大气污染控制工程综合复习资料
一、填空题（120分）
1、大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为两大类：和。
2、按人们的社会活动功能不同，大气人为污染源主要有三方面：、
、。
3、环境空气质量分为级；环境空气质量功能区分为类；一类区执行
级标准；二类区执行级标准；三类区执行级标准。
4、煤的元素分析常用的基准主要有、、
和四种。
5、理论空气量是指单位燃料按完全燃烧所需要的空气量，它由的组成决定。一般把超过理论空气量多供给的空气量称为，过剩空气系数是指。
6、燃料完全燃烧所必需的条件有、、、、。通常把、
和称为燃烧过程的“三T”
7、空燃比定义为，它可以由燃烧方程式直接求得。
8、燃烧设备的热损失主要包括、、
。
9、燃烧烟气分为、；燃烧烟气中的水蒸气主要来自三方
面：、、。
10、实际烟气体积等于、之和。
11、用显微镜法观测颗粒时，得到、、三种粒径。
12、如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布，则无论是质量分布、粒数分布还是表面积分布，它们的相同，累积频率分布曲线在对数概率坐标图中为相互的直线。
13、粉尘的物理性质主要包括、、、
等几种（任意说出四种）。
14、评价净化装置性能的技术指标主要有、、、等三项。
15、驰豫时间为颗粒-气体系统的一个基本特征参数，它的物理意义为：由于
使颗粒的速度减小到它的初速度的时所需的时间。
16、目前常用的除尘器主要有、、、
等四大类。惯性除尘器在除尘过程中除借助力的作用外，还利用了力和力的作用。
17、机械式除尘器通常指利用(重力、惯性力和离心力等)的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括、和等。
18、在旋风除尘器内，气流的运动非常复杂，为研究方便，通常将气体在除尘器内的运动分解为三个速度分量，即、、速度。速度是决定气流速度大小的主要速度分量。外涡旋的切向速度于旋转半径，内涡旋的切向速度于旋转半径，在处气流切向速度最大。
19、在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力Fc和向心运动气流作用于尘粒上的阻力F D。在内、外涡旋界面上：如果，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集；如果，粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排出管排出；如果，粒子在交界面上不停地旋转。
20、旋风除尘器的结构型式按进气方式可分为进入式和进入式两类，
进入式又分为直入式和蜗壳式。
21、流化床燃烧脱硫具有炉内的优点，其燃烧本质上是一种低温燃烧过程，炉内存有局部气氛，NOx的发生量少。
22、燃烧过程中形成的NOx分为两类，一类是由燃料中固定氮生成的NOx，称为型NOx，另一类是由大气中氮生成，称为型NOx。在NOx形成过程中，低温有利于的生成，高温有利于的生成。因此，控制燃烧过程中NO的形成主要发展了、两项技术。
23、催化还原法除NOx分为、两类。前者所用还原剂为
，后者用作还原剂，选择性地将NOx还原为N2。
24.按集尘电极的型式不同，电除尘器可以分为除尘器和除尘器。
25、电除尘器的工作原理涉及三个方面：、、三个基本过程。
26、湿式除尘器在通常的工作条件下主要是液滴和尘粒之间的及拦截作用。因此，与尘粒的密切相关。
27、惯性碰撞参数定义为：。
28、文丘里洗涤器，常用在高温烟气降温和除尘上，由、和
组成。
29、过滤式除尘器的滤袋表面形成的粉尘层称为，它是袋式除尘器的主要过滤层。一般用表示滤布表面粉层的厚度。气布比是指烟气实际流量与之比。
30、在电除尘器中存在两种截然不同的粒子荷电机理，一种是，另一种是。对前一种荷电过程主要依赖于，后一种荷电过程则依赖于离子的。粒子的荷电过程取决于粒径大小，对于粒径大于0.5μm的微粒，以荷电为主，粒径小于0.15 μm的微粒，则以荷电为主，粒径介于0.15～0.5μm的微粒，需同时考虑这两种过程。
31、影响旋风除尘器效率的因素有：、、和
。
32、湿式除尘器是使与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的
