大气复习资料全
更新时间:2023-10-02 04:54:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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1.
二、简答题
1、简述重力沉降室的原理
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。( 3分)
含尘气流进入重力沉降室后,由于扩大了流动截面积而使气体流速大大降低,使较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。( 4分)
设计重力沉降室的模式有层流式和湍流式两种。( 3分) 2、简要分析旋风除尘器结构对其除尘效率的影响?
排放管直径越小,de越小,除尘效率越高(2分)
筒体直径D越小,粒子所受的离心力越大,其效率越高;但D过小,粒子容易出现二次逃逸,效率反而下降(4分)
锥体适当加长,可以提高效率(2分)
除尘器下部的严密性不好,会引起除尘效率的下降(2分) 3、简要分析SO2排入大气环境后造成的不良影响。
主要的不良影响有a)本身对人体、动植物等具有毒害作用;(4分)
b)导致酸沉降;(3分)
c)是形成二次颗粒物的前体物质。(3分) 4、试描述辐射逆温的形成和消散过程。
由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温,称为辐射逆温。在晴朗无云(或少云)、风速不大的夜间,地面辐射冷却很快,贴近地面气层冷却最快,较高的气层冷却较慢,因而形成自地面开始逐渐向上发展的逆温层,即辐射逆温。(5分)
下午时为递减温度层结,日落前1小时逆温开始形成,随着地面辐射冷却加剧,逆温逐渐向上扩展,黎明时逆温强度最强,日出后太阳辐射逐渐增强,地面逐渐增温,空气也随之自下而上的增温,逆温便自下而上逐渐消失,大约在上午10点钟左右逆温层完全消失。 三、计算题
1、 煤的元素分析结果如下S,0.6%;H,3.7%;C,79.5%;N,0.9%;O,4.7%;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。 (14分) 解:按燃烧1kg煤计算
重量(g) 摩尔数(mol) 需氧数(mol) C 795 66.25 66.25
H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875
H2O 52.875 2.94 0 (3分) 设干空气中N2:O2体积比为3.78:1, (2分) 所需理论空气量为4.78×(66.25+7.78+0.1875)=354.76mol/kg煤。 (2分) 理论烟气量CO2 66.25mol,SO2 0.1875mol,H2O 15.5625+2.94=18.50mol N2
3.78?354.76?280.54mol4.78 (3分)
总计66.25+18.50+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
0.1875?100%?0.043% (2分)
436.43
2、 根据对某旋风除尘器的现场测试得到:除尘器进口的气体流量为10000m3N/h,含尘浓度为4.2g/ m3N。除尘器出口的气体流量为12000 m3N/h,含尘浓度为340mg/ m3N。试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率(分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算)。 (9分) 解:气体流量按QN?13(Q1N?Q2N)?11000mN/s; (2分) 2漏风率??Q1N?Q2NQ1N?100%?2000?100%?20%; (3分)
10000除尘效率: 考虑漏风??1??2NQ2N0.340?12000?1??90.3% (2分)
?1NQ1N4.2?10000?2N0.340?1??91.9% (2分) ?1N4.2不考虑漏风?
?1?3、 有一沉降室长7.0m,高12m,气速30cm/s,空气温度300K,尘粒密度2.5g/cm3,空气粘度0.067kg/(kg.h),求该沉降室能100%捕集的最小粒径。 (7分) 解:??0.067kg/(m.h)?1.86?10?5Pa?s (3分)
dmin18?v0H18?1.86?10?5?0.3?12???8.4?10?5m?84?m?100?m (3分) 3?pgL2.5?10?9.81?7符合层流区假设。
4、 一冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收SO2。尾气中含SO2为7.8%、O2为10.8%、N2为81.4%(体积)。如果第一级的SO2回收效率为98%,总的回收效率为99.7%。计算: 1)第二级工艺的回收效率为多少?
2)如果第二级催化床操作温度为420C,催化转化反应的平衡常数K=300,反应平衡时SO2的转化率为多y少?其中,K。
ySO2?(yO2)0.5解: 1)由?T?1?(1??1)(1??2),99.7%?1?(1?98%)(1??2),解得?2?85%。2
2)设总体积为100,则SO27.8体积,O210.8体积,N281.4体积。经第一级催化转化后余SO20.156
体积,O26.978体积,N281.4体积。设有x体积SO2转化,则总体积为(3分)
?SO3。 (10分)
x(88.5?)2。
xx/(88.5?)2因此,300?0.156?x6.978?x/20.5?[]88.5?x/288.5?x/2,由此解得x=1.6×103;
-
1.6?10?3?99% (3分) 故转化率为1?0.156
2.
