大气污染控制工程课后题答案解析文档格式.docx
- 文档编号:20863867
- 上传时间:2023-01-26
- 格式:DOCX
- 页数:43
- 大小:50.60KB
大气污染控制工程课后题答案解析文档格式.docx
《大气污染控制工程课后题答案解析文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大气污染控制工程课后题答案解析文档格式.docx(43页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
85.5%H:
11.3%O:
2。
0%N:
0.2%S:
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。
1kg燃油含:
重量(g)摩尔数(g)需氧数(g)
C85571。
2571.25
H113-2。
555。
2527。
625
S100.31250。
3125
H2O22。
51.250
N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,
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×
10.62=11。
68m3N/kg重油,
产生烟气量为11。
267+0.1×
10。
62=12。
33m3N/kg重油。
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.
相对于碳元素作如下计算:
%(质量)mol/100g煤mol/mol碳
C65.75。
4751
H3。
23.20。
584
S1。
70。
0530.010
O2。
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。
燃烧方程式为
n=1+0。
584/4+0.010-0.013/2=1.1495
1)理论空气量;
SO2在湿烟气中的浓度为
2)产生灰分的量为
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mg/m3=2.12×
104mg/m3
3)需石灰石/t煤
3煤的元素分析结果如下S0。
6%;
7%;
C79。
5%;
N0。
9%;
O4。
7%;
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。
按燃烧1kg煤计算
重量(g)摩尔数(mol)需氧数(mol)
C79566。
2566。
25
H31.12515。
56257。
78
S60。
18750。
1875
H2O52.8752.940
设干空气中N2:
O2体积比为3.78:
1,
所需理论空气量为4。
78×
(66。
25+7。
78+0.1875)=354.76mol/kg煤.
理论烟气量CO266.25mol,SO20。
1875mol,H2O15。
5625+2。
94=18。
50mol
N2
总计66。
25+`8。
50+0.1875+280.54=365。
48mol/kg煤
实际烟气量365。
48+0.2×
354.76=436.43mol/kg煤,SO2浓度为。
2.4某锅炉燃用煤气的成分如下:
H2S0。
2%;
CO25%;
O20.2%;
CO28.5%;
H213。
CH40。
N252。
4%;
空气含湿量为12g/m3N,,试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟气量。
取1mol煤气计算
H2S0.002mol耗氧量0。
003mol
CO20.05mol0
CO0.285mol0.143mol
H2(0。
13—0.004)mol0.063mol
CH40.007mol0。
014mol
共需O20.003+0。
143+0.063+0。
014=0。
223mol。
O2体积比为3。
78:
1,则理论干空气量为0。
223×
(3.78+1)=1.066mol。
取,则实际干空气1。
2×
066mol=1.279mol。
空气含湿量为12g/m3N,即含H2O0。
67mol/m3N,14。
94L/m3N。
故H2O体积分数为1。
493%。
故实际空气量为。
烟气量SO2:
0.002mol,CO2:
285+0.007+0。
05=0。
342mol,N2:
3.78+0.524=1。
367mol,H2O0.002+0。
126+0。
014+1。
298×
1.493%+0。
004=0。
201mol
故实际烟气量0.002+0。
342+1。
367+0.201+0。
1.066=2.125mol
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)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。
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
2)在测定状态下,气体的摩尔体积为
;
取1m3烟气进行计算,则SO2120×
10-6m3,排放浓度为
3).
4)。
6煤炭的元素分析按重量百分比表示,结果如下:
氢50%;
碳75。
8%;
氮1。
硫1.6%;
氧7。
4%;
灰8.7%,燃烧条件为空气过量20%,空气的湿度为0.0116molH2O/mol干空气,并假定完全燃烧,试计算烟气的组成。
按1kg煤进行计算
C75863.1763。
17
H40。
7520。
37510。
19
S160.50.5
H2O83.254。
6250
需氧63。
17+10。
19+0。
5=73。
86mol
1,则干空气量为73。
86×
4.78×
1.2=423。
66mol,
含水423。
66×
0.0116=4.91mol。
烟气中:
CO263.17mol;
SO20。
5mol;
H2O4。
91+4。
625+20.375=29。
91mol;
N2:
73。
78=279.19mol;
过剩干空气0。
73.86×
4.78=70.61mol。
实际烟气量为63。
17+0.5+29.91+279。
19+70.61=443.38mol
其中CO2;
SO2;
H2O;
N2。
O2。
7运用教材图2-7和上题的计算结果,估算煤烟气的酸露点。
SO2含量为0.11%,估计约1/60的SO2转化为SO3,则SO3含量
,即PH2SO4=1.83×
10-5,lgPH2SO4=—4.737。
查图2-7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。
8燃料油的重量组成为:
C86%,H14%.在干空气下燃烧,烟气分析结果(基于干烟气)为:
O21。
5%;
CO600×
10-6(体积分数)。
试计算燃烧过程的空气过剩系数.解:
以1kg油燃烧计算,
C860g71.67mol;
H140g70mol,耗氧35mol。
设生成COxmol,耗氧0.5xmol,则生成CO2(71.67-x)mol,耗氧(71。
67-x)mol。
烟气中O2量。
总氧量,干空气中N2:
1,则含N23.78×
(106。
67+24。
5x)。
根据干烟气量可列出如下方程:
解得x=0。
306
故CO2%:
;
N2%:
空气过剩系数
3.1一登山运动员在山脚处测得气压为1000hPa,登山到达某高度后又测得气压为500hPa,试问登山运动员从山脚向上爬了多少米?
