《大气污染控制工程》习题及答案.pdf

大气污染控制工程习题及答案 大气污染控制工程习题及答案 习题课（一） 习题课（一） 1.1 什么是大气污染？ 1.1 什么是大气污染？ 大气污染是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 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。 1.2 简述大气污染物及其分类。 1.2 简述大气污染物及其分类。 大气污染物系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。大气污染物按存在状态分为：颗粒污染物和气态污染物。颗粒污染物按粒径大小有总悬 浮颗粒物（TSP） 、可吸入颗粒物(PM10)；气态污染物主要有含硫化合物、含氮化合物、碳的 氧化物、有机化合物和卤素化合物。 1.3 大气污染综合防治措施有哪些？ 1.3 大气污染综合防治措施有哪些？ （1）全面规划、合理布局； （2）严格环境管理； （3）控制大气污染的技术措施，包括实施 清洁生产、实施可持续发展的能源战略、建立综合性工业基地； （4）控制污染的经济政策， 包括保证必要的环保投入、实施“污染者和使用者支付原则” （建立市场、税收手段、收费 制度、财政手段、责任制度） ； （5）绿化造林； （6）安装废气净化装置。 2.1 列举燃料完全燃烧需要的条件并解释“3T”的含义。 2.1 列举燃料完全燃烧需要的条件并解释“3T”的含义。 空气条件、 温度条件、 时间条件以及燃料和空气的混合条件; “3T” 是指温度 （Temperature） 、 时间（Time）和湍流（Turbulence） 。 2.2 已知重油元素分析结果如下： 2.2 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% C:85.5% H:11.3% O:2.0% N:0.2% S:1.0% 试计算：燃油 1kg 所需的理论空气量和产生的理论烟气量； 试计算：燃油 1kg 所需的理论空气量和产生的理论烟气量； 干烟气中SO 干烟气中SO2 2的浓度和CO的浓度和CO2 2的最大浓度； 的最大浓度； 当空气的过剩量为 10时，所需的空气量和产生的烟气量。 当空气的过剩量为 10时，所需的空气量和产生的烟气量。 首先将重油的质量分数转化为摩尔分数， 然后列出每种元素燃烧所需要的理论氧气量和燃 烧后产生的理论烟气量。以 1kg 重油为基准，计算结果如下表： 元素 质量/g 摩尔数/mol 需氧量/mol 理论烟气量/mol C 855 71.25 71.25 71.25(CO2) H 113 113 28.25 56.5(H2O) O 20 1.25 -0.62 0 N 2 0.14 0 0.07(N2) S 10 0.31 0.31 0.31(SO2) 1 因此，燃烧 1kg 重油所需的理论氧气量为：71.25+28.25-1.25+0.3199.19mol 则所需的理论空气量为:99.19（13.78）474.12mol 转化为标况下体积得：Va=474.1222.410 -3=10.62m3 N 产生的理论烟气量为： （71.25+56.5+0.07+0.31）+99.193.78503.06mol 转化为标况下体积得：Vf=503.0622.410 -3=11.27m3 N 根据以上结果，燃烧 1kg 重油产生的干烟气量为：503.06-56.5446.56mol 燃料中的 S 完全转化为 SO2 时，烟气中 SO2 的浓度最大。因此，烟气中 SO2 的最大浓度（体 积分数）为： 2 0.31 0.0007 446.56 so = 燃料中的 C 完全燃烧时，烟气中 CO2 的浓度最大。因此，烟气中 CO2 的体积分数为： 2 71.25 0.1596 446.56 CO = 空气过剩系数 10时，产生的烟气量为：Vf=11.27+10.621012.33 m 3 N 2.3 煤的元素分析结果如下： 2.3 煤的元素分析结果如下： C:79.5% H:3.7% O:4.7% N:0.9% S:0.6% 灰分 10.6 C:79.5% H:3.7% O:4.7% N:0.9% S:0.6% 灰分 10.6 在空气过剩 20条件下完全燃烧。计算烟气中 SO2 的浓度。 在空气过剩 20条件下完全燃烧。计算烟气中 SO2 的浓度。 首先将煤的质量分数转化为摩尔分数， 然后列出每种元素燃烧所需要的理论氧气量和燃烧后 产生的理论烟气量。