大气污染控制技术第八章习题及答案

《大气污染控制技术》习题八

第八章 硫氧化物的污染控制

8.1 某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%，热值26535kJ/kg 。为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的SO 2排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？

解：

火电厂排放标准700mg/m 3。

3%硫含量的煤烟气中SO 2体积分数取0.3%。

则每立方米烟气中含SO 2

mg 857110644

.2233=⨯⨯； 因此脱硫效率为%8.91%10085717008571=⨯- 8.2 某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算：

1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO 2需要多少kg 的CaCO 3；

2）如果实际应用时CaCO 3过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO 3；

3）脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO 4.2H 2O ，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？

解：

1）↑+⋅→++22322322CO O H CaSO O H SO CaCO

kg

m 164100= m=1.5625kg 2）每燃烧1t 煤产生SO 2约

kg t 722100

6.3=⨯，约去除72×0.9=64.8kg 。 因此消耗CaCO 3 kg m 13264

8.641003.1=⨯⨯=。 3）CaSO 4.2H 2O 生成量 kg 174172648.64=⨯；则燃烧1t 煤脱硫污泥排放量为t 4354.0174=，同时排放灰渣77kg 。

8.3 一冶炼厂尾气采用二级催化转化制酸工艺回收SO 2。尾气中含SO 2为7.8%、O 2为10.8%、N 2为81.4%（体积）。如果第一级的SO 2回收效率为98%，总的回收效率为99.7%。计算：

1）第二级工艺的回收效率为多少？

2）如果第二级催化床操作温度为420。C ，催化转化反应的平衡常数K=300，反应平衡时SO 2的转化率为多少？其中，5.0)(223O SO SO y y y K ⋅=

。

解：

1）由)1)(1(121ηηη---=T ，)1%)(981(1%7.992η---=，解得%852=η。

2）设总体积为100，则SO 27.8体积，O 210.8体积，N 281.4体积。经第一级催化转化后余SO 20.156体积，O 26.978体积，N 281.4体积。设有x 体积SO 2转化，则总体积为)2

5.88(x -。 因此，5.0]2

/5.882/978.6[2/5.88156.0)

25.88/(300x x x x x x --⋅---=，由此解得x=1.6×10－3； 故转化率为%99156

.0106.113

=⨯--

8.4 通常电厂每千瓦机组容量运行时会排放0.00156m 3/s 的烟气（180。C ，1atm ）。石灰石烟

气脱硫系统的压降约为2600Pa 。试问：电厂所发电中有多少比例用于克服烟气脱硫系统的阻力损失？假定动力消耗＝烟气流率×压降/风机效率，风机效率设为0.8。

解： 动力消耗W W K 07.58

.0260000156.0=⨯=，即约0.51%用于克服阻力损失

8.5 石灰石（CaCO 3）法洗涤脱硫采用喷雾塔设计，如果喷嘴产生雾滴的平均直径为3mm ，假定操作按表8－5的典型工况进行，试计算：

1）液滴相对与塔壁的沉降速度是多少？

2）如果气体进口温度为180。C ，离开塔顶时下降到55。C ，计算雾滴的水分蒸发率？假定雾

滴可近似视为水滴。

3）脱硫液每经过一次喷雾塔，有多少分率的CaCO 3发生了反应？

解：

1）取平均温度为C T 。5.1172

55180=+=，此时气体密度l g /94.0=ρ（分子量取30）。 显然雾滴处于牛顿区，s m u s /73.9]94.0/10008.9103[74.12/13=⨯⨯⨯=-，因气体流速

为3m/s ，则液滴相对塔壁的沉降速度为6.73m/s 。

2）工况条件：液气比9.0L/m 3，Ca/S=1.2，并假设SO 2吸收率为90%。

在117.5。C 下，水汽化热2212.1kJ/kg ，空气比热1.025kJ/（kg.K ）

由（180－55）×1.025×0.94=2212.1m ，解得m=0.054kg ，因此水分蒸发率

%6.0%1000

.9054.0=⨯。 3）CaCO 3反应分率为%75%1002

.19.0=⨯。

8.6 在双碱法烟气脱硫工艺中，SO 2被Na 2SO 3溶液吸收。溶液中的总体反应为： Na 2SO 3+H 2O+SO 2+CO 2－>Na ++H ++OH －+HSO 3－+SO 32－+HCO 3－+CO 32－

在333K 时，CO 2溶解和离解反应的平衡常数为：

atm M K P O H CO hc CO /0163.0][222==⋅，M K O H CO H HCO c 35.6122310]

[][][-+-==⋅⋅ M K HCO H CO c 25.10232310]

[][][--+-==⋅ 溶液中钠全部以Na +形式存在，即[Na]=[Na +]；

溶液中含硫组分包括，[S]=[SO 2.H 2O]+[HSO 3－]+[SO 32－]。

如果烟气的SO 2体积分数为2000×10－6，CO 2的浓度为16%，试计算脱硫反应的最佳pH 。

解：

在373K 时，K hs =0.41，K s1=6.6×10－3，K s2＝3.8×10－8。

[Na]－[S]=[Na +]－[SO 2.H 2O]－[HSO 3－]－[SO 32－]

=[OH －]－[H +]+[SO 32－]+2[CO 32－]+[HCO 3－]－[SO 2.H 2O]

221232

23][][][][++--==H P K K K H HSO K SO so hs s s s ，22123223]

[][][][++--==H P K K K H HSO K CO co hc c c s ， ]

[][213+-=

H P K K HCO co hc c 。 代入得 49

2202131410166.8]

[102.1][1055.62][101.2][][10][][-+-+-+-++-⨯-⨯+⨯⨯+⨯+-=-H H H H H S Na 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SO 2；

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 ），CaCO 3尚未发生反应。

解：

工况条件：液气比9.0L/m 3，Ca/S=1.2，并假设SO 2吸收率为90%。因此，单位体积（1.0L ）通过烟气1/9m 3，可吸收SO 2mol 018.0%90100.44

.221000913=⨯⨯⨯⨯-。 取温度T=373K ，则K hs =0.147，K s1=0.0035，K s2=2.4×10－8。

进水P SO2=4.0×10－4atm ，[SO 2.H 2O]=P SO2.K hs =5.88×10－5，

[HSO 3－]=K s1[SO 2.H 2O]/[H +]=0.0206，[SO 3

2－]=5321094.4][][-+-⨯=H HSO K s ； 则反应后[S]’=[SO 2.H 2O]+[HSO 3－]+[SO 32－]+0.018=0.0387

此时P SO2’=4.0×10－3atm ，[SO 2.H 2O]’=5.88×10－4且

⎪⎩⎪⎨⎧⨯⨯=⨯⨯⨯=--+---+-832334310

4.2]'[]'[]'[10

5.31088.5]'[]'[HSO H SO H HSO 物料守恒得 [SO 2.H 2O]’+[HSO 3－]’+[SO 32－

]’ =0.0387