二、简答题
1、测定单个颗粒粒径有哪些方法?简述每种方法的特点。 答:(1)用显微镜法观测颗粒时,有以下几种方法:
①定向直径,为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度。 (1分) ②定向面积等分直径,为各颗粒在投影图中按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度。(1分) ③投影面积直径,为与颗粒投影面积相等的圆的直径。 (1分) (2)用筛分法测定时可得到筛分直径,为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度。 (2分) (3)用光散射法测定时可得到等体积直径,为与颗粒体积相等的圆球的直径。 (2分) (4)用沉降法测定时,一般采用以下两种定义:
①斯托克斯直径,为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。(1分) ②空气动力学当量直径,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。 2、从一次污染物和二次污染物的角度,分析NOx排放对环境可能造成的影响。
答:一次污染物是指从各类污染源排出的物质。对于NOx来说,有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等,其中污染大气的主要是NO、NO2。在高温燃烧条件下NOx主要以NO形式存在,但是在NO大气中很不稳定,极易与空气中的氧发生反应生成NO2,故大气中普遍以NO2的形式存在。NO2的毒性约为NO的5倍。在湿度较大时,NO2进一步与水反应生成硝酸;当有催化剂存在时,NO2转化成硝酸的速度加快。另外,飞行器在平流层中排放的NOx能与平流层内的臭氧发生反应,从而破坏臭氧层。(5分)
二次污染物是一次污染物在大气中反应生成的一系列新的污染物。在阳光照射下,大气 中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成蓝色烟雾,我们称为光化学烟雾。光化学烟雾的刺激性和危害要比一次污染物强烈得多。(5分) 3、简述燃料燃烧前脱硫的优缺点。
答:燃烧前脱硫是在燃烧前对燃料脱硫,煤的燃烧前脱硫可以分为物理方法、化学方法和生物方法等。 (1)物理脱硫方法只能从煤炭中分离出物理性质不同的物体,而不能分离以化学状态存在于煤中的硫。常规的物理选煤是十分成熟的工艺,也是减少SO2排放的经济衫的途径。其中重介质选煤分选效率高、分选密度调节范围宽、适应性强、分选粒度范围宽、生产过程易于实现自动化。缺点是增加了重介质的净化回收工序及设备磨损比较严重。跳汰选煤可以省掉许多工序和大量设备,因此建设投资少、成本低、工作可靠、经济效益高。风力选煤不用进行产品脱水、煤泥回收等工序,可以节省设备和系统投资。但其入料粒度范围非常窄,对入选原料的水分和颗粒形状非常敏感。风选系统中要求设置降尘、集尘设施,分选效率低、成本高。(3分)
(2)化学脱硫方法一般采用强酸、强碱和强氧化剂,在一定温度和压力下通过化学氧化、还原提取、热解等步骤来脱除煤中的黄铁矿。化学法特别适用于在物理分选排除了大部分矿物质后的最后一道工序。大多数化学分选工艺在成本方面缺乏足够的吸引力,限制了其使用。它包括碱法脱硫、气体脱硫和氧化脱硫等。 (3)生物脱硫是利用某些嗜酸耐热菌在生长过程中消化吸收Fe3+、S等的作用,从而促进黄铁矿硫的氧化分解与脱除。它具有反应条件温和、对煤质损害小、能脱除煤中的在部分硫,而且处理量大、不受场地限制等优点。其成本与某些分选技术相当,应用前景十分广阔。但生物法脱硫周期长、工艺复杂,不适应工业脱硫的需要。(3分)
4、列举燃料完全燃烧需要的条件并解释“三T”的含义。 答:
(1)空气条件:燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。如果空气供应不足,燃烧就不完全;相反空气量过大,也会降低炉温,增加锅炉的排烟损失。因此按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。(2分)
(2)温度条件:燃料只有达到着火温度才能与氧化合而燃烧。着火温度系在氧存在下可燃质开始燃烧所必须达到的最低温度。各种燃料都具有自己特征的着火温度。当温度高于着火温度时,若燃烧过程的放热速率高于向周围的散热速率,因而能够维持在较高的温度下,才能使燃烧过程继续进行。(2分)
(3)时间条件:燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。因此,在所要求的燃烧反应速度下,停留时间将决定于燃烧室的大小和形状。反应速度随温度的升高而加快,所以在较高温度下燃烧所需要的时间较短。(2分)
