大氣污染習(xí)題解

1、.2.2普通煤的元素分析如下：C 65.7%；灰分 18.1%；S 1.7%； H 3.2%；水分 9.0%；O 2.3%。（含N量不計(jì)）（1）計(jì)算燃煤1kg 所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度；（2）假定煙塵的排放因子為80%，計(jì)算煙氣中灰分的濃度；（3）假定用硫化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫，石灰石中含鈣35%。當(dāng)鈣硫比為1.7時(shí)，計(jì)算燃煤1噸需石灰石的量。解：以1kg燃煤為基準(zhǔn)，列出各組分的需氧量、產(chǎn)生煙氣量如下：組分質(zhì)量/g摩爾數(shù)/mol需氧量/mol產(chǎn)生煙氣量/molC65754.7554.7554.75 （CO2）S170.5310.5310.531（ SO2）H3232816（H

2、2O）O231.438-0.7190H2O90505 （H2O）所以,理論需氧量為：（54.75+0.531+8-0.719）=62.562mol/kg（燃煤）理論空氣量為：（1+3.78）×62.562=299.05 mol/kg（燃煤）=6.70mN3/ kg（燃煤）理論煙氣量為：（54.75+0.531+16+5）+3.78×62.562=312.8 mol/kg（燃煤）=7.01mN3/ kg（燃煤）SO2在煙氣中的濃度為：0.531/312.8=1698×10-61kg燃煤含灰分181g，排放因子80%，則煙氣中灰分質(zhì)量為：181×80%=14

3、4.8g?；曳譂舛葹椋?44800mg/7.01mN3=2.07×104 mg/mN3 1t煤含S 531 mol，需Ca量：1.7×531=902.7 molm=902.7×40.08=3.62×104 g所需石灰石：3.62×104 g/35%=1.03×105 g=103kg2.4 某鍋爐燃用煤氣成分體積比為：H2S0.2%、CO25%、O20.2%、CO28.5%、H213.0%、CH40.7%、N252.4%?？諝夂瑵窳繛?2g/m3(標(biāo)態(tài))，=1.2時(shí)，試求實(shí)際所需空氣量和燃燒時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量。 解：以1kmol煤氣計(jì)，

4、則 組分摩爾數(shù)/mol需氧量/mol產(chǎn)生煙氣量/molH2S232+2=4CO250050O22.0-20CO285142.5285H213065130CH471414+7=21N25240524 1）由上表可知理論需氧量為： 3-2+142.5+65+14=222.5mol/kmol煤氣 =222.5L/（m3 N煤氣） 理論干空氣量： 222.5×(1+3.78) =1063.6L/（m3 N煤氣） 實(shí)際需要的干空氣量： 1063.6×1.2=1276 L/（m3 N煤氣）轉(zhuǎn)化為濕空氣濕空氣中水蒸氣的體積比為(12g/18g·mol-1)×22.4&

5、#215;10-3 m3N /m3N=0.0149 所需濕空氣的體積為1276/（1-0.0149）=1296 L/（m3煤氣） 2）燃燒后產(chǎn)生的煙氣量為（1296-222.5）+（4+50+285+130+21+524）=2.09m3/m3煤氣2.4以1kmol煤氣為基準(zhǔn)，列出各組分的需氧量、產(chǎn)生煙氣量如下：組分摩爾數(shù)/mol需氧量/mol產(chǎn)生煙氣量/molH2S234 （2 H2O +2SO2）CO250050（ CO2）O22-20CO285142.5285（ CO2）H213035130（H2O）C H4714210（14 H2O +7CO2）N25240524（N2）所以,理論需氧量

6、為：（3-2+142.5+35+14）=222.5mol/ kmol（煤氣）實(shí)際需要的干空氣量為： 222.5（1+3.78）×1.2=1276.3 mol/ kmol（煤氣）=1.276 mN3/ mN3（煤氣）濕空氣中水蒸氣的體積百分?jǐn)?shù)為：=1.493%實(shí)際需要濕空氣量為：1276/（1-0.01493）=1.296 mN3/ mN3（煤氣）實(shí)際產(chǎn)生的煙氣量為：各組分產(chǎn)生煙氣量+進(jìn)入的濕空氣量+燃燒消耗氧量=（4+50+285+130+21+524）+1296-222.5=2087 mol/ kmol（煤氣）=2087 mN3/ mN3（煤氣）2.6以1kg燃煤為基準(zhǔn)，列出各組分

