SCR脫硝耗氨量計(jì)算公式分析說明.doc

SCR脫硝耗氨量計(jì)算公式分析說明王國平（天津國華盤山發(fā)電有限責(zé)任公司, 天津301900）【摘要】：文章引用了SCR脫硝液氨耗量的一個(gè)常用計(jì)算公式，對(duì)公式的適用范圍及條件進(jìn)行了簡(jiǎn)單說明，同時(shí)對(duì)公式中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。通過某脫硝工程耗氨量的計(jì)算演練，并對(duì)公式應(yīng)用的主意事項(xiàng)加以總結(jié)，達(dá)到能夠在理解公式的前提下正確應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中。【關(guān)鍵詞】：SCR，液氨耗量，公式，分析 The analysis and author of the liquid ammonia consumption calculation formula of SCR denitration Wang Guo ping （Tianjin Guohua Panshan Power Generation Co. Ltd.，Tianjin301900）【Abstract 】：The article quoted SCR denitration liquid ammonia consumption in a commonly used formula, the formula of the applicable scope and conditions for a simple description, the formula of each parameter are analyzed in detail. Through a denitration project ammonia consumption calculation of drill, and the formula application ideas are summarized, to correctly understand the formula under the premise of correct application to practical design calculation.【Keywords】: SCR, Liquid ammonia consumption, Formula, Analysis1 前言SCR工藝的基本原理為：在催化劑作用下，向適當(dāng)溫度(約280420 )的煙氣中噴入氨，氨與煙氣中NOX發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將NOX還原成N2和H20，達(dá)到脫硝的目的，制備氨的脫硝還原劑有尿素、純氨和氨水3種。本文所討論的耗氨量計(jì)算公式僅適用于以純液氨作為還原劑的SCR脫硝系統(tǒng)。電站鍋爐排放的煙氣中的氮氧化物統(tǒng)稱為NOX，主要成分為NO站95和NO2占5，其他氮氧化物含量很少并且極不穩(wěn)定1，遇光、熱、濕變成NO和NO2，NO氧化變成NO2，所以燃煤鍋爐對(duì)大氣造成污染的氮氧化物主要是指NO2。通常情況下，核定氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)為NOX含量mg/Nm3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6O2，以NO2計(jì)，干煙氣)，本文所引用的相關(guān)計(jì)算公式所涉及的保證值以NO2計(jì)。2 氨耗量計(jì)算公式SCR選擇性催化還原法脫硝技術(shù)以NH3作為還原劑時(shí)，液氨耗量的計(jì)算公式如下2：Wa=(VqCno17/(30106)+VqCno2172/(46106)m本公式的應(yīng)用條件為：SCR選擇性催化還原法、以NH3（純液氨）作為還原劑時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基（干煙氣）、實(shí)際含氧量（實(shí)際過量空氣系數(shù)）、NOX保證值NO2計(jì)。 在實(shí)際計(jì)算中，所提供的參數(shù)數(shù)據(jù)都應(yīng)該轉(zhuǎn)化到上述條件下進(jìn)行計(jì)算。對(duì)公式中的參數(shù)作以下說明：2.1 Wa的相關(guān)說明Wa是純氨的小時(shí)耗量kg/h，工程中是在機(jī)組滿負(fù)荷下SCR脫硝系統(tǒng)的實(shí)際最大噴氨量。純氨的實(shí)際耗量是SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中的一些主要設(shè)備的參數(shù)都是通過純氨耗量來設(shè)計(jì)確定的。1) 液氨儲(chǔ)罐的容量的選擇。通過Wa可以計(jì)算出液氨儲(chǔ)罐的容量，液氨儲(chǔ)罐的容量宜按照全廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下連續(xù)運(yùn)行35天（每天24小時(shí)）所需要的氨氣用量設(shè)計(jì)，且要求儲(chǔ)罐實(shí)際液氨儲(chǔ)量不能超過罐體容積的50。VWa24d/2V:液氨儲(chǔ)罐容積；d：35天；：液氨密度。2) 液氨蒸發(fā)器選型。液氨蒸發(fā)器蒸發(fā)量設(shè)計(jì)中，蒸發(fā)量為大于Wa的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格即可，若Wa300kg/h，蒸發(fā)器量選擇350kg/h標(biāo)準(zhǔn)。