(4)燃料与空气的混合条件:燃料和空气中氧的充分混合也是有效燃烧的基本条件。混合程度取决于空气的湍流度。若混合不充分,将导致不完全燃烧产物的产生。对于蒸气相的燃烧,湍流可以加速液体燃料的蒸发。对于固体燃料的燃烧,湍流有助于破坏燃烧产物在燃料颗粒表面形成的边界层,从而提高表面反应的氧利用率,并使燃烧过程加速。(2分)
适当的控制这四个因素-空气与燃料之比、温度、时间和湍流度,是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的,评价燃烧过程和燃烧设备时必须认真考虑这些因素。通常把温度(temperature)、时间(time)和湍流(turbulence)称为燃烧过程的“三T”。(2分) 三、计算题
1、某锅炉燃用煤气的成分如下:
H2S:0.2%;CO2:5%;O2:0.2%;CO:28.5%;H2:13.0%;CH4:0.7%;N2:52.4% 已知空气的含湿量为12g/m3,α=1.2,试求燃烧实际需要的空气量和燃烧时产生的烟气量。
(10分)
解:空气中水蒸气的体积百分数为:
12/18/1000/22.4=1.493%(1分)
以燃烧1000mol煤气为基准,各组分的摩尔数、需氧量和燃烧后产生的烟气量如下:(5分) 组分 H2S CO2 O2 CO H2 CH4 N2 摩尔数/mol 2 50 2 285 130 7 524 需氧量/mol 3 0 -2 142.5 65 14 0 燃烧后产生的烟气量/mol 4(H2O + SO2) 50 0 285(CO2) 130(H2O) 21(H2O + CO2) 524(N2) 理论需氧量为:(3-2+142.5+65+14)mol/kmol(煤气)=222.5 mol/kmol(煤气) (1分)
实际需要的干空气量:222.5*(1+3.78)*1.2 mol/kmol(煤气)=1276.3 mol/kmol(煤气)(1分)
转化为湿空气:1.276*1/(1-0.01493)m3/ m3(煤气)=1.296 m3/ m3(煤气) (1分)
燃烧后产生的烟气量为:(4+50+285+130+21+524)*10-3+1.296-0.2225=2.087 m3/ m3(煤气)(1分)
2、某新建电厂煤炭消耗量为5.5×103t/d,SO2排放量为4.8kg/s,若为该电厂设计石灰石湿法脱硫装置,要求脱硫效率为90%。问 (10分) (1) 钙硫比为1.2时,每天消耗多少石灰石?假设石灰石纯度为96%。 (2) 脱硫剂的利用率是多少?
(3) 如果脱硫污泥为含水40%的浆液,每天产生多少吨脱硫污泥?电厂燃煤含灰8%。 解:
(1)SO2+CaCO3+2H2O CaSO3?2 H2O+ CO2 (1分) 消耗的石灰石量为:
4.8*(100/64)*(1.2/96%)kg/s=9.375 kg/s =810t/d (2分) (2)实际参加反应的石灰石量为:(4.8*90%*100/64)kg/s (1分) 则脱硫剂的利用率为:(4.8*90%*100/64)/9.375=72% (1分)
(3)脱硫污泥中60%为水分,其余40%包括飞灰、CaSO3?2 H2O和未反应的脱硫剂。(1分) 灰分为:62.8*8%*(64/32)kg/s=10.05 kg/s=868 t/d (1分)
CaSO3?2 H2O:4.8*90%*(156/64)kg/s=10.53 kg/s=910t/d (1分) 未反应的脱硫剂:810*28%=226.8 t/d (1分) 脱硫污泥的产生量为:(868+910+226.8)/40% t/d=5012 t/d (1分)
3、锅炉每分钟燃煤1000kg,煤炭热值为26000kJ/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: (10分) (1)此锅炉的NOx排放量(以NO2计)。 (2)此锅炉的NOx排放系数。
(3)要求脱氮率为90%,安装SCR需要NH3的量(烟气NOx中NO2占5%,NO占95%)。 解:
(1)1000*2%*20%*(46/14)kg/min=13.14 kg/min(2分) 燃料型NOx占总排放的80%,则NOx排放总量为:
13.14/80% kg/min=16.43 kg/min (1分) (2)排放系数为:16.43/1000kg/t=16.43kg/t (2分) (3) 4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O (1分) 8NH3+6NO2 7N2+12H2O (1分) 需要NH3的量为:
16.43*95%*90%*(17/30)kg/min+16.43*5%*90%*(4*17/3*46)kg/min=8.32 kg/min=11.99t/d(3分)
4、 已知某一装置排放烟气量为55000Nm3/h,含尘浓度为3.0g/Nm3。地区的环境管理部门限定该装置每日排尘量不得大于60kg,试问应选用多大除尘效率的除尘器才能满足环境保护的要求。(10分)
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