大氣污染控制工程計算題

1、大氣污染控制工程期末復習一計算題題型一：API值計算題型二：燃料燃燒計算題型三：大氣擴散濃度計算題型四：顆粒粒徑的計算題型五：捕集最小粒徑計算題型六：除塵效率計算題型七：吸收法相關(guān)計算題型八：煙氣脫硫相關(guān)計算題型九：煙氣脫硝相關(guān)計算題型十：拉烏爾定律的相關(guān)計算（非重點）【題型一：API值計算】表1空氣污染指數(shù)對應的污染物濃度限值污染指數(shù)污染物濃度(毫克/立方米)1APIS02 (日均值)N0： (日均值)PMto (日均值)CO(小時均值)0,(小時均值)500. 0500. 0800. 05050. 120 |1000. 1500. 1200. 15C100.200 2000. 8000.

2、2800. 350600. 4003001.6000. 5650. 420900.800 |4002. 1000. 7500. 5001201. 0005002. 6200. 9400. 6001501. 200表2空氣污染指數(shù)范圉及相應的空氣質(zhì)帚:類別空氣污染指數(shù)API空氣質(zhì)最 狀況對健康的影響建議采取的措施050優(yōu)可正?；顒?1 100良101150輕微污染易感人群癥狀冇輕度加 劇，健康人群出現(xiàn)刺激心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者 應減少體力消耗和戶外活動15 廣200輕度污染201250中度污染心臟病和肺病患者癥狀 顯著加劇，運動耐受力 降低，健康人群中普遍 出現(xiàn)癥狀老年人和心臟病、肺病患者應

3、在停留在室內(nèi)，并減少體力活 動25 廣 300中度重污染>300東污染健康人運動耐受力降 低，冇明顯強烈癥狀， 提前出現(xiàn)某些疾病老年人和病人應泊留在室內(nèi)， 避免體力消耗，一般人群應避 免戶外活動假定某地區(qū)的PM10 口均值為0.215毫克/立方米，SO2 口均值為0.105毫克/立方米，NO2 口均值為0.080毫克/立方米，則其污染指數(shù)的計算如下：按照表1. PM10實測濃度0.215亳克/立方米介于0.150亳克/立方米和0350亳克/立方米之 間，按照此濃度范闈內(nèi)河染指數(shù)與河染物的線件關(guān)系進行計算，即此處濃度限值C2 =0.150 毫克/立方米，C3 =0.350毫克/立方米,而相

4、應的分指數(shù)值12=100, 13=200,則PM10 的污染分指數(shù)為：I = ( (200-100) / (0350-0.150) ) X(0.215-0.150) +100 = 132這樣,PM20的分指數(shù)1=132;其它污染物的分指數(shù)分別為l=76(SO2) , 1=50 (NO2) <. 取污染指數(shù)最人者報告該地區(qū)的空氣污染指數(shù)：API =max (132,76,50) =132首要污染物為町吸入顆粒物(PM10)。注：內(nèi)插法公式【題型二：燃料燃燒計算】重點公式:空氣過剩系數(shù)a =實際空氣錄V? 理論空氣丘實際煙氣體積Vf,Vft = Vf6° +(al)V,°

5、1 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%； S1.7%； H3.2%；水分9.0%； 023%。（含N量不計（1）計算燃煤1炬所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度（以體積分數(shù)計）；（2）假定煙塵的排放因子為80%,計算煙氣中灰分的濃度（以mg/m3表示）；（3）假定用硫化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫。石灰石中含Ca35%。當Ca/S為1.7 （摩爾比） 時，計算燃煤班需加石灰石的量.解：相對于碳元素作如卜計算：% （質(zhì)量）mol/100g 煤mol/mol 碳C65.75.4751H323.20.584S1.70.0530.01002.30.0720.013灰分18.13.306g

6、/mol 碳水分9.01.644g/mol 碳故煤的組成為CHo 584S0 OloOo 013»燃料的摩爾質(zhì)量（包括灰分和水分）為鵲皿陀皿心燃燒方程式為CHq 5S4ooiooo13 +(。亠 + 3.78NJ -CO-> + 0292H>>0 + O.OIOSO- + 3.78iiN->n=140.584/4+0.010-0.013/2=1.14951)1.1495 x (1 + 3.78)18.26xlOOO x22.4 xl03m3 /kg 一 6.74m3 / kg ；SO?在濕煙氣中的濃度為0.0101 + 0.292 + 0.010 + 3.78

