大氣污染課后答案 9章

第九章固定源氮氧化物污染掌握9

9.1某座1000MW的火電站熱效率為38%,基于排放系數(shù)，計(jì)算下述三種狀況NO、的排放

量(t/d)：

1)以熱值為6H0kcal/kg的煤為燃料；2)以熱值為lOOOOkcal/kg的重油為燃料；

3)以熱值為8900kcal/m3的自然氣為燃料。

解：

1)設(shè)每天需燃煤Mt,則有M.611OX1O3XIO3X4.18X38%=1OOOX106x24X3600

解得M=8.9X103t?取NOx平均排放系數(shù)12kg/t煤，則每日排放NOx量約為

8.9X1Q3xl2

=107/；

2)同理M.lOOOOXl()3xi03x4.18X38%=lOOOX106x24X3600,M=5439t。

取重油密度為0.8Xl()3kg/m3,折合體積約為6800m3,去排放系數(shù)12.5kg/m3,則每日排放

6800x12.5

NOx約為=85.0/

103

3)8900X103X4.18X38%V=1000X106X24X3600,解得V=6.1X

每日排放NOx量約為6.1x106x0.25=382/。

1()3X。

9.2大型燃煤工業(yè)鍋爐的NOx排放系數(shù)可取為8kg/t,試計(jì)算排煙中NO、的濃度。假定煙氣

中02的濃度為6%,煤的組成見例2-2。

解：

取1kg煤計(jì)算，排放NOx約8g,在常規(guī)燃燒溫度下，近似認(rèn)為NO2濃度很小，NOx均以

NO存在。

1kg煤中，含C772g,H52g,N12g,S26g,059g,灰分為79g。充分燃燒后，生成CO264.3mol,

H2O26mol,SO20.812moLNO0.267moh需。22504—59=2445g,約76.4mol。

07Q14

引入N2—x76.4=287.4m。/。燃燒本身過程中產(chǎn)生N2(12——x8)/28=0.3/MO/。

0.2130

即在。2恰好耗盡時(shí)煙氣含CO264.3mol,H2O26mol,SO20.812mol,NO0.267mol,N2287.7mol?

由題意，空氣過剩，設(shè)過?？諝饬繛閤mol,則—O,n_.=006,由此解得x=152mol。

379.1+X

故NOx濃度為'^—=5.0x10-4(體積分?jǐn)?shù)).

379.1+152

9.3氣體的初始組成以體積計(jì)為8.0%CO2、12%H2O,75%刈和5%Ch。假如僅考慮用與

02生成NO的反應(yīng)，分別計(jì)算下列溫度條件下NO的平衡濃度。

1)1200K；2)1500K；3)2000K-

解：

1)1200K下，Kp=2.8X10-7。設(shè)有XN2轉(zhuǎn)化為NO,則------------=2.8xl0-7

(75-x)(5-x)

解得x=0.00512；故NO平衡濃度為彩竺”□=1.02x10-4(體積分?jǐn)?shù))

100

(2九)2

2)1500K時(shí)，同理——--------=1.1x10"解得x=0.032,故NO平衡濃度為

(75-x)(5-x)

0.032x2,.,__"上加八好、

-------------=6.4x1044(體積分?jǐn)?shù))

100

(2x)2

3)2000K時(shí)，——--------=4.0x10-4解得x=0.190,故NO平衡濃度為0.0038。

(75-x)(5-x)

9.4假定煤的元素組成以重量百分比計(jì)為：氫3.7,碳75.9,硫0.9,氮0.9,氧4.7,其余的

為灰分。當(dāng)空氣過剩系數(shù)20%條件下燃燒時(shí)，假定燃燒為完全燃燒。假如不考慮熱力型NO、

的生成，若燃料中氮1)20%,2)50%,轉(zhuǎn)化為NO,試求煙氣中NO的濃度。

解：

考慮1kg燃煤含氫37g,碳759g，硫9g,氮9g,氧47g。煙氣中含CO263.25mol,H2O18.5mol,

含SO20.28mol。因此需Ch2392—47=2281g約71.3mol,則引入N2268.2mol。

若空氣過剩20%,則煙氣中Ch為0.2X71.3=14.26mol,N2268.2+53.6+9/28=322.1molo

即若不考慮N轉(zhuǎn)化，則煙氣中含CO263.25mol,H2O18.5mol,SO20.28moLO214.26moL

N2322.1moL

l)N2轉(zhuǎn)化率20%,則NO濃度為=3.1x10-4(體積分?jǐn)?shù))

418.4

2)用轉(zhuǎn)化率50%,則NO濃度為"出M=7.7x10-4(體積分?jǐn)?shù))

