大氣污染控制工程課后的答案(第三版) - 圖文 - 下載本文

(4)熱力型NOx的生成量較小,燃料中含氮量也較低,在計算理論空氣量時可以忽略; (5)燃料中的氮在燃燒時轉化為N2和NO,一般以N2為主; (6)燃料的化學式為CXHYSZOW。

由此可得燃料與空氣中氧完全燃燒的化學反應方程式:

ywywyywCXHYSZOW+(x++z-)O2?3.78(x?+z-)N2?xCO2?H2O?zSO2?3.78(x?+z-)N2?Q

4242242其中Q代表燃燒熱。則理論空氣量為

Va0?22.4?4.78(x?=107.1(x?yw+z-)(/12x+1.008y+32z+16w)m3/kg42yw+z-)(/12x+1.008y+32z+16w)42

3、空氣過剩系數

一般把超過理論空氣量多供給的空氣量稱為過剩空氣量,并把實際空氣量Va與理論空氣量

Va0之比定義為空氣過剩系數a,即 a?Va 通常a>1。 0Va4、空燃比(AF)

空燃比定義為單位質量燃料燃燒所需要的空氣質量,可由燃燒方程式直接求得。例如,甲烷在理論空氣量下的完全燃燒:

CH4+2O2?7.56N2?CO2?2H2O?7.56N2

空燃比: AF=

5、若已知燃料中氫和水的含量,低位發熱量qL可由高位發熱量qH減去水蒸氣的凝結熱而

2?32+7.56?28=17.2

1?16(9WH?WW)求得。若發熱量以kJ/kg表示,則qL=qH-25

式中:WH、WW——燃料中氫和水分的質量百分數。 6、煙氣體積計算

在理論空氣質量下,燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積,以Vfg表示。煙氣成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸氣。通常把煙氣中除了水蒸氣以外的部分稱為干煙氣,把包括水蒸氣在內的煙氣稱為濕煙氣。所以理論煙氣體積等于干煙氣體積和水蒸氣體積之

和。

理論水蒸氣體積,是由三部分構成的:燃料中氫燃燒后生成的水蒸氣體積,燃料中所含的水蒸氣體積和由供給的理論空氣量帶入的水蒸氣體積。

大多煙氣可以視為理想氣體。若設觀測狀態下(溫度TS、壓力PS)煙氣的體積為VS、密度

0為?S,在標準狀態下(溫度Tn、壓力Pn)煙氣的體積為Vn,密度為?n,則由理想氣體狀態方程式可得到標準狀態下的煙氣體積: Vn?VS?pSTn? pnTS標準狀態下煙氣的密度: ?n??S?pnTS? pSTn7、過剩空氣校正

因為實際燃燒過程是有過剩空氣的,所以燃燒過程中的實際煙氣體積應為理論煙氣體積與過剩空氣量之和。

以碳在空氣中的完全燃燒為例

C?O2?3.78N2?CO2?3.78N2

煙氣中僅含有CO2和N2,若空氣過量,則燃燒方程式變為

C?(1+a)O2?(1+a)3.78N2?CO2?aO2+(1+a)3.78N2

其中a是過剩空氣中的O2的過剩摩爾數。根據定義,空氣過剩系數:

a=實際空氣量(1+a)(O2+3.76N2)==1+a

理論空氣量O2+3.76N2要計算a,必須知道過剩氧的摩爾數。

若燃燒是完全的,過剩空氣中的氧僅能夠以O2的形式存在,假如燃燒產物以下標p表示

C?(1+a)O2?(1+a)3.76N2?CO2p?O2p+N2p

其中,O2p=aO2,表示過剩氧量,N2p為實際空氣量中所含的總氮量。假定空氣的體積組成為20.9%O2和79.1%N2,則實際空氣量中所含的總氧量為理論需氧量為0.264N2p-O2p,因此空氣過剩系數:a=1+20.9N2p=0.264N2p 79.1O2p

0.264N2p-O2p假如燃燒過程產生CO,過剩氧量必須加以校正,即從測得的過剩氧中減去氧化CO為CO2所需要的氧。因此 Vfg?V0fg?(Va-1) a式中各組分的量均為奧薩特儀所測得的各組分的百分數。

例:奧薩特儀分析結果為:CO2=10% O2= 4% CO=1%,那么N2=85%,則

a=1+4-0.5?1=1.18

0.264?85-(4-0.5?1)0fg考慮過剩空氣校正后,實際煙氣體積: Vfg?V?(Va-1) a

2.1 已知重油元素分析結果如下:C:85.5% H:11.3% O:2.0% N:0.2% S:1.0% 試計算:(1)燃油1kg所需的理論空氣量和產生的理論煙氣量; (2)干煙氣中SO2的濃度和CO2的最大濃度;

(3)當空氣的過剩量為10%時,所需的空氣量及產生的煙氣量。 解:1kg燃油含:

重量(g) 摩爾數(g) 需氧數(g)

