固定源氮氧化物污染控制

1、作業(yè)習(xí)題解答第九章 固定源氮氧化物污染控制9.1 解：1）設(shè)每天需燃煤 Mt，則有 M.6110 X 103X 103X 4.18 X 38%=1000 X 106X 24X 3600 解得M=8.9 X 103t。取NOx平均排放系數(shù)12kg/t煤，則每日排放 NOx量約為3= 107t ;8.9 10121032) 同理 M.10000 X 103X 103X 4.18 X 38%=1000 X 106X 24 X 3600, M=5439t。取重油密度為 0.8X 103kg/m3，折合體積約為 6800m3，去排放系數(shù)12.5kg/m3,則每日排放NOx約為6800 12.5103=

2、85.0t3) 8900 X 103X 4.18 X 38%V=1000 X 106X 24X 3600 ,解得 V=6.1 X 106m3。每日排放NOx量約為6.1 1066.25103 103= 38.2t。9.2 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NO?濃度很小，NOx均以NO存在。1kg 煤中，含 C772g, H52g , N12g , S26g, O59g,灰分為 79g。充分燃燒后，生成 CO264.3mol, H2O26mol , SO20.812mol , NO0.267mol。需 O22504-59=2445g，約 76.4mol。引入 N

3、2079 76.4 = 287.4mol。燃燒本身過(guò)程中產(chǎn)生 2（12-14 8）/28 =0.3mol。 0.2130即在。2恰好耗盡時(shí)煙氣含 CO264.3mol, H2O26mol, SO20.812mol, NO0.267mol , N2287.7mol。0 21x由題意，空氣過(guò)剩，設(shè)過(guò)?？諝饬繛閤mol,貝H 0=0.06，由此解得x=152mol。379.1 +x故NOx濃度為一 =5.010* （體積分?jǐn)?shù)）。379.1 +1529.3 解:1) 1200K 下,Kp=2.8 X 10-7。設(shè)有xN2轉(zhuǎn)化為NO,則(2x)2(75 _ x)(5 _ x)-2.8 10解得x=0.0

4、0512 ;故NO平衡濃度為2 0.00512= 1.02 10*（體積分?jǐn)?shù)）2） 1500K時(shí)，同理(2x)2(75 - x)(5 - x)= 1.1 10-解得x=0.032，故NO平衡濃度為0.032 2100= 6.4 10（體積分?jǐn)?shù)）3) 2000K 時(shí),(2x)2(75-x)(5-x)= 4.0 10*解得x=0.190 ,故NO平衡濃度為 0.0038。9.4 解：考慮1kg燃煤含氫37g,碳759g，硫9g，氮9g，氧47g。煙氣中含CO263.25mol，含H2O 18.5mol , 含 SO20.28mol。因此需 O2 2392 - 47=2281g 約 71.3mol

5、,則引入 N2268.2mol。若空氣過(guò)剩 20%，則煙氣中。2 為 0.2 X 71.3=14.26mol , N2 268.2+53.6+9/28=322.1mol。 即若不考慮 N 轉(zhuǎn)化，則煙氣中含 CO263.25mol, H2O18.5mol , SO20.28mol, O214.26mol , N2322.1mol。0 2 工 9 /141) N2轉(zhuǎn)化率20%，貝U NO濃度為3.110* (體積分?jǐn)?shù))418.42) N2轉(zhuǎn)化率50%，貝U NO濃度為05 豈上=7.7 10_4 (體積分?jǐn)?shù))418.49.5 解:按大氣污染控制工程P361 (9- 13) (1 -Y)C 1(1

6、Y)C J = exp(-Mt)將 M=70 , C=0.5 代入當(dāng) t=0.01s 時(shí)(1 -丫)1.5(1 - Y)皿二 e.7 ,解得 Y=0.313 ;當(dāng) t=0.04s 時(shí)(1 -丫)1.5(1 Y) “ 二 e：8 ,解得 Y=0.811 ;當(dāng) t=0.1s 時(shí)(1 -丫)1.5(1 Y)恥二 e ,解得 Y=0.988。58400由 M =5.7 1015T P1/2exp(-)，取 P=1atm，將 M=70 代入得 T=2409K。T9.6 解：t =0.01s,(1-丫)1.5(1 Y)恥 d5,Y =0.232M=50 社=0.04s,(1 _Y)1.5(1 +Y)5 =

7、e0,Y =0.6861 5n 5_51 = 0.1s, (1_Y) (1+Y) =e,Y =0.955=0.01s,(1 _Y)1.5(1 +Y)4.5 = e。3” = 0.144M=30 <t =0.04s,(1_Y)1.5(1+Y)45 =e2,Y =0.487150 53Jt =0.1s,(1 Y). (1+Y) . =e，丫 = 0.8249.7 解:K = 9燈° exp( 43400 ) ( R=1.987cal/mol.K )。將所給溫度代入公式計(jì)算K值，列表4.1 10RT1) 2000K 時(shí),Kp,o=6.63 X 104,平衡時(shí)O2e二0.050.022

8、4 2000/2733二 0.305mol /m故Oe二O2】e/2Kp,O(RT)1/20.305 6.63 10 *.8.314 2000= 2.84 10_ 6mol/m332) 2200K 時(shí)，Kp,o=2.68 X 10 ，平衡時(shí)O2e0.277mol /m30.0224 2200/273故OeOzTKp,。(RT)1/20.277 2.68 10；8.314 220053= 1.04 10 mol / m3) 2400K 時(shí),Kp,o=8.60 X 103,平衡時(shí)O2】e0.050.024 2400/273=0.254mol / m3故Oe二OlKp,。(RT)1/2、0.254

