2025年西安交通大学课程考试《大气污染控制工程》作业考核试题附答案

2025年西安交通大学课程考试《大气污染控制工程》作业考核试题附答案一、单项选择题（每题1分，共10分）1.下列污染物中属于二次污染物的是（）。A.SO₂B.NO₂C.PM10D.CO答案：B（解析：二次污染物是由一次污染物在大气中发生化学反应提供的新污染物，NO₂可由NO与O₃反应提供，其余为直接排放的一次污染物。）2.袋式除尘器中，影响滤料使用寿命的关键因素是（）。A.过滤风速B.入口含尘浓度C.清灰频率D.气体温度答案：D（解析：滤料材质对温度敏感，高温会导致纤维老化或熔化，直接影响寿命；其他因素主要影响效率或运行成本。）3.工业锅炉燃烧过程中，占主导地位的NOx提供类型是（）。A.热力型B.燃料型C.快速型D.瞬时型答案：B（解析：燃料型NOx来自燃料中氮的氧化，工业锅炉使用的煤、生物质等含氮燃料占比高，是主要来源。）4.评价旋风除尘器性能的关键指标是（）。A.处理风量B.压力损失C.分割粒径D.入口流速答案：C（解析：分割粒径（d50）表示除尘器对该粒径颗粒的捕集效率为50%，直接反映除尘效果的优劣。）5.下列VOCs控制技术中，属于破坏性技术的是（）。A.活性炭吸附B.冷凝回收C.催化燃烧D.膜分离答案：C（解析：催化燃烧通过化学反应将VOCs转化为CO₂和H₂O，属于破坏性技术；其余为回收技术。）6.大气稳定度等级中，最不利于污染物扩散的是（）。A.A类（极不稳定）B.D类（中性）C.F类（稳定）D.B类（不稳定）答案：C（解析：稳定层结（如逆温）抑制垂直湍流，污染物不易扩散，F类稳定度对应强逆温。）7.石灰石-石膏湿法脱硫工艺中，关键反应步骤是（）。A.SO₂吸收提供HSO₃⁻B.氧化提供CaSO₄·2H₂OC.石灰石溶解D.石膏结晶答案：A（解析：SO₂与吸收剂（CaCO₃）反应提供亚硫酸氢根是脱硫的核心步骤，直接决定脱硫效率。）8.电除尘器中，影响电晕放电的主要因素是（）。A.极板间距B.粉尘比电阻C.烟气湿度D.电源电压答案：D（解析：电晕放电依赖高压电场，电压不足会导致电晕电流过小，影响荷电效果。）9.下列属于无组织排放控制措施的是（）。A.安装布袋除尘器B.密闭物料储存仓C.建设烟囱高于周围建筑D.监测排放口浓度答案：B（解析：无组织排放指无固定排放口的逸散，密闭储存可减少物料泄漏，属于源头控制。）10.我国《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中，“最高允许排放浓度”是指（）。A.任何1小时浓度平均值B.日平均浓度C.月平均浓度D.年平均浓度答案：A（解析：标准规定最高允许排放浓度为任何1小时浓度平均值，防止短时间高浓度排放。）二、填空题（每题1分，共10分）1.大气中PM2.5是指空气动力学当量直径小于等于______μm的颗粒物。答案：2.52.袋式除尘器的过滤效率公式η=1-exp(-αμvM)中，α代表______。答案：粉尘层的平均比阻力系数3.燃烧过程中，热力型NOx的提供速率与温度的______次方呈指数关系。答案：34.大气扩散模式中，Pasquill-Gifford模式假设污染物在______方向呈正态分布。答案：垂直和水平5.活性炭吸附VOCs时，穿透曲线的“穿透点”是指出口浓度达到进口浓度的______%时的时间。答案：5（或10，具体因标准而异，此处取常见值）6.电除尘器的除尘效率可由多依奇公式表示为η=1-exp(-______)。答案：ωA/Q（ω为驱进速度，A为集尘极面积，Q为处理风量）7.选择性非催化还原（SNCR）脱硝的最佳反应温度窗口是______℃。答案：850-11008.挥发性有机物（VOCs）的定义是20℃时蒸汽压大于______Pa或在特定条件下具有挥发性的有机化合物。答案：109.工业炉窑烟气脱硫中，氨法脱硫的副产物是______。答案：硫酸铵（或(NH₄)₂SO₄）10.大气污染控制的“三同时”制度是指环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时______。答案：投产使用三、简答题（每题8分，共40分）1.