大氣污染控制工程郝吉明第三版課后答案郝吉明

大氣污染控制工程

-課后答案-

（第三版）主編：郝吉明馬泛博王書肖

目錄

第一章概論

第二章燃燒與大氣污染

第三章大氣污染氣象學(xué)

第四章大氣擴(kuò)散濃度估算模式

第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

第六章除塵裝置

第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

第八章硫氧化物的污染控制

第九章固定源氮氧化物污染控制

第十章?lián)]發(fā)性有機(jī)物污染控制

第十一章城市機(jī)動車污染控制

第一章概論

1.1干結(jié)空氣中N、0、Ar和CO氣體所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是多少？

222

解：按Imol干空氣計(jì)算，空氣中各組分摩爾比即體積比，故n-0.781mol,n=0.209mol,n=0.00934mol,

X2Ar

n=0?00033mol.質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為

E

，；

1.2根據(jù)我國的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)，求出S0?NO、CO三種污染物日平均濃度限值的體積

分?jǐn)?shù).

解：由我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)查得三種污染物日平均濃度限值如下：

S02：0。15mg/m3,N02：0.12mg/m?,CO：4。00mg/imo按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下加，干空氣計(jì)算，其摩爾數(shù)為.故三種

污染物體積百分?jǐn)?shù)分別為：

SO：,N0：

22

GO：o

1.3CC1氣體與空氣混合成體積分?jǐn)?shù)為1.50X10，的混合氣體，在管道中流動的流量為10m*/s,試確定：

4X.

1）CC1在混合氣體中的質(zhì)量濃度（g/仙）和摩爾濃度c2）每天流經(jīng)管道的CC1質(zhì)量是多少干

■IXX4

克？

解：1）（g/ms）

c（mol/m3）.

N

2）每天流經(jīng)管道的CC1質(zhì)量為1。031X10X3600X24X10-<kg=891kg

lo4成人每次吸入的空氣量平均為500cm“假若每分鐘呼吸15次，空氣中顆粒物的濃度為200/m>試計(jì)算

每小時沉積于肺泡內(nèi)的顆粒物質(zhì)量.已知該顆粒物在肺泡中的沉降系數(shù)為0。12。

解：每小時沉積量200X（500X15X6CX10T）X0.12=10?8

1.5設(shè)人體肺中的氣體含C0為2.2X10-,平均含氧量為19.5%.如果這種濃度保持不變，求COHb濃度最

終將達(dá)到飽和水平的百分率。

解：由《大氣污染控制工程》P14（1-1）,MZM=210

COHb飽和度

1.6設(shè)人體內(nèi)有4800mL血液，每100位血液中含20mL氧。從事重體力勞動的人的呼吸量為4.2L/min,

受污染空氣中所含C0的濃度為10』如果血液中C0水平最初為：1）0%；2）森,計(jì)算血液達(dá)到7%的C0

飽和度需要多少分鐘。設(shè)吸入肺中的CC全被血液吸收。

解：含氧總量為。不同C0百分含量對應(yīng)C0的量為：

2%：,7%：

1）最初C0水平為0%時；

2）最初C0水平為2%時

1.7粉塵密度HOOkg/nn,平均粒徑1.4,在大氣中的濃度為0.加g/m，,對光的折射率為2.2,計(jì)算大氣的

最大能見度。

解：由《大氣污染控制工程》P18（1-2）,最大能見度為

第二章燃燒與大氣污染

2.1已知重油元素分析結(jié)果如下：C：85o5%H：11.3%0：2.0%N：0.2%S：1.0%,試計(jì)算：1）

燃油1kg所需理論空氣量和產(chǎn)生的理論煙氣量；

2）干煙氣中SO的濃度和CO的最大濃度：

3）當(dāng)空氣的過剩量為10%時，所需的空氣量及產(chǎn)生的煙氣量。

解：1kg燃油含:

分量（g）摩爾數(shù)（g）需氧數(shù)（g）

C85571.2571.25

H113-2.555.2527.625

S100.31250.3125

H022.51。250

N元素忽略.

1）理論需氧量71。25+27.625+0o3125=99。1875moi/kg

設(shè)干空氣0:N體積比為1：3。78,則理論空氣埴99.1875X4.78=474.12mol/kg重油。即474。12X22。

32

4/1000=10。62nv</kg重油。

煙氣組成為C071,25mol,H055.25+1。25=56.50mol,S00.1325moLN3.78X99。1875=374.93mol.

2t22

理論煙氣量7U25+56.50+0o3125+374.93=502.99mol/kg重油.即502.99X22.4/1000=11.27ms/kg量

油。

2）干煙氣量為502o99-56.50=446.49nol/kg重油。

SO百分比濃度為，

空氣燃燒時co存在最大濃度.

