大气四个题型剖析

1、一、名词术语解释（每小题3分共18分）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 V与理论空气量之比Vol4、集气罩：用以收集污染气体的装置。5、大气稳定度：是指垂直方向上大气稳定的程度。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分）6、 挥发性有机污染物：是一类有机化合物的统称，

2、在常温下它们的蒸发速率大，易 挥发。7、温室效应：大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳、水蒸气等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象。（3分）&理论空气量：单位量燃料按燃烧反映方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。（3分）10. 气体吸收：气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间传质过程。（3分）11. 气溶胶：系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体 系。（2分）气溶胶：系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或固液混合体 在气体介质中的悬浮体系。12. 环境空气：指人类、植物

3、、动物和建筑物报露于其中的室外空气。（2分）13. 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。（2分）14. 能见度：能见度是指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出的目标物的最大水平距离，单位用m或km。（ 2分）15. 气体吸附：气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或数祖分被浓集于固体表面，而与其他组分分离的过程。（2分）17、城市热岛效应：是指城市中的气温明显高于外围郊区气温的现象。18、 烟气脱销：除通过改进燃烧技术控制NQ排放外，有些情况还要对冷却后的烟气进行处理，以降低NQ排放量。19、有效躯进速度：在实际中常常根据除尘器结

4、构型式和运行条件下测得除尘效率， 代入德意希方程反算出相应的躯进速度。20、控制流速法：系指在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随吸入气 流流入并将其捕集所必须的最小吸气速度。二、填空题（每空1.5分共21分）1.1、 煤中的可燃组分有C、H、0、N、S ，有害成分主要是灰分、挥发分 。2、 气态污染物控制技术基础是 气体扩散、气体吸收、气体吸附、气体催化转化。3、 根据燃料的性质和大气污染物的组成，把大气污染分煤烟型、石油型、混合型和特殊型四大类。4、 旋风除尘器的分割粒径是指除尘效率为50%时的粒径 。若除尘器的分割粒径越小， 除尘效率越高。5、 单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧

5、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。2.1. 化石燃料分为 煤炭、 石油、天然气。2. 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。3. 煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分、固定碳。4. 近地面层中风速廓线模有 对数律风速廓线模式、指数律风速廓线模式两种5. 烟囱高度计算的方法有按地面最大浓度的计算方法、按地面绝对最大浓度的计算方法、按一定保证率的计算法、P值法四种。6. 在除尘技术中应用最多的两种直径分别为斯托克斯直径、空气动力学当量直径。7. 目前，常用的除尘器分为 机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器四

6、种。8. 吸附设备中要有固定床吸附器、移动床吸附器和流化床吸附器三种类型。9. V0CS来源于大型固定源（如化工厂）的排放、交通工具、电镀、喷漆、有机溶剂使用过程中所排的废气。10. 大气中臭氧减少1%，地面收紫外线辐射增 2% 到一3%。1. 燃料按物理状态分为固体燃料、液体燃料、气体燃料。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. 适当控制 空气与燃料之比、温度、时间、湍流四个因素，使大气污染物排放量最低。4. 从大气污染扩散的观点看，最关心的是云高、云量 。5. 高斯模式的四点假设是 污染物浓度在 V、z轴上的分布符合高斯分布、在全部空间中风速是均匀的、稳定的、源

7、强是连续均匀的 、在扩散过程中污染物质的质量是守恒的。6. 大气污染物的粒径分布主要有个数分布、质量分布两种表示方法。7. 国内外除成设备的发展，着重在以下 几方面 除尘设备趋向高效率、发展处理大烟气量的除尘设备、着重研究提高现有高效除尘器的性能、发展新型除尘设备重视除尘机理与理论方面的研究。8. 吸附设备中要有 只有固定相界面的吸收设备、在气液两相流动过程中形成向界面的吸收设备 和由外部能量引入的吸收设备 三种类型。9. 生物法处理VOCs工艺分成悬浮生产、附着生长 系统。1、柴油机燃烧过程中 CO和NOx的产生机理与汽油机基本相同。2、电除尘器原理涉及 悬浮粒子荷电、带电粒子在电场内迁移和

