大气计算

例1 某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下(按质量)：C 88.3%, H 9.5%, S 1.6%, H2O 0.05%, 灰分0.10%。若燃料中硫转化为SOX(其中SO2占97%)，试计算： (1) 燃烧1 kg重油所需要的理论空气量;

(2) 空气过剩系数为1.2时烟气中SO2及SO3浓度(以ppm表示) (3) 此时干烟气中CO2的含量，以体积百分比表示 解：(1) 以1kg重油燃烧为基础，则 重量(g) 摩尔数(mol) 需氧数(mol) C 883 73.58 73.58 H 95 47.5 23.75 S 16 0.5 0.5 H2O 0.5 0.0278 0

所以：理论需氧量为73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油

干空气中氮和氧的摩尔体积比为3.78，则1kg重油完全燃烧所需要的理论空气量为：97.83×(3.78+1)=467.63 mol/kg重油 即： 467.63×22.4/1000=10.47Nm3/kg重油

(2) 由(1)可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：

CO2：73.58 H2O：47.5+0.0278 SOX：0.5 NX：97.83×3.78

理论烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+(97.83×3.78)=491.4 mol/kg重油 即 489.45×22.4/1000=11.01 mN3/kg重油 空气过剩系数1.2，则实际烟气量：11.01+10.47×0.2＝13.10 mN3/kg重油

其中10.47为1kg重油完全燃烧所需理论空气量 烟气中SO2的体积为：0.5×0.97×22.4/1000=0.0109 mN3/kg SO3的体积为：0.5×0.03×22.4/1000=3.36×10-4 mN3/kg

0.0109所以烟气中SO2及SO3的浓度分别为：

CSO2??106?832ppm13.10

3.36?10?4 CSO3??106?25.75ppm13.10

(3) 当α=1.2时，干烟气量为：

22.43?1.648mN/kg重油 CO2体积为： 73.58?1000

1.648所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为： ?100?13.69.04

例2：已知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（体积），奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7Kg/min。 （1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示） （2） 污染物在干烟气中浓度

（3） 烟气中空气过剩系数 （4）校正至空气过剩系数α=1.8时污染物在烟气中的浓度。

t解：（1）污染物排放的质量流量为： 22.7Kg?60min?24h??32.7t/dminhd1000Kg

3 （2）测定条件下的干空气量为： Qd?10400??1?0.0625??9750m/min22.7测定状态下干烟气中污染物的浓度：

C??106?2328.2mg/m39750

PNT?101.334733 标态下的浓度： C?C???N?PT??2328.2?96.93?273?4217.0mg/mNN??

（3）空气过剩系数：

Q2P8.2 ??1??1??1.6130.264N2P?O2P0.264?81.1?8.2

（4）校正至α=1.8条件下的浓度：

?实 C校?C实1.8

1.613 C?4217.0??3778.9mg/m3N校22.43491.4?47.5?0.0278??10.47?0.2?12.04m????N??10001.8例1：有两种粒径的粒子在空气沉降室中自由沉降，求下述条件下，匀速沉降粒子所受到的阻力。已知条件为 (1) 粒径dp=120μm，沉降室空气温度T=293K，压力P=1.013×105Pa，沉降速度ν=0.9m/s (查表：空气粘度μ=1.81×10-5Pa·s，密度ρ=1.205kg/m3) (2) 粒径dp=1μm，沉降室空气温度T=400 K，压力P=1.013×105Pa，沉降速度ν=50μm/s (查表：空气粘度μ=2.29×10-5Pa·s，密度ρ=0.8826kg/m3)

?6?5解：(1) 计算粒子的雷诺数 Re?dp?v/??120?10?1.205?0.9/(1.81?10)＝7.19由于1.0

21.205?0.92?628阻力Fd计算 F?CA?v?5.66??（120?10）?＝3.12?10?（N）DDP242

(2) 由于dp=1μm，需对斯托克斯阻力公式进行肯宁汉系数修正 空气分子的平均运动速度为 8RT8?8314?400?? ? 28 . 97 =540.7（m/s） ?M= ?

?2.29?10?5空气分子的平均自由程λ ????0.096?10?6m0.499??0.499?540.7?0.8826

?2.29?10?5 努森数 ????0.096?10?6m0.499??0.499?540.7?0.8826

肯宁汉修正系数C Cu?1?Kn[1.257?0.4exp(?1.10/Kn)]?1?0.192[1.257?0.4exp(?1.10/0.192)]?1.2416 阻力Fd计算 F ?3??dv/CDpu

=3π×2.29×10-5×1×10-6×50×10-6/1.2416=8.69×10-13 N

1?P???Vin221、旋风除尘器的压力损失 电除尘器

例: 单通道板式电除尘器的通道高5 m，长6 m，集尘板间距300 mm，实测气量为6000 m3/h，入口粉尘浓度为9.3

g/ m3，出口粉尘浓度为0.5208 g/ m3。试计算相同的烟气气量增加到9000 m3/h时的效率。 解：气量为6000 m3/h时的除尘效率 ??1?C出口?1?0.5208?94.4进口9.3