2

3）過?？諝鉃?0%時，所需空氣量為1.1X10.62=1lo68ms/kg重油，

產(chǎn)生煙氣量為11.267+0.1X10.62=12.33的/kg重油。

2。2普通煤的元素分析如下：C65.7%；友分18。1%：SL7%：H3。2%;水分9.假；02.3%。（含N量不計(jì)）

1）計(jì)算燃煤1kg所需要的理論空氣量卻SO在煙氣中的濃度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)）；

2）假定煙塵的排放因子為80%,計(jì)算燦氣中灰分的濃度（以mg/nu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(dāng)Ca/S為1。7（摩爾比）時，計(jì)算燃煤It

需加石灰石的量.

解：相對于碳元素作如下計(jì)算：

%（質(zhì)量）mol/100g煤mol/mol碳

C65.75?4751

H3。23。20?584

S1.70。0530.010

02.30o0720o013

灰分18.13?306g/mol碳

水分9。01.644g/mol碳

故煤的組成為CHS0,

燃料的摩爾質(zhì)量（包括灰分和水分）為，燃燒方程式為

n=l+0.584/4+0.OlO-Oo013/2=1.1495

1）理論空氣量：

SO在濕煙氣中的濃度為

2）’產(chǎn)生灰分的量為

煙氣量（1+0。292+0.010+3.78X1.1495+1,644/18）X1000/18。26X22。4X10-s=6.826m?/kg

灰分濃度為mg/m：?=2o12XlOtmg/ms

3）需石灰石八煤

2。3煤的元素分析結(jié)果如下S0.6%；H3.7%：C79?5%：N0.9%;04.7%；灰分10。6%o在空氣過剩20%條

件5徹底燃燒。計(jì)算煙氣中S0的濃度。

2

解：按燃燒煤計(jì)算

分量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧數(shù)（mol）

C79566。2566.25

H31.12515.56257。78

S60.18750o1875

HO52。8752。940

設(shè)干空氣中N:0體積比為3.78：I,

:I

所需理論空氣量為4。78X（66.25+7,78+0.1875）=354。76mol/kg煤。

理論煙氣量C0266。25mo1,S020。1875mol,H2015.5625+2。94=18.50mol

N

2

總計(jì)66?25+、8.50+0.1875+28054=365。48mol/kg煤

實(shí)際煙氣量365.48+0.2X354o76=436.43mol/kg煤，SO%濃度為。

2.4某鍋爐燃用煤氣的成份如下：HS0。2%：CO5%;00.2%;C028.5%；H13.0%；CH0.7%：N52.4%：空氣

含濕量為12g/nu,,試求實(shí)際需要的%氣量和燃應(yīng)時產(chǎn)處的實(shí)際煙氣量。

解：取1ml煤氣計(jì)算

HS0.002mol耗氧量0。003mol

CO0.05mol0

CO0.285mol0?143mol

II(0.13-0.004)mol0.063mol

2

CH0.007molC.014mol

共100,003+0.143+0.063+0.014=0.223moL設(shè)干空氣中N:0體積比為3.78：1,則理論干空氣量為

2I2

0.223X(3o78+l)=lo066mo1。取，則實(shí)際干空氣1。2X1.066mol=l.279mol.

空氣含濕量為12g/nv<,即含H00。67mol/nv,14.94L/故H0體積分?jǐn)?shù)為1。493%。故實(shí)際空氣量

N2AN2

為。

煙氣總SO:0o002mol,CO285+0.007+0。05=0。342mo1,N：0.223X3。78+0.524=1.367mol,H00。

iiit

002+0.126+0.014+1.298Xlo493%+0.004=0.201mol

故實(shí)際煙氣量o.002+0.342+1.367+0.201+0,2X1.066=2,125mol

2.5干煙道氣的組成為：CO11%(體積)，08$,C02%,S0120X10-*(體積分?jǐn)?shù))，顆粒物30.0g/g(在

測定狀態(tài)下)，煙道氣流流量在700mnHg和443K條件下為5663,37m./min,水氣含量8%(體積).

試計(jì)算：1)過猛空氣百分比；2)SO的排放濃度()；3)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(latm和273K),干煙道體積；

4)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度.

解：1)N%=1-11%-8%-2%-0.012%=78.99^

2

由《大氣污染控制工程》P46(2-11)

空氣過剩

2)在測定狀態(tài)下,氣體的摩爾體積為

取1m1煙氣進(jìn)行計(jì)算，則SO120X10-加，排放濃度為

2

3)o

4).

2.6煤炭的元素分析按分量百分比表示，結(jié)果如下:氨5,俄;碳75。8%；氮1.5%：硫U弱;氧7.4%；灰8。

7%,燃燒條件為空氣過量20%,空氣的濕度為0。0116molH0/mol干空氣，并假定徹底燃燒，試計(jì)算煙氣的

2

組成.

