗粒运动主要受到两个力支配，其自身的惯性力和周围气体对其的阻力。当颗粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离大于粒子从偏离流线那一点至液滴的距离时，粉尘会与液滴发生碰撞而被去除。2.定义PM2.5，结合北京市大气污染的现状分析PM2.5的主要来源及化学组成。答：PM2.5指空气动力学当量直径小于2.5m的颗粒物。PM2.5的主要来源是燃料燃烧、机动车排放、二次颗粒物、无组织扬尘等。化学组成主要有SO42、NO3、NH4、EC、OC、重金属等。3.简述大气中SOx 的来源和危害，并介绍烟气脱硫技术有哪些？答：来源：有天然来源和人为来源两类，天然来源主要是火山爆发、天然原生生物活动等，人为来源主要是燃料的燃烧和金属冶炼 危害：在大气中反应生成硫酸烟雾和硫酸盐，造成酸雨形成二次微粗粒子，影响人体健康和大气能见度，甚至会导致全球气候变化 烟气脱硫技术：湿法烟气脱硫：石灰石/石灰法；氧化镁法；湿式氨法干法脱硫：喷雾干燥法、干法喷钙脱硫、循环流化床烟气脱硫四、计算1.已知煤炭的重量组成为：C 77.2%，H 5.2%，N 1.2%，S 1.6%，O 5.9%，灰分8.9%。燃烧条件为：空气过剩20%，空气的湿度为0.0116mol水/mol 干空气试计算燃烧烟气的组成（对气态组分以体积百分比表示，对固体组分以g/m3N表示）。解：以完全燃烧1kg煤为基础，计算各组分的摩尔数、需氧量和产生烟气量，计算结果见下表。质量/g转化为mol数mol/1kg重油需O2量/mol产生的烟气量/molH521521326（H2O）C7721264.3364.3364.33（CO2）N12140.85700.429（N2）S16320.50.50.5（SO2）O59163.6881.8440灰分8700因此，燃烧需要的理论氧气量为：需要的实际空气量为：产生烟气：烟气的组成为：2.某铜冶炼厂的烟筒高150m，烟云抬升高度为75m, 其SO2排放速率为1000g/s. 估算下风向5km 处的SO2地面浓度. 假定风速为3m/s, 大气稳定度为C. 在相同条件下，若新建一座烟筒以使地面浓度降低为现在的50%，烟筒高度应为多少米？解：x=5km，大气稳定度为C时， SO2浓度： 若令浓度减少为现在的50 因此烟囱的实际高度H387.1-75312.1m。一、填空1、“3T”指什么温度、时间和湍流。2、全球大气污染问题包括：温室效应、臭氧层破坏、酸雨三大问题。3、从大气污染控制的角度，按照气溶胶的来源和物理性质，可将其分为 粉尘 ， 烟 ， 飞灰 ， 黑烟 和雾几种。4、大气污染侵入人体主要途径有：表面接触、食入含污染物的食物、吸入被污染的空气 。5、单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为 理论空气量 ；单位质量燃料燃烧所需要的空气质量称为 空燃比 二、名词解释1、大气污染：系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。 2、二次污染物：是指一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新的污染物质。 3、空气过剩系数：实际空气量V0与理论空气量之比V0a. 4、集气罩：用以收集污染气体的装置。 5、挥发性有机污染物：是一类有机化合物的统称，在常温下它们的蒸发速率大，易挥发。3、 简答1、.电除尘主要优点有哪些? 答（1）压力损失小（2）处理烟气量大（3）能耗低 4.对细粉尘有很高的捕集效率（5）可在高温或强腐蚀性气体下操作。2、 影响燃烧过程的主要因素 答： a空气条件 b唯独条件 c3、 试论述气体中硫氧化物的控制技术 答：（1）控制SO2的排放量；（2）采用低硫燃料和清洁能源来替代含硫成份较高的能源；（3）燃料脱硫，燃烧过程脱硫和末端尾气脱硫；4增加绿化面积，增大自然净化能力。4、 .煤完全燃烧的条件以及什么是3T答：燃料完全燃烧的必要条件有：空气条件；温度条件；时间条件；燃料与空气混合条件。适当控制这4个因素-空气与燃料之比、温度、时间和湍流度，是在污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的。通常把温度、时间和湍流度称为燃烧过程的“3T”5、 烟气脱硝技术有哪些方面 答：选择性催化反应法SCR脱硝、选择性非催化还原法（SNCR）脱硝、吸收法净化烟气中的NOx、吸附法净化烟气中的NOx4、 计算题1.某城市火电厂的烟囱高100m，出口内径5m。出口烟气流速12.7m/s，温度100，流量250m3/s。烟囱出口处的平均风速4m/s，大气温度20，试确定烟气抬升高度及有效高度。解：（取Pa=1013.3hPa） =0.351013.325080/373.15 =19008.7kJ/s由表36取城市远郊区n0=0.332，n1=3/5，n2=2/5 =0.33219008.73/51002/5/4 =193.3m H=Hs+H=100+193.3=293.3m2.计算干洁空气中N2、O2、Ar和CO2气体质量百分数。 解：由表1-1查得干洁空气中各气体的体积百分数如下： N2 O2 Ar CO2 78.08 20.95 0.93 0.03 以N2为以例，计算其质量百分数 已知N2分子量为28.016，干洁空气平均分子量为28.966，N2的质量百分数： N2%=同理得： N2 O2 Ar CO2 体积百分数（%） 78.08 20.95 0.93 0.03 质量百分数（%） 75.52 23.14 1.28 0.04563.某污染源有效源高是60m ，排出SO2量为80g/s，烟囱出口处的平均风速为6m/s ，在当时的气象条件下，正下风向500m 处的y=35.3 ，z=18.1m。（1）试估算正下风向距烟囱500m 处的地面浓度。（2）计算阴天下风向烟囱x=500m ,y=50m 处SO2的地面浓度和地面最大浓度。解：（1）C（500,0,0,H）= =2.7310-5g/m3 =2.7310-2mg/m3（2）C（500,50,0,H）=0.01mg/L（3）由题中扩散系数及风速可以确定大气稳定度处于D级。地面最大浓度在=42.2m时取得，查表可得D级稳定度下相应x=1.45km，则 一， 名词解释1. 大气污染2. 二次污染物3. 烟气脱硝4. 理论空气量5. 空气过剩系数二， 填空1. 大气污染物的粒径分布主要有： ， 两种表示方法。2. 根据除尘机理，目前工业上常用的除尘器可分为 、 、 和 4类。 3催化剂性能通常指 、 和 。4VOCS催化燃烧法是在 等贵金属为催化剂的作用下使废气中的有害组分完全转化为 和 。5烟气循环燃烧起到 和 双重作用，从而达到减少NOX生成的目的。三，简答1、何为烟气脱硫工艺中脱硫剂利用率？其与什么因素有密切关系？2、传统的低NOX燃烧技术有哪几种？3、试论述气体中硫氧化物的控制技术？4、简述化学吸附的特征有哪些？ 5、与汽油车相比，柴油车排放的污染物有哪些特征？四、计算 1、某企业采用电除尘器除去烟气中的粉尘，已知入口粉尘浓度为1i=3.29g/mN3，出口粉尘浓度为2i=0.09g/mN3。驱进速度为0.12m/s，烟气流量Q=5500m3/h。求所需电除尘器集尘极表面积（m2）。2、某电厂燃煤的烟气中硫含量为0.25%（体积），目前我国SO2要求排放标准为700mg/ m3，求所需脱硫率应该为多少？（已知原子量为O 16；S 32）答案1、大气污染：系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危