C 855 71.25 71.25 H 113-2.5 55.25 27.625 S 10 0.3125 0.3125 H2O 22.5 1.25 0 N元素忽略。

1)理論需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg

設干空氣O2:N2體積比為1:3.78,則理論空氣量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。 即474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。

煙氣組成為CO271.25mol,H2O 55.25+11.25=56.50mol,SO20.1325mol,N23.78×99.1875=374.93mol。

理論煙氣量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27 m3N/kg重油。

2)干煙氣量為502.99-56.50=446.49mol/kg重油。

0.3125?100%?0.07%,

446.4971.25空氣燃燒時CO2存在最大濃度?100%?15.96%。

446.49SO2百分比濃度為

3)過剩空氣為10%時,所需空氣量為1.1×10.62=11.68m3N/kg重油, 產生煙氣量為11.267+0.1×10.62=12.33 m3N/kg重油。

2.2 普通的元素分析如下:C:65.7% 灰分 18.1% S:1.7% H:3.2% 水分:9.0% O:2.3% 。(含N量不計)

(1)計算燃煤1kg所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度(以體積分數計) 解:相對于碳元素作如下計算:

%(質量) mol/100g煤 mol/mol碳 C 65.7 5.475 1 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010

O 2.3 0.072 0.013

灰分 18.1 3.306g/mol碳 水分 9.0 1.644g/mol碳 故煤的組成為CH0.584S0.010O0.013, 燃料的摩爾質量(包括灰分和水分)為

100?18.26g/molC。燃燒方程式為 5.475CH0.584S0.010O0.013?n(O2?3.78N2)?CO2?0.292H2O?0.010SO2?3.78nN2

n=1+0.584/4+0.010-0.013/2=1.1495 1)理論空氣量

1.1495?(1?3.78)?1000?22.4?10?3m3/kg?6.74m3/kg;

18.260.0101.6441?0.292?0.010?3.78?1.1495?18?100%?0.174%

SO2在濕煙氣中的濃度為

2.3 煤的元素分析結果如下:S:0.6% H:3.7% C:79.5% N:0.9% O:4.7% 灰分:10.6% 。在空氣過剩20%條件下完全燃燒。計算煙氣中SO2的濃度。 解:按燃燒1kg煤計算

重量(g) 摩爾數(mol) 需氧數(mol) C 795 66.25 66.25 H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875 H2O 52.875 2.94 0 設干空氣中N2:O2體積比為3.78:1,

所需理論空氣量為4.78×(66.25+7.78+0.1875)=354.76mol/kg煤。

理論煙氣量CO2 66.25mol,SO2 0.1875mol,H2O 15.5625+2.94=18.50mol N2

3.78?354.76?280.54mol

4.78總計66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤

實際煙氣量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg煤,SO2濃度為

2.5 干煙道氣的組成為:CO211%(體積),O2 8%,CO 2% , SO2 120?10(體積分數),顆粒物 30.0g/m(在測定狀態下),煙道氣流流量在700mmHg和443K條件下為5663.37m/min,水汽含量8%(體積)。試計算: (1)過量空氣百分比;

(2)SO2的排放濃度(?g/m);

(3)在標準狀態下(1atm和273K),干煙道氣的體積;

330.1875?100%?0.043%。

436.43?63(4)在標準狀態下顆粒物的濃度。

解:1)N2%=1-11%-8%-2%-0.012%=78.99% 由《大氣污染控制工程》P46 (2-11) 空氣過剩

8?0.5?2?100%?50.5%

0.264?78.99?(8?0.5?2)2)在測定狀態下,氣體的摩爾體積為

V2?P1V1T2101325?22.4?443???39.46L/mol; T1P2273?700?133.322-

取1m3煙氣進行計算,則SO2120×106m3,排放濃度為

120?10?63。 ?(1?8%)?64?0.179g/m?339.46?1022.43?(1?8%)?2957mN/min。 39.4639.4634)30.0?。 ?52.85g/mN22.43)5663.37?

2.8 燃料油的重量組成為:C:86% H:14% 。在干空氣下燃燒,煙氣分析結果(基于干煙氣)為:O:1.5% CO:600?10(體積分數)。試計算燃燒過程的空氣過剩系數。 解:以1kg油燃燒計算, C 860g 71.67mol;

H 140g 70mol,耗氧35mol。

設生成CO x mol,耗氧0.5x mol,則生成CO2 (71.67-x)mol,耗氧(71.67-x)mol。

?61.5%x。 600?10?61.5%x總氧量 ?0.5x?(71.67?x)?35?106.67?24.5x,干空氣中N2:O2體積比?6600?10煙氣中O2量

為3.78:1,則含N2 3.78×(106.67+24.5x)。根據干煙氣量可列出如下方程:

1.5%xx,解得x=0.306 ?71.67?3.78(106.67?24.5x)??6?6600?10600?10

故CO2%:

71.67?0.306?100%?13.99%;

0.306600?10?6





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