大气污染控制工程复习资料：计算题及答案.doc

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、NO2、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：
SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按标准状态下1m3干空气计算，其摩尔数为。故三种污染物体积百分数分别为：
SO2：，NO2：
CO：。

1.2 某市2004年3月10日测得空气质量如下：PM10156mg/m3N，NO2105mg/m3N，SO285mg/m3N，CO6mg/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：
NO2：
SO2：
CO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：①燃油1kg所需理论空气量和产生的理论烟气量；
②干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度（以体积分数计）；
③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）
C 823 68.58 68.58
H 103 103 25.75
S 48 1.5 1.5
N元素忽略。
1）理论需氧量 68.58+25.75+1.5=95.83mol/kg
设干空气O2：N2体积比为1：3.78，则理论空气量95.83×4.78=458.0674mol/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，N23.78×95.83=362.2374mol。
理论烟气量 68.58+51.50+1.5+362.2374=483.8174mol/kg重油。即483.8174×22.4/1000=10.8375m3N/kg重油。
2）干烟气量为483.8174-51.50=432.3174mol/kg重油。
SO2百分比浓度为，
空气燃烧时CO2存在最大浓度。
3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.26=11.286m3N/kg重油，
产生烟气量为10.8375+0.1×10.26=11.8635 m3N/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 65.7 5.475 1
H 3.2 3.2 0.584
S 1.7 0.053 0.010
O 2.3 0.072 0.013
灰分 18.1 3.306g/mol碳
水分 9.0 1.644g/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。燃烧方程式为

n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.1495
理论空气量；
SO2在湿烟气中的浓度为

3.1 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，第二级除尘效率为，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

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/
0.5
2.0
4.0
8.0
10.0
14.0
20.0
22.5
质量频率/%
0.4
7.6
25.0
28.0
16.2
14.3
7.4
1.1
分级效率/%
10.0
48.0
69.0
79.0
87.0
98.0
99.0
100.0
解：
按总除尘效率公式可得：

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1.82×10-5Pa·s，求该沉降室能100%捕集的最小粒径。
解：
，符合层流区假设。

4.2 已知烟气处理量Q=5000m3/h，烟气密度ρ=1.2kg/m3，允许压力损失为900Pa ，ζ＝5.8。若选用斯台尔曼型旋风除尘器，试求其主要尺寸。
解：
由式 得

则由 得
根据斯台尔曼型旋风除尘器的尺寸要求，有

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%，入口含尘浓度为9.0m3/d，试计算：
①出口含尘浓度；
②若处理的气体量增加到8600m3/h的除尘效率。
解：
①由
得，出口含尘浓度
②由于除尘器型号没变，因此有效驱进速度相同。可将Aω看做一个整体，则有

4.4 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=VF△Ct=1.0×0.99×6t=5.94t g/m2
（3）除尘器压力损失
可考虑为△P=△Pf+△PP
△Pf为清洁滤料损失，考虑为120Pa；
△PP=RpV2△Ct=9.5×12×5.94t=56.43tPa，Rp取9.50N·min/(g·m);
故△P=△Pf+△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<15.1min，即最大清灰周期为15min。
（5）滤袋面积：A=Q/60VF=10000×393/（60×1.0×273）=240m2
（6）滤袋条数：取滤液袋d=0.8m，l=2m，则a=πdl=5.03m2
n=A/a=47.7取48条布袋。

5.1 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kgSO2需要多少kg的CaCO3；
2）脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO4.2H2O，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？
解：
1） 写出石灰石湿法烟气脱硫的化学反应方程式，并按照计量比进行计算。
设反应所需CaCO3为x，

64 100 172
1kg x y
则有，解得，故脱除每kgSO2需要1.563kg的CaCO3。
2） 1吨燃煤含有灰分。
1吨燃煤含S，转化成SO2有。进而计算生成的CaSO4·2H2O量。
设生成的CaSO4·2H2O量为y，则有，解得，含S污泥量为。
最后计算得到每吨燃煤排放的总污泥量为。

8.1 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，，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，
按国标法计算烟气抬升高度，

按城市及近郊区条件，取n0=1.303，n1=1/3，n2=2/3，得
。
“大气环境质量标准”的二级标准限值为0.06mg/m3（年均），代入

＝
解得
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uv>=1.5×1.687×1700.25=9.14m/s。
，实际直径可取为4.0m。
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，>。
则烟囱出口直径 ，取整数，则可取。
根据霍兰德公式计算烟气抬升高度，有
则烟囱实际高度Hs可如下计算，
取整数得，Hs在185～190m即可。

另有几道例题可参见课件。
8