418.4

9.5基于其次節(jié)給出的動(dòng)力學(xué)方程,對(duì)于t=0.01、0.04和0.1s,估算[NO]/[NO]e的比值,假

定M=70,C=0.5。試問M=70所對(duì)應(yīng)的溫度是多少？以K表示。

解：

按《大氣污染掌握工程》P361(9-13)(l-r)c+1(l+r)c-'=exp(-M0

將M=70,C=0.5代入

當(dāng)t=0.01s時(shí)(l—y)"(l+y)45=e-。'，解得丫=0.313；

當(dāng)t=0.04s時(shí)(l—y)“(l+y)45=e-2$,解得Y=0.811；

當(dāng)t=O.ls時(shí)(l-y),'5(l+y)-0'5=e-7,解得Y=0.988。

由M=5.7x1()6廠學(xué)“2exp(—二29),取p=iatm,將M=70代入得T=2409K。

9.6對(duì)于M=50和M=30重復(fù)上面的計(jì)算。]

解:

t=0.015,(1-n，5(l+丫產(chǎn)=e?5,Y=0.232

M=50-/=0.045,(1-y)'-5(l+r)-0,5=e<°,y=0.686

t=0.15,(1-y)l5(l+y)-°5=e-5,Y=0.955

t=0.01s,(1-"5(1+y)45=e<3,y=0.144

M=30<r=0.045,(1-y)15(1+r)-05=e-L2,y=0487

t=0.1,v,(l-y)l5(l+y)-0'5="3,y=0.824

2

9.7對(duì)于反應(yīng)N2+O2—>2NO,平衡常數(shù)可表示為：K=[NO]/[N2][O2]=kf/kb.依據(jù)

13

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，可以得到ki=9XlOWxpL13500/(RT)]和kb=4.1X10exp[-91600/(RT)]?按表

9—3中的溫度，計(jì)算平衡常數(shù)K,并與表中的數(shù)據(jù)比較。

解：

9x10國43400

K=--------exp(------------)(R=1.987cal/mol.K)將所給溫度代入公式計(jì)算K值，列表

4.1xl013RTo

如下:

T(K)30010001200150020002500

Kp(計(jì)算值)5.3X10-317.0X10-92.7X1071.0X『4.0X1043.5X103

Kp(表中值)10-307.5X10-92.8X10-71.1X10-54.0X10F3.5XIO、

9.8計(jì)算組成為95%沖和5%Ch的煙氣達(dá)到平衡時(shí)，原子態(tài)O的濃度。假定平衡時(shí)的溫度

為1)2000K；2)2200K；3)2400K。

解：

假設(shè)0濃度很小,平衡時(shí)02的濃度仍可近似認(rèn)為5%。采用02分解的平衡反應(yīng)式。2T2。

及《大氣污染掌握工程》P360(9-11)式求解：[0,]=0K.因反應(yīng)前后分子個(gè)

'(RT)"2

數(shù)不同，平衡常數(shù)有量綱，公式中濃度單位為mol/m3,即

0.05

1)2000K時(shí)，Kp,o=6.63XIO2平衡時(shí)[.L=0.305/7/0///M3

0.0224x2000/273

J0.305>6.63X10Y

故=2.84x10-6皿。1/

(RT)”278.314x2000

0.05

2)2200K時(shí)，Kp,o=2.68X10汽平衡時(shí)[QL=0.211mol/m3

0.0224x2200/273

,2

[O2]'eKPOJo.277x2.68x10-3

故[Q]==1.04x105mol/m3

(RT)”?78.314X2200

0.05

3)2400K時(shí)，Kp,o=8.60X10^3,,平衡時(shí)[QI=0.254，〃。//m3

0.024x2400/273

70.254x8.60xlO-3

故Q,]==3.07xlO-5mol/zn3

(RT)'"78.314x2400

9.9典型的大型燃煤工業(yè)鍋爐氮氧化物排放系數(shù)為8kg/t。假定煤的組成與習(xí)題9—4相同，

煙氣中氧濃度為6%,試計(jì)算煙氣中NO,的濃度。

解：

取1kg煤計(jì)算，排放NOx約8g,在常規(guī)燃燒溫度下，近似認(rèn)為Nth濃度很小，NOx均以

NO存在。

1kg煤中，含C759g,H37g,N9g,S9g,047g?充分燃燒后，生成CCh63.25mol,H2O18.5mol,

SO20.28mol,NO0.267molo需O22333T：47=2286g,約714mo1。

07914

引入N2%?x71.4=2688〃。/。燃燒本身過程中產(chǎn)生N2（9-—x8）/28=0.19mol。

0.2130

即在。2恰好耗盡時(shí)煙氣含CO263.25moLH2O18.5mol,SO20.28moLNO0.267mol,N2269.0mol?

