代入得
10?142.1?10?132?6.55?10?201.2?10?9??4 [Na]?[S]??[H]????8.166?10??2?2?[H][H][H][H]代入不同的[H]浓度，可得pH在4～5时[Na]－[S]接近于0。因此脱硫最佳pH值4～5。 8.7 根据表8－5中所列的石灰石湿法烟气脱硫的典型操作条件，试计算： 1）脱硫液每循环经过一次洗涤塔，单位体积脱硫液中溶解了多少摩尔的SO2；
2）如果脱硫液进入洗涤塔时的pH为5，则其流出洗涤塔时的pH为多少。假定浆滴在洗涤塔中的停留时间较短（通常为3～4s），CaCO3尚未发生反应。
解：工况条件：液气比9.0L/m，Ca/S=1.2，并假设SO2吸收率为90%。因此，单位体积（1.0L）通过烟气1/9m，可吸收SO2
3
3
+
11000??4.0?10?3?90%?0.018mol。 922.4－8－5
取温度T=373K，则Khs=0.147，Ks1=0.0035，Ks2=2.4×10。 进水PSO2=4.0×10atm，[SO2.H2O]=PSO2.Khs=5.88×10， [HSO3]=Ks1[SO2.H2O]/[H]=0.0206，[SO3
－
－
+
2－
－4
Ks2[HSO3?]?5]=； ?4.94?10?[H]－4
则反应后[S]’=[SO2.H2O]+[HSO3]+[SO3]+0.018=0.0387 此时PSO2’=4.0×10atm，[SO2.H2O]’=5.88×10且
???4?3??[HSO3]'[H]'?5.88?10?3.5?10?2????8??[SO3]'[H]'?[HSO3]'?2.4?10－
2－
－3
2－
物料守恒得 [SO2.H2O]’+[HSO3]’+[SO3]’ =0.0387 由上述方程可解得[H]=5.4×10，pH=4.27
+
－5
第九章 固定源氮氧化物污染控制
9.1 某座1000MW的火电站热效率为38%，基于排放系数，计算下述三种情况NOx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的天然气为燃料。
解：1）设每天需燃煤Mt，则有M.6110×10×10×4.18×38%=1000×10×24×3600 解得M=8.9×10t。取NOx平均排放系数12kg/t煤，则每日排放NOx量约为
3
3
3
6
3
8.9?103?12?107t； 3102）同理M.10000×10×10×4.18×38%=1000×10×24×3600，M=5439t。
取重油密度为0.8×10kg/m，折合体积约为6800m，去排放系数12.5kg/m，则每日排放NOx约为
3
3
3
3
3
3
6
6800?12.5?85.0t 3103）8900×10×4.18×38%V=1000×10×24×3600，解得V=6.1×10m。
3
6
6
3
6.1?106?6.25?38.2t。 每日排放NOx量约为
103?1039.2 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NOx的浓度。假定烟气中O2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，O59g，灰分为79g。充分燃烧后，生成CO264.3mol，H2O26mol，SO20.812mol，NO0.267mol。需O22504－59=2445g，约76.4mol。 引入N2
0.7914?76.4?287.4mol。燃烧本身过程中产生N(12??8)/28?0.3mol。 0.21302
即在O2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，则故NOx浓度为
0.21x?0.06，由此解得x=152mol。
379.1?x0.267。 ?5.0?10?4（体积分数）
379.1?1529.3 气体的初始组成以体积计为8.0%CO2、12%H2O、75%N2和5%O2。假如仅考虑N2与O2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。
－7
解：1）1200K下，Kp=2.8×10
(2x)2?2.8?10?7 。设有xN转化为NO，则
(75?x)(5?x)2
解得x=0.00512；故NO平衡浓度为
2?0.00512?1.02?10?4（体积分数）
100(2x)2?1.1?10?5 解得x=0.032，故NO平衡浓度为 2）1500K时，同理
(75?x)(5?x)0.032?2?6.4?10?4（体积分数）
100(2x)2?4.0?10?4 解得x=0.190，故NO平衡浓度为0.0038。 3）2000K时，
(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。如果不考虑热力型NOx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，含H2O 18.5mol，含SO20.28mol。因此需O2 2392－47=2281g 约71.3mol，则引入N2268.2mol。
若空气过剩20%，则烟气中O2为0.2×71.3=14.26mol，N2 268.2+53.6+9/28=322.1mol。
即若不考虑N转化，则烟气中含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，O214.26mol，N2322.1mol。
0.2?9/14?3.1?10?4（体积分数）
418.40.5?9/142）N转化率50%，则NO浓度为?7.7?10?4（体积分数）
418.41）N2转化率20%，则NO浓度为
2
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）(1?Y) 将M=70，C=0.5代入 当t=0.01s时 (1?Y)当t=0.04s时 (1?Y)当t=0.1s时 (1?Y)由M1.5C?1(1?Y)C?1?exp(?Mt)
(1?Y)?0.5?e?0.7，解得Y=0.313； (1?Y)?0.5?e?2.8，解得Y=0.811；
1.51.5(1?Y)?0.5?e?7，解得Y=0.988。
?5.7?1015T?1P1/2exp(?58400)，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。 T9.6 对于M=50和M=30重复上面的计算。]
?t?0.01s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?0.5,Y?0.232?1.5?0.5?e?2.0,Y?0.686 解：M=50?t?0.04s,(1?Y)(1?Y)?t?0.1s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?5,Y?0.955?
