大气污染控制工程作业习题解答(2-4章)

作业习题解答第二章燃烧与大气污染2.1已知重油元素分析结果如下：C：85.5%H：11.3%O：2.0%N：0.2%S：1.0%，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；3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。2.1解：1kg燃油含：重量（g）摩尔数（g）需氧数（g）C85571.2571.25H113－2.555.2527.625S100.31250.3125H2O22.51.250N元素忽略。1）理论需氧量71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O2：N2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。即474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。烟气组成为CO271.25mol，H2O55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=374.93mol。理论烟气量71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27m3N/kg重油。2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg重油。SO2百分比浓度为%07.0%10049.4463125.0，空气燃烧时CO2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71。3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m3N/kg重油，产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33m3N/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）1）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）；2）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度（以mg/m3表示）；3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca35%。当Ca/S为1.7（摩尔比）时，计算燃煤1t需加石灰石的量。2.2解：相对于碳元素作如下计算：%（质量）mol/100g煤mol/mol碳C65.75.4751H3.23.20.584S1.70.0530.010O2.30.0720.013灰分18.13.306g/mol碳水分9.01.644g/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molCg/26.18475.5100。燃烧方程式为222222013.0010.0584.078.3010.0292.0)78.3(nNSOOHCONOnOSCHn=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.14951）理论空气量kgmkgm/74.6/104.22100026.18)78.31(1495.1333；SO2在湿烟气中的浓度为%174.0%10018644.11495.178.3010.0292.01010.02）产生灰分的量为kgg/8.144%8010010001.18烟气量（1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18）×1000/18.26×22.4×10－3=6.826m3/kg灰分浓度为310826.68.144mg/m3=2.12×104mg/m33）需石灰石kg21.103%35407.100.32%7.11000/t煤2.5干烟道气的组成为：CO211%（体积），O28%，CO2%，SO2120×10－6（体积分数），颗粒物30.0g/m3（在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg和443K条件下为5663.37m3/min，水气含量8%（体积）。试计算：1）过量空气百分比；2）SO2的排放浓度（3/mg）；3）在标准状态下（1atm和273K），干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。2.5解：1）N2%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99%由《大气污染控制工程》P46（2－11）空气过剩%5.50%100)25.08(99.78264.025.082）在测定状态下，气体的摩尔体积为molLPTTVPV/46.39322.1337002734434.22101325221112；取1m3烟气进行计算，则SO2120×10－6m3，排放浓度为63312010(18%)640.179/39.4610gm。3）322.45663.37(18%)2957/min39.46Nm。4）3/85.5222.439.460.03Nmg。2.9解：（1）102.23t,(2)42.178t,3.25t.第四章大气扩散浓度估算模式4.3某污染源排出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处的mmzy1.18,3.35，试求正下风方向500m处SO2的地面浓度。4.3解：由《大气污染控制工程》P88（4－9）得32222/0273.0)1.18260exp(1.183.35680)2exp(mmgHuQzzy4.4在题4.3所给的条件下，当时的天气是阴天，试计算下风向x=500m、y=50m处SO2的地面浓度和地面最大浓度。4.4解：阴天稳定度等级为D级，利用《大气污染控制工程》P95表4－4查得x=500m时mmzy1.18,3.35。将数据代入式4－8得32222/010.0)1.18260exp()3.35250exp(1.183.35680)60,0,50,500(mmg。4.5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。4.5解：由霍兰德公式求得mDTTTuDvHsass84.5)6.04052934057.25.1(46.020)7.25.1(，烟囱有效高度为mHHHs84.3584.530。由《大气污染控制工程》P89（4－10）、（4－11）yzeHuQ2max2时，mHz34.25284.352。取稳定度为D级，由表4－4查得与之相应的x=745.6m。此时my1.50。代入上式32max/231.01.5034.2584.354102mge。4.9某烧结厂烧结机的SO2的排放量为180g/s，在冬季下午出现下沉逆温，逆温层底高度为360m，地面平均风速为3m/s，混和层内的平均风速为3.5m/s。烟囱有效高度为200m。试计算正下风方向2km和6km处SO2的地面浓度。4.9解：设大气稳定度为C级。mxmHDDz5.122642.7415.220036015.2当x=2km时，xDx2xD，按x=xD和x=2xD时浓度值内插计算。x=xD时，mmzy42.74,26.118，代入《大气污染控制工程》P88（4－9）得322221/050.0)42.742200exp(42.7426.1185.3180)2exp(mmgHuQzzyx=2xD时，mmzy10.139,41.221，代入P101（4－36）得3222/257.041.2213605.32180)2exp(2mmgyDuQyy；通过内插求解3/181.0)5.12262000(5.1226050.0257.005.0mmg当x=6km2xD时，my474，3/120.04743605.32180mmg计算结果表明，在xD=x=2xD范围内，浓度随距离增大而升高。4.10某硫酸厂尾气烟囱高50m，SO2排放量为100g/s。夜间和上午地面风速为3m/s，夜间云量为3/10。当烟流全部发生熏烟现象时，确定下风方向12km处SO2的地面浓度。4.10解：由所给气象条件应取稳定度为E级。查表4－4得x=12km处，mmzy4.87,4277。mHyyf25.4338504278，mHhzf8.2244.87250234/10365.125.4338.224321002)50,0,0,12000(mghuQyffF。