1、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） C 855 71.25 71.25 H 113 2.5 55.25 27.625 S 10 0.3125 0.3125 H2O 22.5 1.25 0 N元素忽略。 1）理论需氧量 71.25
2、+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 ， H2O 55.25+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=11.27 m3N/kg重油。 2）干烟气量
3、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%1 0 049.4 4 6 25.71 。 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=12.33 m3N/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
4、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 C 65.7 5.475 1 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010 O 2.3 0.072 0.013 灰分 18.1 3.306g/mol 碳 水分 9.0 1.644g/mol 碳 故煤的组成为 CH0.584S0.010O0.013， 燃料的摩尔质
5、量（包括灰分和水分）为 m olCg /26.18475.5100 。燃烧方程式为 222222013.0010.0584.0 78.30 1 0.02 9 2.0)78.3( nNSOOHCONOnOSCH n=1+0.584/4+0.010 0.013/2=1.1495 1）理论空气量 kgmkgm /74.6/104.221 0 0 026.18 )78.31(1 4 9 5.1 333 ； SO2在湿烟气中的浓度为 %1 7 4.0%1 0 0186 4 4.11 4 9 5.178.30 1 0.02 9 2.01 0 1 0.0 2）产生灰分的量为 kgg /8.144%80100
6、10001.18 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 310826.6 8.144 mg/m3=2.12 104mg/m3 3）需石灰石 kg21.1 0 3%35 407.100.32%7.11 0 0 0/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
7、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(99.78264.0 25.08 2）在测定状态下，气体的摩尔体积为 m o lLPTTVPV /46.39322.133700273 4434.221 0 1 3 2 5221 112 ； 取 1m3烟气进行计算，则 SO21 20 10 6m3，排放浓度为 6 331
8、2 0 1 0 (1 8 % ) 6 4 0 .1 7 9 /3 9 .4 6 1 0 gm 。 3） 322.4566 3.37 ( 1 8% ) 295 7 / m in39.46 Nm 。 4） 3/85.522 2 .43 9 .4 60.03 Nmg。 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 mm zy 1.18,3.35 ，试求正下风方向 500m处SO2的地面浓度。 4
9、.3解： 由大气污染控制工程 P88（ 4 9）得 32222 /0 2 7 3.0)1.182 60e x p (1.183.356 80)2e x p ( mmgHu Qzzy 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mm zy 1.18,3.35 。将数据代入式 4 8得 32222 /010.0)1.182 60e x p ()3.352 50e x p (1.183.356 80)60,0
10、,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 mDT TTu DvH s ass 84.5)6.0405 2934057.25.1(4 6.020)7.25.1( ，烟囱有效高度为 mHHH s 84.3584.530 。 由大气污染控制工程 P89 （ 4 10）、（ 4 11） yzeHu Q 2m ax 2 时， mHz 34.25284
