大气污染课后标准答案-6章

1 12 第六章第六章 除尘装置除尘装置 6 6 1 在 298K 的空气中 NaOH 飞沫用重力沉降室收集 沉降至大小为宽 914cm 高 457cm 长 1219cm 空气的体积流速为 1 2m3 s 计算能被 100 捕集的最小雾滴直径 假设雾滴的 比重为 1 21 解 解 计算气流水平速度 设粒子处于 Stokes 区域 取sm A Q v 1087 2 57 4 14 9 2 1 2 0 按 大气污染控制工程 P162 6 4 sPa 5 1082 1 mm gL Hv d p 2 1710 2 17 19 1281 9 1021 1 57 4 1087 2 1082 1 1818 6 3 25 0 min 即为能被 100 捕集的最小雾滴直径 6 2 直径为 1 09的单分散相气溶胶通过一重力沉降室 该沉降室宽 20cm 长 50cm 共m 18 层 层间距 0 124cm 气体流速是 8 61L min 并观测到其操作效率为 64 9 问需要设 置多少层可能得到 80 的操作效率 解解 按层流考虑 根据 大气污染控制工程 P163 6 5 因此需要设置 23 层 2 22 9 64 80 18 1 2 12 2 1 2 1 nn n n 6 3 有一沉降室长 7 0m 高 12m 气速 30cm s 空气温度 300K 尘粒密度 2 5g cm3 空气 粘度 0 067kg kg h 求该沉降室能 100 捕集的最小粒径 解 解 sPahmkg 5 1086 1 067 0 符合mmm gL Hv d p 10084104 8 781 9 105 2 123 01086 1 1818 5 3 5 0 min 层流区假设 6 4 气溶胶含有粒径为 0 63 和 0 83的粒子 质量分数相等 以 3 61L min 的流量通过m 多层沉降室 给出下列数据 运用斯托克斯定律和坎宁汉校正系数计算沉降效率 L 50cm W 20cm h 0 129cm n 19 层 3 05 1 cmg 000182 0 scmg 解解 设空气温度为 298K 首先进行坎宁汉修正 sm M RT v 6 466 1097 28142 3 298314 8 88 3 m v 8 5 106 6 6 466185 1 499 0 1082 1 499 0 21 0 63 0 106 62 2 Kn 2 12 故264 1 4 0257 1 21 0 1 21 0 10 1 eCsmgC d u pp s 1058 1 18 5 2 用同样方法计算可得 0 83525 0 60 1061 3 202 05 01058 1 1 3 5 Q nLWus i 粒子的分级效率为 0 864 m 因此总效率 695 0 864 0 525 0 5 0 i 6 5 试确定旋风除尘器的分割直径和总效率 给定粉尘的粒径分如下 平均粒径范围 m 0 11 55 1010 2020 3030 4040 5050 60 60 质量百分数 32015201610637 已知气体粘度为 2 10 5 颗粒比重为 2 9 旋风除尘器气体入口速度为 15m s 气体在旋 风除尘器内的有效旋转圈数为 5 次 旋风除尘器直径为 3m 入口宽度 76cm 解 解 按 Air Pollution Control Engineering 公式 9 exp 1 2 i pc W DNV 令 50 N 5 Vc 15m s 2 9 103kg m3 W 0 76m 代入 p sPa 5 102 上式得 dc 11 78 m 利用 大气污染控制工程 P170 6 18 计算各粒径粉尘分级效率 2 2 1 cpi cpi i dd dd 由此得总效率 3 55 iig 6 6 某旋风除尘器处理含有 4 58g m3灰尘的气流 其除尘总效率为sPa 5 105 2 90 粉尘分析试验得到下列结果 粒径范围 m 捕集粉尘的质量百分数 逸出粉尘的质量百分数 0 50 576 0 5 101 412 9 10 151 94 5 15 202 12 1 20 252 11 5 25 302 00 7 30 352 00 5 35 402 00 4 40 452 00 3 4584 01 1 1 作出分级效率曲线 2 确定分割粒径 