解：按1kg煤進(jìn)行i十算

分量(g)摩爾數(shù)(mol)需氧數(shù)(mol)

c75863.1763.17

H40?7520.37510.19

S160.50.5

H083.254。6250

需氧63.17+10.19+0o5=73.86mol

設(shè)干空氣中N：0體積比為3.78：1,則干空氣量為73。86X4。78X1.2=423.66moL

22

含水423o66X0。0116=4.91mo1。

煙氣中：CO63。17mol；SO0.5mol；H04.91+4.625+20.375=29。91mol;

N:73.86X3,78=279.19mo1小剩干空氣0。2X73.86X4.78=70.61mol.

2

實(shí)際煙氣量為63.17+0.5+29o91+279.19+70.61=443。38mol

其中CO；SO；

22

H0:N.

22

0；°

2.7運(yùn)用教材圖2-7和上題的計(jì)算結(jié)果，估算煤煙氣的酸露點(diǎn)。

解：SO含量為0.11%,估計(jì)約1/60的SO轉(zhuǎn)化為SO,則SO含量

2233

,即P=1.83X10-5,1gP=—4。737。

查圖2-7得煤煙氣酸露點(diǎn)約為134攝氏度。

2.8燃料油的分量組成為：C86%,由餞。在干空氣下燃燒,煙氣分析結(jié)果(基于干煙氣)為:01。5%；C0600

X10f(體積分?jǐn)?shù))。試計(jì)算燃燒過程的空氣過剩系數(shù)c解：以1kg汕燃燒計(jì)算，

C860g71.67mol;

H140g70mol?耗氧35moi。

設(shè)生成COxmol,耗氧Oc5xmol,則生成C?(71。67-x)mol,耗氧(71。67-x)mol。

煙氣中0量。

2

總氧量，干空氣中N：0體積比為3.78：1,則含N3。78X(106。67+24.5x).根據(jù)干煙氣量可列出如下

222

方程:

,解得x=0o306

故00%：；

N%:

*

由《大氣污染控制工程》P46(2-11)

空氣過剩系數(shù)

第三章大氣污染氣象學(xué)

3o1-登山運(yùn)動員在山腳處測得氣壓為1000hPa,登山到達(dá)某高度后又測得氣壓為500hPa,試問登山運(yùn)

動員從山腳向上爬了多少米？

解：由氣體靜力學(xué)方程式,大氣中氣壓隨高度的變化可用下式描述：

(1)

將空氣視為理想氣體，即有

可寫為(2)

將(2)式帶入(1),并整理，得到以下方程：

假定在一定范圍內(nèi)溫度T的變化很小，可以忽略。對上式進(jìn)行積分得：

即⑶

假設(shè)山腳下的氣溫為10C帶入(3)式得：

得

即登山運(yùn)動員從山腳向上爬了約5.7kn.

3。2在鐵塔上觀測的氣溫資料如下表所示，試計(jì)算各層大氣的氣溫直減率:，，，，.并判斷各層大氣穩(wěn)定度。

高度Z/m1.510305(

氣溫T/K298297.8297。5297.3

解：，不穩(wěn)定

,不穩(wěn)定

，不稔定

，不穩(wěn)定

，不穩(wěn)定。

3。3在氣壓為400hPa處，氣塊溫度為230K.若氣塊絕熱下降到氣壓為600hPa處，氣塊溫度變?yōu)槎嗌?

解:，

3o4試用下列實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算這一層大氣的某指數(shù)m值。

高度Z/m1020304050

風(fēng)速u/m.s-i3。03。53o94。24。5

解：由《大氣污染控制工程》P80(3-23),,取對數(shù)得

過，.由比測數(shù)相得

X0o3010.4770.6020.699

y0.06690.11390.14610o1761

由excel進(jìn)行直線擬合，取截距為0,直線方程為：y=O.2442x

故m=0.2442.

3。5某市郊區(qū)地面10m高處的風(fēng)速為2m/s,估算50m.100m.200m、300m、400m高度處在穩(wěn)定度為B、D、

F時的風(fēng)速,并以高度為縱坐標(biāo),風(fēng)速為橫坐標(biāo)作出風(fēng)速廓線圖。

解：，

O

穩(wěn)定度D?m=0015

穩(wěn)定度F?m=0.25

風(fēng)速廓線圖略。

3.6一個在30m高度釋放的探空氣球，釋放時記錄的溫度為11。0C,氣壓為1023hPa.釋放后陸續(xù)發(fā)回相

應(yīng)的氣溫和氣壓記錄如下表所給。1）估算每一組數(shù)據(jù)發(fā)出的高度；2）以高度為縱坐標(biāo)，以氣溫為橫坐標(biāo),

作出氣溫廓線圖；3）判斷各層大氣的穩(wěn)定情況.______________________________________________________