由气体静力学方程式,大气中气压随高度的变化可用下式描述:
(1)
将空气视为理想气体,即有
可写为
(2)
将
(2)式带入
(1),并整理,得到以下方程:
假定在一定范围内温度T的变化很小,可以忽略。
对上式进行积分得:
即(3)
假设山脚下的气温为10。
C,带入(3)式得:
得
即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。
3.2在铁塔上观测的气温资料如下表所示,试计算各层大气的气温直减率:
,,,,,并判断各层大气稳定度.
高度Z/m
5
10
30
50
气温T/K
298
297。
297.5
297.3
,不稳定
不稳定。
3.3在气压为400hPa处,气块温度为230K。
若气块绝热下降到气压为600hPa处,气块温度变为多少?
4试用下列实测数据计算这一层大气的幂指数m值。
20
40
风速u/m.s-1
3.0
3.5
3.9
2
4.5
由《大气污染控制工程》P80(3-23),,取对数得
设,,由实测数据得
x
301
0.477
0.602
0.699
y
0.0669
0.1139
0.1461
1761
由excel进行直线拟合,取截距为0,直线方程为:
y=0。
2442x
故m=0。
2442。
3.5某市郊区地面10m高处的风速为2m/s,估算50m、100m、200m、300m、400m高度处在稳定度为B、D、F时的风速,并以高度为纵坐标,风速为横坐标作出风速廓线图。
稳定度D,m=0.15
稳定度F,m=0。
风速廓线图略。
6一个在30m高度释放的探空气球,释放时记录的温度为11.0。
C,气压为1023hPa。
释放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。
1)估算每一组数据发出的高度;
2)以高度为纵坐标,以气温为横坐标,作出气温廓线图;
3)判断各层大气的稳定情况。
测定位置
3
4
6
7
9
气温/。
C
9。
12。
14。
15。
13。
13.0
1.6
0.8
气压/hPa
1012
1000
988
969
909
878
850
725
700
1)根据《AirPollutionControlEngineering》可得高度与压强的关系为
将g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8。
31J/(mol。
K)代入上式得.
当t=11。
C,气压为1023hPa;
当t=9.8。
C,气压为1012hPa,
故P=(1023+1012)/2=1018Pa,T=(11.0+9.8)/2=10.4。
C=283。
4K,dP=1012—1023=-11Pa。
因此,z=119m。
同理可计算其他测定位置高度,结果列表如下:
9.8
15.0
12.6
高度差/m
89
99
101
163
536
290
271
1299
281
高度/m
119
218
319
482
1018
1307
1578
2877
3158
2)图略3),不稳定;
,逆温;
,稳定;
,稳定。
7用测得的地面气温和一定高度的气温数据,按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。
测定编号
1
地面温度/.C
21。
25.0
30.0
458
763
580
2000
500
相应温度/。
26。
15.6
8。
5。
20。
28。
,故,逆温;
,故,稳定;
,故,不稳定;
,故,不稳定;
,故,不稳定;
,故逆温。
8确定题3.7中所给的每种条件下的位温梯度。
以第一组数据为例进行计算:
假设地面大气压强为1013hPa,则由习题3.1推导得到的公式,代入已知数据(温度T取两高度处的平均值)即
由此解得P2=961hPa.
