大气污染课后详解9章

实用标准文案 精彩文档 第九章第九章 固定源氮氧化物污染控制固定源氮氧化物污染控制 9 9 1 某座 1000MW 的火电站热效率为 38 基于排放系数 计算下述三种情况 NOx的排放 量 t d 1 以热值为 6110kcal kg 的煤为燃料 2 以热值为 10000kcal kg 的重油为燃料 3 以热值为 8900kcal m3的天然气为燃料 解 解 1 设每天需燃煤 Mt 则有 M 6110 103 103 4 18 38 1000 106 24 3600 解得 M 8 9 103t 取 NOx 平均排放系数 12kg t 煤 则每日排放 NOx 量约为 t107 10 12109 8 3 3 2 同理 M 10000 103 103 4 18 38 1000 106 24 3600 M 5439t 取重油密度为 0 8 103kg m3 折合体积约为 6800m3 去排放系数 12 5kg m3 则每日排放 NOx 约为t 0 85 10 5 126800 3 3 8900 103 4 18 38 V 1000 106 24 3600 解得 V 6 1 106m3 每日排放 NOx 量约为 t 2 38 1010 25 6 101 6 33 6 9 2 大型燃煤工业锅炉的 NOx排放系数可取为 8kg t 试计算排烟中 NOx的浓度 假定烟气 中 O2的浓度为 6 煤的组成见例 2 2 解 解 取 1kg 煤计算 排放 NOx 约 8g 在常规燃烧温度下 近似认为 NO2浓度很小 NOx 均以 NO 存在 1kg 煤中 含 C772g H52g N12g S26g O59g 灰分为 79g 充分燃烧后 生成 CO264 3mol H2O26mol SO20 812mol NO0 267mol 需 O22504 59 2445g 约 76 4mol 引入 N2 燃烧本身过程中产生 N2 mol 4 287 4 76 21 0 79 0 mol3 028 8 30 14 12 即在 O2恰好耗尽时烟气含 CO264 3mol H2O26mol SO20 812mol NO0 267mol N2287 7mol 由题意 空气过剩 设过剩空气量为 xmol 则 由此解得 x 152mol 06 0 1 379 21 0 x x 故 NOx 浓度为 体积分数 4 100 5 152 1 379 267 0 9 3 气体的初始组成以体积计为 8 0 CO2 12 H2O 75 N2和 5 O2 假如仅考虑 N2与 O2生成 NO 的反应 分别计算下列温度条件下 NO 的平衡浓度 1 1200K 2 1500K 3 2000K 解 解 实用标准文案 精彩文档 1 1200K 下 Kp 2 8 10 7 设有 xN2转化为 NO 则 7 2 108 2 5 75 2 xx x 解得 x 0 00512 故 NO 平衡浓度为 体积分数 4 1002 1 100 00512 0 2 2 1500K 时 同理 解得 x 0 032 故 NO 平衡浓度为 5 2 101 1 5 75 2 xx x 体积分数 4 104 6 100 2032 0 3 2000K 时 解得 x 0 190 故 NO 平衡浓度为 0 0038 4 2 100 4 5 75 2 xx x 9 4 假定煤的元素组成以重量百分比计为 氢 3 7 碳 75 9 硫 0 9 氮 0 9 氧 4 7 其余 的为灰分 当空气过剩系数 20 条件下燃烧时 假定燃烧为完全燃烧 如果不考虑热力型 NOx的生成 若燃料中氮 1 20 2 50 转化为 NO 试求烟气中 NO 的浓度 解 解 考虑 1kg 燃煤含氢 37g 碳 759g 硫 9g 氮 9g 氧 47g 烟气中含 CO263 25mol 含 H2O 18 5mol 含 SO20 28mol 因此需 O2 2392 47 2281g 约 71 3mol 则引入 N2268 2mol 若空气过剩 20 则烟气中 O2为 0 2 71 3 14 26mol N2 268 2 53 6 9 28 322 1mol 即若不考虑 N 转化 则烟气中含 CO263 25mol H2O18 5mol SO20 28mol O214 26mol N2322 1mol 1 N2转化率 20 则 NO 浓度为 体积分数 4 101 3 4 418 14 92 0 2 N2转化率 50 则 NO 