及其他作用，捕集颗粒或使粒径增大的装置。在工程上使用的湿式除尘器型式很多，总体上可分为和两类。
33、过滤式除尘器是使含尘气流通过将粉尘分离捕集的装置，采用滤纸或玻璃纤维等填充层作滤料的过滤器，称为，主要用于通风和空气调节方面的气体净化；采用廉价的砂、砾、焦炭等颗粒物作为滤料的过滤器称为，在高温烟气除尘方面引人注目；采用纤维织物作滤料的过滤器称为，在工业尾气的除尘方面应用较广。
二、简答题（100分）
1、电除尘器最适宜的粉尘比电阻为多少？比电阻过高或过低，对电除尘器的除尘效率有哪些影响？（5分）
2、石灰／石灰石吸收法烟气脱硫存在哪些问题，如何解决？（5分）
3、选择除尘器时应注意哪几个方面的问题？（5分）
4、湿式除尘器有何优缺点？（10分）
5、燃烧气体燃料造成的大气污染比燃烧固体燃料造成的大气污染程度轻的原因是什么？（5分）
6、 催化剂用于气体污染物的治理过程与吸收、吸附法相比有何优点？何为催化剂的主活性物、载体、助催化剂，各自的作用是什么？（10分）
7、 工业用吸附剂必须具备哪些条件？ （5分）
8、 著名的希洛夫方程式为0ττ-=KL ，请说明公式中各个符号代表的意思以及常数K 代表的物理意义。（5分）
9、 燃烧设备的热损失主要有哪些？（5分）
10、如何控制燃烧过程引起的氮氧化物的污染？（5分）
11、净化氮氧化物的选择性与非选择性催化还原的主要区别是什么？（5分）
12、什么是理论空气量？燃料完全燃烧必需具备的条件是什么？（5分）
13、影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素有哪些？（5分）
14、静电除尘器有何优缺点？（10分）
15、名词解释（15分）
（1）斯托克斯直径
（2）空气动力学直径
（3）驰豫时间的物理意义
（4）颗粒的停止距离
（5）惯性碰撞参数
三、计算题（90分）
1. 试确定一个球形颗粒在静止干空气中运动时的阻力。（20分）
①粒径d p =1000μm ，沉降速度u=10m/s ，T=373K ，P=1atm,
μ=2.18×10-5Pa ·s ，ρ=0.947kg/m 3；
②粒径d p =0.5μm ，沉降速度u=0.1m/s ，T=293K,P=1atm,
μ=1.81×105Pa·s，ρ=1.205kg/m3。
2. 某电厂电除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若电除尘器总除尘效率为99%，试确定其分级效率。(请写出计算公式及计算示例，并将计算结果列于表下面) (10分)
3. 普通煤的元素分析如下：C:65.7% S:1.7% H:3.2% O:2.3%
灰分:18.1% 水分:9.0% (含N量不计) （20分）
①计算燃煤1kg所需要的理论空气量、产生的理论烟气量和SO2在烟气中的含量（以体积百分比表示）；
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假定用流化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca34%。当Ca/S比为1.7（摩尔比）时，计算燃烧1吨煤需加石灰石的量。
4. 用硝酸吸收净化含NH35%（体积）的尾气，为了使吸收过程以较快的速度进行，必须使吸收过程不受硝酸在液相扩散速率所限制，试计算吸收时硝酸浓度最低不得低于多少？已知k G=0.11kmol/(m2·h·atm)，k L=0.82m/h，D HNO3和D NH3在液相中相同。（10分）
5. 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）
6.已知重油元素分析结果如下：C：85.5% S：1.0% H：11.05% O：0.2% ；水分:2.25% (含N量不计)，试计算：（20分）
①燃油1kg所需要的理论空气量和产生的理论烟气量；
②干烟气中SO2的浓度；
②当空气过剩10%时，所需的空气量和产生的烟气量。
部分试题解析
二、简答题（100分）
1、电除尘器最适宜的粉尘比电阻为多少？比电阻过高或过低，对电除尘器的除尘效率有哪些影响？（5分）
