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文档简介
第九章固定源氮氧化物污染掌握9
9.1某座1000MW的火电站热效率为38%,基于排放系数,计算下述三种状况NO、的排放
量(t/d):
1)以热值为6H0kcal/kg的煤为燃料;2)以热值为lOOOOkcal/kg的重油为燃料;
3)以热值为8900kcal/m3的自然气为燃料。
解:
1)设每天需燃煤Mt,则有M.611OX1O3XIO3X4.18X38%=1OOOX106x24X3600
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
8.9X1Q3xl2
=107/;
2)同理M.lOOOOXl()3xi03x4.18X38%=lOOOX106x24X3600,M=5439t。
取重油密度为0.8Xl()3kg/m3,折合体积约为6800m3,去排放系数12.5kg/m3,则每日排放
6800x12.5
NOx约为=85.0/
103
3)8900X103X4.18X38%V=1000X106X24X3600,解得V=6.1X
每日排放NOx量约为6.1x106x0.25=382/。
1()3X。
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NO、的浓度。假定烟气
中02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,059g,灰分为79g。充分燃烧后,生成CO264.3mol,
H2O26mol,SO20.812moLNO0.267moh需。22504—59=2445g,约76.4mol。
07Q14
引入N2—x76.4=287.4m。/。燃烧本身过程中产生N2(12——x8)/28=0.3/MO/。
0.2130
即在。2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—O,n_.=006,由此解得x=152mol。
379.1+X
故NOx浓度为'^—=5.0x10-4(体积分数).
379.1+152
9.3气体的初始组成以体积计为8.0%CO2、12%H2O,75%刈和5%Ch。假如仅考虑用与
02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=2.8X10-7。设有XN2转化为NO,则------------=2.8xl0-7
(75-x)(5-x)
解得x=0.00512;故NO平衡浓度为彩竺”□=1.02x10-4(体积分数)
100
(2九)2
2)1500K时,同理——--------=1.1x10"解得x=0.032,故NO平衡浓度为
(75-x)(5-x)
0.032x2,.,__"上加八好、
-------------=6.4x1044(体积分数)
100
(2x)2
3)2000K时,——--------=4.0x10-4解得x=0.190,故NO平衡浓度为0.0038。
(75-x)(5-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。假如不考虑热力型NO、
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,H2O18.5mol,
含SO20.28mol。因此需Ch2392—47=2281g约71.3mol,则引入N2268.2mol。
若空气过剩20%,则烟气中Ch为0.2X71.3=14.26mol,N2268.2+53.6+9/28=322.1molo
即若不考虑N转化,则烟气中含CO263.25mol,H2O18.5mol,SO20.28moLO214.26moL
N2322.1moL
l)N2转化率20%,则NO浓度为=3.1x10-4(体积分数)
418.4
2)用转化率50%,则NO浓度为"出M=7.7x10-4(体积分数)
418.4
9.5基于其次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《大气污染掌握工程》P361(9-13)(l-r)c+1(l+r)c-'=exp(-M0
将M=70,C=0.5代入
当t=0.01s时(l—y)"(l+y)45=e-。',解得丫=0.313;
当t=0.04s时(l—y)“(l+y)45=e-2$,解得Y=0.811;
当t=O.ls时(l-y),'5(l+y)-0'5=e-7,解得Y=0.988。
由M=5.7x1()6厂学“2exp(—二29),取p=iatm,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:
t=0.015,(1-n,5(l+丫产=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对于反应N2+O2—>2NO,平衡常数可表示为:K=[NO]/[N2][O2]=kf/kb.依据
13
现有的数据,可以得到ki=9XlOWxpL13500/(RT)]和kb=4.1X10exp[-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:
9x10国43400
K=--------exp(------------)(R=1.987cal/mol.K)将所给温度代入公式计算K值,列表
4.1xl013RTo
如下:
T(K)30010001200150020002500