浓度为 体积分数 4 107 7 4 418 14 95 0 9 5 基于第二节给出的动力学方程 对于 t 0 01 0 04 和 0 1s 估算 NO NO e的比值 假 定 M 70 C 0 5 试问 M 70 所对应的温度是多少 以 K 表示 解 解 按 大气污染控制工程 P361 9 13 exp 1 1 11 MtYY CC 将 M 70 C 0 5 代入 当 t 0 01s 时 解得 Y 0 313 7 05 05 1 1 1 eYY 当 t 0 04s 时 解得 Y 0 811 8 25 05 1 1 1 eYY 当 t 0 1s 时 解得 Y 0 988 75 05 1 1 1 eYY 由 取 P 1atm 将 M 70 代入得 T 2409K 58400 exp 107 5 2 1115 T PTM 9 6 对于 M 50 和 M 30 重复上面的计算 实用标准文案 精彩文档 解 解 M 50 955 0 1 1 1 0 686 0 1 1 04 0 232 0 1 1 01 0 55 05 1 0 25 05 1 5 05 05 1 YeYYst YeYYst YeYYst M 30 824 0 1 1 1 0 487 0 1 1 04 0 144 0 1 1 01 0 35 05 1 2 15 05 1 3 05 05 1 YeYYst YeYYst YeYYst 9 7 对于反应 N2 O2 2NO 平衡常数可表示为 根据 bf kkONNOK 22 2 现有的数据 可以得到 kf 9 1014exp 13500 RT 和 kb 4 1 1013exp 91600 RT 按 表 9 3 中的温度 计算平衡常数 K 并与表中的数据比较 解解 R 1 987cal mol K 将所给温度代入公式计算 K 值 列 43400 exp 101 4 109 13 14 RT K 表如下 T K 30010001200150020002500 Kp 计算值 5 3 10 31 7 0 10 92 7 10 71 0 10 54 0 10 43 5 10 3 Kp 表中值 10 30 7 5 10 92 8 10 71 1 10 54 0 10 43 5 10 3 9 8 计算组成为 95 N2和 5 O2的烟气达到平衡时 原子态 O 的浓度 假定平衡时的温度 为 1 2000K 2 2200K 3 2400K 解 解 假设 O 浓度很小 平衡时 O2的浓度仍可近似认为 5 利用 O2分解的平衡反应式 及 大气污染控制工程 P360 9 11 式求解 因反应OO2 2 2 1 2 1 2 RT KO O OPe e 前后分子个数不同 平衡常数有量纲 公式中浓度单位为 mol m3 即 1 2000K 时 Kp o 6 63 10 4 平衡时 3 2 305 0 273 20000224 0 05 0 mmolO e 故 36 4 2 1 2 1 2 mol1084 2 2000314 8 1063 6 305 0 m RT KO O OPe e 2 2200K 时 Kp o 2 68 10 3 平衡时 3 2 277 0 273 22000224 0 05 0 mmolO e 实用标准文案 精彩文档 故 35 3 2 1 2 1 2 mol1004 1 2200314 8 1068 2 277 0 m RT KO O OPe e 3 2400K 时 Kp o 8 60 10 3 平衡时 3 2 254 0 273 2400024 0 05 0 mmolO e 故 35 3 2 1 2 1 2 mol1007 3 2400314 8 1060 8 254 0 m RT KO O OPe e 9 9 典型的大型燃煤工业锅炉氮氧化物排放系数为 8kg t 假定煤的组成与习题 9 4 相同 烟气中氧浓度为 6 试计算烟气中 NOx的浓度 解 解 取 1kg 煤计算 排放 NOx 约 8g 在常规燃烧温度下 近似认为 NO2浓度很小 NOx 均以 NO 存在 1kg 煤中 含 C759g H37g N9g S9g O47g 充分燃烧后 生成 CO263 25mol H2O18 5mol SO20 28mol NO0 267mol 需 O22333 47 2286g 约 71 4mol 引入 N2 燃烧本身过程中产生 N2 mol 8 268 4 71 21 0 79 0 mol19 0 28 8 30 