測定位置2345678910

氣溫/.C

9。812.014o015.013.013。012.6L60o8

氣壓/hPa10121000988969909878850725700

解：1)根據(jù)《AirPollutionControlEngineering1可得高度與壓強(qiáng)的關(guān)系為

將g=9.8hn/s2、M=0o029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得。

當(dāng)t=11.0.C,氣壓為1023hPa：當(dāng)t=9.8.C,氣壓為1012hPa,

故P=(1023+1012)/2=1018Pa,T=(11.0+9.8)/2=10o4C283.4K,dP=1012—1023=-llPa.

因此,z=119m<>

同理可計(jì)算其他測定位置高度，結(jié)果列表如下：

測定位置2345678910

氣溫/.C9.812.014.015.013。013。012.61。60.8

氣壓/hPa10121000988969909878850725700

高度筮/m89991011635362902711299281

高度/m11921831948210181307157828773158

2）圖略3）,不穩(wěn)定;

，逆溫:

，逆溫:

，逆溫:

?穩(wěn)定:

，穩(wěn)定;

?穩(wěn)定;

，穩(wěn)定。

3.7用測得的地面氣溫和一定高度的氣溫?cái)?shù)據(jù)，按平均溫度梯度對大氣穩(wěn)定度進(jìn)行分類。

測定編號123456

地面溫度/C21.121.115.625.030o025.0

高度/m4587635802000500700

相應(yīng)溫度

/.c26.715#68。95.020o028.0

解：.故，逆溫：

＞故,穩(wěn)定；

,故，不穩(wěn)定：

,故，不穩(wěn)定；

,故，不穩(wěn)定；

，故逆溫。

3.8確定題3.7中所給的每種條件下的位溫梯度。

解：以第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算：假設(shè)地面大氣壓強(qiáng)為1013hPa,則由習(xí)題3.1推導(dǎo)得到的公式，代入已知

數(shù)據(jù)(溫度T取兩高度處的平均值)即

，由此解得P=961hPa.

由《大氣污染控制工程》P72(3—15)瓦?分別計(jì)算地面處位溫和給定高度處位溫：，

f

故位溫梯度=

同理可計(jì)算得到其他數(shù)據(jù)的位溫梯度,結(jié)果列表如下：

測定編號123456

地面溫度/.

C21o121。115.625o030o025.0

高度/m4587635802000500700

相應(yīng)溫度/.C26.715?68.95.020.028.0

位溫梯度/2.22

K/100m0o27-0.17-0o02-1.02I-42

3.9假如題3.7中各種高度處的氣壓相應(yīng)為970、925、935、820、950、930hPa,確定地面上的位溫.

解：以第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算，由習(xí)題3.1推導(dǎo)得到的公式,設(shè)地面壓強(qiáng)為P，代入數(shù)據(jù)得到：，解得

I

P=1023hPao因此

I

同理可計(jì)算得到其他數(shù)據(jù)的地面位溫，結(jié)果歹表如下:______________________________________________

測定編號123456

地面溫度/.C21.121o115.625。030.025。0

高度/m4587635802000500700

相應(yīng)溫度/.c26o715。68。95.020。028.0

地面壓強(qiáng)/hPa102310121002104010061007

地面位溫/.C292。2293.1288.4294。7302。5297.4

第四章大氣擴(kuò)散濃度估算模式

4.1污染源的東側(cè)為峭壁，其高度比污染源高得多。設(shè)有效源高為H,污染源到峭壁的距離為L,峭壁對煙

流擴(kuò)散起全反射作用。試推導(dǎo)吹南風(fēng)時高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式。當(dāng)吹北風(fēng)時，這一模式又變成何種形式？

解:吹南風(fēng)時以風(fēng)向?yàn)閤軸，y軸指向峭壁，原點(diǎn)為點(diǎn)源在地面上的投影。若不存在峭壁，則有

現(xiàn)存在峭壁，可考慮為實(shí)源與虛源在所關(guān)心點(diǎn)貢獻(xiàn)之和。

實(shí)源

虛源

因此+

刮北風(fēng)時,坐標(biāo)系建立不變,則結(jié)果仍為上式。

4。2某發(fā)電廠煙囪高度120m,內(nèi)徑5m,排放速度13。5m/s,煙氣溫度為418K。大氣溫度288K,大氣為中

性層結(jié)，源高處的平均風(fēng)速為4m/so試用霍蘭德、布里格斯(x(=10H)、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13201-91中的公

式計(jì)算煙氣抬升高度.