解 解 3 12 根据 大气污染控制工程 P144 5 53 P 0 1 计算分级效率 ii i gPg 32 结果如下表所示 粉尘间隔 m 0 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 45 45 捕集 g30 51 41 92 12 12 02 02 02 084 0质量 频率 出口 g276 012 94 52 11 50 70 50 40 31 1 i 5 59 49 41 79 17 90 00 92 65 96 26 97 30 97 83 98 36 99 85 据此可作出分级效率曲线 由上表可见 5 10去除效率为 49 41 因此在工程误差允m 许范围内 dc 7 5 m 6 7 某旋风除尘器的阻力系数为 9 9 进口速度 15m s 试计算标准状态下的压力损失 解解 据 大气污染控制工程 P169 6 13 Pavp144015293 1 9 9 2 1 2 1 22 1 6 8 欲设计一个用于取样的旋风分离器 希望在入口气速为 20m s 时 其空气动力学分割 直径为 1 m 1 估算该旋风分离器的筒体外径 2 估算通过该旋风分离器的气体流量 解 解 根据 Air Pollution Control Engineering P258 公式 9 exp 1 2 i pc W DNV 因 故 1000 1000 3 2 2 mkg D D p pppa 单位取 单位 p D 22 pa D 由题意 当 取 N 10 代入上式smVc 20 50 sPa 5 1082 1 解得 Wi 5 5 1082 1 9 1000 100 1 2010 exp 1 50 5 26 i W mm 根据一般旋风除尘器的尺寸要求 D0 4Wi 2 2cm H 2 Wi 1 1cm 气体流量 Q A V H W Vc 1 21 10 3m3 s 6 9 含尘气流用旋风除尘器净化 含尘粒子的粒径分布可用对数正态分布函数表示 且 Dm 20 在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为 5 试基于颗粒m 25 1 m 质量浓度计算该除尘器的总除尘效率 解 解 按 大气污染控制工程 P170 6 18 2 2 2 2 2 2 25 5 1 5 1 pi pi pi pi cpi cpi i d d d d dd dd 4 12 0 2 2 1 0 25 pi pi pi pii qdd d d qdd dg 20 m 25 1 32 0 20 ln exp 79 1 ln2 ln exp ln2 1 22 pi pi g g pi gpi d d d d d q 代入上式 利用 Matlab 积分可得 3 96 1 0 piiqdd 6 10 在气体压力下为 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 0 075m3 s 若集尘板附近的平均场强 E 100kV m 粒径为 1 0 的粉尘荷电量 q 0 3 10 15C 计算该粉尘的驱进速度 w 和电除尘效率 m 解 解 驱进速度按 大气污染控制工程 P187 6 33 sm d qE w p p 176 0 1011081 1 3 10100103 0 3 65 315 Q 0 075m3 s 代入 P188 6 34 2 885 1 23 0mdLA 8 98 176 0 075 0 885 1 exp 1 exp 1 ii w Q A 6 11 利用一高压电除尘器捕集烟气中的粉尘 已知该电除尘器由四块集尘板组成 板高和 板长均为 366cm 板间距 24 4cm 烟气体积流量 2m3 s 操作压力为 1atm 设粉尘粒子的 驱进速度为 12 2cm s 试确定 1 当烟气的流速均匀分布时的除尘效率 2 当供入某一通道的烟气为烟气总量的 50 而其他两个各供入 25 时的除尘效率 参 考图 6 27 解 解 1 Q 2 3 0 667 m3 s S 3 662 13 4m2 3 99 122 0 2 667 0 4 13 exp 1 i 2 查图 6 27 得 Fv 1 755 1 3 1 5 0 max v v 故 8 9875 1 3 