8、捕集以及以及将捕集物从集 尘表面上清除等三个基本过程。3、根据大气污染的范围，把大气污染分为局部地区污染、地区性污染、广域污染和全球性污染四大类。4、 烟囱设计的计算方法有按地面最大浓度的计算方法、按地面绝对最大浓度的计算方法、按一定保证率的计算方法、P值法。5、 选择性催化还原法（SCR）脱硝与选择性非催化还原法（ SNCR ）脱硝所使用的催化剂 是不同的。五、简答题（每题4分，共20分）1. 如何改善电除尘器对高比电阻粉尘的捕集效率？答：克服高比电阻的方法：保持电极表面尽可能清洁（1）；采用较好的供电系统 （1）；烟气调质（1）；发展新型电除尘器 （1 ）。2. 如何控制燃烧过程引起的NQ

9、污染？与控制燃烧过程引起的二氧化硫污染有哪些重大差别？答：通过两段燃烧、烟气再循环等技术措施（ 1），控制燃烧过程的最高温度及其持续时间、02的浓度，减少热力NOx的生成（1）。与SO?相比，NOx的控制更注重燃烧条件的控制 （1）, 而SO?主要针对燃料本身的 S含量和燃烧后的 SO?去除（1 ）。3. 简要分析旋风除尘器结构对其除尘效率的影响？答：a）排放管直径越小，de越小，除尘效率越高 （1）； b）筒体直径D越小，粒子所受的 离心力越大，其效率越高；但 D过小，粒子容易出现二次逃逸，效率反而下降（2）; c）锥体适当加长，可以提高效率（1）;d）除尘器下部的严密性不好， 会引起除尘效

10、率的下降 （1 ）。4. 简要分析机动车可能造成的大气污染，包括一次污染物和二次污染物？答：一次污染物： CO、HC、NOx、颗粒物、SO2、铅、CO2等（1 ）；二次污染物：HC和NOx反应形成光化学烟雾 （1 ），SO2和NOx形成酸雨和二次颗粒物 （1） ； HC形成二次有 机颗粒物 （1）。5. 湿法钙质吸收剂脱硫过程中，pH 值是重要的操作参数，试分析它对吸收洗涤塔操作造成的可能影响？答：湿法钙质吸收剂脱硫中一般使用CaCO3和Ca（OH）2（ 1），如果PH值过高，即溶液中Ca（OH）2含量过高（1），易产生Ca（OH）2沉淀，造成阻塞 （1） ； PH过低，不利于 SO：的吸 收

11、，还可能引起设备的腐蚀（1）。1. 汽油机排气中有毒物质有哪些污染物，采用处理装置有那几类？（6 分）答：主要有CO（ 1分）、NOx （1分）和HC （包括方香烃、烯烃、烷烃、醛类等）， 以及少量的铅、硫、磷等 （1 分）。处理装置有氧化型催化转化器 （1 分）、还原 型催化器 （ 1 分）、三效催化转化器 （ 1 分）。2. 烟气脱硝技术有哪些方面？（ 4 分）答：选择性催化反应法（SCR）脱硝（1分）选择性非催化还原法（SNCR）脱 硝（1分）吸收法净化烟气中的NOx（ 1分）吸附法净化烟气中的NOx。（ 1分）。3. 石灰石系统和石灰系统的重要区别？（ 5 分）答：石灰石系统中，Ca2

12、+的产生与H+浓度和CaCO3的存在有关（1分），石灰系 统。&2+的产生仅与氧化钙的存在有关 （1分），石灰石系统最佳操作PH为5.8 6.2（ 1 分）， 石灰系统约为 8（ 1 分）， 石灰石系统在运行时其 PH 较石灰系统的 低 （ 1 分）。4. 电除尘器的选择和设计 ?（5 分）答：对于给定的设计，这些参数取决于粒子和烟气性，需处理烟气量和要求的除尘效率（ 1分）；（1）比集尘表面积的确定（ 1 分） （2）长高比地确定（1 分）（3）气流速度的确定（ 1 分）（4）气体的含尘浓度 （1 分）。1. 柴油机排气中有毒物质有哪些污染物，采用处理装置有那几类？（6 分）答：柴油机排出中

