大气污染控制工程复习资料：计算题及问题详解

1、作业习题及答案1.1根据我国的环境空气质量标准的二级标准，求出SO2、N02、CO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：S02： 0.15mg/m3，N02: 0.12mg/m3，CO： 4.00mg/m3。按标准状态下 1m3干空气计算，其摩尔数为 m=44.643mol。故三种污染物体积百分数分别为：22.40.12 10“46 44.6430.058 10-6S02：0.15 100.052 10-6，NO2：64 x 44.643CO:4.00*10=3.20 X106。28 44.643一一 一_3_31.2某市200

2、4年3月10日测得空气质量如下：PM1156g/m n, NO2105lg/m n，SO285g/m3N, CO6g/m3N (最大小时平均)，试计算当天该市的空气污染指数API。解：由空气污染指数的计算公式得：PM10: 0.156 一 0.150 汉(200 100 )+100 = 1030.350 -0.150NO2： 0.105 _0.080 x(100 _50 )+50 = 81.250.120 -0.080SO2： 0.085 _0.050 x (100 _50 )+50 =67.50.150 -0.050CO浓度很小，可忽略。故当天该市的空气污染指数 API应为103,主要污染物

3、是PM10。2.1已知重油元素分析结果如下：C: 82.3% H : 10.3% O: 2.2% N : 0.4% S：4.8%，试计算：燃油1kg所需理论空气量和产生的理论烟气量；干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度(以体积分数计)；当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量解：1kg燃油含：重量（g）摩尔数（mol）需氧数（mol）C82368.5868.58H10310325.75S481.51.5N元素忽略。1）理论需氧量 68.58+25.75+1.5=95.83mol/kg设干空气 02： N2体积比为1: 3.78,则理论空气量 95.83 478=458.0674m

4、ol/kg 重油。即 458.0674 ：22.4/1000=10.26m3N/kg 重油。烟气组成为 CO268.58mol ,H2O25.75 ：2=51.50mol , SO21.5mol ,N23.78 g5.83=362.2374mo。理论烟气量 68.58+51.50+1.5+362.2374=483.8174mol/kg 重油。即3483.8174 22.4/1000=10.8375mN/kg 重油。2）干烟气量为 483.8174-51.50=432.3174mol/kg重油。1 5SO2百分比浓度为 一如00%=0.35% ,432.3174空气燃烧时CO2存在最大浓度 68

5、.5800% = 15.86%。432.31743）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1为0.26=11.286m?N/kg重油， 产生烟气量为 10.8375+0.1 采0.26=11.8635 m/kg 重油。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%;O2.3%。（含N量不计）,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）。解：相对于碳元素作如下计算：% （质量）mol/100g 煤 mol/mol 碳C 65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.01

6、3灰分18.13.306g/mol 碳水分9.01.644g/mol 碳故煤的组成为 CH0.584S0.010O0.013,燃料的摩尔质量(包括灰分和水分)为 丄0L = 18.26g/molC。燃烧方程式为 5.475CH 0.584S0.010O0.013 + n(O2 +3.78N2)t CO2 十0.292H 2O + 0.010SO2 + 3.78nN2n=1+0.584/4+0.010- 0.013/2=1.1495理论空气量 1.1495一(1二3.78) 1000 22.4 10：m3/kg = 6.74m3/kg ；18.26SO2在湿烟气中的浓度为100% =0.174%

7、0.0101 6441 0.292 0.010 3.78 1.1495 183.1将两台除尘装置串联在一起净化烟气中的粉尘，其第一级除尘效率为1 =91.9% ,第二级除尘效率为2 =82%，问该两级串联除尘系统的总除尘效率 为多少？解：按串联除尘效率计算得T =1_(1_ J(1 - 2)=1-(1-91.9%)(1-82%) =98.54%3.2已知某粉尘的粒径分布和分级除尘效率如下表所示，试确定总除尘效率平均粒径/ 4m0.52.04.08.010.014.020.022.5质量频率/%0.47.625.028.016.214.37.41.1分级效率/%10.048.069.079.08

8、7.098.099.0100.0解：按总除尘效率公式可得:T 八 p Di =0.4% 10.0% 7.6% 48.0% 25.0% 69.0% 28.0% 79.0% 16.2%87.0% 14.3% 98.0% 7.4% 99.0% 1.1% 100.0% = 79.59%4.1有一沉降室长 5.0m,高3.0m，气速0.3m/s，空气温度 300K，尘粒密度2500kg/m3,空气粘度1.82 X0-5Pas,求该沉降室能100%捕集的最小粒径。解:dmin18AvoH厂pgL_518 1.82 100.3 332.5 109.8 5= 4.9 10 “m = 49m ： 100m，符合