解：

霍蘭德公式

布里格斯公式

且x<=10Hs.此時。

按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13201-91中公式計(jì)算，

因Q)=2100kW,Ts-Ta)=130K>35K.

(W電廠位于城市近郊，取n=1.303,n=1/3,n=2/3)

4.3某污染源排出SO量為80g/s,有前源高為’60m,煙囪出口處平均風(fēng)速為6m/s。在當(dāng)時的氣象條件下，

正下風(fēng)方向500m處的；試求正下風(fēng)方向500ra處S0的地面濃度。

t

解：由《大氣污染控制工程》P88(4—9)得

4。4解：陰天穩(wěn)定度等級為D級，利用《大氣污染控制工程》P95表4-4查得x=500m時。將數(shù)據(jù)代入式

4—8得

O

4.4在題4。3所給的條件下，當(dāng)時的天氣是陰天，試計(jì)算下風(fēng)向x=500m>y=50m處SO的地面濃度和地面

最大濃度.

解?

陰天穩(wěn)定度等級為D級，利用《大氣污染控制工程》P95表4-4查得x=500m時,將數(shù)據(jù)代入式4-8得

4.5某一工業(yè)鍋爐煙囪高30m,直徑0.6m,煙氣出口速度為20m/s,煙氣溫度為405K,大氣溫度為293K,

煙囪出口處風(fēng)速4m/s,SO排放最為10mg/s°試計(jì)算中性大氣條件下SO的地面最大濃度和浮現(xiàn)的位置.

解：由霍蘭德公式求得

，煙囪有效高度為。

由《大氣污染控制工程》P89(4-10).(4-11)

時,.

取穩(wěn)定度為D級，由表4-4查得與之相應(yīng)的x=745。6m.

此時。代入上式。

4。6地面源正下風(fēng)方向一點(diǎn)上，測得3分鐘平均濃度為3。4X10-3g/ms,試估計(jì)該點(diǎn)兩小時的平均濃度是

多少？假設(shè)大氣穩(wěn)定度為B級。

解：由《大氣污染控制工程》P98(4-31)

(當(dāng)，q=0.3)

4。7一條燃燒者的農(nóng)業(yè)荒地可看做有限長線源，其長為150m,據(jù)估計(jì)有機(jī)物的總排放量為90g/so當(dāng)時風(fēng)

速為3m/s,風(fēng)向垂直于該線源。試確定線源中心的卜.風(fēng)距離400m處，風(fēng)吹3到15分鐘時有機(jī)物的濃度。

假設(shè)當(dāng)時是晴朗的秋天下午4：00o試問正對該線源的一個端點(diǎn)的下風(fēng)濃度是多少？

解：有限長線源。

首先判斷大氣稔定度，確定擴(kuò)散參數(shù).中緯度地區(qū)晴朗秋天下午4：00,太陽高度角30~35.擺布，屬

于弱太陽輻射：查表4-3,當(dāng)風(fēng)速等于3m/s時，穩(wěn)定度等級為C,則400m處。

其次判斷3分鐘時污染物是否到達(dá)受體點(diǎn).因?yàn)闇y量時間小于0。5h,所以不必考慮采樣時間對擴(kuò)散參

數(shù)的影響。3分鐘時，污染物到達(dá)的距離，說明已經(jīng)到達(dá)受體點(diǎn)。

有限長線源

距離線源下風(fēng)向4m處，P=-75/43.3=-1.732,P=75/43.3=1.732：.代入上式得

端點(diǎn)下風(fēng)向P=0,P=150/43.3=3。46,代入上式得

4.8某市在環(huán)境質(zhì)言:評價中，劃分面源單元為1000mX1000m,其中一個單元的S0排放量為10g/s,當(dāng)時的

風(fēng)速為3m/s,風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。平均有效源高為15m。試用虛擬點(diǎn)源的面源擴(kuò)散模式i二算這一單元北面的鄰近單

元中心處SO的地面濃度。

解:設(shè)大氣稔定度為C級.。

當(dāng)x=1.0km,0由《大氣污染控制工程》P106(4-49)

4.9某燒結(jié)廠燒結(jié)機(jī)的SO的排放量為180g/s,在冬季下午浮現(xiàn)下沉逆溫，逆溫層底高?度為360m,地面平

均風(fēng)速為3m/s,混和層內(nèi)的平均風(fēng)速為3。5m/so煙囪有效高度為200m。試計(jì)算E下風(fēng)方向2km和6km處