14 9 即在 O2恰好耗尽时烟气含 CO263 25mol H2O18 5mol SO20 28mol NO0 267mol N2269 0mol 由题意 空气过剩 设过剩空气量为 xmol 则 由此解得 x 140 5mol 06 0 3 351 21 0 x x 故 NOx 浓度为 体积分数 4 1043 5 5 140 3 351 267 0 9 10 燃油锅炉的 NOx排放标准为 230 10 6 体积分数 假定油的化学组成 C10H20Nx 当空气过剩 50 时发生完全燃烧 当燃料中 50 的氮转化为 NOx 忽略热力型 NOx时 为 满足排放标准 氮在油中的最大含量为多少 解 解 燃烧 1mol C10H20Nx 产生 10molCO2 10molH2O 需 O215mol 引入 N2量 56 4mol 空气过剩 50 则总氮气量为 56 4 1 5 84 6mol O2量为 7 5mol 由题意 解得 x 0 052 6 10230 5 75 0 6 8420 5 0 x x 因此氮在油中的最大含量为 52 0 100 2012014052 0 14052 0 9 11 欲从燃烧烟气中用氨去除 NOx 假定实际的反应为反应 9 17 和 9 18 烟气 中 NO 占 NOx 总量的 90 其余的为 NO2 按习题 9 1 的三种情况 若去除 90 以上的 NOx 每天各需要多少吨氨 假定氨的残留量为 5 10 6 体积分数 解 解 1 以热值为 6110kcal kg 的煤为燃料 每日排放 NOx量约 107t 其中 实用标准文案 精彩文档 NO210 7t NO96 3t 反应方程式为 OHNONONH 2223 6444 OHNNONH 2223 12768 3 10 3 969 0 3044 x 3 10 7 109 0 4668 y 解得 x 2889kmol y 279kmol 生成 N2 H2Okmol3133 279 8 7 2889 kmol4752 279 8 12 2889 4 6 因此残留氨量为 3133 4752 5 10 6 0 04kmol 可忽略 故每天消耗氨的量为 2889 279 17 103 53 9t 2 以热值为 10000kcal kg 的重油为燃料 每日排放 NOx量约 85t 其中 NO28 5t NO76 5t 反应方程式为 OHNONONH 2223 6444 OHNNONH 2223 12768 3 10 5 769 0 3044 x 3 105 89 0 4668 y 解得 x 2295kmol y 222kmol 生成 N2 H2Okmol2489 222 8 7 2295 kmol3776 222 8 12 2295 4 6 因此残留氨量为 2489 3776 5 10 6 0 03kmol 可忽略 故每天消耗氨的量为 2295 222 17 103 42 8t 3 以热值为 8900kcal m3的天然气为燃料 每日排放 NOx量约 38 2t 其中 NO23 8t NO34 4t 反应方程式为 OHNONONH 2223 6444 OHNNONH 2223 12768 3 10 4 349 0 3044 x 3 108 39 0 4668 y 解得 x 1032kmol y 99kmol 生成 N2 H2Okmol1119 99 8 7 1032 kmol1696 99 8 12 1032 4 6 因此残留氨量为 1119 1696 5 10 6 0 01kmol 可忽略 故每天消耗氨的量为 1032 99 17 103 19 2t 9 12 烟气中 NOx的浓度经常以体积分数 10 6 表示 为了计算 NOx排放总量 通常将 其转化为 kgNO2 GJ 表示 试导出一个通用的转化公式 需引进的变量应尽可能少 若已 知甲烷在 10 过剩空气下燃烧时 NOx的浓度为 300 10 6 利用你导出的公式 将 NOx的 浓度转化为 kgNO2 GJ 解 解 甲烷燃烧方程式为 OHCOOCH 2224 22 实用标准文案 精彩文档 取 1mol 甲烷进行计算 则理论耗氧量为 2mol 生成 CO21mol H2O2mol 当空气过剩 10 时 烟气中还含有 O20 2mol N2 故烟气总体积 3 8 32 0 2 11 52mol mol32 82 2 21 0 79 0 其中 NOx量折合成 NO2为 46 11 52 300 10