9、8.60 10；8.314 2400=3.07 10 5mol/m3如下:T (K)30010001200150020002500Kp （計(jì)算值）315.3X 1097.0X 102.7X 1071.0X 10 544.0X 1033.5 X 10Kp （表中值）301097.5X 1072.8X 101.1 X 10 544.0X 1033.5 X 109.8 解:假設(shè)O濃度很小，平衡時(shí)02的濃度仍可近似認(rèn)為 5%。利用02分解的平衡反應(yīng)式 02 > 20及大氣污染控制工程O(píng) 1/ 2 kP360 (9 11 )式求解：Oe2e 1/2P,°。因反應(yīng)前后分子個(gè)(RT)1/2數(shù)

10、不冋，平衡常數(shù)有量綱，公式中濃度單位為mol/m3,即9.9 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NO?濃度很小，NOx均以NO存在。0.21x351.3 x1kg 煤中,含 C759g, H37g , N9g , S9g, O47g。充分燃燒后，生成 CO263.25mol, H2O18.5mol, SO20.28mol , NO0.267mol。需 O22333 47=2286g，約 71.4mol。0.2130即在O2恰好耗盡時(shí)煙氣含CO263.25mol ,H2O18.5mol, SO20.28mol, NO0.267mol , N2269.0mol。引入

11、 也079 71.4 = 268.8mol。燃燒本身過(guò)程中產(chǎn)生 2(9-148)/28 =0.19mol。由題意，空氣過(guò)剩，設(shè)過(guò)剩空氣量為xmol，則=0.06，由此解得 x=140.5mol。故NOx濃度為5.43 10 -(體積分?jǐn)?shù))351.3 +140.59.10 解：燃燒 1mol C10H20NX,產(chǎn)生 lOmolCO?, lOmolH?。，需 O2l5mol，引入 N2量 56.4mol。 空氣過(guò)剩50%，則總氮?dú)饬繛?56.4X 1.5=84.6mol , O2量為7.5mol。由題意,= 230 10"6，解得 x=0.0522084.6 0.5x 7.5因此氮在油中

12、的最大含量為0.052 14100% =0.52%。0.052 14120209.11 解：1) 以熱值為6110kcal/kg的煤為燃料，每日排放NOx量約107t，其中NO210.7t, NO96.3t。 反應(yīng)方程式為：4NH3 4NO O2 > 4N2 6H2O 8NH3 6NO2 > 7N2 12H2O44 3086 46x 0.9 96.3 103y 0.9 10.7 103解得 x=2889kmol，y=279kmol生成 2(28897 279) = 3133kmol，H2O(6 288912279) = 4752kmol848因此殘留氨量為(3133+4752)x

13、5 X 106=0.04kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量為(2889+279 )X 17/103=53.9t。2) 以熱值為10000kcal/kg的重油為燃料，每日排放 NOx量約85t，其中NO28.5t, NO76.5t。 反應(yīng)方程式為：4NH3 4NO O2 > 4N2 6H2O 8NH3 6NO2 > 7N2 12H2O4 _4 308 _6 4633x 0.9 76.5 10y 0.9 8.5 10解得 x=2295kmol , y=222kmol生成 N2(2295 - 222) = 2489kmol , H2O(- 2295 12 222) = 3776kmol

14、848因此殘留氨量為(2489+3776)X 5 X 106=0.03kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量為(2295+222 )X 17/103=42.8t。3) 以熱值為8900kcal/m3的天然氣為燃料，每日排放NOx量約38.2t,其中N°23.8t, NO34.4t。 反應(yīng)方程式為：4NH3 4NO O2 > 4N2 6H2O 8NH3 6NO2 > 7N2 12H2O44 3086 46_3_3x 0.9 34.4 10y 0.9 3.8 10解得 x=1032kmol , y=99kmol生成 2(1032 7 99) =1119kmol ,出0(6 10

15、3212 99) = 1696kmol848因此殘留氨量為(1119+1696)x 5X 10_6=0.01kmol，可忽略。故每天消耗氨的量為(1032+99 )X 17/103=19.2t。9.12 解:甲烷燃燒方程式為：CH4 2O2 r CO2 2H2O取1mol甲烷進(jìn)行計(jì)算，則理論耗氧量為2mol，生成CO21mol，H2O2mol。當(dāng)空氣過(guò)剩10%時(shí)，煙氣中還含有 O20.2mol ,N20.79 漢2 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 NO?為：46X 11.52X 300X 106=1.59 X 10&q

16、uot;kg。甲烷燃燒熱值為802.3kJ/mol，故濃度轉(zhuǎn)化結(jié)果為：1.59 10*802.3 10kgNO2/GJ =0.198kgNO2/GJ。通用公式的推導(dǎo)：假設(shè)燃料組成為 CxHyOzNmSt (適用于大部分燃料)，空氣過(guò)剩系數(shù)為：，燃料的熱值Q (kJ/mol)。y z11燃燒方程為 CxHyOzNmSt (x t)O2 > XCO2yH2O tSO? mN?，故4 222取 1mol 燃料進(jìn)行計(jì)算，則產(chǎn)生CO2xmol, H2Oy/2mol , SO2tmol, N2m/2mol。耗氧(x+t+y/4-z/2 ) mol，考慮空氣過(guò)剩系數(shù)，弓 I入氮?dú)?.76、乂 ( x+t+y/4-z/2 ) mol，剩余 O2(: - 1) (x+t+y/4-z/2 ) mol。因此煙氣總體積為(x+y/2+t+m/2)+ 3.76 篇(x+t+y/4-z/2 ) + (篇一1) ( x+t+y/4-z/2 ) mol。若產(chǎn)生NOx (以NO2計(jì))濃度為F，則生成NO2質(zhì)量為0