大气污染课后答案 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