SO的地面濃度。

解:設(shè)大氣穩(wěn)定度為C級。

當(dāng)x=2km時,x<x{2x,按x=x和x=2x時濃度值內(nèi)插計(jì)算。

x=x時，，代入《大4’污染控制上程》P88(4一9)得

x=2x時，，代入P101(4-36)得

D

通過內(nèi)插求解

當(dāng)x=6km>2x時,,

計(jì)算結(jié)果表贏在x((=x<=2x范圍內(nèi)，濃度隨距離增大而升嬴

4.10某硫酸廠尾氣加囪高50m",SO排放量為100g/s。夜間和上午地面風(fēng)速為3腔，夜間云量為3/10。當(dāng)

煙流全部發(fā)生熏煙現(xiàn)象時，確定下風(fēng)方向12km處S0的地面濃度。

2

由所給氣象條件應(yīng)取穩(wěn)定度為E級.查表4-4得x=12km處，。

4.11某污染源SO排放成為80g/s,煙氣流最為265m/s,煙氣溫度為418K,大氣溫度為293K。這一地區(qū)

的S0本底濃度為k05mg/明設(shè)，，m=0025,試按《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)煙囪的高度和

2

出口直徑。

解：按《大氣污染控制工程》P91(4-23)

由P80(3-23)

按城市及近郊區(qū)條件，參考表4-2,取n=1.303,n=1/3,n=2/3,代入P91(4—22)得

II

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn)限值為0.06mg/m$(年均)，代入P109(4-62)

解得

于是Hs)=162m.實(shí)際煙囪高度可取為170m.

煙囪出口煙氣流速不應(yīng)低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍，即u>=1.5X1.687X17Oo.?=9.14m/se但為保證

煙氣順利抬升，出口流速應(yīng)在20~30m/s。取u=20m/s,則有

,實(shí)際直徑可取為4。0m。

4.12試證明高架連續(xù)點(diǎn)源在浮現(xiàn)地面最大濃度的距離上，煙流中心線上的濃度與地面濃度之比值等于lo

38。

解:高架連續(xù)點(diǎn)源浮現(xiàn)濃度最大距離處，煙流中心線的濃度按P88(4-7)

(由P89(4-11))

而地面軸線濃度。

因此，

得證。

第五章顆粒污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

5.1根據(jù)以往的分析知道，由破碎過程產(chǎn)生的粉塵的粒徑分布符合對數(shù)正態(tài)分布，為此在對該粉塵進(jìn)行粒

徑分布測定時只取了四組數(shù)據(jù)(見下表)，試確定：1)幾何平均直徑和幾何標(biāo)準(zhǔn)差；2)繪制頻率密度分布

曲線。

給塵粒徑d/0'1010'2020~40)40

質(zhì)量頻率g/%36。919.118.026o0

解：在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對數(shù)正態(tài)分布的質(zhì)量枳累頻率分布曲線，

讀出d=61。0、d=16.0、d=4o2.。

?4.IGO15.9

作圖略。

5.2根據(jù)下列四種污染源排放的煙塵的對數(shù)正態(tài)分布數(shù)據(jù)，在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上繪出它們的篩下積累頻率

曲線。

污染源質(zhì)量中位直徑集合標(biāo)準(zhǔn)差

平爐0.362。14

飛灰6.84.54

水泥窯16o52.35

化鐵爐60.017.65

解：繪圖略。

5。3已知某粉塵粒徑分布數(shù)據(jù)(見下表)，1)判斷該粉塵的粒徑分布是否符合對數(shù)正態(tài)分布；2)如果符合,

求其幾何標(biāo)準(zhǔn)差、質(zhì)量中位直徑、個數(shù)中位直徑、算數(shù)平均直徑及表面積一體積平均直徑。

粉塵粒徑/0~22~44~66~1010~2020~40>40

濃度/0。8⑵2255676273

解：在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上作出對數(shù)正態(tài)分布的質(zhì)量積累頻率分布曲線，讀出質(zhì)量中位宜徑d(MMD)=10.3、

50

d=19.lxd=5?6.o

姿《大氣污娓制工程》P129(5-24)：

Pl29(5-26);

P129C5-29).

5。4對于題5。3中的粉塵，已知真密度為1900kg/mJ,填充空隙率0.7,試確定其比表面積(分別以質(zhì)

量、凈體積和堆積體積表示).