以 1kg 煤为基准，计算结果如下表： 元素 质量/g 摩尔数/mol 需氧量/mol 理论烟气量/mol C 795 66.25 66.25 66.25(CO2) H 37 37 9.25 18.5(H2O) O 47 2.94 -1.47 0 N 9 0.64 0 0.32(N2) S 6 0.19 0.19 0.19(SO2) 因此，所需的理论氧气量为：66.25+9.25-1.47+0.1974.22mol 转化为标况下体积得：Va=74.2222.410 -3=1.66m3 N 产生的理论烟气量为： （66.25+18.5+0.32+0.19）+74.223.78365.81mol 转化为标况下体积得：Vf=365.8122.410 -3=8.19m3 N 空气过剩系数为 1.2 时，产生的烟气量为：V=8.19+1.66208.52m 3 N 2 3 3 0.19 64 10 1427.23/ 8.52 so mg m = 3.1 影响大气污染的气象要素有哪些？ 3.1 影响大气污染的气象要素有哪些？ 2 气压、气温、气湿、风向、风速、云况、能见度等。 3.2 什么是逆温？简述逆温的形成机制。 3.2 什么是逆温？简述逆温的形成机制。 逆温是指温度随高度的增加而增加的现象。逆温可发生在近地层，也可能发生在较高气层。 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、锋面逆温和湍流逆温 等五种。 辐射逆温是由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温； 下沉逆温是由于空气下沉到压缩 增温而形成的逆温； 平流逆温是由暖空气平流到冷地面上而形成的逆温； 湍流逆温由低层空 气的湍流混合形成的逆温； 锋面逆温是在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时， 暖空气因 其密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区。 3.3 大气中典型的烟流形状有哪几种？他们分别发生在什么样的气象条件下？ 3.3 大气中典型的烟流形状有哪几种？他们分别发生在什么样的气象条件下？ 大气稳定度与烟流形状的关系：波浪型，d；锥型，=d；扇型，-d-1；爬升 型（屋脊型） ，烟流的下部d，上部d；漫烟型（熏烟型） ，烟流下部-d0， 上部-d1。 4.1 某污染源排出的 SO2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y =35.3m, z =18.1 m，试求正下风方向 500m 处 SO2的地面浓度。 4.1 某污染源排出的 SO2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y =35.3m, z =18.1 m，试求正下风方向 500m 处 SO2的地面浓度。 地面轴线浓度为： 22 3 22 8060 exp()exp() 0.0273/ 3.14 6 35.3 18.12 18.1 2 yz z H mg m u = Q （x,0,0,H）= 4.2 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。 4.2 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。 根据 Holland 公式计算烟气抬升高度 20 0.6405293 (1.52.7)(1.52.70.6)5.84 4405 ssa s V DTT HDm uT =+=+= 因此， 305.8435.84 s HHHm=+=+= 地面最大浓度 2 2 . z y Q uH e =，出现在 max 35.8 ()25.34 22 z H m= 查表 4-4，得到与 z 对应的下风向距离745.6xm=, 50.1 y m=,因此，地面最大浓度为 3 43 22 22 1025.34 2.31 10/ 3.14 4 35.842.718 50.1 z y Q mg m uH e = 4.3 一点状污染源连续向大气中排放 NOx,排放强度为 50kg/h,烟云高度为 85m,该高度处风 速为 3m/s,试求下风向 2500m 处地面轴线上 NOx 的最大浓度。 已知该处的扩散参数y =80m， z = 50m。若扩散参数比为常数，该污染源造成该地面 NOx 浓度可达到多少？