1、大气污染控制工程习题及答案 习题课（一） 1.1 什么是大气污染？ 大气污染是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。 1.2 简述大气污染物及其分类。 大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。大气污染物按存在状态分为：颗粒污染物和气态污染物。颗粒污染物按粒径大小有总悬浮颗粒物（TSP） 、可吸入颗粒物(PM 10)；气态污染物主要有含硫化合物、含氮化合物、碳的氧化物、有机化合物和卤素化合物。 1.3 大气污染综合防治措施有哪些？ （1 ）全面规划
2、、合理布局；（2 ）严格环境管理；（3 ）控制大气污染的技术措施，包括实施清洁生产、实施可持续发展的能源战略、建立综合性工业基地；（4 ）控制污染的经济政策，包括保证必要的环保投入、实施“污染者和使用者支付原则”（建立市场、税收手段、收费制度、财政手段、责任制度）；（ 5）绿化造林；（ 6）安装废气净化装置。 2.1 列举燃料完全燃烧需要的条件并解释“3T”的含义。 空气条件、温度条件、时间条件以及燃料和空气的混合条件; “3T” 是指温度 （Temperature） 、时间（Time）和湍流（Turbulence） 。 2.2 已知重油元素分析结果如下： C:85.5% H:11.3% O:
3、2.0% N:0.2% S:1.0% 试计算：燃油1kg所需的理论空气量和产生的理论烟气量； 干烟气中SO 2的浓度和CO 2的最大浓度； 当空气的过剩量为10时，所需的空气量和产生的烟气量。 首先将重油的质量分数转化为摩尔分数，然后列出每种元素燃烧所需要的理论氧气量和燃烧后产生的理论烟气量。以 1kg 重油为基准，计算结果如下表： 元素 质量/g 摩尔数/mol 需氧量/mol 理论烟气量/mol C 855 71.25 71.25 71.25(CO2) H 113 113 28.25 56.5(H2O) O 20 1.25 -0.62 0 N 2 0.14 0 0.07(N2) S 10
4、0.31 0.31 0.31(SO2) 1因此，燃烧 1kg 重油所需的理论氧气量为：71.25+28.25- 1.25+0.3199.19mol 则所需的理论空气量为:99.19（13. 78）474.12mol 转化为标况下体积得：Va=474.1222.410-3=10.62m3N产生的理论烟气量为： （71.25+56.5+0.07+0.31）+99.193.78503.06mol 转化为标况下体积得：Vf=503.0622.410-3=11.27m3N根据以上结果，燃烧 1kg 重油产生的干烟气量为：503.06-56.5446.56mol 燃料中的 S完全转化为 SO2 时，烟气中
5、 SO2 的浓度最大。因此，烟气中 SO2 的最大浓度（体积分数）为： 20.310.0007446.56so = 燃料中的 C完全燃烧时，烟气中 CO2 的浓度最大。因此，烟气中 CO2 的体积分数为： 271.250.1596446.56CO = 空气过剩系数 10时，产生的烟气量为：Vf=11.27+1 0.621012.33 m3N2.3 煤的元素分析结果如下： C:79.5% H:3.7% O:4.7% N:0.9% S:0.6% 灰分10.6 在空气过剩20条件下完全燃烧。计算烟气中SO2 的浓度。 首先将煤的质量分数转化为摩尔分数，然后列出每种元素燃烧所需要的理论氧气量和燃烧后产
6、生的理论烟气量。以 1kg 煤为基准，计算结果如下表： 元素 质量/g 摩尔数/mol 需氧量/mol 理论烟气量/mol C 795 66.25 66.25 66.25(CO2) H 37 37 9.25 18.5(H2O) O 47 2.94 -1.47 0 N 9 0.64 0 0.32(N2) S 6 0.19 0.19 0.19(SO2) 因此，所需的理论氧气量为：66.25+9.25 -1.47+0.1974.22mol 转化为标况下体积得：Va=74.2222.410-3=1.66m3N产生的理论烟气量为： （66.25+18.5+0.32+0.19）+74.223.78365.