11、.352 。 取稳定度为 D级，由表 4 4查得与之相应的 x=745.6m。 此时 my 1.50 。代入上式 32m a x /2 3 1.01.50 34.2584.354 102 mge 。 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。 mxmHDDz 5.1 2 2 642.7415.2 20036015.2 当 x=2km时， xD2xD时，
12、 my 474 ， 3/1 2 0.04 7 43 6 05.32 1 8 0 mmg 计算结果表明，在 xD23.5 质量频率 /% 0.1 0.4 9.5 20.0 20.0 15.0 11.0 8.5 5.5 5.5 4.0 0.8 0.2 分级效率 /% 8 30 47.5 60 68.5 75 81 86 89.5 95 98 99 100 5.9解： %86.721iiT g 。 5.15 某种粉尘真密度为 2700kg/ m3，气体介质（近于空气）温度为 433K，压力为 101325Pa，试计算粒径为 10 和 500 m 的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。已知离心力场中颗粒
13、的旋转半径为 200mm，该处的气流切向速度为 16m/s。 5.15解： 在给定条件下 sPamkg 53 105.2,/815.0 。 当 dp=10 m ，粉尘颗粒处于 Stokes区域： smRudu tppc /768.02.016105.218 2 7 0 0)101(18 252622 。 dp=500 m ，粉尘颗粒处于牛顿区： Rudud tppcp2322 6155.0 。因此 smR udu tppc /2.8003.3 2 。经验证， Rep=1307500，假设成立。 第六章 除尘装置 6.5 试确定旋风除尘器的分割粒径和总效率，给定粉尘的粒径分布如下： 平均粒径 d
14、p/m 1 5 10 20 30 40 50 60 60 重量百分数（ %） 3 20 15 20 16 10 6 3 7 已知气体粘度 210-5Pas，颗粒比重 2.9，旋风除尘器气体入口速度 15m/s，气体在旋风除尘 器内的有效旋转圈数为 5 次；旋风除尘器直径 3m，入口面积76cm2。 解：由 =210-5Pas查附录 6，空气温度 T=273+60=333K。 由 涡流指数 公 式： 3.014.0283)(67.011 TDn=1- 3.014.02 8 33 3 3)3.0(67.01 =1-0.4341.05 =0.54 已知： D=3m，取 排气管直径 de=1.5m，
15、取内、外涡旋交界圆柱的直径 d0=0.7 de。 由式： nTRV =常数 15 54.023.0常数 = 54.00 215.07.0 tV则 54.054.00 2/15.07.0 2/3.015 tV=26.4m/s 旋风除尘器气体入口速度 15m/s，入口面积 76cm2，处理气量为 0.114m3/s。r0 和 h0 分别为交界圆柱面的半径和高度 。 气体在旋风除尘器内的有效旋转圈数为 Ne=5次 ， 排气管下缘至锥顶的高度 h0=5为 2.58m0r =0.71.5/2=0.525m。 取 hi=3D=3 0.3=0.9m 52/ eNHLh, 0h =, 75.07.02 1 1
16、 4.02 00 hrqV vr 令 p =2.9 103kg/m3， sPa 5102 ， 0r =, rV =, W=0.76m， Vc=15m/s， 代入上式得 dc=11.78 m 。 由式 4.26109.2 5 2 5.01021818 3520 0tp rc V rVd 令 =50%， N=5， Vc=15m/s， p =2.9 103kg/m3， W=0.76m， sPa 5102 ，代入上式得 dc=11.78 m 。 22)/(1 )/( cpi cpii dd dd计算各粒径粉尘分级效率，由此得总效率 %3.55 ii g 取 hi=3D=30.3=0.9m 254.26
17、9.02 9 0 077 76.015100.281.9 cd=0.19810-4 =0.19810-4m =19.8m 由 雷思一利希特模式计算其它粒子的分级效率 116 9 3 1.0e x p1 npi dcd = 154.016 9 3 1.0e x p1cpdd 以 mdp 1 为例，则 i 65.08.1916 9 3.0e x p1=1-0.905 =9.5% 其他类推： d: 1 5 20 20 30 40 50 60 60 i/% 9.5 24.6 35.9 50.2 59.7 66.5 71.8 75.9 75.9 gi/% 3 20 15 20 16 10 6 3 7 总
