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SCR脱硝装置氨消耗量的计算方法探讨

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4NO+4NH3+O2—4N2+6H2O 2NO2+4NH3+O2—3N2+6H2O 质量排放浓度为370.1 3 mg/Nm f根据质量 浓度平衡式及体积浓度平衡式联立求解, 见4.2节),折算的锅炉烟气NO 质量排放浓 度为29.87mg/Nm。,则烟囱出口环境大气的 NO:(NO 中NO全部氧化为NO )质量排放浓度为 (370.1 3×2.05/1.34)+29.87=596.1 1 mg/Nm (标准 状态,干烟气,0 =6%,以NO 计)。 (2)在无氧(或缺氧)的条件下 6NO2+8NH3—7N2+l2H2O 6NO+4NH3—5N2+6H2O 3燃烧烟气N0 成分与锅炉NO 排放 浓度性能保证值之间的关系 由此可见,当技术协议中未注明NOx质量 火力发电厂燃煤锅炉燃烧烟气中(脱硝前) 的氮氧化物NO 主要包括NO、NO:及少量的 N 0,其中NO约占NO 排放总量的95%(体积浓 度),NO:约占NO 排放总量的5%(体积浓度), N O的含量很小,计算中忽略不计。 《火电厂大气污染物排放标准(GB 13323— 2003)))中的5.4条、 《火电厂大气污染物排放 标准(GB13323—2009送审稿草案)》中的表3, 均明确规定氮氧化物质量浓度以二氧化氮计, 1 la mol/mol(1ppm)氮氧化物相当于2.05mg/Nm 质量浓度。 《火电厂大气污染物排放标准》中 规定氮氧化物质量排放浓度以NO:计的主要原 因是由于NO的性质不稳定,NO在空气中很快 会被氧化为NO:,因此以NO 质量浓度计算更能 准确地反映氮氧化物在大气中的含量。 基于《火电厂大气污染物排放标准 (GB13323)))中规定氮氧化物质量浓度以二氧化 氮计,为保证计量基准的一致性,因此在签订 锅炉技术协议时,应注明锅炉性能保证的氮氧 化物质量排放浓度应以二氧化氮计,在以往很 多工程技术协议中均忽略了这一点。 假定某锅炉性能保证的NO 质量排放浓度 为400mg/Nm (标准状态,干烟气,O:=6%,以 NO:计),则折算的锅炉烟气NO质量排放浓度为 f400/2.05×0.95)×1.34=248.39 mg/Nm ,折算的 锅炉烟气NO2质量排放浓度为400×0.05=20rag/ Nm ,两者之和为268.39 mg/Nm (标准状态, 干烟气,O =6%,分别以NOn,NO 计),公式中 2.05、1.34分别为NO St1No的标准状态下的密 度,0.05、0.95分表为NO2SHNO在NO 中的体积 浓度。 假定某锅炉性能保证的NO 质量排放浓度 为400mg/Nm (标准状态,干烟气,O2=6%, 分别以NO和NO:计),则折算的锅炉烟气NO 排放浓度是否以NO:计时,由于对锅炉本体保 证的NO 排放浓度的计量基准的理解不同,将导 致计算的NO 和NO的流量、氨消耗量(氨消耗量 的差异见4.2及4.3节)有很大的不同,并由此对 SCR脱硝装置的催化剂体积、液氨储罐、液氨 泵、蒸发器、氨气稀释罐、氨气缓冲罐、稀释 风机、管道的选型计算将带来很大的影响。 4氨消耗置的计算 工程计算中,主要以公式(1)及公式(2) 作为主要反应式,并以此为基础,根据烟气 量、NO 排放浓度、脱硝效率进行氨消耗量的 计算。 4.1某工程SCR反应器入口烟气参数 某工程建设规模为2×660MW燃煤超临界 火力发电机组,同步建设烟气脱硝装置,采用 SCR脱硝技术,SCR反应器高温、高含尘布置 (位于锅炉省煤器和空气预热器之问),环评要求 的烟气脱硝效率不小于50%。 锅炉技术协议保证的SCR入口的NOx排 放浓度为400mg/Nrn。(标准状态,干烟气, o。=6%,以NO:计)。SCR反应器入口烟气参数 见表1。 