答：电除尘器最适宜的粉尘比电阻为1010Ω·cm以下（2分）。当低于1010Ω·cm时，比电阻几乎对除尘器操作和性能没有影响；当比电阻介于1010-1011Ω·cm之间时，火花率增加，操作电压降低；当高于1011Ω·cm时，集尘板粉尘层内会出现电火花，即会产生明显反电晕。反电晕的产生导致电晕电流密度大大降低，进而严重干扰粒子荷电和捕集。（3分）
2、石灰／石灰石吸收法烟气脱硫存在哪些问题，如何解决？（5分）
答：石灰/石灰石吸收法烟气脱硫存在的问题主要为结垢和堵塞，另外固废产生量大。（2分）解决的方法主要有：①加入己二酸，提高了石灰石利用率，减少固废产生量；②添加硫酸镁，可以消除洗涤塔内的结垢；③双碱流程也可以克服结垢的弱点，提高二氧化硫的去除率（3分）
3、选择除尘器时应注意哪几个方面的问题？（5分）
答：（1）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排放浓度。
（2）粉尘的物理性质对除尘器性能具有较大的影响。
（3）气体的含尘浓度较高时，在静电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒
（4）气体温度和其它性质也是选择除尘设备时必须考虑的因素。选择除尘器时，必须同时考虑捕集粉尘的处理问题。
4、湿式除尘器有何优缺点？（10分）
主要优点:
1) 除尘效果好；2) 能同时清除废气中的可溶性气态污染物；
3) 可直接处理高温、高湿和含粘性粉尘的废气；4) 操作灵活性较大；
5) 安全性好；6）结构简单、造价低、占地面积小，操作及维修方便。
主要缺点：
1) 产生泥浆或废液，处理比较麻烦，容易造成二次污染。
2) 可能存在严重的腐蚀，对有些设备容易发生堵塞。
3) 不利于副产品的回收。
4) 寒冷和缺水地区不宜采用。必须考虑在冬天设备可能冻结的问题。
5、燃烧气体燃料造成的大气污染比燃烧固体燃料造成的大气污染程度轻的原因是什么？（5分）
答：燃料完全燃烧必须具备的条件为：空气条件、温度条件、时间条件、燃料与空气的混合条件。气体燃料在燃烧时比固体燃料燃烧更容易较好的满足上述四个条件，尤其是燃料与空气的混合条件，气体燃料更容易和空气混合均匀，实现完全燃烧，因此产生的大气污染物少，对大气污染的程度就轻。
6、催化剂用于气体污染物的治理过程与吸收、吸附法相比有何优点？何为催化剂的主活性物、载体、助催化剂，各自的作用是什么？（10分）
答：催化剂用于气体污染物的治理过程与吸收、吸附法的根本不同是无需使污染物与主气流分离而把它直接转化为无害物，避免了其它方法可能产生的二次污染。
主活性物质：能单独对化学反应起催化作用，因而可作为催化剂单独使用。
助催化剂：本身无催化性能，但它的少量加入能明显提高主活性物质的催化性能。
载体：用以承载主活性物质和助催化剂，它的基本作用在于提供大的比表面积以节约主活性物质，并改善催化剂的传热、抗热冲击和机械冲击等物理性能。
7、 工业用吸附剂必须具备哪些条件？ （5分）
答：工业吸附剂必须具备的条件：
①要具有巨大的内表面；②对不同气体具有选择性的吸附作用；
③吸附容量大；④具有足够的机械强度、热稳定性及化学稳定性；
⑤来源广泛，价格低廉，以适应对吸附剂的日益增长的需要。
8、 著名的希洛夫方程式为0ττ-=KL ，请说明公式中各个符号代表的意思以及常数K 代表的物理意义。（5分）
答：τ—保护作用时间;
K —吸附层保护作用系数；其物理意义为：当浓度分布曲线进入平移阶段后，浓度分布曲线在吸附层中移动单位长度所需要的时间。
L —吸附床层长度；
τ0――保护作用时间损失。
9、 燃烧设备的热损失主要有哪些？（5分）
答：燃烧设备的热损失主要包括：排烟热损失、不完全燃烧热损失（包括化学不完全燃烧和机械不完全燃烧）、散热损失。
10、如何控制燃烧过程引起的氮氧化物的污染？（5分）
可以通过低氮氧化物燃烧技术来控制，主要包括：低空气过剩系数运行技术；降低助燃空气预热温度；烟气循环燃烧；两段燃烧技术。
11、选择性催化还原与选择性非催化还原净化氮氧化物的主要区别是什么？（5分）
答：选择性催化还原法净化氮氧化物是以氨作还原剂，还原反应的最佳温度是290-400℃，在含有催化剂的反应器内进行；选择性非催化还原是以尿素和氨基化合物作为还原剂进行的，还原反应的最佳温度是930-1090℃，不需要催化剂。