13、有毒物质主要有 HC（1 分）、 CO（1 分）、 NOx（1 分） 和微粒（黑烟）（1 分）。氧化催化剂控制 H、 CO、 NOx（1 分），颗粒辅集器净化微粒 （1 分）。2. 传统的低NOx燃烧技术有哪些？ （4分）答：低空气过剩系数运行技术 （ 1 分）；降低助燃空气预热温度 （ 1 分）；烟气循 环燃烧（1 分）；两段燃烧技术 （1 分）。3. 石灰石和石灰法烟气 SO2 含量相同时，主要操作有哪些 ?（5 分）答：浆液固体含量/% ; （1分）浆液PH ; （1分）钙/硫比；（1分） 液/气比/L mN-3;（1 分）气流速度/m s-1（1分）。4. 文丘里洗涤器的组成以及假定条

14、件？（5分）答：文丘里洗涤器是一种高效湿式洗涤器（1分），有收缩管（1分）、喉管和扩散 管组成（1分）。假定：（1）微细颗粒以与气流相同的速度进入喉管（1分）（2）洗 涤液滴的轴向初速度为零，由于气流曳力在喉管部分被逐渐加速 （1分）。1. 空气/燃料比对燃烧过程形成的污染物种类和总量有什么影响？答：低空燃比时，燃料燃烧不完全，易形成CO和HC，NOx排放很少；高空燃比时，燃料燃烧充分，火焰温度高，CO和HC排放很少，NOx生成量较高；存在一个最佳点，CO、HC和NOx的排放总量最低。2. 与汽油车相比，柴油车排放的污染物有哪些特征？答：与汽油车相比，CO、HC和NOx的排放曲线有向稀燃区平移

15、的趋势，一般来说，CO和HC的排放很低，NOx的产生量也低于汽油车，但是碳烟的排放浓度很高。3. 简要分析NOx的排放对环境可能产生的影响。答：NOx对环境的主要影响：1.酸沉降；2.形成O3; 3.形成二次颗粒物。1. 哪些污染物可能引起全球气候变暖？答：CO2、CH4、CFCs、n2o、o3等。2. 简要分析SO2排入大气环境后造成的不良影响。答：主要的不良影响有 a）本身对人体、动植物等具有毒害作用；b）导致酸沉降；c）是形成二次颗粒物的前体物质。3. 简要分析气象因素对北京市大气污染过程的影响。答：影响大气污染过程的气象因素主要有稳定度、风向、风速、气温、气湿等，北京市京 市三面环山，

16、风场受局地环流和华北地区天气系统作用，在局地风向转换时容易出现小风、甚至静风情况，很不利于污染扩散；冬季低温，稳定大气出现的频率高，不利于污染物扩散； 夏季光照强，易出现 03污染。7. 测定电除尘器的漏气率，设计一种基于 Orsat烟气分析仪的测定方法，并给出 响应的计算过程。答：用Orsat分析仪测定电除尘器前后气体中的02含量，记为X1、X2。假定电除尘器前的气体流量为Q1,漏气量为Q2，则：2 21 =x2，计算得漏风率2 翌乞。Q1+Q2Q1 0.21x28. 简要分析机动车可能造成的大气污染，包括一次污染物和二次污染物。答：一次污染物：CO、HC、NOx、颗粒物、S02、铅、C02

17、等；二次污染物：HC和NOx 反应形成光化学烟雾， S02和NOx形成酸雨和二次颗粒物；HC形成二次有机颗粒物。9. 湿法钙质吸收剂脱硫过程中，pH值是重要的操作参数，试分析它对吸收洗涤 塔操作造成的可能影响。答；湿法钙质吸收剂脱硫中一般使用CaCO3和Ca（OH）2,如果PH值过高，即溶液中Ca（OH）2含量过高，易产生 Ca（OH）2沉淀，造成阻塞；PH过低，不利于S02的吸收，还可能引起设 备的腐蚀。10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2.5 m的颗粒物。PM2.5的主要来源是燃料燃烧、机动车排放、二次

18、颗粒物、无组织扬尘等。化学组成主要有SO42、NO3、NH4S EC、OC、重金属等。1. 美国环境空气质量标准中关于颗粒物的浓度， 最初以TSP表示，后来改为PMio, 近来又改为PM2.5，其动因是什么？对污染控制技术提出哪些要求和挑战？ 答：颗粒物粒径大小是危害人体健康的一个重要因素。PM10可以被吸入气管，在呼吸道内沉积，而PM2.5可以被吸入肺部，直接危害人体健康； 而且，粒径越小比表面积越大， 物理、 化学活性越大，加剧生理效应的发生与发展。美国环境空气质量标准的改变，反映了对这一问题认识的深入。新的标准对除尘技术提出了挑战，不仅要求整体上较高的除尘效率，而且要求对细颗粒的捕集更为

