大气污染课后详解9章.docx

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NO的排放X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.6110X 103 X 103 X4.18 X 38%=1000X 106 X 24 X 3600解得M=8.9X103t取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为8.9 x 103 x 121032)同理 M.10000X103X103 X 4.18 X 38%=1000X 106 X 24 X 3600, M=5439t取重油密度为0.8X103kg/m3，折合体积约为6800m3,去排放系数12.5kg/m3，则每日排放NOx 约为6800 x 12.5103=85.0t3 ) 89 00X 103 X 4.18 X 38%V=1000X 106 X 24 X 3600，解得 V=6.1X106m3每日排放NOx量约为葺106：.25 = 38210 3 x 10 39.2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：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 76.4mol0.79 14引入 N" x 76.4 二 287.4mol燃烧本身过程中产生 N2（12 - x 8）/28 二 0.3mol2 0.21 2 30即在 O2 恰好耗尽时烟气含 CO264.3mol, H2O26mol, SO20.812mol, NO0.267mol, N2287.7mol0.21 x由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol,则 =0.06，由此解得x=152mol379.1 + x故 NOx 浓度为0.267379.1 +152=5.0 x 10 - 4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=2.8X10T设有 xN2 转化为 NO,贝V(2 x)2(75 - x)(5 - x)=2.8 x 10-7解得x=0.00512；故NO平衡浓度为2 x 0.00512二 1.02 x 10 -4体积分数)2)1500K时，同理(2 x)2(75 - x)(5 - x)=1.1 x 10-5解得x=0.032，故NO平衡浓度为0.032 x 2100=6.4 x 10 - 4体积分数)3)2000K 时,(2 x)2(75 - x)(5 - x)=4.0 x 10-4 解得 x=0.190,故 NO 平衡浓度为 0.00389.4 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 2392—47=2281g 约 71.3mol,则引入 N2268.2mol若空气过剩 20%，则烟气中 O2为 0.2X71.3=14.26mol, N2 268.2+53.6+9/28=322.1mol 即若不考虑 N 转化，贝烟气中含 CO263.25mol， H2O18.5mol， SO20.28mol， O214.26mol， N 322.1mol20.2x9/141) N2转化率20%，则NO浓度为 二3.1 x 10-4 (体积分数)2 418.40.5x9/142) N2转化率50%，则NO浓度为 二7.7 x 10-4 (体积分数)2 418.49.5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：按《大气污染控制工程》P361 (9 — 13) (1 -Y)c+i(1 + Y) c-1 二 exp(—Mt)将 M=70， C=0.5 代入当 t=0.01s 时(1 - Y)i.5(1 + Y)-o.5 二 e-0.7 ,解得 Y=0.313；当 t=0.04s 时(1 - Y)i.5(1 + Y)-o.5 二 e-2.8 ,解得丫=0.811；当 t=0.1s 时(1 - Y)i.5(1 + Y)-°.5 二 e-7,解得 Y=0.988。

由 M = 5.7 x 1015T- 2000K 时，Kp,o=6.63X10—4，平衡时[O ]2e P1/2 exp(- 58；°0)，取 P=1atm,将 M=70 代入得 T=2409K9.6 对于 M=50 和 M=30 重复上面的计算 ]解：t 二 0.01s, (1 - Y)1.5(1 + Y) —0.5 = e -0.5 , Y 二 0.232M=50\t = 0.04s, (1 - Y )i.5(1 + Y) -0.5 二 e -2.0, Y 二 0.686 t 二 0.1s, (1 - Y)1.5 (1 + Y)-0.5 二 e-5, Y 二 0.955t 二 0.01s,(1 — Y)1.5(1 + Y) -0.5 = e -0.3 , Y 二 0.144M=30\t = 0.04s, (1 — Y )1.5(1 + Y) -0.5 二 e -1.2, Y 二 0.487t 二 0.1s, (1 — Y)1.5 (1 + Y)-0.5 二 e-3, Y 二 0.8249.7对于反应N2+O厂>2NO,平衡常数可表示为：K = [NO]2/[N ][O ] = k /k。

根据2 1 2200K 时，Kp,o=2.68X10—3，平衡时[O ] 2 2 f b现有的数据，可以得到 kf=9X 1014exp[—13500/(RT)]和 kb=4.1 X 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：“ 9 x 1014 / 43400、K = exp( — ) (R=1.987cal/mol.K)将所给温度代入公式计算K值，列表4.1x1013 RT如下：T (K)30010001200150020002500Kp(计算值)5.3X10—317.0X10—92.7X10—71.0X10—54.0X10—43.5X10—3Kp(表中值)10—307.5X10—92.8X10—71.1X10—54.0X10—43.5X10—39・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O2 T 2O[O ]1/2 K及《大气污染控制工程》P360 (9 — 11 )式求解：[O ] = 士 叫。

因反应前后分子个e (RT )1/ 20.0224 x 2000/273 — 0.305mo1 / m数不同，平衡常数有量纲，公式中浓度单位为mol/m2e，即故 [O ] =e[O ]1/2 K2 e P,O(RT)1/20.305 x 6.63 x 10-4<8.314 x 200^= 2.84x10—6mol/ m30.0224 x 2200/273 —卫力冲°"冲‘故 [O ] =e[O ]1/2K2 e P,O(RT )1/2v'0.277 x 2.68 x 10-3<8.314 x 2200=1.04x10—5mol/m33) 2400K 时，Kp,o=8.60X10-3,,平衡时[O ] = = 0.254mol/m32 e 0.024 x 2400/273丄“… [O ]1/2 K <0.254 x 8.60 x 10-3 十 “ ”故[O ]二 j PO 二 二 3.07 x 10-5 mol/m3e (RT )1/2 *8.314 x 24009・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NO的浓度。

X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 71.4mol0.79 14引入 N" x 71.4 二 268.8mol燃烧本身过程中产生 N2(9 — x 8)/28 二 0.19mol2 0.21 2 30即在 O2 恰好耗尽时烟气含 C0263.25mol,H2018.5mol,S020.28mol,N00.267mol,N2269.0mol 0.21x由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol,则 =0.06，由此解得x=140.5mol351.3 + x故 NOx 浓度为0.267351.3 +140.5二 5.43 x 10-4体积分数)9.10燃油锅炉的NO排放标准为230X10-6 (体积分数)，假定油的化学组成C10H20N，当x 10 20 x空气过剩50%时发生完全燃烧当燃料中50%的氮转化为NO ,忽略热力型NO时，为满X X足排放标准，氮在油中的最大含量为多少？解：/trr •燃烧 1molC“H杯N，产生 10molCO , 10molH O,需 O」5mol，引入 N 量 56.4mol。

10 20 x 2 2 2 2空气过剩50%，则总氮气量为56.4X1.5=84.6mol, O2量为7.5mol由题意，0.5 x20 + 84.6 + 0.5x + 7.5二 230 x 10-6，解得 x=0.052因此氮在油中的最大含量为0.052 x 140.052 x 14 +120 + 20x 100% 二 0.52%9.11欲从燃烧烟气中用氨去除NO，假定实际的反应为反应(。