简述电除尘器的工作原理及影响除尘效率的主要因素。答案：电除尘器工作原理：通过高压电场使气体电离产生电晕放电，粉尘颗粒荷电后在电场力作用下向集尘极移动并沉积，最后通过振打清除。影响效率的主要因素包括：（1）粉尘比电阻（过高或过低均导致反电晕或二次扬尘）；（2）烟气温度与湿度（影响电晕特性和粉尘电阻率）；（3）电场风速（风速过高导致粉尘未充分荷电即被带出）；（4）极板间距与电压（决定电场强度和电晕电流）；（5）清灰方式（振打频率影响极板积灰厚度）。2.选择性催化还原（SCR）脱硝的反应机理是什么？催化剂的作用有哪些？答案：SCR脱硝机理：在催化剂作用下，还原剂（如NH₃）与烟气中的NOx（主要为NO和NO₂）发生还原反应，提供N₂和H₂O。主要反应式为：4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O（NO为主时）；8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O（NO₂为主时）。催化剂的作用：（1）降低反应活化能，使反应在较低温度（200-400℃）下高效进行；（2）提高反应选择性，抑制NH₃与O₂的氧化副反应；（3）提供反应活性位点，加速NOx与NH₃的接触反应。3.列举VOCs的主要控制技术，并说明其适用场景。答案：VOCs控制技术分为回收技术和破坏性技术：（1）回收技术：①吸附（活性炭/分子筛），适用于低浓度（<5g/m³）、常温、大风量场景；②冷凝（深冷/浅冷），适用于高浓度（>10g/m³）、高沸点（如苯系物）VOCs；③膜分离，适用于中高浓度、需回收高价值组分的场景。（2）破坏性技术：①催化燃烧（200-400℃），适用于中低浓度（1-10g/m³）、无卤素等催化剂毒物的VOCs；②热力燃烧（800-1200℃），适用于高浓度（>10g/m³）、难降解VOCs；③生物处理（生物滤池/滴滤塔），适用于低浓度（<1g/m³）、可生物降解（如醇类、酯类）的VOCs。4.大气扩散模式中，Pasquill-Gifford（P-G）模式的假设条件和应用限制是什么？答案：假设条件：（1）污染物在水平和垂直方向的浓度分布符合正态分布；（2）连续点源，源强恒定；（3）大气湍流稳定，平均风速均匀且大于1.5m/s；（4）地面为全反射（不吸收污染物）；（5）忽略污染物的转化、沉降和干/湿沉积。应用限制：（1）不适用于复杂地形（如山区、城市峡谷）或非连续排放（如事故排放）；（2）稳定度分级（Pasquill法）依赖经验判断，存在主观性；（3）近源（<1km）或远源（>50km）时，正态分布假设不成立；（4）高浓度排放时，需考虑化学反应（如光化学烟雾）对浓度的影响。5.比较工业锅炉烟气脱硫中湿法和干法工艺的优缺点。答案：湿法工艺（如石灰石-石膏法）：优点：脱硫效率高（>95%），技术成熟，副产物（石膏）可综合利用；缺点：设备易腐蚀结垢，需处理废水（含重金属、Cl⁻），能耗高（需循环泵、氧化风机）。干法工艺（如循环流化床半干法）：优点：无废水排放，设备简单，投资和运行成本较低；缺点：脱硫效率较低（80-90%），副产物（脱硫灰）处理难度大（含未反应CaO，易吸潮），对烟气温度和湿度敏感（需控制在露点以上）。四、计算题（每题15分，共30分）1.某袋式除尘器处理风量为12000m³/h，过滤面积为500m²，滤料初始阻力系数α0=2×10⁸m⁻¹，粉尘层平均比阻力α=8×10¹⁰m/kg，气体粘度μ=1.8×10⁻⁵Pa·s，过滤速度v=0.4m/min，运行1小时后单位面积粉尘负荷M=0.3kg/m²。计算此时除尘器的总压力损失（ΔP=ΔP0+ΔPd，其中ΔP0为清洁滤料阻力，ΔPd为粉尘层阻力）。解：（1）计算过滤速度v（单位转换为m/s）：v=0.4m/min=0.4/60≈0.00667m/s（2）清洁滤料阻力ΔP0=α0·μ·v·H（H为滤料厚度，但通常α0已包含H，简化为ΔP0=α0·μ·v）ΔP0=2×10⁸m⁻¹×1.8×10⁻⁵Pa·s×0.00667m/s≈2×10⁸×1.8×10⁻⁵×6.67×10⁻³≈2×1.8×6.67×10⁰≈24Pa（3）粉尘层阻力ΔPd=α·μ·v·MΔPd=8×10¹⁰m/kg×1.8×10⁻⁵Pa·s×0.00667m/s×0.3kg/m²≈8×1.8×6.67×0.3×10²≈8×1.8×2.001×10²≈28.8×10²=2880Pa（4）总压力损失ΔP=24+2880=2904Pa答案：2904Pa（注：实际工程中α0可能已整合滤料厚度，此处按简化公式计算）2.