19、有效，而细颗粒的捕集相对粗颗粒要相对困难。5.近年来，北京市近地层大气环境中 03浓度呈逐年增高的趋势，试简要分析 03 的形成机制。若大幅度削减NOx的排放，能有效降低环境大气中03的浓度吗？ 答：O3的形成过程为：NO2 h j O NOO 02 M r 03 MVOC通过下述过程将 NO重新转化为N02：OH VOC R02 H20R02 NO N02 RORO 02 RCHO H02H02 NO N02 OHO3的平衡浓度与NOx和VOC的相对比例有关，单纯的大幅度削减 NOx，并不一定 降低大气中的03浓度，当NOx/VOC很大时，削减NOx的排放有可能导致 03浓度 升高。5. 定

20、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 2.5 pm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 SO4、N03、NH4J EC、OC、 重金属等。六、计算题（每题7分，共14分）1.1某电除尘器的除尘效率为 90%，欲将其除尘效率提高至 99%。有 人建议使用一种添加剂可以改变滤饼的比电阻，从而使电除尘器的 效驱进速度提高一倍。若此建议可行，电除尘器的效率能满足要求吗？也有人建议，通过提高电除尘器的电压即可满足将除尘 效率提高至99%的要求。若按此建议，电除尘器的

21、电压应增加多少？ 解：由下列公式：A=1 -exp(凶)=0.9QA=1 -exp(2 e1) =0.99可知有效驱进速度提高一倍后能满足99%的除尘效率的要求。T2因为 二q EP/(37dp);q =3二()；0dPE03 +2驱进速度正比于dpEo，因此将dpEo提高到原来的两倍即可满足要求。2.某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算：1 )如果按化学剂量比反应，脱除每kgS02需要多少kg的CaC03 ；2)如果实际应用时 CaCO3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO3 ；3 )脱硫污泥中含有 60%的水分和4O%C

22、aSO4.2H2O ，如果灰渣与脱硫污泥一 起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？1.2.解：1) CaCO3 SO2 2H2O； CaSQ 2H2O CO210064m=1.5625kgm 1kg3 62) 每燃烧 1t 煤产生 SO2 约 2 2t =72kg，约去除 72 x 0.9=64.8kg。100100 x 64 8 因此消耗 CaCO3 m = 1.3 = 132kg。6464.83) CaSO4.2H2O 生成量172 =174kg ;64一174则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为435t，同时排放灰渣77kg。0.4一2.1.除尘系统的处理烟气量 10000m 3/h，初始含尘浓度为

23、6g/m 3,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) 分成负荷；(3) 除尘器的压力损失；(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。(12分)解：(1)过滤气速估计为VF=1.Om/min. (2分)(2)除尘效率为 99%,则粉尘负荷 W=VfACt=0.99X 6t=5.49tg/m2 (2 分)(3)除尘器压力损失可考虑为 P=A Pt+A + PP P为清洁虑料损失，考虑为120Pa; PE=SX VF=3

24、50Pa; Pp=rVCt=9.5x 12x5.94t=56.43tPa,R取 9.50N min/(g m); 故厶 pmR+APe+aPP=350+120+56.43t (Pa) =470+56.43 t (Pa) (2 分)(4) 因除尘器压降小于 1200Pa,故 470+56.43 t (Pa) 1200, t40 m的颗粒有100%的捕集效率；对1040 pm的颗粒的捕集效率等于50%; 对于小于10 pm的颗粒，捕集效率为零。a）.以质量计，计算该除尘器的除尘效率。b）.穿透除尘器的颗粒的质量中位径是多少？解：在对数概率坐标系上绘累积频率分布曲线，得到40 pm以上的粒子占总质量