991 1 1 1 Fv i 6 12 板间距为 25cm 的板式电除尘器的分割直径为 0 9 使用者希望总效率不小于m 98 有关法规规定排气中含尘量不得超过 0 1g m3 假定电除尘器入口处粉尘浓度为 30g m3 且粒径分布如下 质量百分比范围 0 2020 4040 6060 8080 100 平均粒径 m 3 58 013 019 045 0 并假定德意希方程的形式为 其中捕集效率 K 经验常数 d 颗粒直径 试 kdp e 1 确定 1 该除尘器效率能否等于或大于 98 2 出口处烟气中尘浓度能否满足环保规定 5 12 3 能否满足使用者需要 解 解 1 由题意77 0 9 0exp 15 0 kk dp 3 5 m 2 93 5 377 0 exp 1 1 dp 8 0 m 8 99 0 877 0 exp 1 2 dp 13 0 m 100 0 1377 0 exp 1 3 故 98 6 9832 01 8 992 0 2 932 0 2 则 0 42g m3 0 1g m3 不满足环保规定和使用者需要 30 1 6 98 2i i2 6 13 某板式电除尘器的平均电场强度为 3 4kV cm 烟气温度为 423K 电场中离子浓度为 108个 m3 离子质量为 5 10 26kg 粉尘在电场中的停留时间为 5s 试计算 1 粒径为 5的粉尘的饱和电荷值 2 粒径为 0 2的粉尘的荷电量 m m 3 计算上述两种粒径粉尘的驱进速度 假定 1 烟气性质近似于空气 2 粉尘的相对介电系数为 1 5 解 解 1 由 大气污染控制工程 P183 6 31 电场荷电为 CEdq p 1652612 0 2 0 1004 3 104 3 105 1085 8 5 3 5 1 3 2 3 扩散荷电按 P184 6 32 计算 与电场荷电相比很小 可忽略 因此饱和电荷值 3 04 10 16C 2 电场荷电为 CEdq p 1952612 0 2 0 1086 4 104 3 102 0 1085 8 5 3 5 1 3 2 3 扩散荷电与电场荷电相比很小 可忽略 故粉尘荷电量 4 86 10 19C 3 取 sPa 5 105 2 dp 5时 m sm d qE w p p 088 0 105105 23 104 31004 3 3 65 516 dp 0 2时 m sm d qE w p p 1051 3 102 0105 23 104 31086 4 3 3 65 519 6 14 图 6 49 汇总了燃煤电厂用电除尘器的捕集性能 对于煤的含硫量为 1 除尘效率 为 99 5 的情况 试计算有效驱进速度 we 6 12 解 解 查图得集气板面积约 1000m3 1000m3 min 1 根据 exp 1 ii w Q A 0 995 1 exp wi 解得 wi 5 30m min 6 15 电除尘器的集尘效率为 95 某工程师推荐使用一种添加剂以降低集尘板上粉尘层的 比电阻 预期可使电除尘器的有效驱进速度提高一倍 若工程师的推荐成立 试求使用该 添加剂后电除尘器的集尘效率 解 解 故 95 exp 1 w Q A 05 0 exp w Q A 0025 0 2exp w Q A 因此 75 990025 0 1 2exp 1 w Q A 6 16 烟气中含有三种粒径的粒子 10 7和 3 每种粒径粒子的质量浓度均占m m m 总浓度的 1 3 假定粒子在电除尘器内的驱进速度正比于粒径 电除尘器的总除尘效率为 95 试求这三种粒径粒子的分级除尘效率 解 解 设 3 种粒子的分级效率分别为 则 1 2 3 6586 0 95 03 1 1 1 3710 321 keee kkk 因此 9 99 1 0 99 2 1 86 3 7 12 6 17 对于粉尘颗粒在液滴上的捕集 一个近似的表达式为 其中 M 是碰撞数的平方根 R dp dD 对于密度 6 0 018 0 exp 25 0 RRM R 为 2g cm3的粉尘 相对于液滴运动的初速度为 30m s 流体温度为 297K 试计算粒径为 1 10 2 50的粉尘在直径为 50 100 500的液滴上的捕集效率 m m m 解 解 1 粉尘粒径 dp 10m 当液滴直径为 50时 R 0 2 碰撞数 m 3 366 18 2 