某燃煤锅炉烟气流量为200000m³/h（标态，干基），含硫量0.8%（质量分数），锅炉热效率85%，煤的低位发热量25000kJ/kg，空气过剩系数1.2。计算：（1）SO₂的理论提供量（kg/h）；（2）若脱硫效率为90%，实际排放浓度（mg/m³，标态）。（已知：煤中硫的转化率为90%，SO₂分子量64，O₂分子量32）解：（1）理论SO₂提供量：煤耗量B=Q/(η·Qnet)=（假设锅炉负荷Q=？但题目未给，需通过硫含量计算。另一种方法：1kg煤含硫0.008kg，转化为SO₂的量=0.008kg×90%×(64/32)=0.008×0.9×2=0.0144kg/kg煤。需计算煤耗量：题目未给锅炉出力，假设以硫含量直接计算，可能题目隐含条件为“单位时间燃煤量”。但更合理的方法是：SO₂提供量=燃煤量×硫含量×转化率×2（S→SO₂分子量比为64/32=2）。假设燃煤量为mkg/h，硫含量0.8%=0.008，转化率90%=0.9，则SO₂提供量=m×0.008×0.9×2=0.0144mkg/h。但题目未给m，需通过烟气量反推。标态干烟气量V=200000m³/h，空气过剩系数α=1.2，理论空气量V0=？对于燃煤，理论空气量V0≈0.0889C+0.265H-0.0333S（kg/kg煤，C、H、S为质量分数）。假设煤的工业分析为C=60%，H=3%，S=0.8%，则V0=0.0889×60+0.265×3-0.0333×0.8≈5.334+0.795-0.0266≈6.1024m³/kg（标态）。实际烟气量V=V0×(α+1.61×(H/2))（近似公式），但更简单的方法是：干烟气量V=1.866C/12+0.79V0(α-1)（m³/kg煤）。假设C=60%，则1.866×60/12=9.33m³/kg煤；V0=6.1024m³/kg煤，α=1.2，则V=9.33+0.79×6.1024×(1.2-1)=9.33+0.79×6.1024×0.2≈9.33+0.966≈10.296m³/kg煤。燃煤量m=V总/V=200000/10.296≈19425kg/h。则SO₂提供量=19425×0.008×0.9×2≈19425×0.0144≈279.72kg/h（理论提供量，未脱硫）。（2）实际排放量=279.72×(1-90%)=27.972kg/h=27972000mg/h。排放浓度=27972000mg/h/200000m³/h=139.86mg/m³≈140mg/m³。答案：（1）约280kg/h；（2）约140mg/m³（注：假设煤的工业分析为简化值，实际需根据具体煤质调整）五、论述题（10分）结合我国“双碳”目标，论述工业源大气污染控制与碳排放协同治理的路径。答案：我国“双碳”目标（2030碳达峰、2060碳中和）要求工业领域在降低大气污染物（如SO₂、NOx、PM、VOCs）的同时减少CO₂排放，协同治理是关键路径，具体包括：1.源头控制：清洁能源替代与工艺优化推广工业窑炉、锅炉使用天然气、氢能、生物质能等低碳燃料，替代煤炭；发展短流程工艺（如钢铁行业电炉炼钢替代高炉-转炉），减少化石能源消耗，同步降低CO₂和污染物（如煤燃烧产生的SO₂、PM）。2.过程控制：多污染物协同脱除技术开发集成化治理装备，如燃煤电厂“超低排放”技术（协同脱除SO₂、NOx、PM），同时通过碳捕集（CCUS）技术将CO₂分离，实现“减污降碳”一体化。例如，在湿法脱硫塔后增设膜分离或化学吸收装置捕集CO₂，减少额外能耗。3.末端治理：资源化与低碳化结合将大气污染物治理副产物资源化利用，减少碳排放。如脱硫石膏用于建材（替代水泥生产中的天然石膏，降低水泥窑CO₂排放）；VOCs催化燃烧产生的CO₂可捕集用于工业（如食品级CO₂）或封存，避