解:《大氣污染控制工程》P135(5—39)按質(zhì)量表示

P135(5—38)按凈體積表示

P135(5—40)按堆積體積表示。

5.5根據(jù)對某旋風(fēng)除塵器的現(xiàn)場測試得到：除塵器進(jìn)口的氣體流星為10000mi/h,含塵濃度為4.2g/m>c

除塵器出口的氣體流量為12000m：/h,含塵濃度為340mg/,試計(jì)算該除塵、器的處理氣體流量、漏風(fēng)率)

除塵效率(分別按考慮漏風(fēng)和不考3漏汛兩種情況計(jì)算)。

解：氣體流量按P141(5-43)；

漏風(fēng)率P14K5-44)；

除塵效率：

考慮漏風(fēng),按P142(5-47)

不考慮漏風(fēng)，按P143(5-48)

5o6對于題5.5中給出的條件，已知旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積為0。24皿，除塵器阻力系數(shù)為9.8,進(jìn)口氣流

溫度為423K,氣體靜壓為一490Pa,試確定該處塵器運(yùn)行時的壓力損失(假定氣體成份接近空氣)。

解：由氣體方程得

按《大氣污染控制工程》P142(5-45)O

5.7有一兩級除塵系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的流量為2.22m/s,工藝設(shè)備產(chǎn)生粉塵量為22.2g/s,各級除塵效率分別

為80%和95%。試計(jì)算該處塵系統(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)

粉塵濃度為，排放濃度10(l-99%)=0.Ig/m.；

排放量2。22X0,1=0.222g/s.

5.8某燃煤電廠除塵器的進(jìn)口和出口的煙塵粒徑分布數(shù)據(jù)如下，若除塵器總除塵效率為98%,試?yán)L出分級

她率曲線

粉塵間隔/<0o60?6~0。10o7飛。0.8~L0「22~33~4

8

質(zhì)量頻率進(jìn)口g2.00.10o40.73.56。024.0

/%曲口g7O01.02o03.014.016.029o0

粉塵間隔/4~55、66~88~1010'1220~30

質(zhì)量頻率進(jìn)口g13.02.02o03.011.08。0

/%出口g2。0

6?02。02058.57.0

解：按《大氣污染控制工程》P144(5—52)(P=0002)計(jì)算，如下表所示:

粉塵間隔/<0,60.6~0.70。7F.80。8~1.0廣22~33~4

質(zhì)量頻率進(jìn)口g2.00c40。40.73.56.024.0

/%出口g7.01.02.03.014.016.029。0

9395909E49294.797o6

粉塵間隔/4~55%6~88~1010^1220~30其他

質(zhì)量頻率進(jìn)口g.13.02。02.03.011.08O024。0

/%出口g6。02o02。02o58?57o00

99o1989898.398。598.2100

據(jù)此可作出分級效率曲線。

5.9某種粉塵的粒徑分布和分級除塵效率數(shù)據(jù)如下，試確定總除塵效率。

平均粒徑/

0.251。02。03.04.05.06.07008。010.014.020o0>23.5

質(zhì)量頻率小0o10.49o520。020。015.011.08.55.55。54.00.80o2

分級效率/%83047。56068.575818689?5959899100

解:按《大氣污染控制工程》P144(5-54)o

5。10計(jì)算粒徑不同的三種飛灰顆粒在空氣中的重力沉降速度，以及每種顆粒在30秒鐘內(nèi)的沉降高度。假

定飛灰顆粒為球形，顆粒直徑分別為為0.4、40、4000,空氣溫度為387。5K,壓力為101325Pa,飛灰真密

度為231Ukg/m3。

解：當(dāng)空氣溫度為387.5K時。

當(dāng)d=0.4時，應(yīng)處在Stokes區(qū)域。

首巍行坎寧漢修正：，

…則

當(dāng)d=4000時，應(yīng)處于牛頓區(qū)，.

P

,假設(shè)成立。

當(dāng)d=0.4時，忽略坎寧漢修正，.經(jīng)驗(yàn)證Re<1,符合Stokes公式.

考/到顆粒在下降過程中速度在很短期內(nèi)就4?分接近u,因此計(jì)算沉降高度時可近似按u計(jì)算。

d=0。4h=l.41X10TX30=4。23X10->m：

d=40h=0.088X30=2。64m：

d=4000h=17.35X30=520o5m.

5.11欲通過在空氣中的自由沉降來分離石英(真密度為2。6g/cm?和角閃石(直密度為3.5g/crm)的混

合物，混合物在空氣中的自由沉降運(yùn)動處于牛頓區(qū).試確定徹底分離時所允許的最大石英粒徑與最小角閃石

粒徑的最大比值。

設(shè)最大石英粒徑d,最小角閃石粒徑d,由題意，

?IR

故.