18、 =gii=48.7% 答：旋风除尘器的分割粒径 dc=19.8m，总效率为 48.7%。 6.8 欲设计一个用于取样的旋风分离器，希望在入口气速为 20m/s时，其空气动力学分割直径为 1 m 。 1）估算该旋风分离器的筒体外径； 2）估算通过该旋风分离器的气体流量。 6.8 解： )9(e x p 1 2 ipcWDNV 因 )/(1 0 0 0 322 mkgDD ppppa 单位取单位 ，故 pD2 1000 2paD ； 由题意，当 smV c /20%,50 。取 sPa 51082.1 ， N=10，代入上式 )1082.19 1 0 0 0)100.1(2010(e x p 1
19、%50 5 26 iW，解得 Wi=5.5mm 。 根据一般旋风除尘器的尺寸要求， D0=4Wi=2.2cm； H 2 Wi=1.1cm。 气体流量 Q=A.V=H.W.Vc=1.21 10 3m3/s 6.12 板间距为 25cm的板式电除尘器的分割直径为 0.9 m ，使用者希望总效率不小于 98%，有关法规规定排气中含尘量不得超过 0.1g/m3。假定电除尘器入口处粉尘浓度为 30g/m3，且粒径分布如下： 质量百分比范围 /% 020 2040 4060 6080 80100 平均粒径 / m 3.5 8.0 13.0 19.0 45.0 并假定德意希方程的形式为 kdpe1 ，其中
20、捕集效率； K 经验 常数； d 颗粒直径。试确定： 1）该除尘器效率能否等于或大于 98%； 2）出口处烟气中尘浓度能否满足环保规定； 3）能否满足使用者需要。 6.12 解： 1）由题意 77.0)9.0e x p (15.0 kk dp=3.5 m ， %2.93)5.377.0e x p (11 dp=8.0 m ， %8.99)0.877.0e x p (12 dp=13.0 m ， %1 0 0)0.1377.0e x p (13 故 %98%6.9832.01%8.992.0%2.932.0 2） 301%6.98 2i ，则 i2 =0.42g/m30.1g/m3。不满足环保规
21、定和使用者需要。 6.19 水以液气比 12L/m3的速率进入文丘里管，喉管气速 116m/s，气体粘度为 1.845 10 5Pa.s，颗粒密度为 1.789g/cm3，平均粒径为 1.2 m ， f 取 0.22。求文丘里管洗涤器的压力损失和穿透率。 6.19 解 ： Ocm HQQvp glT 232323 1 6 6 31012)1 1 6 0 0(1003.1)(1003.1 坎宁汉修正 1 4 3.12.11 7 2.011 7 2.01 pC dC0)10845.1( 1 6 6 322.02.1143.1789.11101.6e x p 101.6e x p 242292229
22、 gpCglipfdCP6.20 设计一个带有旋风分离器的文丘里洗涤器，用来处理锅炉在 1atm 和 510.8K 条件下排出的气流，其流量为 7.1m3/s，要求压降为 152.4cmH2O，以达到要求的处理效率。估算洗涤器的尺寸。 6.20解： 设气液比 1L/m3， dp=1.2 m ， 3/8.1 cmgp ， f=0.25。在 1atm与 510.K下查得 sPag 51099.2 。 由 Ocm HvQQvp glT 232323 4.1 5 2100.11003.1)(1003.1 可解得 v=121.6m/s。故喉管面积 20 5 8.06.1 2 11.7 mS ， DT=2
23、72mm。 取喉管长度 300mm，通气管直径 D1=544mm。 241 ， 62 ，则 mmmct gDDL T 64.064022 111 ， mct gDDL T 13.322 222 （取 D2=600mm）。 6.27 除尘器系统的处理烟气量为 10000m3/h，初始含尘浓度为 6g/m3，拟采用逆气流反吹清灰袋式除尘器，选用涤纶绒布滤料，要求进入除尘器的气体温度不超过 393K，除尘器压力损失不超过 1200Pa，烟气性质近似于空气。试确定： 1）过滤速度； 2）粉尘负荷； 3）除尘器压力损失； 4）最大清灰周期； 5）滤袋面积； 6）滤袋的尺寸（直径和长度）和滤袋条数。 6.
24、27 解： 1）过滤气速估计为 vF=1.0m/min。 2）除尘效率为 99%，则粉尘负荷 2/94.5699.0 mtgtCtvW F 。 3）除尘器 压力损失可考虑为 pEt PPPP tP 为清洁滤料损失，考虑为 120Pa； PavSP FEE 3 5 0 ； )m i n / (50.9,43.5694.515.9 22 mgNRtP atCtvRP ppp 取； 故 )(43.5647 0)(43.5612 035 0 PatPatPPPP pEt 。 4）因除尘器压降小于 1200Pa，故 m i n9.12,1 2 0 0)(43.564 7 0 tPat 即最大清灰周期。 5） 22 4 02 7 3160 3 9 31 0 0 0 060 mvQA F 。 6）取滤袋 d=0.8m， l=2m。 203.5 mdla ， 7.47 aAn ，取 48条布袋。