7、x1.1495 +1.64418xl00%= 0.174%2)產(chǎn)生灰分的屋為 18.1xl£?£x80% = 144.8g/kg100-煙氣量(1+0.292+0.010+3.78x1.1495+1.644/18 ) xl000/18.26x22.4xl0 r=6826rr?/kg144 82灰分濃度為 xlO mg/m3=2.12xl04mg/m36.8263）需石灰石1000x1.7%32.00-xl.7x40= 103.21kg/t 煤2煤的元素分析結(jié)果如下S0.6%； H3.7%； C79.5%； NO.9%： 04.7%；灰分10.6%在空 氣過剰20%條件下完全

8、燃燒。計算煙氣中SO,的濃度。解：N出空54.?64.78=280.54mol按燃燒1kg煤計算摩爾數(shù)（mol）需氧數(shù)（mol）重量（g）c79566.2566.25H31.12515.56257.78S60.18750.1875h2o52.8752.940設(shè)干空氣中叫：體積比為3.78： 1,所需理論空氣量為 478x(66.25+7.780.1875) =354.76mol/kg 煤。理論煙氣量 C02 66.25moL S02 0.1875moL H20 15.5625+2.94=18.50mol總計 66.25+'850+01875+28054=36548mol/kg 煤0 1

9、875 實際煙氣呈 365.48+0.2x354.76=436.43mol/kg 煤，S0?濃度為 xl00%= 0.043%。436.43 3 某鍋爐燃用煤氣的成分如下:H2S： 0.2%； CO2： 5%； O2： 0.2%； CO： 28.5%； H2: 13.0%; CH4: 0.7%； N2: 52.4% 已知空氣的含濕量為12g/mJ, a =1.2,試求燃燒實際需要的空氣量和燃燒時產(chǎn)生的煙氣量。 解：取lmol煤氣計算h2s0.002mol耗氣最0.003molco20.05mol0co0.285mol0.143molh2(0.13-0.004) mol0.063molch40.

10、007mol0.014mol共需 02 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223moL 設(shè)干空氣中 N2： 0?體積比為 3.78： 1> 則 理論干空氣量為0.223x ( 3.78+1 ) =1.066mol。取a = 1.2 ,則實際干空氣 1.2x1.066mol=1.279mola空氣含濕最為 12g/n?N，即含 H2O0.67mol/ m3N.14.94L/ m0故 H20 體積分數(shù)為 1.493%。1 279故實際空氣量為=1.298molo1-1.493%煙氣量 SO2： 0.002moh C02： 0.285+0.007+0.05=0342mol,

11、N2： 0.223x3.78+0.524=1.367mol,H200.002+0.126+0.014+1.298xl.493%+0.004=0.201mol故實際煙氣 呈 0.002+0342+1367+0.201+0.2xl.066=2.125mol【題型三：大氣擴散濃度計算】重點公式:地面濃度模式：恥彌衛(wèi)比念喩-竊)呵(一釜)QTT -地面軸線濃度模式： p(x,O,O, H) = v exp(- ) 霍蘭德公式(例二) 砒勺丐2q1. 某污染源SO2排放率為80g/s,有效源高為60m,煙囪出口處平均風速為6m/s在當時的 氣象條件下，正下風方向500m處的b y=35. 3m, a z

12、=18. Im,試求正下風方向500m處S02的 地面濃度。解：由人氣污染控制工程P88 (4-9)得QH280602,3p = - exp(-) =exp(-) = 0.0273mg/ill2 氏 x6 x 353xl8.1 2xl8Q2某一工業(yè)鍋爐煙囪搞SOm,直徑0.6m,煙氣排出口速度20m/s,煙氣溫度405K,大氣溫 度293K,煙囪出口處風速4m/s, SO2排放率為10mg/s試計算中性大氣條件下SO2的地 面濃度和出現(xiàn)的位置。解：由霍蘭徳公式求得AH =摯(1.5 + 2.7 丄D) = 20x0 6 (1.5 + 2.7 x 4°5 一 型 x0 6) = 5.8