由《大气污染控制工程》P72(3-15)可分别计算地面处位温和给定高度处位温:
故位温梯度=
同理可计算得到其他数据的位温梯度,结果列表如下:
地面温度/。
30。
28.0
位温梯度/
K/100m
22
0.27
-0.17
-0.02
-1.02
42
9假如题3.7中各种高度处的气压相应为970、925、935、820、950、930hPa,确定地面上的位温。
以第一组数据为例进行计算,由习题3.1推导得到的公式,设地面压强为P1,代入数据得到:
,解得P1=1023hPa。
因此
同理可计算得到其他数据的地面位温,结果列表如下:
21.1
25。
26.7
8.9
地面压强/hPa
1023
1002
1040
1006
1007
地面位温/。
292。
293。
288.4
294。
302。
1污染源的东侧为峭壁,其高度比污染源高得多。
设有效源高为H,污染源到峭壁的距离为L,峭壁对烟流扩散起全反射作用。
试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。
当吹北风时,这一模式又变成何种形式?
吹南风时以风向为x轴,y轴指向峭壁,原点为点源在地面上的投影。
若不存在峭壁,则有
现存在峭壁,可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和.
实源
虚源
因此+
=
刮北风时,坐标系建立不变,则结果仍为上式。
4.2某发电厂烟囱高度120m,内径5m,排放速度13。
5m/s,烟气温度为418K。
大气温度288K,大气为中性层结,源高处的平均风速为4m/s。
试用霍兰德、布里格斯(x〈=10Hs)、国家标准GB/T13201-91中的公式计算烟气抬升高度。
霍兰德公式
布里格斯公式
且x<
=10Hs.此时.
按国家标准GB/T13201-91中公式计算,
因QH>
=2100kW,Ts-Ta〉=130K>
35K.
(发电厂位于城市近郊,取n=1.303,n1=1/3,n2=2/3)
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,试求正下风方向500m处SO2的地面浓度。
由《大气污染控制工程》P88(4-9)得
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。
将数据代入式4-8得
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。
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。
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。
由霍兰德公式求得
,烟囱有效高度为.
由《大气污染控制工程》P89(4-10)、(4-11)
时,.
取稳定度为D级,由表4-4查得与之相应的x=745.6m。
此时。
代入上式。
6地面源正下风方向一点上,测得3分钟平均浓度为3.4×
10-3g/m3,试估计该点两小时的平均浓度是多少?
假设大气稳定度为B级.
由《大气污染控制工程》P98(4-31)
(当,q=0。
3)
7一条燃烧着的农业荒地可看作有限长线源,其长为150m,据估计有机物的总排放量为90g/s.当时风速为3m/s,风向垂直于该线源。
试确定线源中心的下风距离400m处,风吹3到15分钟时有机物的浓度。
假设当时是晴朗的秋天下午4:
00.试问正对该线源的一个端点的下风浓度是多少?
有限长线源。
首先判断大气稳定度,确定扩散参数。
中纬度地区晴朗秋天下午4:
00,太阳高度角30~35。
左右,属于弱太阳辐射;
查表4—3,当风速等于3m/s时,稳定度等级为C,则400m处。
其次判断3分钟时污染物是否到达受体点.因为测量时间小于0.5h,所以不必考虑采样时间对扩散参数的影响。
3分钟时,污染物到达的距离,说明已经到达受体点.
有限长线源
距离线源下风向4m处,P1=-75/43.3=-1。
732,P2=75/43.3=1。
732;
代入上式得
端点下风向P1=0,P2=150/43。
3=3.46,代入上式得
4.8某市在环境质量评价中,划分面源单元为1000m×
1000m,其中一个单元的SO2排放量为10g/s,当时的风速为3m/s,风向为南风。
平均有效源高为15m。
试用虚拟点源的面源扩散模式计算这一单元北面的邻近单元中心处SO2的地面浓度.
设大气稳定度为C级,.
当x=1。
0km,。
由《大气污染控制工程》P106(4-49)
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。
设大气稳定度为C级。
当x=2km时,xD<
x〈2xD,按x=xD和x=2xD时浓度值内插计算.
x=xD时,,代入《大气污染控制工程》P88(4-9)得
x=2xD时,,代入P101(4-36)得
通过内插求解
当x=6km〉2xD时,,
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。
由所给气象条件应取稳定度为E级.查表4-4得x=12km处,。
4.11某污染源SO2排放量为80g/s,烟气流量为265m3/s,烟气温度为418K,大气温度为293K。
这一地区的SO2本底浓度为0.05mg/m3,设,,m=0.25,试按《环境空气质量标准》的二级标准来设计烟囱的高度和出口直径。
按《大气污染控制工程》P91(4-23)
由P80(3-23)
按城市及近郊区条件,参考表4-2,取n=1。
303,n1=1/3,n2=2/3,代入P91(4-22)得
《环境空气质量标准》的二级标准限值为0.06mg/m3(年均),代入P109(4-62)
=
解得
于是Hs〉=162m。
实际烟囱高度可取为170m。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大气污染 控制工程 课后 答案 解析