7、的需氧量、產(chǎn)生煙氣量如下：組分質(zhì)量/g摩爾數(shù)/mol需氧量/mol產(chǎn)生煙氣量/molH505012.525（H2O）C75863.1763.1763.17（CO2）N151.07100.536（N2）S160.50.50.5（ SO2）O744.625-2.3130灰分870所以,理論需氧量為：（12. 5+63.17+0.5-2.313）=73.86mol/kg（燃煤）理論干空氣量為：（1+3.78）×73.86=353.0 mol/kg（燃煤）實(shí)際空氣量為：353.0×1.2×（1+0.0116）=428.6mol/kg（燃煤）產(chǎn)生的煙氣量為:(25+63.1

8、7+0.536+0.5)+428.6-73.86=443.9 mol/kg（燃煤）煙氣組成 CO2： 63.17/443.9=14.23%; SO2： 0.5/443.9=0.11%;H2O: =6.74%;N2: (0.536+73.86×3.78×1.2)/443.9=75.59%2.7假定SO2向SO3的轉(zhuǎn)化率為3%，而SO3全部轉(zhuǎn)化為H2SO4則H2SO4含量為：011%×3%=3.3×10-5LgP H2SO4=-4.48查表2-7，可得煙氣的酸露點(diǎn)為140 擬在平坦開(kāi)闊大氣穩(wěn)定度為中性狀態(tài)地方再建一硫酸廠，生產(chǎn)尾氣排放SO2量為60kg/h

9、,經(jīng)2m內(nèi)徑的排煙筒排放尾氣量為226000m3/h。尾氣溫度為40，環(huán)境溫度20。試問(wèn)廠區(qū)附近達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)煙囪應(yīng)為多高？解：第一步 查附表三，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)SO2的日均濃度限值是0.15mg/ m3第二步 確定B值，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法 按（427）第三步 確定擴(kuò)散參數(shù)中性條件下，大氣穩(wěn)定度為D級(jí)，向不穩(wěn)定方向提半級(jí)后按表4-8查算。下風(fēng)向任意位置處，取距煙囪2km的位置。第四步 按（465），設(shè)本底濃度為0.06 mg/ m3危險(xiǎn)風(fēng)速為：1、計(jì)算不同粒徑的三種飛灰球形顆粒在空氣中的沉降速度，及在30s內(nèi)的沉降高度。已知顆粒dp分別為0.4、40m，空氣溫度為387.5K，壓力為101325Pa，飛灰真

10、密度為2310kg/m3。解：查表得：空氣=0.912kg/m3 =2.3×10-5 Pa·s=532.2m/s =9.5×10-8 m 對(duì)于粒徑為0.4m的顆粒，需進(jìn)行坎寧漢修正。 =0.475 C=1+Kn1.257+0.400exp(-)=1.616假定顆粒處于Stokes區(qū)域，其末端沉降速度為：=1.41×10-5 m/s驗(yàn)證：Rep=2.2×10-7 。故假設(shè)成立。由于顆粒的起始速度為0，故需計(jì)算從初速度到末端速度所用的時(shí)間和所走的距離。由受力平衡關(guān)系：F=FG-FD=ma=- 積分得：us(t)=gC1-exp(-)由于=6.9&#

11、215;105極大，顆粒極快就可達(dá)末端速度，故加速到末端速度前的加速過(guò)程可忽略。30s內(nèi)沉降高度h=1.41×10-5 m/s×30s=4.23×10-3 m 對(duì)于粒徑為40m的顆粒，C可忽略。假定顆粒處于Stokes區(qū)域，其末端沉降速度為：=8.75×10-2 m/s驗(yàn)證：Rep=0.139 。故假設(shè)成立。仍可忽略加速加速過(guò)程造成的誤差。30s內(nèi)沉降高度h=8.75×10-2 m/s×30s=2.63 m2、試確定某水泥粉塵排放源下風(fēng)向無(wú)水水泥沉降的最小距離。水泥粉塵是從離地面4.5m高處的旋風(fēng)除塵器出口垂直排出的。水泥粒徑范圍為2

12、5500m，真密度1960 kg/m3，風(fēng)速1.4 m/s, 空氣溫度為293K，壓力為101325Pa。解：對(duì)于粒徑為25m的顆粒，假定顆粒處于Stokes區(qū)域，其末端沉降速度為：=0.0368 m/s驗(yàn)證：Rep=0.048<1 。故假設(shè)成立。假定粉塵出口速度為20 m/s。計(jì)算速度減小為0時(shí)所需的時(shí)間和所走的距離。由受力平衡關(guān)系：F=-（FG+FD）=ma-=- 積分得： 代入u=0,=3.8×10-3t=0.024s由式得：代入，積分得x=-x=0.076m下降4.576 m所需時(shí)間：4.576/0.0368=124.34st=124.34+0.024=124.6s飄移