12、什么是理论空气量？燃料完全燃烧必需具备的条件是什么？（5分）
答：理论空气量是指单位燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。
燃料完全燃烧必须具备的条件为：
①空气条件。燃料燃烧必须保证供应于燃料燃烧相适应的空气量；
②温度条件。燃料必须达到着火温度；
③时间条件。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间；
④燃料与空气的混合条件。燃料和空气中的氧要充分混合。
13、影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素有哪些？（5分）
答：煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排和炉膛的热负荷、锅炉运行负荷等多种因素有关。
14、静电除尘器有何优缺点？（10分）
答：优点：（1）电除尘器的除尘效率高（对细粉尘有很高的捕集效率），可高于99%；
（2）处理烟气量大，可达105～106m3/h；
（3）能耗低,约0.2～0.4kwh/1000m3；
（4）压力损失小，一般为200～500Pa；
（5）可净化温度较高的或强腐蚀性含尘烟气。
缺点（任意说出5个）：
（1）一次投资费用高，钢材消耗量较大。据估算，平均每平方米收尘面积所需钢材大约为3.5-4t；
（2）除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘比电阻的影响更为突出。
（3）电除尘器不适宜直接净化高浓度含尘气体；
（4）电除尘器对制造和安装质量要求较高；
（5）需要高压变电及整流控制设备；
（6）占地面积较大。
15、名词解释（15分）
（1）斯托克斯直径：在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的球的直径。
（2）空气动力学直径: 在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度(ρp ＝1g/cm 3)的球的直径。
（3）驰豫时间的物理意义: 驰豫时间为颗粒-气体系统的一个基本特征参数，
它的物理意义为：由于流体阻力使颗粒的速度减小到它的初速度的1/e 时所
需的时间。
（4）颗粒的停止距离：使粒子由初速度u0达到静止所需的时间是无限长的，但颗粒在静止之前所迁移的距离却是有限的，这个距离称为颗粒的停止距离。
（5）惯性碰撞参数：颗粒的停止距离xs 与液滴直径Dc 的比值为惯性碰撞参数NI 。
三、计算题（90分）
1. 试确定一个球形颗粒在静止干空气中运动时的阻力。（20分）
①粒径d p =1000μm ，沉降速度u=10m/s ，T=373K ，P=1atm,
μ=2.18×10-5Pa ·s ，ρ=0.947kg/m 3；
②粒径d p =0.5μm ，沉降速度u=0.1m/s ，T=293K,P=1atm,
μ=1.81×105Pa ·s ，ρ=1.205kg/m 3。 解：①由4.4341018.2947.010101000Re 56=????==--μρ
du p 知：颗粒处于过渡紊流区 （3分）
所以 4835.0Re 5.186.0==p
C D （3分）
)(1080.12
10947.041522N d C F p D D -?=???=π （4分） ②解：因为11033.310
81.1205.11.0105.0Re 356
T=293K ，P=1atm 所以
33.1165.01=+=p
d C
)(1041.633.1/1.0105.01081.114.3331265N du F D ---?=??????==πμ
2. 某电厂电除尘器的进口和出口的烟尘粒径分布数据如下，若电除尘器总除尘效率为99%，试确定其分级效率。(请写出计算公式及计算示例，并将计算结果列于表下面) (10分)
解：计算实例：总效率为99％，所以通过率为1％。
i
i i g g P 12100-=η 所以:η1=100-1×7.0/2.0=96.5 其它同，计算结果如下表：
3.普通煤的元素分析如下：C:65.7% S:1.7% H:3.2% O:2.3%
灰分:18.1% 水分:9.0% (含N量不计) （20分）