r\/>1

由題意，空氣過剩，設(shè)過剩空氣量為xmol,則=0.06,由此解得x=140.5mol。

351.3+x

故NOx濃度為一絲包一=5.43x10-4（體積分?jǐn)?shù)）。

351.3+140.5

9.10燃油鍋爐的NO、排放標(biāo)準(zhǔn)為230X10-6（體積分?jǐn)?shù)），假定油的化學(xué)組成CioHzoNx,當(dāng)

空氣過剩50%時(shí)發(fā)生完全燃燒。當(dāng)燃料中50%的氮轉(zhuǎn)化為NO”忽視熱力型NOx時(shí)，為滿

意排放標(biāo)準(zhǔn)，氮在油中的最大含量為多少？

解：

燃燒ImolCioHoNx，產(chǎn)生lOmolCCh,10molH2O,需0215mo1,引入N2量56.4mol。

空氣過剩50%,則總氮?dú)饬繛?6.4X1.5=84.6moLO2量為7.5mol。

0.5%

由題意,=230x10-6,解得x=0.052

20+84.6+0.5%+7.5

因此氮在油中的最大含量為——0052><14——x100%=0.52%。

0.052x14+120+20

9.11欲從燃燒煙氣中用氨去除NO*,假定實(shí)際的反應(yīng)為反應(yīng)（9-17）和（9-18）,煙氣中

NO占NOx總量的90%,其余的為NO2。按習(xí)題9—1的三種狀況，若去除90%以上的NOx，

每天各需要多少噸氨？假定氨的殘留量為5X10"（體積分?jǐn)?shù)）。

解：

1）以熱值為6110kcal/kg的煤為燃料，每日排放NOx量約107t,其中NCM0.7t,NO96.3K

反應(yīng)方程式為：

4NH.+4NO+O2.4可2+6/08AW3+6NO2-^1N2+12H2O

4_4x30§_6x46

x—0.9x96.3xlO37—0.9x10.7xlO3

解得x=2889kmol,y=279kmol

生成N2(2889+(x279)=3133kmol,H2O(1x2889+yx279)=47526〃。/

因此殘留氨量為(3133+4752)X5X106=0.04kmol,可忽視。

故每天消耗氫的量為(2889+279)X17/l03=53.9to

2)以熱值為lOOOOkcal/kg的重油為燃料，每日排放NC\量約85t,其中NO28.53NO76.5t。

反應(yīng)方程式為：

4NH.+4NO+O2-4可2+6/08AW3+6NO2-^1N2+12H2O

4_4x30§_6x46

x—0.9x76.5xlO37—0.9x8.5xl03

解得x=2295kmol,y=222kmol

生成N2(2295+(x222)=2489Zm。/,H2Ox2295+yx222)=3776kmol

因此殘留氨量為(2489+3776)X5X10-6=0.03kmol,可忽視。

故每天消耗氨的量為(2295+222)X17/103=42.8to

3

3)以熱值為8900kcal/m的自然氣為燃料，每日排放NO*量約382,其中NO23.8t,NO34.4t。

反應(yīng)方程式為：

4NH、+4NO+Q—4/+6H2O8N〃3+6NO2f7區(qū)+12”2。

44x3086x46

x-0.9x34.4xlO310.9x3.8xIO?

解得x=1032kmoLy=99kmol

7

生成N2(1032+-X99)=1119kmol,xl032+yx99)=l696kmol

因此殘留氨量為(1119+1696)X5X106=0.01kmoL可忽視。

故每天消耗氨的量為(1032+99)X17/103=192。

9.12煙氣中NOx的濃度常常以體積分?jǐn)?shù)(IO")表示，為了計(jì)算NOx排放總量，通常將其

轉(zhuǎn)化為kgNCh/GJ表示。試導(dǎo)出一個(gè)通用的轉(zhuǎn)化公式，需引進(jìn)的變量應(yīng)盡可能少。若已知甲

烷在10%過?？諝庀氯紵龝r(shí)NOx的濃度為300XIO",采用你導(dǎo)出的公式，將NOx的濃度

轉(zhuǎn)化為kgNO2/GJ?

解：

甲烷燃燒方程式為：C”4+202fCO2+2H2O

取Imol甲烷進(jìn)行計(jì)算，則理論耗氧量為2mol,生成CO21mo1,H202mo1。當(dāng)空氣過剩10%

()79

時(shí)，煙氣中還含有ChOZmol,N2上Nx2.2=8.32mol。故煙氣總體積3+8.32+0.2=11.52mol。

0.21

其中，NOx量折合成NCh為：46X11.52X300X1()-6=159X10Fkg。

甲烷燃燒熱值為802.3kJ/mol,故濃度轉(zhuǎn)化結(jié)果為：

I50x1n-4