13、4m ,煙囪UT4405有效高度為 H = H$ +2XH =30 + 5.84 = 35.84nio由大氣污染控制工程P89 (4-10)、(4-11)理6uH2e q時,H 35.84VI y/2=25.34nio収穩(wěn)定度為D級，由表4一4查得與Z相應的x=745 6mo此時代入上式。"市務(wù)X裁“23恨曲3某硫酸廠尾氣排放煙囪高度50in, SO?排放率為lOOg/s.夜間和上午地面風速為3m/s,夜 間云量3/10。當煙流全部發(fā)生熏煙現(xiàn)象時，確定下風向12km處的地面軸線SO?濃度。解：hf = H + 2q = 50 + 2 x 87.4 = 224.8m由所給'(彖

14、條件應取穩(wěn)定度為E級。查表4一4得x=12km處，q = 4277m,q = 87.4m2(Tv + = 427 + = 433.25m y 8 8Qf (1200000,50) = _二丁2穴1111£(7疝-=1.365 xl0-4g/ill3 o3x224.8x433.25【題型四：顆粒粒徑計算】幾何標準差：叭-6 qd】594,9MMD表示質(zhì)量中位直徑In MMD = In NMD +3In 18x0.067x30x10 2x12 V 9.81x 2.5 X1O31< 7.0x3600 aNMD表示個數(shù)中位直徑SMD表示表面積中位直徑111 SMD = 111NMD +

15、 2111- G1經(jīng)測定某城市大氣中的飄塵的質(zhì)童粒徑分布遵從對數(shù)正態(tài)分布規(guī)律.其中位直徑i上累積分布R=1587忱時，粒徑dpSOpm。試確定以個數(shù)表示時對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)的中位徑、幾何標準差和算術(shù)平均亶徑解:對于服從對數(shù)正態(tài)分布的粒子，以個數(shù)和質(zhì)量表示的粒徑分布函數(shù)的幾何標準差相等，則6 g 5.7= 1.58以個數(shù)表示的中位徑：lnNLlD = lnMMD-31n2aK = ln5.7-31n21.58= 111NN1D = 3.03/zmIn兀=InMMD-?濘糜=In5 7-？In? 1 58=1.22算術(shù)平均直徑：dL = 3.39/zm5-2-10已知某什粉塵的虹徑分布樸合葉數(shù)止態(tài)分

16、布 R幾何標準差為1.4.個數(shù)中位艮朮 215円“，剋其表而積平均亢徑為：A 2L5 jimB 24.1pmC 27.3 pm1) 29.2 pm解：由式(5-2-99)可礙：In = In NMD 4* In 2= In 21. 5 * ( In 1 4)' = 3. 181Bo【題型五：捕集最小粒徑計算】1有一沉降室長7.0m,高12m,氣速30cm/s,空氣溫度300K,塵粒密度2.5g/cm3,空氣粘 度0067kg/(kg.h),求該沉降室能100%捕集的最小粒徑。解：該沉降室能100%捕集的最小粒徑為：/ = 0.067kg/(mil) = 1.86xlO_5Pa s=8.

17、4xl05m= 84/aii <100/2111符合層流區(qū)假設(shè)?！绢}型六：除塵效率計算】1、某電除塵器實測除塵效率為90%,現(xiàn)欲使其除塵效率提高到99.9%,則集塵板面積應 該增加到原來的()倍。A.5B.3C.2D.4標準答案：B2、某電除塵器的除塵效率為99%.現(xiàn)將其處理氣體流量增加一倍，其余條件保持不變， 則該電除塵器的效率變?yōu)?).A.90%B.不變C.95%D.99.9%標準答案：A3、某電除塵器的除塵效率為95%,假如比集塵面積增加1/3,其他的參數(shù)與條件都不變測除塵器的除塵效率最接近()97.6%A.不變 B.99%C.98.6%D.98.2%標準答案：D重點公式：除塵效率