表1 SCR反应器入口烟气参数(单台炉) 1 SCR入口过量空气系数 1 2 2 SCR入口烟气温度 ℃ 366 3 SCR入口湿烟气流量 m /l1 4662475 4 SCR入口标准干烟气量 NI113/h l830988 5 sCR入HNO 浓度(干态,02=6%, =1.40、 mg/Nm 400 6 SCR入IZINO 浓度(干态,a=1.20) mg/Nm 466.67 7 SCR脱硝效率 % 50 8 氨逃逸率 ppm ≤3 2o10 ̄6N第3期.43 4.2根据《顾问公司导则》计算的氨消耗量 SCR选择性催化还原法脱硝技术以NH 作 为还原剂时, 《顾问公司导则》中氨消耗量的 (4)考虑实际脱硝效率及氨逃逸后的氨消 耗量与100%脱硝效率时理论氨消耗量的比值 的计算 计算公式如下: (1)标准状态下含氧量为6%时的干烟气中 NO 的浓度计算 %o2=C 0x×(21—6)/(2卜Co2) (5) 式中: %o2为烟气中NO 浓度,mg/Nm (标准 状态,6%含氧量下的干烟气,对应的过 量空气系数为1.4);CN。 为烟气CNo 浓 度,mg/Nm (标准状态,实际含氧量下的 干烟气);C。:为实际干烟气中氧气的体 积分率,%;21为空气中氧气的体积分 率, ; (2)炉膛出口烟气中No ̄uyo 浓度的计算 ( o=( o 2.05×0.95×1.34 (6) C1No2=C o ×0.05 (7) 式中:CN0 、CN0、CNo2为烟气中NO 、NO、 NO:浓度,mg/Nm (标准状态,实际含氧量 下的干烟气);0.95、0.05--NO、NO2在炉 膛出口烟气中占NO 的体积比例;1.34一 NO的体积分率(ppmv)转化为质量浓度(arg/ Nm )的系数,即NO的分子量30除以气 体摩尔体积22.4;2.05一N0:的体积分率 (ppmv)转化为质量浓度(mg/Nm )的系数, 即NO:的分子量46除以气体摩尔体积22.4; (3)氨消耗量计算 W。=(V ×C No×1 7/(3 0×1 0。)+ ×( o2×17X2/(46X 10。))×ITI (8) 式中: 为纯氨的小时耗量,kg/h;Vq为反应 器进口的烟气流量,Nm。/h(标准状态,实 际含氧量下的干烟气);CN 。 一反应 器进口烟气中N O、N O:浓度,rn g/ Nm。(标准状态,实际含氧量下的干烟 气);Ill为氨 ̄1SCR进V]NO 摩尔比(说明: 本文认为m值的物理意义不是氨和SCR进 口NO 的摩尔比,而是“考虑实际脱硝效 率及氨逃逸后的氨消耗量与1 00%脱硝效率 时理论氨消耗量的比值”);17,30,46一 NH3,NO,NO2的分子量; 44-201o年6月第3期 ,77=刀No /1 00+ /22.4/(C ̄o/30 o2 X 2/46)(9) 式中:.,7 。 为脱硝效率,%; 为氨的逃逸 率,ppmv(标准状态,实际含氧量下的干 烟气); ①将锅炉保证的NO 排放浓度视为NO:浓度 (以N0 计)计算的氨消耗量 o=(1.4×400/1.2)/ (46/22.4)×0.95×(3O/22.4) 289.1 3 mg/Nm o2=(1.4×400/1.2)X 0.05=23.33 mgmm’ 171=50/100+3/22.4/ (289.13/30+23.33×2/46)=0.5126 W =169.96 kg/h ②将锅炉保证的NO 排放浓度视为NO浓度 和N。 浓度之和计算的氨消耗量 C O(6%o2)+(1No2 o2 400 (10) C1No(6%o2)/3o/(c ̄0(6%o2)/30+C 02(6%02/46)=O.95(1D 将以上两公式联立求解: ( of6%o2、 370.1 3 mg/Nm , C o2(6%02)=29.87 mg/Nm o=1.4×370.13/1.2=431.82 mgmm C o2=1.4×29.87/1.2=34.85 mg/Nm /7/=50/100+3/22.4/ (43 1.82/30+34.85×2/461=0.5084 251.76 kg/h 4.3根据《华能导则》计算的氨消耗量 SCR选择性催化还原法脱硝技术以NH,作 为还原剂时, 《华能导则》中氨消耗量的计算 公式如下: H3 (17× NH3 oxX o × 。)