13、距離：124.6×1.4=174m.對(duì)于粒徑為500m的顆粒，假定顆粒處于Allen區(qū)域，其末端沉降速度為：=3.07 m/s驗(yàn)證：Rep=102<500且>1 。故假設(shè)成立。假定顆粒上升過(guò)程中無(wú)流體阻力。 u2-u1=gt t=2s上升高度h=u1t-1/2gt2 h=20m下降24.5 m所需時(shí)間：24.5/3.07=8s飄移距離：10×1.4=14m.3、某電除塵器進(jìn)、出口粒徑分布如下表，若T=98%，計(jì)算該除塵器的分級(jí)效率。粒徑間隔<0.60.60.70.70.80.81.01.02233445566881010202030質(zhì)量頻率%進(jìn)口g12.0

14、0.40.40.73.56.024.013.02.02.03.0118.0出口g27.01.02.03.01416296.02.02.02.58.57.0分級(jí)效率i93.095.090.091.492.094.797.699.198.098.098.398.598.3P=1-T=2%例如：<0.6=1-0.02×=0.935.10解：查表得：空氣=1.205kg/m3 =1.81×10-5 Pa·s如果以氣流為參照系，顆粒恰好被吹起時(shí)，等同于顆粒在氣流中以末端速度進(jìn)行重力沉降，這個(gè)末端速度剛好等于吹起顆粒的氣流速度。假定顆粒處于牛頓區(qū)，則 驗(yàn)證假設(shè)： Rep

15、=40.2 <500 。故假設(shè)不成立。再假設(shè)顆粒處于過(guò)渡區(qū)。=1.03m/s驗(yàn)證假設(shè)： Rep=13.71>1且<500 。故假設(shè)成立。所以，恰好能吹起顆粒的氣流速度等于1.03m/s，此條件下的雷諾數(shù)為13.71。此時(shí)的阻力系數(shù)：5、比重為2的球形粒子，粒徑為1m，以10 m/s的速度射入293K,1atm的空氣中，計(jì)算粒子在停止前通過(guò)的距離。查表得：空氣=1.205kg/m3 =1.81×10-5 Pa·s坎寧漢修正系數(shù)：C=1+0.165/1=1.165馳豫時(shí)間：停止距離： 水以液氣比1.2L/m3的速率進(jìn)入文丘里管，喉管氣速116m/s，氣體粘度為

16、1.845×10-5Pa·S，顆粒密度p=1.78g/cm3，平均粒徑dP=1.2µm，f取0.22。求文丘里管的壓力損失和穿透率。解：由式6-53P=-1.03×10-3vT2（Ql/Qg） =-1.03×10-3（11600）2×1.2×10-3 =-166.3cmH2OCc=1+0.165/dP=1.14由6-55式得: =0.015設(shè)計(jì)一帶有旋風(fēng)分離器的文丘里管洗滌器，用來(lái)處理鍋爐在106Pa和510.8K的條件下排出的煙氣，其流量為71m3/s，液氣比為1.2L/m3，要求壓降為14935Pa以達(dá)到要求的處理率。估

17、算喉管的尺寸。解：P=-1.03×10-3vT2（Ql/Qg）=-14935/98.067=-152.3cmH2O vT = = =111.0×102cm/s =111.0m/s 設(shè)喉管為圓形，直徑為DT，則 Q= vT·AT = =0.9m 袋式除塵器處理常溫含石灰石的氣體量為36000m3/h，初始含塵濃度9g/m3，捕集效率99%，清潔濾布的阻力損失為120Pa，粉塵層的比阻力系數(shù)為1.0Paminmg-1，氣體性質(zhì)近似為空氣，濾袋壓力損失不超過(guò)1600Pa，濾袋尺寸為長(zhǎng)2.5m，直徑20cm采用脈沖噴吹清灰，試確定：（1）過(guò)濾速度，（2）最大清灰周期，（3

18、）過(guò)濾面積，（4）濾袋條數(shù)n，（5）粉塵負(fù)荷。 解：（1）因?yàn)椴捎妹}沖清灰，vF取3m/min P1600Pa 又 Pf=120Pa Pp= 1600-120 =1480Pa 由式 t = = =18min （2）vF取最小值時(shí)存在最大清灰周期即vF=2m/min t = = = 41min （3）過(guò)濾面積：A = Q/ vF =36000/(60×3) = 200m2 （4）濾袋條數(shù)：?jiǎn)沃淮用娣e為：A= = =2.86m2濾袋條數(shù)：n=（5）粉塵負(fù)荷/A = 36000/60×18×0.009×99%/200 = 0.33kg/m2應(yīng)用一管式電除塵器捕集氣體流量為0.075m3/s的煙氣中的粉塵，若該除塵器的圓筒形集塵板直徑D=0.3m，筒長(zhǎng)L=3.66m，粉塵粒子的驅(qū)進(jìn)速度為12.2cm/s，試確定當(dāng)煙氣氣體均勻分布時(shí)的除塵效率。 解：A=DL