18、(除去的，捕集的)n ,通過率P,關(guān)系n =1-P德意希分級效率方程 7 = 1-今=1-哪(-令s)比集塵面積A© 4有一兩級除塵系統(tǒng)，已知體統(tǒng)的流童為2.22m3/$,工藝設(shè)備產(chǎn)生粉塵量為22.2的,各級除 塵效率分別為80%和95%。試計算該除塵系統(tǒng)的總除塵效率、粉塵排放濃度和排放量. 解：按大氣污染控制工程P145 (5-58)t 二 (1_)(1一弘)=1_ (1_ 95%)(1_ 80%) = 99%粉塵濃度為-g/ill3 =10g/m3,排放濃度 10 (1-99%) =0 lg/m3：222排放量 2.22X0.1=0.222g/So5在氣體壓力為latm,溫度為2

19、93K下運行的管式電除塵器.圓筒形集塵管宜徑為0.3m, L=2.Om,氣體流量0.075m3/s.若集塵板附近的平均場強E = 100kV/m,粒徑為1.0的粉塵 荷電量q=0.3X1015C,計算該粉塵的驅(qū)進速度和電除塵器效率。p =1.81X10-5qEpAw=融-7=l_exp(-石 wj公式 呵叭(6-33)；Q (6-34)解：驅(qū)進速度按大氣污染控制工程P187 (6-33)w=呱=3必dp0.3x10"15x100x103八=0.176m/ s oaxl.SlxlOxlxlO"6A=MlL=x0.3x2 = 1.885iir , Q=0 075n?/s,代入P

20、188 (634)A1.8857 =1-»4)(-)= l-exp(-o_o75 x0.176) = 98.8%06(非重點)以液氣比為1.0L/m3的速率將水噴入文丘里洗滌器的喉部，氣體流速為122m/s, 密度和粘度分別為1.15kg/ m3和2.08xl0-sPa s.l ,喉管橫斷面積為008 m2,參數(shù)f取為0.25,對于粒徑為1.0Rm密度為1.5g/ m3的粒子，試確定氣流通過該洗滌器的壓力損失和 粒子的通過率解:由式(653)1 C x 13P = -1 03x 10-3(12200)2( )1=153.3 cmH3O現(xiàn)在運用海斯凱茨提出的式(6-54),得AP =

21、0.863x1.15x(0 08)01n x(122) 1 °xl° ' )0781=12567Pa利用式(6-55)估算粒子的通過率:P =6.1 x 10"9 xlxl 5x1 172x1? x(0.25)2 xl53.3 (2 08x10)'-exp(-2 375)=0.0935(非重點有一普通型旋風除塵器筒體直徑lg當處理氣體量約150m3Anin.氣溫35OK, 壓力latm(101325pa)時，除塵器除塵效率68.2%.試分別估算下列情況下旋風除塵器的總 除塵效率：(1) 氣體處理量增加至2OOin3/min；(2)氣體溫度升高至40

22、0KPp = (1- )(9嚴=032 x ()05 = 0.28解：(1)根據(jù)公式，有：U" Q200所以，當氣體處理量增至200n?/mm時，除塵器總除塵效率為72%2)氣體溫度升高主要有兩種效應，既增加了所需處理的氣體體枳，流量之比等于溫度之比， 同時也增加了氣體的粘度，由0 075kg/(m-h4)i«至0.083 075kg/(nrh"),則穿透率為：因此，2 = °685 = 685%°址(罟炸(牆宀山【題型七：吸收法相關(guān)計算】1己知某低濃度氣體溶質(zhì)被吸收時，平衡關(guān)系服從亨利定律，氣膜吸收系數(shù)kg=2.74X10-7 kmol /(

23、m2*s*kPa),液膜吸收系數(shù) kl=6.94X 10-5m/s,溶解度系數(shù) H=1.5kmol/(m3*kPa).試 求氣相吸收總系數(shù)Kg,并分析該吸收過程的控制因素。解：因系統(tǒng)符合亨利系數(shù)，故町“怙pr-P按計算總系數(shù)1 1 1 1 1=+ = + 疋 g % 叭 2.74 xlO-7 1.5x604x10 = 3.65x106 + 9.6x103=3.66x10“ 窗由計算過程可知：氣膜阻力，亍36"(滬心圧“)/如而液膜阻力=9.6xl03 仿彳skPajkmol液阻力遠小于氣膜阻力，該吸收過程為氣膜控制。2在吸收塔中用清水吸收混合氣中的SO?,氣體流量為5000m/h,其