5o12直徑為200、真密度為1850kg/m，的球形顆粒置于水平的篩子上，用溫度293K和壓力101325Pa的空

氣由篩子下部垂直向上吹篩上的顆粒，試確定：D恰好能吹起顆粒時的氣速：2)在此條件下的顆粒雷諾數(shù);3)

作用在顆粒上的阻力和阻力系數(shù)。

解：在所給的空氣壓強(qiáng)和溫度下，。d=200時，

考慮采用過渡區(qū)公式，按《大氣污染窟制工程》P150(5-82)：

,符合過渡區(qū)公式。

阻力系數(shù)按P147(5-62)o阻力按P146(5-59)

5.13欲使空氣泡通過濃鹽酸溶液(密度為1.64g/mJ,粘度1X10P&s),以達(dá)到干燥的目的。鹽酸裝在直

徑為10cm、高12m的圓管內(nèi)，其深度為22cm,鹽酸.卜.方的空氣處于298K和101325Pa狀態(tài)下。若空氣的體

積流量為127L/min,試計(jì)算氣流能夠夾帶的鹽酸霧滴的最大直徑。

解：圓管面積.據(jù)此可求出空氣與鹽酸霧滴相對速度

.考慮利用過渡區(qū)公式：

代入相關(guān)參數(shù)及u=0。27m/S

可解得d=66。

,符合￡渡區(qū)條件.故能被空氣夾帶的霧滴最大直徑為66。

5.14試確定某水泥粉塵排放源下風(fēng)向無水泥沉降的最大距離。水泥粉塵是從離地面4.5m高處的旋風(fēng)除塵

器出口垂直排出的，水泥粒徑范圍為25~500,真密度為1960kg/m3,風(fēng)速為L4m/s,氣溫293K,氣壓為

101325Pa.

解:粒徑為25,應(yīng)處于Stokes區(qū)域，考慮忽略坎寧漢修正；

o豎直方向上顆粒物運(yùn)動近似按勻速考慮，則下落時間，因此L=v.t=L4X122m=171m。

5o15某種粉塵真密度為2700kg/nr，,氣體介質(zhì)(近于空氣)溫度為433K,壓力為101325Pa,試計(jì)算粒徑

為10和500的塵粒在離心力作用下的末端沉降速度.已知離心力場中顆粒的旋轉(zhuǎn)半徑為200mm,該處的氣

流切向速度為16m/so

解：在給定條件下。

當(dāng)d=10,粉塵顆粒處于Stokes區(qū)域：

P

d=500,粉塵顆粒處于牛頓區(qū)：.因此

,經(jīng)驗(yàn)證，Re=1307>500,假設(shè)成立。

第六章除塵裝置

6.1在298K的空氣中NaOH飛沫用重力沉降室采集。沉降至大小為寬914cm,高457cm,長1219cm?？諝獾?/p>

體積流速為h2nt/so計(jì)算能被100%捕集的最小霧滴直徑。假設(shè)霧滴的比重為1.21.

解:計(jì)算氣流水平速度。設(shè)粒子處于Stokes區(qū)域，取。按《大氣污染控制工程》P162(6-4)

即為能被100%捕集的最小霧滴直徑。

62直徑為h09的單分散相氣溶膠通過一重力沉降室，該沉降室寬20cm,長50cm,共18層，層間距0.124cm,

氣體流速是8。61L/min,并觀測到其操作效率為64.舞?問需要設(shè)置多少層可能得到80%的操作效率。

解：按層流考慮,根據(jù)《大氣污染控制工程》P163(6-5)

,因此需要設(shè)置23層.

6。3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/cm),空氣粘度0.067kg/

(kg.h),求該沉降室能100%捕集的最小粒徑。

解：

,符合層流區(qū)假設(shè)。

6.4氣溶膠含有粒徑為0.63和0.83的粒子(質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等)，以3.61L/min的流量通過多層沉降室.給出

下列數(shù)據(jù)，運(yùn)用斯托克斯定律和坎寧漢校正系數(shù)計(jì)算沉降效率。L=50cm,,W=20cm,h=0.129cm,,n=19層.

解：設(shè)空氣溫度為298K,首先進(jìn)行坎寧漢修正：

。故

。用同樣方法計(jì)算可得0。83粒子的分級效率為0.864。

因此總效率

6.5試確定旋風(fēng)除塵器的分割直徑和總政率，給定粉塵的粒徑分如下:

平均粒徑范圍/(H廣55'1010'2020~3030~4041r5050~60)60

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%32015201610637

已知?dú)怏w粘度為2X10，,顆粒比重為2。9,旋風(fēng)除塵器氣體入口速度為15m/s,氣體在旋風(fēng)除塵器內(nèi)的有

效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為5次;旋風(fēng)除塵器直徑為3m,入口寬度76cm.

解：按(AirPollutionControlEngineering^公式。

令=50%,N=5,Vc=15m/s,=2。9XW=0.76m,,代入上式得d=11.78。

利用《大氣污染控制工程》P170(6-18)計(jì)算各粒徑粉塵分級效率，由此得總效率

6.6某旋風(fēng)除塵器處理含有4.58g/m，灰塵的氣流()，其除塵總效率為90%.粉塵分析試驗(yàn)得到下列結(jié)果。

粒徑范圍/捕集粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)質(zhì)逸出粉塵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/%

0~5