(四川大学 2006 年硕士生入学考试试题） 4.3 一点状污染源连续向大气中排放 NOx,排放强度为 50kg/h,烟云高度为 85m,该高度处风 速为 3m/s,试求下风向 2500m 处地面轴线上 NOx 的最大浓度。 已知该处的扩散参数y =80m， z = 50m。若扩散参数比为常数，该污染源造成该地面 NOx 浓度可达到多少？(四川大学 2006 年硕士生入学考试试题） 由地面轴线浓度公式： 22 23 22 13.8985 exp()exp() 83.69 10/ 3.14 3 80 502 50 2 yz z H mg m u = Q （x,0,0,H）= 地面最大浓度为： 3 max 22 22 13.8980 0.241/ 3.14 3 852.71850 y z Q mg m uH e = 4 习题课（二） 习题课（二） 5.1 什么是斯托克斯直径？什么是空气动力学当量直径？为什么这两种颗粒直径在除尘技 5.1 什么是斯托克斯直径？什么是空气动力学当量直径？为什么这两种颗粒直径在除尘技 术中应用最多？ 术中应用最多？ Stokes直径（ds）是指在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的圆球的直径；空气 动力学当量直径（da） ，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的圆球的直径。 这两 种直径在除尘技术中应用最多，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。 5.2 什么是颗粒的众径？什么是中位径？对于个数频率分布为对称正态分布的颗粒物，这 两种直径有什么关系？ 5.2 什么是颗粒的众径？什么是中位径？对于个数频率分布为对称正态分布的颗粒物，这 两种直径有什么关系？ 频率密度最大时对应的粒径，称为众径（dd）；中位直径（d50）是指累计频率等于 0.5 时对 应的粒径；对于个数频率分布为对称正态分布的颗粒物，这两种直径相等。 5.3 列举与除尘相关的粉尘的物理性质。 5.3 列举与除尘相关的粉尘的物理性质。 粉尘的物理性质主要有：密度、安息角与滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导 电性；粘附性、自燃性和爆炸性。 5.4 评价粉尘净化装置的性能指标主要有哪些？ 5.4 评价粉尘净化装置的性能指标主要有哪些？ 评价净化装置性能的指标包括技术指标和经济指标。 技术指标有： 处理气体流量、 净化效率、 压力损失；经济指标有设备费、运行费、占地面积。 6.1 如何提高沉降室的除尘效率？ 6.1 如何提高沉降室的除尘效率？ 根据公式 s i u LW Q =，提高沉降室除尘效率的主要途径有降低沉降室内的气流速度，增加 沉降室长度，降低沉降室高度。 6.2 简要分析影响旋风除尘器效率的因素。 6.2 简要分析影响旋风除尘器效率的因素。 影响旋风除尘器效率的因素有:二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量等。 6.3 分析高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响。 6.3 分析高比电阻粉尘对电除尘器性能的影响。 高比电阻粉尘会干扰电场条件，并导致除尘效率下降。当比电阻低于 10 10.cm时，比电阻 几乎对除尘器操作和性能没有不良影响；当比电阻介于 10 10.cm1011.cm时，火花率增 加，操作电压降低；当高于 10 11.cm时，集尘板粉尘层内出现火花，即产生明显的反电晕， 反电晕的产生导致电晕电流密度大大降低，进而严重干扰粒子荷电和捕集。 6.4 在气体压力为 1atm,温度为 293K 下运行的管式电除尘器。圆筒形集尘管直径为 0.3m， 6.4 在气体压力为 1atm,温度为 293K 下运行的管式电除尘器。圆筒形集尘管直径为 0.3m， L=2.0m，气体流量为 0.075m3/h。若集尘板附近的平均场强 E=100kV/m,粒径为 1.0um 的粉 L=2.0m，气体流量为 0.075m3/h。若集尘板附近的平均场强 E=100kV/m,粒径为 1.0um 的粉 5 尘荷电量 q=0.310-15,计算该粉尘的驱进速度和除尘效率。 尘荷电量 q=0.310-15,计算该粉尘的驱进速度和除尘效率。 