24、中SO?占5海 要求 SO2的回收率為95%,氣、液逆流接儺。在塔內(nèi)操作條件下，SO2在兩相間的平衡關(guān)系近 似為YJ26.7X。若用水量為最小用水量的15倍，用水量應為多少？ 解：Gb=5 000 X 0 95=47 50m3N/h。Yi=0 053,(5000 - 4750)4750x5%=2.63xl0"3:0.053-0.00263“=25.4。0.053/26.7因此用水m L5=25 4GB X 1 5=1 SlXlCm/ho【題型八：煙氣脫硫相關(guān)計算】1 （重點入某冶煉廠采用二級催化轉(zhuǎn)化制酸工藝回收尾氣中的SO”尾氣中含SO2為12%, O?為13.4%, N?為74.6

25、% （體積）.如果第一級的SO?回收效率為98%,第二級的回收效 率為95%,問：（1）總回收效率為多少？（2）如果第二級催化床操作溫度為TOOK,催化轉(zhuǎn)化反應的平衡常數(shù)K=100,反應平衡時 SO2的轉(zhuǎn)化率為多少？解：(1) rj1-(1-71)0-72)= 1-0-98%)(1 _95%) = 99 9%(2) 催化反應：SO?+1/20? TSO3反應平衡常數(shù):PsoE嚴第一級入口氣體：含S0212%, O213 4%, N2 74 6%第一級出 口氣體：含SO312%*2%=0 24%> SC)3 12%-O24% = 11 76%,02 13 4%-(12%-0 24%)/2=

26、7 52%, N2 74 6%設(shè)第二級SO?平衡轉(zhuǎn)化率為y,則第二級出口氣體：含SO, 0 24%(1- y), S03 0.24%y, 0, 7.52%-0.12%y, N, 74 6% 第二級出口氣體總量：0 24%(1- y)+0 24%y+7 52%-0 12%y+74 6% = 82 36%- 0 12%y 則平衡時各成分分壓為：0 24% y82 36%-0 12%y0 24%(l-y) Q _ 7 52%-0 5*0 24%y82 36%-0 12%y，0： - 82 36%-0 12%y= 100PSOl _0.24% y * (82.3 6% - 0 12% y)lnpso,

27、(po,)1/2 - 0 24%(l-y)*(7 52%-0 12%y)in解得半衡時SO?的轉(zhuǎn)化率為96.8%2、某新建電廠的設(shè)計用煤為：硫含量3%,熱值26535kJ/kg.為達到目前中國火電廠的排 放標準，采用的SO2排放控制措施至少要達到多少的脫硫效率？火電廠排放標準700mg/m3«3%硫含量的煤煙氣中SO?體枳分數(shù)取0 3%o則每立方米煙氣中SO2_?_x64x103 = 8571mg；22.4 700因此脫硫效率為-=x 100% = 91.8%。85713、某電廠以煤作燃料，煤炭消耗量為62.8kg/s,采用石灰石濕法進行煙氣脫硫，脫硫效率 90%。電廠燃煤含硫為3.

28、825% (排放系數(shù)取1.0 ),含灰為8%。試計算：(1) 鈣硫比1.2時，每天消耗多少石灰石？設(shè)石灰石純度96%。(2) 脫硫劑的利用率是多少？(3) 如果脫硫污泥為含水60%漿液，每天產(chǎn)生多少噸脫硫污泥？解：(1) 石灰石脫硫總反應式為：S02 + CaCO, + 2H3O t CaSQ 2H2O+C02該電廠SO攜放雖:為：62 8*3 825%*1 0*(64/32) = 4 Skg/s 貝|J鈣硫比為1.2fl寸消耗的石灰右量：4 8*1 2*100/96% = 9 375kg/s = 810t/d644 R 拿 Qfi%(2) 實際參加反應的石灰石量:*100kg/s64則脫硫劑