①计算燃煤1kg所需要的理论空气量、产生的理论烟气量和SO2在烟气中的含量（以体积百分比表示）；
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假定用流化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含Ca34%。当Ca/S比为1.7（摩尔比）时，计算燃烧1吨煤需加石灰石的量。
解:①质量（kg）摩尔数（mol）需氧量（mol）
C 647 53.92 53.92
S 17 0.531 0.531
H 32 32 8
O23 1.44 -0.72
H2O 90 5 0
所以：理论需氧量为53.92+0.531+8-0.72=61.73mol/kg
理论空气量为61.73×4.76×22.4/1000=6.58Nm3/kg
烟气组成为：CO2：53.92mol SO2:0.531mol H2O:16+5=21mol
N2:61.73×3.76=232.1mol
V=53.92+0.531+21+232.1=307.55mol/kg=6.89Nm3/kg
理论烟气量为0
.g
f
SO 2在烟气中的浓度：0.531/307.55×100%=0.17%
②烟气中灰分的浓度：191×80%×1000/6.89=2.218×104mg/m 3
③Ca/S=1.7 石灰中钙的含量为35%
所以Ca/S=x ×34%/40.1/(1.7%×1000/32)=1.7
x=0.106t
4. 用硝酸吸收净化含NH 35%（体积）的尾气，为了使吸收过程以较快的速度进行，必须使吸收过程不受硝酸在液相扩散速率所限制，试计算吸收时硝酸浓度最低不得低于多少？已知k G =0.11kmol/(m 2·h ·atm)，k L =0.82m/h ，D HNO3和D NH3在液相中相同。（10分） 解：A L
G B A KP P k k D D b C ?= 令P A =1atm NH 3+HNO 3→NH 4NO 3 b=1 所以3/007.0%572
.01.011m kmol P k k D D b C A L G B A KP =???=?= 浓度不得低于0.007kmol/m 3。
5. 已知某一装置排放烟气量为55000Nm 3/h ，含尘浓度为3.0g/Nm 3。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）
解：该装置每日排放的烟尘量为：55000×3.0×10-3×24=3960kg/d
所以应选用的除尘器效率为η=（1-60/3960）×100%=98.5%
6、已知重油元素分析结果如下：C ：85.5% S ：1.0% H ：11.05% O ：0.2% ；水分:2.25% (含N 量不计)，试计算： （20分）
③ 燃油1kg 所需要的理论空气量和产生的理论烟气量；
④ 干烟气中SO 2的浓度；
②当空气过剩10%时，所需的空气量和产生的烟气量。
解:① 质量（kg ） 摩尔数（mol ） 需氧量（mol ）
C 855 71.25 71.25
S 10 0.3125 0.3125
H 110.5 55.25 27.625
O 2 0.125 -0.06
H2O 22.5 1.25 0 （5分）
所以：理论需氧量为71.25+0.3125+27.625-0.06=99.1275mol/kg
理论空气量为99.1275×4.78×22.4/1000=10.61Nm3/kg（4分）
烟气组成为：CO2：71.25mol SO2:0.1325mol H2O:55.25+1.25=56.50mol
N2:99.1275×3.78=374.70mol
V=71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg=11.27Nm3/kg （4分）理论烟气量为0
f
.g
②干烟气量为：502.99-56.5=446.49 mol/kg
SO2在烟气中的浓度（百分比）为：0.3125/446.49×100%=15.96% （3分）
③过剩空气为10%时，所需空气量为
1.1×10.61=11.67 Nm3/kg
产生烟气量为：11.27+0.1×10.61=12.33 Nm3/kg （4分）