/(3o.8×106) (12) 式中:WNH3为氨消耗量,kg/h ̄ NH3,Nox为NH3 和NO 的摩尔比,按下式计算: NH3 ox=D。No /100+( NH3×30.8)/( o ×22.4) 03) 说明:考虑到S C R两个主反应式中, NO、NO2与NH 的反应摩尔数比值并不相同, 本文认为公式(13)应考虑摩尔数比值的修正系 I,.'删=九= J一 数A=2 X 0.05+1×0.95=1.05。公式(13)应修改为 (14),修改后的公式(14)的物理意义为“考虑实际 的氨消耗量。 脱硝效率和氨逃逸后的NH  ̄BNOx的摩尔比”。 NH3,Nox=1.05×刀D。No /1 00+( NH3 X 30.8)/ (WNo ×22.4) (14) 5《GB 1 3323火电厂大气污染物排放 标准》中规定的NO 的测试方法 《火电厂大气污染物排放标准(GB13323— 式中:WN。 为SCR入口NO 的含量(换算到实际 过量空气系数对应的浓度1,mg/Nm ,按 2 0 0 3)》及《火电厂大气污染物排放标准 (GB13323—2009送审稿草案)》中规定的氮氧化 NO体积浓度占95%、NO 体积浓度占5%计 算; 。为SCR入口烟气量(Nm /h,干态, 实际含氧量);。 。 为脱硝效率(%); NH3为NH3逃逸率(ppmv);17为NH3的摩 尔质量;30.8为NO 的摩尔质量,按NO体 积浓度占95%、NO 体积浓度占5%计算; 22.4为标准气体摩尔体积(22.4Nm。/kmo1)。 (1)将锅炉保证的NO 排放浓度视为NO 浓 度(以NO:计)计算的氨消耗量 WNo =289.13+23.33=312.46 mg/Nm NH 3/No=1.0 5×5 0/1 0 0+(3×3 0.8)/ (3 12.46×22.4)=0.5382 WNH3:1 7×0.5382×3 l 2.46×1 830988/ f30.8×10 )=169.95 kg/h (2)将锅炉保证的NO 排放浓度视为NO浓度 )f ̄NO 浓度之和计算的氨消耗量 WNo =1.4×400/1.2=466.67 mg/Nm NH 3/No=1.0 5×5 0/1 0 0+(3 x 3 0.8)/ (466.67×22.4、=0.5338 WNH3=17×0.5338×466.67×l 830988/ (30.8×10 )=25 1.75 kg/h 4.4两种计算方法的差异分析 由以上计算看出,通过浓度折算)fnNO与 NO 之问的换算,两个导则计算的氨消耗量 是一致的,将“锅炉保证的NO 浓度视为NO 和N0 排放浓度之和时”其计算的氨消耗量为 “将锅炉保证的NO 排放浓度视为NO:排放浓度 (以N0:计)时” 算的氨消耗量的1.4~1.5倍。 《华能导则》计算公式中的NO 排放浓度 实际为NO¥ ̄NO 的质量浓度之和,设计者在使 用导则时,很容易将锅炉协议中保证的NO 排 放浓度(以NO 计)经过量空气系数折算后直接代 入公式中进行氨消耗量的计算,并得出了错误 物浓度的测试方法见表2。 表2氮氯化物浓度的测试方法 ■硼菩一_●I!●●曩用 圈 ●Tlt■■■■_■■-H■譬■t|H-Tl理■'j匹”■坩^ {一 《固定污染源排气中氮氧化 《固定污染源排气中氮氧化 l 物的测定紫外分光光度法 物的测定紫外分光光度法 (HJ/T42))) (HJ/T42))) 《崮定污染源排气中氮氧化 《固定污染源排气中氮氧化 2 物的测定盐酸萘乙二胺分光 物的测定盐酸萘乙二胺分光 光度法(HJ/T43))) 光度法(HJ/T43))) 3 《空气和废气监测分析方法 | 定电位电解法》 4 《空气和废气监测分析方法 | 非分散红外吸收法》 以下对以上四种测试方法的原理进行简要 的介绍: (1)紫外分光光度法(HJ/T42—1999) 样品气体被收集在一个盛有稀硫酸一过氧 化氢吸收液的瓶中,氮氧化物受到氧化和被吸 收,成为NO3--存在于吸收液中,于210nm处测 定NO3-的光吸收。 (2)盐酸萘乙二胺分光光度法(HJ/T43.1999) 氮氧化物(NO )包括一氧化氮(YO) ̄n--氧化 氮(NO )等。在采样时,气体中的一氧化氮等低 价氧化物首先被三氧化铬氧化成二氧化氮,二 氧化氮被吸收液吸收后,生成亚和, 其中亚与对氨基苯磺酸起重氮化反应,再 与盐酸萘乙二胺耦合,呈玫瑰红色,根据颜色 深浅,用分光光度法测定。 (3)定电位电解法《空气和废气监测分析方 法》 样气透过透气薄膜进入电解槽,使在电解 液中扩算并吸收的一氧化氮和二氧化氮在一定 的氧化电位下进行电解,根据电解电流求出一 氧化氮和二氧化氮的浓度。一氧化氮和二氧化 氮的响应值有差别,若使用一氧化氮标准气体 标定仪器,在测定高浓度的二氧化氮废气时, 必须附加一氧化氮转换装置,否则会产生显著 2OlON6N第3期.45 的误差。 6结论及建议 (4)非分散红外吸收法《空气和废气监测分 析方法》 利用一氧化氮气体在红外波谱中具有选择 性的吸收(尤其在5.3 1.t m处)的原理,采用相应 的检测器,检测红外波谱在这些波段能量的变 化,根据朗伯.比尔定律就可测定一氧化氮气体 的浓度;将二氧化氮转化为一氧化氮后再进行 测定,由一氧化氮和二氧化氮的测定结果相加 得到氮氧化物的测定值。 由以上测试原理可以看出,利用“紫外分 光光度法”和“盐酸萘乙二胺分光光度法”测 定氮氧化物浓度时,其测试结果不能分别区分 NO和NO。的浓度(均以NO:计)。利用“定电位电 解法”和“非分散红外吸收法”测定氮氧化物 浓度时,均是利用了NO的相关化学特性进行测 试,其直观反映的浓度为NO的浓度,通过附加 氧化氮转换装置(NO:转化为NO),可以折算 出烟气中的NO:浓度。 考虑NNO在空气中很快被转换为NO 的 这一特性,最终影响环境大气质量的氮氧化物 实际为NO ,因此《火电厂大气污染物排放标 准》中规定NO 的质量浓度均以NO 计算。 《火 电厂大气污染物排放标准(GB13323.2009送审 稿草案)》中关于NO 的测试方法仅保留了“紫 外分光光度法”和“盐酸萘乙二胺分光光度 法”,取消了“定电位电解法”和“非分散红 外吸收法”两种测试方法,避免了由于测试方 法不同而必须要进行相应的浓度换算(NO浓度 和NO:浓度的相互换算)。 对装设在SCR反应器处的烟气排放连续监 测系统(CEMS),SCR入口监测项目至少应包含 烟气流量、NO浓度、NO 浓度、烟气含氧量, SCR出口监测项目至少应包含NO浓度、NO 浓 度、烟气含氧量、氨逃逸率。 此外还有很多种NO 浓度的测试方法,本 文不再赘述,可详见《空气和废气监测分析方 法(第四版)》、 《空气和废气监测分析方法(第 四版增补版)》、 《空气和废气监测分析方法指 南(上册)》。 46.2010 ̄6g]第3期 (1)当NO 质量排放浓度的计量基准不明确 时,计算的NO、NO 的质量流量和氨消耗量有 很大的不同,并将对SCR系统中的催化剂体积 及辅机选型带来很大的影响。基于《火电厂大 气污染物排放标准(GB 1 3323)>>中规定NO 质量 浓度以NO:计,为保证计量基准的一致性,在 涉及到N0 质量排放浓度时,应明确注明NO 质量排放浓度的计量基准为“标准状态、干烟 气、含氧量6%、以NO2计”。 (2)《华能导则》计算公式中的NO 排放浓 度实际为NO ̄]NO 的质量浓度之和,设计者在 使用导则时,很容易将锅炉协议中保证的NO 排放浓度(以NO:计)经过量空气系数折算后直接 代入公式中进行氨消耗量的计算,并得出了错 误的氨消耗量,应引起设计者的注意;设计者 在使用《华能导则》时,应将锅炉保证的NO 质量排放浓度(以NO 计算)换算为NO与NO 质量 浓度之和后,再利用《华能导则》中的公式进 行氨消耗量的计算。 (3)《华能导则》中利用NO和NO:在NO 中 所占的比例、NOe1]NO 的摩尔质量,求出了 NO 的摩尔质量为30.8g/mol,并按照NO 与NH3 的反应摩尔数比值为1:1的关系最终计算出氨 消耗量,与SCR脱硝工艺的两个主反应式不尽 吻合,其氨氮摩尔数比值的计算公式应进行修 正。 (4)《华能导则》中的y , 的物理意义 是“考虑实际脱硝效率和氨逃逸后的NH 和N0 的摩尔比”,而《顾问公司导则》中的m的物 理意义是“考虑实际脱硝效率及氨逃逸后的氨 消耗量与100%脱硝效率时理论氨消耗量的比 值”,两者物理意义不同。 (5)《顾问公司导则》中将锅炉保证的NO 质量排放浓度按照NO 计,并根据SCR脱硝工 艺的两个主反应式(NO与NH 的反应摩尔数比值 1:1,NO 与NH,的反应摩尔数比值1:2),分 别计算了NOe1]NO。在还原反应中的氨消耗量, 与SCR脱硝工艺的两个主反应式一致。 (6)鉴于《顾问公司导则》中对于氨消耗量 的计算公式规定的比较详细和明确,本文推荐 采用《顾问公司导则》中的公式进行氨消耗量 的计算。 分册一烟气脱硫脱硝[M],2007. [2]中国电力工程顾问集团公司发布,中国电力工程顾 问集团公司企业标准.火力发电厂脱硝技术设计导  ̄i](2009送审稿) 1 [3 GB13323—3]2003,火电厂大气污染物排放标准【s]. 【4]GB13323,火电厂大气污染物排放标准(2009i ̄z审 稿草案)[S]. (7)《火电厂大气污染物排放标准 (GB13323—2009送审稿草案)》中规定的NO 的测 试方法,与所要求的NO 质量排放浓度以NO:计 致,避免了由于测试方法的不同而进行必要 的浓度换算。 【5]HJ/T42一l999,固定污染源排气中氮氧化物的测定 紫外分光光度法【s]. 【6]HJ/T43—1999,固定污染源排气中氮氧化物的测定 参考文献: 盐酸萘乙二胺分光光度法[S】. [1】中国华能集团公N2007.06.20发布实施,中国华能 [7]国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法(第 集团公司企业标准一火电工程设计导则.第2部分第3 四版)[M],北京:中国环境科学出版社,2003. 信息 甘肃河西地区实现火电风电联合 6月12日,国内首例大型集群风电有功智能控制系统二期工程顺利竣工。该系统的建成投运,实 现了甘肃河西地区火电、风电联合。 随着今年3月9日酒泉大型集群风电有功智能控制系统一期的投,,k/g行,实现了依据河西330kV输 电通道接纳能力评估,进行酒泉风电实时有功智能控制,在现有网架情况下,最大限度的满足了酒泉 风电的迭出需求,达到了预期效果。截至45底,甘肃电网风电总发电量6.1646亿千瓦时,同比增长 76.6l%,该系统优化风电上网功能显著。 为进一步发挥该系统的潜力,提高系统运行可靠性,使其能够适应未来酒泉千万千瓦风电基地 的调度需要,甘肃省电力公司经过三个多月的研发与调试,完成了酒泉大型集群风电有功智能控制系 统的全面升级。 二期工程实现了河西地区风电、火电联合调整,与火电厂、风电场自动控制系统形成闭环控 制,建成双坏路通讯通道,增加了基于风电场自动上报计划的智能控制策略,完善了有关分区控制模 式及统计分析功能。 到今年年底,随着河西750千伏输变电工程的建成投运,河西电网输送能力将大大提高,但是面 对酒泉千万千瓦风电外送的需要,电网还是无法满足,大型集群风电有功智能控制系统将有效风 电、火电送出比例,破解风电外送瓶颈,确保区域电网安全平稳运行。 (摘自:http://www.cpnn.coli1.cn) 2o10年6月第3期.47 

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