C Dppp I D uud N 14 19 I N 由给出计算公式可得 3 50 同理可得液滴直径为 100 500时捕集效率为 42 6 10 1 m m 2 dp 50m 用同样方法计算可得颗粒在直径为 50 100 500的液滴上捕集效率分别m m m 为 0 10 2 25 0 6 18 一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体 操作条件如下 L 1 36L m3 喉管气速为 83m s 粉尘密度为 0 7g cm3方程 烟气粘度为 2 23 10 5Pa s 取校正系数 0 2 忽略 Cc 计算除尘器效率 烟气中粉尘的粒度分布如下 粒径 m 质量百分数 20 050 0 解 解 按 大气污染控制工程 P211 6 53 OcmH Q Q vp g l T2 322323 5 961036 1 1083 1003 1 1003 1 由 6 55 2 33 0 2 229 101 6 exp p d g pCgl i e pfdC P 粒径小于 0 1所占质量百分比太小 可忽略 粒径大于 20 0 除尘效率约为 1 因m m 此 8 12 0152 0 100 0 8 100 0 12 100 0 16 100 0 13 100 78 0 100 21 0 22 2222 5 1733 0 5 1233 0 5 733 0 333 0 75 0 33 0 3 033 0 ee eeeeP 故 48 981 P 6 19 水以液气比 12L m3的速率进入文丘里管 喉管气速 116m s 气体粘度为 1 845 10 5Pa s 颗粒密度为 1 789g cm3 平均粒径为 1 2 f 取 0 22 求文丘里管洗m 涤器的压力损失和穿透率 解 解 OcmH Q Q vp g l T2 32323 16631012 11600 1003 1 1003 1 坎宁汉修正143 1 2 1 172 0 1 172 0 1 p C d C 0 10845 1 166322 0 2 1143 1 789 1 1101 6 exp 101 6 exp 24 229 2 229 g pCgl i pfdC P 6 20 设计一个带有旋风分离器的文丘里洗涤器 用来处理锅炉在 1atm 和 510 8K 条件下排 出的气流 其流量为 7 1m3 s 要求压降为 152 4cmH2O 以达到要求的处理效率 估算洗 涤器的尺寸 解 解 设气液比 1L m3 dp 1 2 f 0 25 在 1atm 与 510 K 下查得m 3 8 1cmg p sPa g 5 1099 2 由可解得OcmHv Q Q vp g l T2 32323 4 152100 11003 1 1003 1 v 121 6m s 故喉管面积 DT 272mm 2 058 0 6 121 1 7 mS 取喉管长度 300mm 通气管直径 D1 544mm 则 24 1 6 2 mmmctg DD L T 64 0 640 22 11 1 mctg DD L T 13 3 22 22 2 取 D2 600mm 6 21 直径为 2mm 的雨滴以其终末沉降速度穿过 300m 厚的大气近地层 大气中含有粒径 为 3的球形颗粒 颗粒的质量浓度为 80 m 3 mg 9 12 1 每个雨滴下降过程中可以捕集多少颗粒 2 由于捕集这些颗粒 雨滴的质量增加了百分之几 解 解 由 Air Pollution Control Engineering P300 9 48 式 通过 P293 tD zcDM 2 4 t Figure 9 18 读取 取 雨滴 Db 2mm 处于牛顿区 利用 大气污染 33 102mkg p 控制工程 P150 5 83 因此 smv 0 7 205 1 81 9 205 1 100 1 100 2 74 1 2 133 从 Figure 9 18 读出912 0 1021082 1 18 0 7 103 102 18 35 263 2 b pp s D vd N 0 11 Cylinder t 故 M g 0083 0 11 0 80300 102 4 23 而液滴本身 故质量增加了 1 98 10 4 gDM 33 1019 4 6 1 6 22 