9、由式V =V 2 900 =16.1m/s 5.8S2则由A =bh =QV1A二 5000=0.086卅3600 16.1层流区假设。4.2已知烟气处理量Q=5000m3/h，烟气密度p =1.2kg/,允许压力损失为900Pa，Z= 5.8。若选用斯台尔曼型旋风除尘器，试求其主要尺寸。解:根据斯台尔曼型旋风除尘器的尺寸要求，有h =2.5b，则 A = 2.5b2 =0.0863,故b = 0.186m，h = 0.465m，D = 5b = 0.93m。4.3若用板式电除尘器处理含尘气体， 集尘板极的间距为300mm，若处理气体量 为6000m3/h时的除尘效率为95.4%，入口含尘浓度

10、为9.0m3/d，试计算： 出口含尘浓度； 若处理的气体量增加到8600m3/h的除尘效率。解：P 由“-才1得，出口含尘浓度 卩2 =(1)= 9.0x (10.954)= 0.414m3 /d 由于除尘器型号没变，因此有效驱进速度相同。可将A看做一个整体，则有m6000A 二-QIn(1 - )ln(1 -0.954) = 5.133600=d _exp(3600A8600J =1 _exp(3600 5.13)=0.88386004.4除尘系统的处理烟气量为10000m3/h (标况下)，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

11、度不超过393K，除尘器压力损失不超过1200Pa,除尘效率99%,烟气性质近似 于空气。已知粉尘比阻力系数 Rp为9.50N - min/(g - m)，滤袋的尺寸(直径0.8m 和长度2m)。试确定：(1) 过滤速度；(2) 粉尘负荷；(3) 除尘器的压力损失(此处不考虑结构压损，若无此说明，请重新计算，结构压损可取300Pa);(4) 最大清灰周期；(5) 滤袋面积；(6) 滤袋条数。解：(1) 过滤气速因采用逆气流反吹清灰，则可取 VF=1.0m/min。(2) 粉尘负荷因除尘效率为 99%，则 W=VfACt=1.0X0.99X6t=5.94t g/m2(3) 除尘器压力损失可考虑P

12、=A Pf+A Pp Pf为清洁滤料损失，考虑为120Pa；2 Pp=RpV Ct=9.5X 12X 5.94t=56.43tPa Rp 取 9.50N min/(g m);故厶 p=A Pf+A Pp=120+56.43t (Pa) =120+56.43 t (Pa)(4) 最大清灰周期因除尘器压降小于1200Pa,故350+56.43 t(Pa) 1200, t CaSO4 2H2O CO2264 1001721kgxy则有 64 =100，解得 x = 10 1kg = 1.563kg，故脱除每 kgSO2需要 1.563kg 1kg x64的 CaCQ。2）1吨燃煤含有灰分1t 7.7

13、% = 0.077t。1 吨燃煤含 S1t 3.6% =0.036t，转化成 SO2 有 0.036t9% 64 二 0.0648t。32进而计算生成的CaSC4 2H2O量。设生成的CaSO4 2H2O量为y,则有641720.0648t y解得172 0.0648t64= 0.174t含 S 污泥量为 0.174t400.435t最后计算得到每吨燃煤排放的总污泥量为0.077t 0.435t二0.512t&1平原地区某污染源 SO2排放量为60g/s,烟气流量为260m3/s，烟气温度为423K，大气温度为293K。这一地区的SO2背景浓度为0.04mg/m3,设二z5,go =3m/s

14、, m=0.25，试按 大气环境质量标准”的二级标准来设计烟囱高度和出口直径。（计算结果皆取整数）解：设烟囱实际高度为Hs，由风速计算公式得u （：0）m =3（1jr = 1.687Hs25按国标法计算烟气抬升高度,* -j-/ICQ CCQQh =0.35PaQv ： =0.35 1010 260=2.825 104kW 2100kWTsT s423按城市及近郊区条件，取 n0=1.303, ni=1/3，n2=2/3,得1/o2/3n, % 1.303 汉 282501 汉 Hs5/12= 23.48HsH 二 nQH1Hs2u =1/4一s1.687 H s大气环境质量标准”的二级标准

15、限值为0.06mg/m3 （年均），代入2QHs乞-汨jieu（P。 ）円2 60 10”0.5 AH,3.142 2.718 1.687（Hs：H）a25（0.06 - 0.04） 10解得 Hs ：H 二 Hs 23.48H J12 _357.4m于是Hs=162m。实际烟囱高度可取为170m。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0 25uv=1.5 X.687 t70=9.14m/s。D兰J仝 =J4260 =4.1口，实际直径可取为4.0m。Y兀uvI兀沢9.14另在上题中若已知条件增加设计风速u=6m/s，则题目的解法不同：首先判断烟气流速大小，vs2.5u=3u=3 6m/s = 18m/s。4 2 6 m3 /s则烟囱出口直径d乞4s=4.28m/s，取整数，则可取d=4m 兀8n/s根据霍兰德公式