大气污染课后详解9章

1、第九章 固定源氮氧化物污染控制99.1 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：1）设每天需燃煤Mt，则有M.61101031034.1838%=1000106243600解得M=8.9103t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为；2）同理M.100001031034.1838%=1000106243600，M=5439t。取重油密度为0.8103kg/m3，折合体积

2、约为6800m3，去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx约为3）89001034.1838%V=1000106243600，解得V=6.1106m3。每日排放NOx量约为。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22。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O22

3、50459=2445g，约76.4mol。引入N2。燃烧本身过程中产生N2。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。故NOx浓度为（体积分数）。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：1）1200K下，Kp=2.8107。设有xN2转化为NO，则解得x=0.0051

4、2；故NO平衡浓度为（体积分数）2）1500K时，同理 解得x=0.032，故NO平衡浓度为（体积分数）3）2000K时， 解得x=0.190，故NO平衡浓度为0.0038。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：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 23

5、9247=2281g 约71.3mol，则引入N2268.2mol。若空气过剩20%，则烟气中O2为0.271.3=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）2）N2转化率50%，则NO浓度为（体积分数）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/NOe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：按大气污

6、染控制工程P361（913） 将M=70，C=0.5代入当t=0.01s时 ，解得Y=0.313；当t=0.04s时 ，解得Y=0.811；当t=0.1s时 ，解得Y=0.988。由，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。9.6 对于M=50和M=30重复上面的计算。解：M=50M=309.7 对于反应N2+O22NO，平衡常数可表示为：。根据现有的数据，可以得到kf=91014exp13500/(RT)和kb=4.11013exp91600/(RT)。按表93中的温度，计算平衡常数K，并与表中的数据比较。解： （R=1.987cal/mol.K）。将所给温度代入公式计算K值，列表如

7、下：T（K）30010001200150020002500Kp（计算值）5.310317.01092.71071.01054.01043.5103Kp（表中值）10307.51092.81071.11054.01043.51039.8 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：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（911）式求解：。因反应前后分子个数不同，平衡常数有量纲，公式中浓度单位为mol/m3，即1）2000K时，Kp,o=6.6310

8、4，平衡时故2）2200K时，Kp,o=2.68103，平衡时故3）2400K时，Kp,o=8.60103，平衡时故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94相同，烟气中氧浓度为6%，试计算烟气中NOx的浓度。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O2233347=2286g，约71.4mol。引入N2。燃烧本身过程中产生N2

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。故NOx浓度为（体积分数）。9.10 燃油锅炉的NOx排放标准为230106（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：燃烧1mol C10H20Nx，产生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量56.4mol。空气过剩50%，

10、则总氮气量为56.41.5=84.6mol，O2量为7.5mol。由题意，解得x=0.052因此氮在油中的最大含量为。9.11 欲从燃烧烟气中用氨去除NOx，假定实际的反应为反应（917）和（918），烟气中NO占NOx总量的90%，其余的为NO2。按习题91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5106（体积分数）。解：1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料，每日排放NOx量约107t，其中NO210.7t，NO96.3t。反应方程式为： 解得x=2889kmol，y=279kmol生成N2，H2O因此残留氨量为（3133+4752）5106=0.0

11、4kmol，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： 解得x=2295kmol，y=222kmol生成N2，H2O因此残留氨量为（2489+3776）5106=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： 解得x=1032kmol，y=99kmol生成N2，H2O因

12、此残留氨量为（1119+1696）5106=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（106）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300106，利用你导出的公式，将NOx的浓度转化为kgNO2/GJ。解：甲烷燃烧方程式为：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.

13、32+0.2=11.52mol。其中，NOx量折合成NO2为：4611.52300106=1.59104kg。甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol，故浓度转化结果为：。通用公式的推导：假设燃料组成为CxHyOzNmSt（适用于大部分燃料），空气过剩系数为，燃料的热值Q（kJ/mol）。燃烧方程为，故取1mol燃料进行计算，则产生CO2xmol，H2Oy/2mol，SO2tmol，N2m/2mol。耗氧（x+t+y/4-z/2）mol，考虑空气过剩系数，引入氮气3.76（x+t+y/4-z/2）mol，剩余O2（1）（x+t+y/4-z/2）mol。因此烟气总体积为(x+y/2+t+m/2)+ 3.76（x+t+y/4-z/2）+（1）（x+t+y/4-z/2）mol。若产