Kp(计算值)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计算组成为95%冲和5%Ch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0浓度很小,平衡时02的浓度仍可近似认为5%。采用02分解的平衡反应式。2T2。
及《大气污染掌握工程》P360(9-11)式求解:[0,]=0K.因反应前后分子个
'(RT)"2
数不同,平衡常数有量纲,公式中浓度单位为mol/m3,即
0.05
1)2000K时,Kp,o=6.63XIO2平衡时[.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时,Kp,o=2.68X10汽平衡时[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时,Kp,o=8.60X10^3,,平衡时[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。
解:
取1kg煤计算,排放NOx约8g,在常规燃烧温度下,近似认为Nth浓度很小,NOx均以
NO存在。
1kg煤中,含C759g,H37g,N9g,S9g,047g»充分燃烧后,生成CCh63.25mol,H2O18.5mol,
SO20.28mol,NO0.267molo需O22333T:47=2286g,约714mo1。
07914
引入N2%?x71.4=2688〃。/。燃烧本身过程中产生N2(9-—x8)/28=0.19mol。
0.2130
即在。2恰好耗尽时烟气含CO263.25moLH2O18.5mol,SO20.28moLNO0.267mol,N2269.0mol»
r\/>1
由题意,空气过剩,设过剩空气量为xmol,则=0.06,由此解得x=140.5mol。
351.3+x
故NOx浓度为一丝包一=5.43x10-4(体积分数)。
351.3+140.5
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CioHzoNx,当
空气过剩50%时发生完全燃烧。当燃料中50%的氮转化为NO”忽视热力型NOx时,为满
意排放标准,氮在油中的最大含量为多少?
解:
燃烧ImolCioHoNx,产生lOmolCCh,10molH2O,需0215mo1,引入N2量56.4mol。
空气过剩50%,则总氮气量为56.4X1.5=84.6moLO2量为7.5mol。
0.5%
由题意,=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为——0052><14——x100%=0.52%。
0.052x14+120+20
9.11欲从燃烧烟气中用氨去除NO*,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的三种状况,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5X10"(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NCM0.7t,NO96.3K
反应方程式为:
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〃。/
因此残留氨量为(3133+4752)X5X106=0.04kmol,可忽视。
故每天消耗氢的量为(2889+279)X17/l03=53.9to
2)以热值为lOOOOkcal/kg的重油为燃料,每日排放NC\量约85t,其中NO28.53NO76.5t。
反应方程式为:
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
因此残留氨量为(2489+3776)X5X10-6=0.03kmol,可忽视。
故每天消耗氨的量为(2295+222)X17/103=42.8to
3
3)以热值为8900kcal/m的自然气为燃料,每日排放NO*量约382,其中NO23.8t,NO34.4t。
反应方程式为:
4NH、+4NO+Q—4/+6H2O8N〃3+6NO2f7区+12”2。
44x3086x46
x-0.9x34.4xlO310.9x3.8xIO?
解得x=1032kmoLy=99kmol
7
生成N2(1032+-X99)=1119kmol,xl032+yx99)=l696kmol
因此残留氨量为(1119+1696)X5X106=0.01kmoL可忽视。
故每天消耗氨的量为(1032+99)X17/103=192。
9.12烟气中NOx的浓度常常以体积分数(IO")表示,为了计算NOx排放总量,通常将其
转化为kgNCh/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300XIO",采用你导出的公式,将NOx的浓度
转化为kgNO2/GJ»
解:
甲烷燃烧方程式为:C”4+202fCO2+2H2O
取Imol甲烷进行计算,则理论耗氧量为2mol,生成CO21mo1,H202mo1。当空气过剩10%
()79
时,烟气中还含有ChOZmol,N2上Nx2.2=8.32mol。故烟气总体积3+8.32+0.2=11.52mol。
0.21
其中,NOx量折合成NCh为:46X11.52X300X1()-6=159X10Fkg。
甲烷燃烧热值为802.3kJ/mol,故浓度转化结果为:
I50x1n-4
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