7、81mol 转化为标况下体积得：Vf=365.8122.410-3=8.19m3N空气过剩系数为 1.2 时，产生的烟气量为：V=8.19+1.66208.52m3N2330.19 64 101427.23 /8.52somg m= 3.1 影响大气污染的气象要素有哪些？ 2气压、气温、气湿、风向、风速、云况、能见度等。 3.2 什么是逆温？简述逆温的形成机制。 逆温是指温度随高度的增加而增加的现象。逆温可发生在近地层，也可能发生在较高气层。根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、锋面逆温和湍流逆温等五种。辐射逆温是由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温；下沉逆温是由于空气下沉
8、到压缩增温而形成的逆温；平流逆温是由暖空气平流到冷地面上而形成的逆温；湍流逆温由低层空气的湍流混合形成的逆温；锋面逆温是在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气因其密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区。 3.3 大气中典型的烟流形状有哪几种？他们分别发生在什么样的气象条件下？ 大气稳定度与烟流形状的关系：波浪型， d；锥型，= d；扇型，- d-1；爬升型（屋脊型），烟流的下部 d，上部 d；漫烟型（熏烟型） ，烟流下部- d0，上部- d1。 4.1 某污染源排出的SO2量为 80g/s,有效源高为60m,烟囱出口处平均风速为6m/s。 在当时的气象条件下，正下风方向500m
9、 处的y =35.3m,z =18.1m，试求正下风方向500m 处SO2的地面浓度。 地面轴线浓度为： 2232 280 60exp( ) exp( ) 0.0273 /3.14 6 35.3 18.1 2 18.12yzzHmg mu= = Q（x,0,0,H）= 4.2 某一工业锅炉烟囱高 30m,直径 0.6m,烟气 出口速度为 20m/s,烟气温度为 405K,大气温度为293K,烟囱出口处风速 4m/s， SO2排放量为10mg/s。试计算中性大气条件下SO2的地面最大浓度和出现的位置。 根据 Holland 公式计算烟气抬升高度 20 0.6 405 293(1.5 2.7 )
10、(1.5 2.7 0.6) 5.844 405ssasVD T TH DmuT = + = + = 因此， 30 5.84 35.84sHH H m=+=+ =地面最大浓度22.zyQuH e = ，出现在max35.8( ) 25.3422zHm = = 查表4-4，得到与z 对应的下风向距离 745.6x m= , 50.1ym = ,因此，地面最大浓度为 343221025.34. . 2.31 10 /3.14 4 35.84 2.718 50.1zyQmg muH e= = 4.3 一点状污染源连续向大气中排放 NOx,排放强度为 50kg/h,烟云高度为 85m,该高度处风速为3m
11、/s,试求下风向2500m处地面轴线上NOx的最大浓度。 已知该处的扩散参数y =80m， z =50m。若扩散参数比为常数，该污染源造成该地面 NOx 浓度可达到多少？(四川大学2006年硕士生入学考试试题） 由地面轴线浓度公式： 22232 213.89 85exp( ) exp( ) 83.69 10 /3.14 3 80 50 2 502yzzHmg mu= = Q（x,0,0,H）= 地面最大浓度为： 3max222 2 13.89 800.241 /3.14 3 85 2.718 50yzQmg muH e= = 4习题课（二） 5.1 什么是斯托克斯直径？什么是空气动力学当量直径
12、？为什么这两种颗粒直径在除尘技 术中应用最多？ Stokes直径（d s）是指在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的圆球的直径；空气动力学当量直径（d a） ，为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度的圆球的直径。 这两种直径在除尘技术中应用最多，原因在于它们与颗粒在流体中的动力学行为密切相关。 5.2 什么是颗粒的众径？什么是中位径？对于个数频率分布为对称正态分布的颗粒物，这两种直径有什么关系？ 频率密度最大时对应的粒径，称为众径（d d）；中位直径（d 50）是指累计频率等于 0.5 时对 应的粒径；对于个数频率分布为对称正态分布的颗粒物，这两种直径相等。 5.3 列举与除尘相关的粉
13、尘的物理性质。 粉尘的物理性质主要有：密度、安息角与滑动角、比表面积、含水率、润湿性、荷电性和导电性；粘附性、自燃性和爆炸性。 5.4 评价粉尘净化装置的性能指标主要有哪些？ 评价净化装置性能的指标包括技术指标和经济指标。技术指标有：处理气体流量、净化效率、压力损失；经济指标有设备费、运行费、占地面积。 6.1 如何提高沉降室的除尘效率？ 根据公式siuLWQ = ，提高沉降室除尘效率的主要途径有降低沉降室内的气流速度，增加沉降室长度，降低沉降室高度。 6.2 简要分析影响旋风除尘器效率的因素。 影响旋风除尘器效率的因素有:二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量等。 6.3 分析高比电阻