?t?0.01s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?0.3,Y?0.144?1.5?0.5?e?1.2,Y?0.487 M=30?t?0.04s,(1?Y)(1?Y)?t?0.1s,(1?Y)1.5(1?Y)?0.5?e?3,Y?0.824?9.7 对于反应N2+O2－>2NO，平衡常数可表示为：K14
?[NO]2/[N2][O2]?kf/kb。根据现有的数据，
13
可以得到kf=9×10exp[－13500/(RT)]和kb=4.1×10exp[－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。
9?101443400exp(?) （R=1.987cal/mol.K）解：K?。将所给温度代入公式计算K值，列表如下： 13RT4.1?10T（K） 300 －31 1000 7.0×107.5×10－9 1200 2.7×102.8×10－7 1500 1.0×101.1×10－5 2000 4.0×104.0×10－4 2500 3.5×103.5×10－3 Kp（计算值） 5.3×10Kp（表中值） 10－30 －9 －7 －5 －4 －3
9.8 计算组成为95%N2和5%O2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O2的浓度仍可近似认为5％。利用O2分解的平衡反应式O2/2[O2]1eKP,O?2O及《大气
污染控制工程》P360（9－11）式求解：[Oe]?量纲，公式中浓度单位为mol/m，即 1）2000K时，Kp,o=6.63×10，平衡时[O2]e－4
3
(RT)1/2。因反应前后分子个数不同，平衡常数有
?0.05?0.305mol/m3
0.0224?2000/273故[Oe]?/2[O2]1eKP,O(RT)1/2?－3
0.305?6.63?10?48.314?2000??2.84?10－6mol/m3
2）2200K时，Kp,o=2.68×10，平衡时[O2]e/2[O2]1eKP,O0.05?0.277mol/m3
0.0224?2200/273故[Oe]?(RT)1/2?－3
0.277?2.68?10?38.314?2200??1.04?10－5mol/m3
3）2400K时，Kp,o=8.60×10，，平衡时[O2]e/2[O2]1eKP,O0.05?0.254mol/m3
0.024?2400/273故[Oe]?(RT)1/2?0.254?8.60?10?38.314?2400?3.07?10－5mol/m3
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NOx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NO2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CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol。需O22333－47=2286g，约71.4mol。 引入N2
0.7914?71.4?268.8mol。燃烧本身过程中产生N(9??8)/28?0.19mol。 0.21302
即在O2恰好耗尽时烟气含CO263.25mol，H2O18.5mol，SO20.28mol，NO0.267mol，N2269.0mol。 由题意，空气过剩，设过剩空气量为xmol，则故NOx浓度为
0.21x?0.06，由此解得x=140.5mol。
351.3?x0.267。 ?5.43?10?4（体积分数）
351.3?140.5－6
9.10 燃油锅炉的NOx排放标准为230×10（体积分数），假定油的化学组成C10H20Nx，当空气过剩50%时发生完全燃烧。当燃料中50%的氮转化为NOx，忽略热力型NOx时，为满足排放标准，氮在油中的最大含量为多少？
解：燃烧1mol C10H20Nx，产生10molCO2，10molH2O，需O215mol，引入N2量56.4mol。 空气过剩50%，则总氮气量为56.4×1.5=84.6mol，O2量为7.5mol。
0.5x?230?10?6，解得x=0.052
20?84.6?0.5x?7.50.052?14因此氮在油中的最大含量为?100%?0.52%。
0.052?14?120?20由题意，
9.11 欲从燃烧烟气中用氨去除NOx，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的三种情况，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5×10（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NO210.7t，NO96.3t。反应方程式为：
－6
4NH3?4NO?O2?4N2?6H2O 8NH3?6NO2?7N2?12H2O
44?30?x0.9?96.3?103
86?46?y0.9?10.7?103
解得x=2889kmol，y=279kmol 生成N2(2889?7612?279)?3133kmol，HO(?2889??279)?4752kmol 8482
－6
3
因此残留氨量为（3133+4752）×5×10=0.04kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（2889+279）×17/10=53.9t。
2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料，每日排放NOx量约85t，其中NO28.5t，NO76.5t。反应方程式为：
4NH3?4NO?O2?4N2?6H2O 8NH3?6NO2?7N2?12H2O
44?30?x0.9?76.5?103
86?46?y0.9?8.5?103
解得x=2295kmol，y=222kmol 生成N2(2295?7612?222)?2489kmol，HO(?2295??222)?3776kmol 8482
－6
3
因此残留氨量为（2489+3776）×5×10=0.03kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（2295+222）×17/10=42.8t。
3）以热值为8900kcal/m的天然气为燃料，每日排放NOx量约38.2t，其中NO23.8t，NO34.4t。反应方程式为：
3
4NH3?4NO?O2?4N2?6H2O 8NH3?6NO2?7N2?12H2O
44?30?x0.9?34.4?103
86?46?y0.9?3.8?103
解得x=1032kmol，y=99kmol 生成N2(1032?7612?99)?1119kmol，HO(?1032??99)?1696kmol 8482
－6
3
因此残留氨量为（1119+1696）×5×10=0.01kmol，可忽略。 故每天消耗氨的量为（1032+99）×17/10=19.2t。
9.12 烟气中NOx的浓度经常以体积分数（10）表示，为了计算NOx排放总量，通常将其转化为kgNO2/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300×10，利用你导出的公式，将NOx的浓度转化为kgNO2/GJ。 解：甲烷燃烧方程式为：CH4－6
－6
?2O2?CO2?2H2O
取1mol甲烷进行计算，则理论耗氧量为2mol，生成CO21mol，H2O2mol。当空气过剩10%时，烟气中还含有