25、的 0.05%，1040 pm的粒子占49.95 %，10pm以下占50%;因此a）除尘效率为：1-0.05 % -49.95%X 0.5= 74.98%b）在对数概率坐标系上绘穿透粒子的累积频率分布曲线（以捕集前的颗粒物为100%），读出累积频率为 50%的粒径为8.7 pm。2. （4分）以50km/h行驶的汽车，尾气中含CO 1%（体积分数）。假如汽车的排 气速率为80mN3/h，试计算汽车行驶1km排放CO的量（以克计）。1解：1/50 801%28 =20g/km0.02243. （8分）参考附图，估算燃煤烟气的酸露点。煤的组成如下表所示。假定燃烧时空气过剩20%，进入燃烧器的空气为

26、20oC，且RH = 50%;并假 定5%的SO2转化为H2SO4。6.4组分重量百分比（）水分碳68.3氢4.9氮0.8氧10.2硫0.6灰分8.8总计1006080120T80解：以完全燃烧lOOg煤为基础：质量/g转化为mol数molH4.9十1 =4.9C68.3-12 =5.69N28-28 =0.029S0.6-32 =0.019O210.2-32 =0.319因此，理论需氧量：5.69 4.90/4 0.019 -0.319 =6.62mol需要的实际空气量为：6.62 1.2 (1 0.0116)/0.21 =38.26mol产生烟气:4 9012 X 101165.690.0

27、190.029 6.621 = 39.8mol2 0.21因此:SO2 二 019 二 477 ppm39.8,小 6.4/18 十 4.9/2 +38.26 汇 0.0116 门 cccH 2O0.08239.8SO2向SO3的转化率为 5 %，假定SO3全部转化为 H2SO4, H2SO4的含量477 0.05 二 23ppm查教材图2-7,烟气的酸露点约为 135oC。4. （4分）通常燃煤电厂每kw发电容量的排烟速率为0.00156m3/s （烟气温度为 205C和1atm）。烟气经石灰石洗涤器脱硫，其压力损失为 25cm水柱。试估算 烟气脱硫的用电量（以发电总量的百分比表示）。烟气脱

28、硫的用电量可用下式估 算：功率=（烟气流量）x（压力损失）/ （风机效率） 假定风机效率为80%。解：0.00156 （0.25 9.8 1000）/80%/1000 = 0.48%5.（8分）某100万kw的燃煤电站的能量转换效率为40%,所燃煤的热值为26,700 kJ/kg，灰分含量为12%，假定50%的灰分以颗粒物形式进入烟气。现在用电除 尘器捕集烟气中的颗粒物（飞灰），其参数为粒径区间，pm0551010 2020 4040粒子的质量百分比，1417212325ESP的捕集效率，7092.59699100试计算该电厂排放颗粒物的量，以 kg/s计。解：除尘效率：14 0.7 -17

29、0.925 -210.96 -23 0.99 -25 1 = 93.46%排放量：100 10740%1326700 1012% 50% (1 -93.46%)=0.37kg /s6. （8分）某高速公路每小时车流量为10000辆（每个方向5000辆），平均速度 80km/h，CO的排放因子约为2.1g/km。风向与道路成直角，风速1m/s。假定污 染物的排放可视为地面源且沿着道路的中心线排放，当时的大气稳定度等级为C。估算道路中心线下风向200m处的CO浓度（假定道路上风向浓度为零）。1.解：二 y = 23.3m，二z =14.0mCO浓度:(200,0,0,0)=2Q，2- ujexp*

30、10000/ 3600 2.1/1000、2 3.14 1 14.0=166g/m37.2.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02量/mol产生的烟气量/molH52十1 =521326 (H2O)C772-12=64.3364.336

31、4.33 (CO2)N12十14=0.85700.429 ( N2)S16-32=0.50.50.5 ( SO2)O59-16=3.6881.8440灰分87一一00因此，燃烧需要的理论氧气量为：13 64.33 0.5-1.844= 75.986mol/kg煤需要的实际空气量为：75.986 (1 3.78) (1 20%) (1 0.0116) = 423.64 1.0116 = 440.9mol / kg煤产生烟气:(26 64.33 0.429 0.5) 440.9 - 75.986 = 456.17mol/kg煤烟气的组成为：CO2%6433 100% =14.1%456.17SQ%=烽他11%h2o%26 440.9 0.0116456.17100% =6.8%O2%75.986 0.2456.17100% =3.3%N2%100% =75.6%75.986 3.78 1.20.429456.173.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