14、粉尘对电除尘器性能的影响。 高比电阻粉尘会干扰电场条件，并导致除尘效率下降。当比电阻低于 1010.cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有不良影响；当比电阻介于 1010.cm1011.cm时，火花率增加，操作电压降低；当高于 1011.cm时，集尘板粉尘层内出现火花，即产生明显的反电晕，反电晕的产生导致电晕电流密度大大降低，进而严重干扰粒子荷电和捕集。 6.4 在气体压力为1atm,温度为293K下运行的管式电除尘器。圆筒形集尘管直径为0.3m， L=2.0m，气体流量为0.075m3/h。若集尘板附近的平均场强E=1 00kV/m,粒径为1.0um的粉 5尘荷电量q=0.310-15,计
15、算该粉尘的驱进速度和除尘效率。 根据公式（6-33）得粒子的驱进速度为： 15 34440.3 10 100 101.77 10 /3 3 3.14 1.8 10 1.0 10ppqEmsd= =根据公式（6-34）得粒子的除尘效率为： 43.14 0.3 21 exp( ) 1 exp( 1.77 10 ) 99.99%0.075 3600AQ = = =6.5 设计一台电除尘器，处理气体量为1000m3 /min,要求的除尘效率至少达到98，设粒 子的有效驱进速度为6m/min，求集尘板总面积。 若板长3m，板高6m,计算所需集尘板的数 目。 由公式 1 exp( )eAQ = 得 210
16、00ln(1 ) ln(1 0.98) 652( )6eQA m= = = 由于内部的集尘板两面都可以集尘，外面的两块板仅能一面集尘，所以： (1pAAn=) 则有 6521 1 19.1 20632pAnA=+= +=B 6习题课（三） 8.1 某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，电厂燃煤含硫为 3.6%，含灰为 8%，要求脱硫效率为90%。问： (1)钙硫比为1.2 时，脱除每kgSO 2消耗多少kgCaCO 3？ (2)如果脱硫污泥为含水60%的浆液，每吨燃煤会排放多少污泥？ (1)石灰石脱硫的总化学反应式为：232 322.SO CaCO H O CaSO H O CO2+ + + 当钙
17、硫比为 1.2 时，脱除每 kg 消耗的 为 2SO3CaCO1001.2 1.875( )64kg= (2)脱硫污泥中 60为水分，其余 40包括飞灰、 ，则灰分为： 32.2CaSO H O18 % 0.08()t=：32.2CaSO H O1 3.6% 90% 1560.158( )32t= 则每吨燃煤会排放的污泥量为：0.08 0.1580.595( )40%t+= 8.2 试分析比较抛弃法和回收法烟气脱硫的优缺点。 抛弃法是指在脱硫过程中形成的固体产物被抛弃，必须连续不断地加入新鲜的化学吸收剂。回收法是指与SO 2反应后的吸收剂可连续地在一个闭合系统中再生，再生后的脱硫剂和由于损耗需
18、补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使用。抛弃法处理费用低，但脱硫剂使用量大、不利于环境保护；回收法可以处理费用高，但有较大的环境效益和经济效益。 8.3 选择烟气脱硫技术有哪些原则？应考虑哪些主要指标？ 烟气脱硫综合评价的指标有：脱硫效率、钙硫比（Ca/S） 、脱硫剂利用率、脱硫副产品的处理处置、对锅炉原有系统的影响、占地面积、工艺成熟度、流程的复杂程度等。 9.1 一锅炉每分钟燃煤1000 kg，煤炭热值为26000 kJ/kg，煤中 氮的含量为2% (质量分数)，其中20%在燃烧中转化为NOx。如果燃料型NOx 占总排放的 80%，计算： (1)此锅炉的 NOx 排放量； (2)安装 SC
19、R，要求脱氮率为90%，计算需要NH3的量。 （1）对于燃煤工业锅炉，假设燃料型 NOx 以NO形式排放，则其排放量为： 10002%20%(30/14)=8.57kg/min 燃料型 NOx占总排放的 80%,则 NOx 排放量为： 8.5710.71 / min80kg7（2）假设烟气中含95的NO和5的NO 2，按照以下反应计算氨的理论需氧量： 322322244 4686 712NH NO O N H ONH NO N H O+10.7195%(17/30)+10.715%(17/46)=5.96 kg/min=8.58t/d 9.2 试从NOx 引发的大气环境问题，指出控制NOx 排
20、放的重要性。 NOx 主要指 NO 和 NO2,会引起酸雨、温室效应等大气环境问题，因此必须采取燃烧脱氮、烟气脱硝等措施防治 NOx排放。 9.3 比较氮氧化物和硫氧化物在形成和排放控制方面的相似点和不同点。 NOx 主要是由空气中的 N2燃烧引起的，还要是汽车尾气排放产生的；SOx 主要是由化石燃料（煤、石油、天然气）等燃烧引起的。NOx 的控制主要有低氮氧化物燃烧技术、炉内喷射脱硝技术、烟气脱硝技术等；Sox 的控制主要有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。 12.1 试从全球气候变化的角度分析，可持续的能源发展战略应包括哪些内容？ 改变能源结构、提高能源转换效率、提高能源使用效率。 12.2 分析南极臭氧空洞形成的原因。为什么北极没有出现同样的问题？ 极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用，吸附并聚集 CFCs 和哈龙，非均相反应场所。北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖；周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定；不易形成极地平流层云。 12.3 酸雨的危害是什么？致酸前体物包括哪些物质？如何有效控制酸雨？ 危害：淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹；影响土壤特性，贫瘠化；破坏森林的8生长；腐蚀建筑材料及金属结构；危害人体健康角膜和呼吸道刺激。控制措施：洗煤、开发低硫燃料、改进燃烧技术、烟气脱硫脱硝、机动车尾气净化。 9