Q6000/3600 wp??ln(1??1)??ln(1?0.944)?0.08m/sA2?5?6

v1?6000/(5?0.3?3600)?1.1m/s 断面风速

气量增加到9000 m3/h时，wp仍取0.08 m/s，有 ??1?exp(?Aw)?1?exp(?2文丘里洗涤器

Qp2?5?6?0.08)?85.3?00/3600例 题：以液气比为1.0l/ m3的速率将水喷入文丘里洗涤器的喉部，气体流速为122m/s，密度和粘度分别为1.15kg/ m3和 2.08×10－5kg/ (m/s)，喉管横断面积为0.08 m2，参数 f 取为0.25，对于粒径为1.0 μm、密度为1.5 g/ m3的粒子（C值约为1.172），试确定气流通过该洗涤器的压力损失和粒子的通过率。

解: （1）计算△ P

运用海斯凯茨提出的计算式 ，得

（2）计算粒子的通过率

吸收速率方程

用乙醇胺（MEA）溶液作吸收剂处理含0.1％H2S的废气，废气压力为2MPa，吸收剂中含 250 mol/m3的游离MEA。吸收在20℃下进行，反应可视为瞬间不可逆反应。

H2S+CH2OHCH2NH2→HS-+CH2OHCH2NH3+ 已知：kLAa=108h-1，kGAa=2.13×103 mol·（m3·h·kPa）-1， DLA=5.4×10－6 m2·h-1，DLB=3.6×10-6 m2·h-1， 求吸收速率NA。

解：先求CLB临，判别吸收过程是否属气膜控制

由于CLB = 250 mol·m-3 > 59 mol·m-3，过程属气膜控制，故

NA = kGAa PA = 2.13×103×2×103×10－3 ＝ 4.26×103 kmol·(m3·h)-1

污染物浓度的估算

例 题:某石油化工厂处于平原地区，该工厂烟囱SO2排放量为80 g/s,有效源高为60m，烟囱口附近的平均风速约为6m/s，试估算冬季阴天时，正下风向距烟囱500m处地面SO2的浓度，并确定地面最大浓度值及其出现的位置。 解：① 在阴天的条件下，大气稳定度为D级，查表求得X=500m处，σy=35.3m, σZ=18.1m，并代入公式，计算500m处地面浓度

② 地面最大浓度时的 σz 值

③ 求地面最大浓度： σz 值→ Xmax→ σy 值→ρmax

查表，得X?max?0.96(km)查表，得?y?60.4(m)由公式?max(X?max,0,0,H)即：?z2Q?max(0.96,0,0,60)???y?euH2?2?80?1033.14?2.718?6?602

?30.2?0.43(mg/m3)60.4

1、某厂采用填料塔用吸收液 B 净化含 A 组分的废气，气液相逆流接触，使废气中 A由 0.2%下降 0.02%（体积含量），塔内发生反应：A+B→C 的化学反应，此为飞速丌可逆反应。系统总压为 1atm，溶液 B 进塔浓度为 0.150mol/m3，出塔浓度0.130 mol/m3，请确定填料塔内的控制过程。（已知 DAL=DBL,KAL=0.1h-1，KAG=30mol/m3.atm.h）

解:若为顺流接触：塔顶：PAG1=P*V1=1*0.2%=0.002atm 塔底：PAG2=P*V1=1*0.02%=0.0002 atm

若为逆流接触：塔顶：PAG1=P*V1=1*0.02%=0.0002atm 塔底：PAG2=P*V1=1*0. 2%=0.002 atm

∵CKP2=0.60kmol/m>CBL2=0.130kml/m ∴为液膜控制过程

5、已知某种烟煤的组成为：C 84.7%，O 8.6%；H 4.9%；S 1.8%；A 20.0%，W3.2%。试计算：

（1）燃烧１Kg该种煤所需的理论空气量（以标准状态下的体积mN计，设空气中不含水分）； （2）在空气过剩系数为1.15的情况下燃烧，出口烟气中SO2的浓度为多少PPm？

（3）在（2）的情况下用流化床燃烧技术脱除烟气中的SO2，石灰石中Ca含量为36%，当Ca/S为1.8（摩尔比）时，燃烧1t需加石灰石的量为多少？ 解：（1）燃烧 1kg 该种煤所需的空气量 ①计算煤的收到基组成

3

33

War=3.2% ; Aar=（1-3.2%）*20.0%=19.3% ;

Car=（1-3.2%）*（1-20.0%）*84.7%=65.6% ; Oar=（1-3.2%）*（1-20.0%）*8.6%=6.7% Har=（1-3.2%）*（1-20.0%）*4.9%=3.8% ; Sar=（1-3.2%）*（1-20.0%）*1.8%=1.4%

②计算理论空气量：以 1Kg 煤为基准，列出每种元素的摩尔数、燃烧所需的理论氧气量和产生的理论烟气量（见下表）