以 2 5mm h 的速率发生了大面积降雨 雨滴的平均直径为 2mm 其捕集空气中的悬 浮颗粒物的效率为 0 1 若净化空气中 90 的悬浮颗粒物 这场雨至少要持续多长时间 解 解 由 Air Pollution Control Engineering 公式 代入已知数据t A Q DC C L D 5 1 ln 0 即需持续半天左右的时间 htt A A 3 12 105 2 1 0 102 5 1 1 0ln 3 3 6 23 安装一个滤袋室处理被污染的气体 试估算某些布袋破裂时粉尘的出口浓度 已知系 统的操作条件 1atm 288K 进口处浓度 9 15g m3 布袋破裂前的出口浓度 0 0458g m3 被污染气体的体积流量 14158m3 h 布袋室数为 6 每室中的布袋数 100 布袋直径 15cm 系统的压降 1500Pa 破裂的布袋数为 2 解 解 5 99 100 15 9 0458 0 15 9 设破裂 2 个布袋后气体流量分配不变 近似求得出口浓度如下 因此 3 00 0761 0 600 2 1 600 598 mgCCC 2 99 100 15 9 0761 0 15 9 6 24 某袋式除尘器在恒定的气流速度下运行 30min 此期间处理烟气 70 8m3 系统的最初 和最终的压降分别为 40Pa 和 400Pa 假如在最终压力下过滤器再操作 1 小时 计算另外的 气体处理量 解 解 10 12 设恒定速度 v1 则 40 1 v K x f fg 400 11 v K x v K x p pg f fg 若在 400Pa 压降下继续 则400 2 2 2 1 2 v K x v K x v K x p pg p pg f fg 400 8 70 360400 400 36036040 1 22 2 1 2 11 2 2 1 2 1 v vQ v v v Qv Q v v v v 40015 2 5 169400 8 70 30360 8 70 30400 2 2 22 2 22 dt dQ Q dt dQ dt dQQ dt dQ 解此微分方程得 Q2 90 1m3 6 25 利用清洁滤袋进行一次实验 以测定粉尘的渗透率 气流通过清洁滤袋的压力损失为 250Pa 300K 的气体以 1 8m min 的流速通过滤袋 滤饼密度 1 2g cm3 总压力损失与沉积 粉尘质量的关系如下 试确定粉尘的渗透率 以 m2表示 假如滤袋面积为 100 0cm2 Pap 61266677490099010621152 M kg0 0020 0040 0100 020 0280 0340 042 解解 当 T 300K 时 v 1 8m min 0 03m s sPa 5 1086 1 SxM p 1210100102 1 43 MM S M xp 利用所给数据进行线性拟和 p K M bp 03 0 1086 1 12 5 即 Kp 3 53 10 12m2 51 61613146 xp13146 03 0 1086 1 12 5 p K M 6 26 除尘器系统的处理烟气量为 10000m3 h 初始含尘浓度为 6g m3 拟采用逆气流反吹清 灰袋式除尘器 选用涤纶绒布滤料 要求进入除尘器的气体温度不超过 393K 除尘器压力 损失不超过 1200Pa 烟气性质近似于空气 试确定 1 过滤速度 2 粉尘负荷 3 除尘器压力损失 4 最大清灰周期 5 滤袋面积 6 滤袋的尺寸 直径和长度 和滤袋条数 解 解 1 过滤气速估计为 vF 1 0m min 2 除尘效率为 99 则粉尘负荷 2 94 5 699 0 mtgtCtvW F 3 除尘器压力损失可考虑为 pEt PPPP 为清洁滤料损失 考虑为 120Pa t P PavSP FEE 350 min 50 9 43 5694 5 15 9 22 mgNRtPatCtvRP ppp 取 11 12 故 43 56470 43 56120350PatPatPPPP pEt 4 因除尘器压降小于 1200Pa 故即最大清灰周期 min 9 12 1200 43 56470 tPat 5 2 240 273160 39310000 60 m v Q A F 6 取滤袋 d 0 8m l 2m 取 48 条布袋 2 03