29、利用率為/"90% a100/9 375 - 72%64(3) 脫硫污泥中60%為水分，比余10%包括E灰、CaSO3*2H3O和未反應的脫硫劑, 其中灰分:62.8e8%= 5.024kg/s = 434t/dCaSOj<2HjO：*156= 10 53kg,s=910t/d未反應的脫硫劑：810*(1-72%) = 226 8t/d從而脫硫污泥產(chǎn)生量：(434+910+ 226 8)/40%= 3927t/d4、某電廠采用石灰石濕法進行煙氣脫硫，脫硫效率為90%。電廠燃煤含硫為3.6%,含灰 為7/7%.試計算：(1) 如果按化學劑量比反應，脫除每kgSO2需要多少的CaC

30、O3；(2) 如果實際應用時CaCO3過量30%,每燃燒一噸煤需要消耗多少CaCO3；(3) 脫硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO32H2O,如果灰渣與脫硫污一起排放，每 噸燃煤會推放多少污泥？1) CaCO3 + SO2 + 2H.O CaSO3 2H2O + CO2 T10064= m=l. 5625kgm lkg2) 每燃燒 It 煤產(chǎn)生 SO,約x2t = 72kg,約去除 72X0. 9=64. 8kgo100 因此消耗 CaC0$ ill = 1.3 x 100 X 64 8 = 132kg o64J3 ) CaSOi. 2H：0 生成量 xl72 = 174kg ：64則燃

31、燒It煤脫硫汚泥排放最為竺=435t ,同時排放灰渣77kg。0.4【題型九：煙氣脫硝相關(guān)計算】1> 一鍋爐每分鐘燃煤1000kg,煤炭熱值為26000kJ/kg,煤中氮的含:為2% (質(zhì)量分數(shù)人 其中20%在燃燒中轉(zhuǎn)化為NOx.如果燃料型NOx占總排放的80%,計算：(1) 此鍋爐的NOx排放量；(2) 此鍋爐的NOx排放系數(shù)：(3) 安裝SCR,要求脫氮率為90%,計算需要NHj的量。解：(1)對于燃煤工業(yè)鍋爐，假設(shè)燃料型NOx以NO形式排放，則其排放最為:(1000*2%*20%/14)*30=8 57 kg/min燃料型NOx占總排放的80%,則NOx排放總量為：8.57/80%

32、=10 71 kg/min(2) 鍋爐中NOx排放系數(shù)：10 71/1000=10 71kg/t(3) 假設(shè)煙氣中含95%的NO和5%的NO?,町按以卜反應計算氨的理論需要量：4NH3+4NO+ON2+6H2O,8NH3+6NO27N2+12H2O(1071 *95%/30)*17+ (1071 *5%/46)*17=5.96 kg/min2、將空氣加熱到2000K,計算平衡時NO濃度.設(shè)空氣初始組成為N279%和O?21%(1)若只考慮化學反應：N?+O2NO； 若同時考慮生成NO,的化學反應：NO+O.5ONO”試計算平衡時的NO?濃度.解：(1)由表9-3得到2000K時，反應平衡常數(shù)：

33、K = (P®=(加)= 4 0* 10-4卩 Pq Pn2 Ya Yn2考世lkmol空氣，如果有xkrnolN,參與反應，貝歸Yn2 =0 79-xyo, =0 21-x>yN0 = 2x將以上關(guān)系式聯(lián)立，得：K =(力°尸 = 4 05* 10-4yO, Yn2 (0 21-x)e(0 79-x)解得x-4 05"10則NO平衡濃度為，Yko-8 110-3(2)由表95得到2000K時，反應平衡常數(shù)：K_ =3 5*10_,f (p07 Pno (y) YnoSyN0=81*10 ,則皿=3 5*10_J (0 21)1/2 *0 0081 = 13 2*10" 3某燃煤電站煙氣含1000-10 6 (體積分數(shù))的氮氧化物。已知煤熱值為27800kJ/kg,l kg煤 燃燒過程煙氣的產(chǎn)生量為20 kg,煙氣摩爾質(zhì)量28 kg/mol.地方排放標準規(guī)定氮氧化物排 放的最高限值為0.258kg/GJ(以NO?計)。試計算電站為滿足該標準，必須削減氮氧化物排 放的比例。解：將排放標準轉(zhuǎn)化為以體積分數(shù)表示：1 *27800*1 O+0.258/46/ (20/28) =218* 10電站必須削減氮氧化物