根据公式（6-33）得粒子的驱进速度为： 153 4 44 0.3 10100 10 1.77 10/ 33 3.14 1.8 101.0 10 p p qE m s d = 根据公式（6-34）得粒子的除尘效率为： 4 3.14 0.3 2 1 exp()1 exp(1.77 10 )99.99% 0.0753600 A Q = = = 6.5 设计一台电除尘器，处理气体量为 1000m3/min,要求的除尘效率至少达到 98，设粒 6.5 设计一台电除尘器，处理气体量为 1000m3/min,要求的除尘效率至少达到 98，设粒 子的有效驱进速度为 6m/min，求集尘板总面积。若板长 3m，板高 6m,计算所需集尘板的数 子的有效驱进速度为 6m/min，求集尘板总面积。若板长 3m，板高 6m,计算所需集尘板的数 目。 目。 由公式1 exp() eA Q = 得 2 1000 ln(1)ln(1 0.98)652() 6 e Q Am = = = 由于内部的集尘板两面都可以集尘，外面的两块板仅能一面集尘，所以： (1 p AA n= ) 则有 652 1119.120 6 3 2 p A n A =+ =+ = B 6 习题课（三） 习题课（三） 8.1 某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，电厂燃煤含硫为 3.6%，含灰为 8%，要求脱硫效 率为 90%。问： 8.1 某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，电厂燃煤含硫为 3.6%，含灰为 8%，要求脱硫效 率为 90%。问： (1)钙硫比为 1.2 时，脱除每kgSO (1)钙硫比为 1.2 时，脱除每kgSO2 2消耗多少kgCaCO消耗多少kgCaCO3 3？ ？ (2)如果脱硫污泥为含水 60%的浆液，每吨燃煤会排放多少污泥？ (2)如果脱硫污泥为含水 60%的浆液，每吨燃煤会排放多少污泥？ (1)石灰石脱硫的总化学反应式为： 23232 2.2SOCaCOH OCaSOH OCO2+ 当钙硫比为 1.2 时，脱除每 kg消耗的为 2 SO 3 CaCO 100 1.21.875() 64 kg= (2)脱硫污泥中 60为水分，其余 40包括飞灰、，则灰分为： 32 .2CaSOH O 1 8 %0.08( ) t= ： 32 .2CaSOH O 1 3.6% 90% 156 0.158( ) 32 t = 则每吨燃煤会排放的污泥量为： 0.080.158 0.595( ) 40% t + = 8.2 试分析比较抛弃法和回收法烟气脱硫的优缺点。 8.2 试分析比较抛弃法和回收法烟气脱硫的优缺点。 抛弃法是指在脱硫过程中形成的固体产物被抛弃，必须连续不断地加入新鲜的化学吸收剂。 回收法是指与SO2反应后的吸收剂可连续地在一个闭合系统中再生，再生后的脱硫剂和由于 损耗需补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使用。 抛弃法处理费用低， 但脱硫剂使用量大、 不利于环境保护；回收法可以处理费用高，但有较大的环境效益和经济效益。 8.3 选择烟气脱硫技术有哪些原则？应考虑哪些主要指标？ 8.3 选择烟气脱硫技术有哪些原则？应考虑哪些主要指标？ 烟气脱硫综合评价的指标有：脱硫效率、钙硫比（Ca/S） 、脱硫剂利用率、脱硫副产品的处 理处置、对锅炉原有系统的影响、占地面积、工艺成熟度、流程的复杂程度等。 9.1 一锅炉每分钟燃煤 1000 kg，煤炭热值为 26000 kJ/kg，煤中 氮的含量为 2% (质量分 数)，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： 9.1 一锅炉每分钟燃煤 1000 kg，煤炭热值为 26000 kJ/kg，煤中 氮的含量为 2% (质量分 数)，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； (1)此锅炉的 NOx 排放量； (2)安装 SCR，要求脱氮率为 90%，计算需要 NH3 的量。 (2)安装 SCR，要求脱氮率为 90%，计算需要 NH3 的量。 （1）对于燃煤工业锅炉，假设燃料型 NOx 以 NO 形式排放，则其排放量为： 10002%20%(30/14)=8.57kg/min 燃料型 NOx 占总排放的 80%,则 NOx 排放量为： 8.57 10.71/min 80 kg 7 （2）假设烟气中含 95的NO和 5的NO2，按照以下反应计算氨的理论需氧量： 322 3222 4446 86712 NHNOONH O NHNONH O + + 2 10.7195%(17/30)+10.715%(17