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 x 的排放量（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/m 3的天然气为燃料。

解：1）设每天需燃煤Mt ，则有M.6110×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600 解得M=8.9×103t 。

取NOx 平均排放系数12kg/t 煤，则每日排放NOx 量约为t 1071012109.833=⨯⨯； 2）同理M.10000×103×103×4.18×38%=1000×106×24×3600，M=5439t 。

取重油密度为0.8×103kg/m 3，折合体积约为6800m 3，去排放系数12.5kg/m 3，则每日排放NOx 约为t 0.85105.1268003=⨯3）8900×103×4.18×38%V=1000×106×24×3600，解得V=6.1×106m 3。

每日排放NOx 量约为t 2.38101025.6101.6336=⨯⨯⨯。

9.2 大型燃煤工业锅炉的NO x 排放系数可取为8kg/t ，试计算排烟中NO x 的浓度。

假定烟气中O 2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NO 2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CO 264.3mol ，H 2O26mol ，SO 20.812mol ，NO0.267mol 。

需O 22504－59=2445g ，约76.4mol 。

引入N 2mol 4.2874.7621.079.0=⨯。

燃烧本身过程中产生N 2mol 3.028/)8301412(=⨯-。

即在O 2恰好耗尽时烟气含CO 264.3mol ，H 2O26mol ，SO 20.812mol ，NO0.267mol ，N 2287.7mol 。

由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol ，则06.01.37921.0=+xx，由此解得x=152mol 。

故NOx 浓度为4100.51521.379267.0-⨯=+（体积分数）。

9.3 气体的初始组成以体积计为8.0%CO 2、12%H 2O 、75%N 2和5%O 2。

假如仅考虑N 2与O 2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=2.8×10－7。

设有xN 2转化为NO ，则72108.2)5)(75()2(-⨯=--x x x 解得x=0.00512；故NO 平衡浓度为41002.110000512.02-⨯=⨯（体积分数）2）1500K 时，同理52101.1)5)(75()2(-⨯=--x x x 解得x=0.032，故NO 平衡浓度为 4104.61002032.0-⨯=⨯（体积分数）3）2000K 时，42100.4)5)(75()2(-⨯=--x x x 解得x=0.190，故NO 平衡浓度为0.0038。

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。

如果不考虑热力型NO x 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CO 263.25mol ，含H 2O 18.5mol ，含SO 20.28mol 。

因此需O 2 2392－47=2281g 约71.3mol ，则引入N 2268.2mol 。

若空气过剩20%，则烟气中O 2为0.2×71.3=14.26mol ，N 2 268.2+53.6+9/28=322.1mol 。

即若不考虑N 转化，则烟气中含CO 263.25mol ，H 2O18.5mol ，SO 20.28mol ，O 214.26mol ，N 2322.1mol 。

1）N 2转化率20%，则NO 浓度为4101.34.41814/92.0-⨯=⨯（体积分数）2）N 2转化率50%，则NO 浓度为4107.74.41814/95.0-⨯=⨯（体积分数）9.5 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）)ex p()1()1(11Mt Y Y C C -=+--+将M=70，C=0.5代入 当t=0.01s 时 7.05.05.1)1()1(--=+-e Y Y ，解得Y=0.313； 当t=0.04s 时 8.25.05.1)1()1(--=+-e Y Y ，解得Y=0.811；当t=0.1s 时 75.05.1)1()1(--=+-e Y Y ，解得Y=0.988。

由)58400exp(107.52/1115TP T M -⨯=-，取P=1atm ，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：M=50⎪⎩⎪⎨⎧==+-===+-===+-=------955.0,)1()1(,1.0686.0,)1()1(,04.0232.0,)1()1(,01.055.05.10.25.05.15.05.05.1Y e Y Y s t Y e Y Y s t Y e Y Y s tM=30⎪⎩⎪⎨⎧==+-===+-===+-=------824.0,)1()1(,1.0487.0,)1()1(,04.0144.0,)1()1(,01.035.05.12.15.05.13.05.05.1Y e Y Y s t Y e Y Y s t Y e Y Y s t 9.7 对于反应N 2+O 2－>2NO ，平衡常数可表示为：b f k k O N NO K /]][/[][222==。

根据现有的数据，可以得到k f =9×1014exp[－13500/(RT)]和k b =4.1×1013exp[－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：)43400ex p(101.41091314RT K -⨯⨯= （R=1.987cal/mol.K ）。

将所给温度代入公式计算K 值，列表如下：9.8 计算组成为95%N 2和5%O 2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O 2的浓度仍可近似认为5％。

利用O 2分解的平衡反应式O O 22→及《大气污染控制工程》P360（9－11）式求解：2/1,2/12)(][][RT K O O OP e e =。

因反应前后分子个数不同，平衡常数有量纲，公式中浓度单位为mol/m 3，即1）2000K 时，Kp,o=6.63×10－4，平衡时32/305.0273/20000224.005.0][m mol O e =⨯=故3642/1,2/12/mol 1084.22000314.81063.6305.0)(][][m RT K O O OP e e －⨯=⨯⨯⨯==-2）2200K 时，Kp,o=2.68×10－3，平衡时32/277.0273/22000224.005.0][m mol O e =⨯=故3532/1,2/12/mol 1004.12200314.81068.2277.0)(][][m RT K O O O P e e －⨯=⨯⨯⨯==-3）2400K 时，Kp,o=8.60×10－3，，平衡时32/254.0273/2400024.005.0][m mol O e =⨯=故3532/1,2/12/mol 1007.32400314.81060.8254.0)(][][m RT K O O O P e e －⨯=⨯⨯⨯==-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 x 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NO 2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CO 263.25mol ，H 2O18.5mol ，SO 20.28mol ，NO0.267mol 。

需O 22333－47=2286g ，约71.4mol 。

引入N 2mol 8.2684.7121.079.0=⨯。

燃烧本身过程中产生N 2mol 19.028/)830149(=⨯-。

即在O 2恰好耗尽时烟气含CO 263.25mol ，H 2O18.5mol ，SO 20.28mol ，NO0.267mol ，N 2269.0mol 。

由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol ，则06.03.35121.0=+xx，由此解得x=140.5mol 。

故NOx 浓度为41043.55.1403.351267.0-⨯=+（体积分数）。

9.10 燃油锅炉的NO x 排放标准为230×10－6（体积分数），假定油的化学组成C 10H 20N x ，当空气过剩50%时发生完全燃烧。

当燃料中50%的氮转化为NO x ，忽略热力型NO x 时，为满足排放标准，氮在油中的最大含量为多少？ 解：燃烧1mol C 10H 20N x ，产生10molCO 2，10molH 2O ，需O 215mol ，引入N 2量56.4mol 。

空气过剩50%，则总氮气量为56.4×1.5=84.6mol ，O 2量为7.5mol 。

由题意，6102305.75.06.84205.0-⨯=+++x x，解得x=0.052因此氮在油中的最大含量为%52.0%1002012014052.014052.0=⨯++⨯⨯。