3) 稀釋風(fēng)機(jī)流量選擇中，稀釋空氣量應(yīng)按照機(jī)組滿負(fù)荷下SCR脫硝系統(tǒng)的實(shí)際噴氨量稀釋后混合氣體中氨氣的體積濃度不高于5來計(jì)算，稀釋風(fēng)機(jī)的流量在設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上加10的余量。4) 氨空混合器的混合量設(shè)計(jì)即稀釋風(fēng)量加上噴氨量。5) 在對(duì)催化劑的選擇中，催化劑的有效體積或數(shù)量是以滿足Wa減去逃逸部分的氨氣能夠完全反應(yīng)的前提下設(shè)計(jì)的。2.2 Vq Nm3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干態(tài)、實(shí)際含氧量)的相關(guān)說明 Vq是鍋爐滿負(fù)荷下反應(yīng)器進(jìn)口的最大煙氣流量Nm3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干態(tài)、實(shí)際含氧量)。1) Nm3/h中的N表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即溫度0（T0273K）、壓強(qiáng)為101.325Ka（1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），氣體摩爾體積22.4。工況下（實(shí)際狀態(tài)下）的干煙氣流量V實(shí)可以通過P0Vq/T0=P實(shí)V實(shí)/T實(shí)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干煙氣流量Vq.VqV濕（1q%）。2) 干態(tài)即干煙氣，實(shí)際測(cè)量的煙氣是含有一定的水分的濕煙氣V濕（標(biāo)態(tài)，含水量為q%）。 3) 實(shí)際含氧量為實(shí)際測(cè)量煙氣中的氧氣的體積百分率，含氧量與過量空氣系數(shù)相對(duì)應(yīng)，二者可以互相計(jì)算，公式如下：20.9%/(20.9%-O2實(shí)測(cè)值)其中：20.9%為O2在環(huán)境空氣中的含量；O2實(shí)測(cè)值為儀器測(cè)量煙道中的O2含量。4) 標(biāo)態(tài)下，實(shí)際氧量下的干煙氣量與6O2下的干煙氣量轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：Vq6O2Vq(20.9%-O2實(shí)測(cè)值)/(20.9%-6)或Vq6O2Vq1.4/實(shí)測(cè)值6O2對(duì)應(yīng)1.4過量空氣系數(shù)與煙氣量成正比5) SCR反應(yīng)器通常布置在鍋爐省煤器出口、空預(yù)器入口之間，所以V q為鍋爐省煤器出口的干煙氣量。有的鍋爐的煙氣流量測(cè)量位置為引風(fēng)機(jī)入口即空預(yù)器出口，工作人員隨即將這個(gè)煙氣流量作為脫硝設(shè)計(jì)參數(shù)提供給設(shè)計(jì)單位，這樣是錯(cuò)誤的，因?yàn)榭疹A(yù)器通常存在10左右的漏風(fēng)率，所以引風(fēng)機(jī)入口的煙氣流量會(huì)比省煤器出口煙氣量大很多，不能作為SCR設(shè)計(jì)參數(shù)。2.3 C no2，C no的相關(guān)說明C no2，C no分別為反應(yīng)器進(jìn)口煙氣中NO2、NO濃度， mg /N m 3 (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，實(shí)際含氧量下的干煙氣)。1）工程設(shè)計(jì)中所提供的氮氧化物排放含量通常為mg/Nm3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6O2，以NO2計(jì)，干煙氣)，這就需要把氮氧化物排放轉(zhuǎn)化到實(shí)際氧量下的含量。轉(zhuǎn)換關(guān)系為：C nox 6%O2 = C nox(20.9%-6)/ (20.9%-O2實(shí)測(cè)值), 或C nox 6%O2 = C nox實(shí)測(cè)值/1.4氮氧化物含量與過量空氣系數(shù)成反比。2）反應(yīng)器入口實(shí)際氧量、標(biāo)態(tài)、干煙氣中NO和NO2濃度的計(jì)算如下：C no = C nox /2.050.951.34C no2 = C nox0.05式中：0.95、0.05分別為NO、NO2在反應(yīng)器入口煙氣中占NOx的體積比例；1.34、2.05分別為NO、NO2體積分率(ppmv)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量濃度(mg/Nm3)的系數(shù)，即氣體分子量/氣體摩爾體積22.4，質(zhì)量濃度(mg/Nm3)體積分率(ppmv)；Ppmv是按體積的百萬分之一。2.4 公式中一些數(shù)字的相關(guān)說明耗氨量計(jì)算公式中出現(xiàn)的17、30、46、106數(shù)字說明如下：SCR反應(yīng)器中NH3與氮氧化物的主要反應(yīng)為3：4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2ONH3的分子量17，NO的分子量30 ，NO2的分子量46，NH3與NO的反應(yīng)比例是1：1，NH3與NO2的反應(yīng)比例是2：1，耗氨量計(jì)算公式中將mg轉(zhuǎn)化為kg（1kg106 mg）2.5 m的相關(guān)說明m是實(shí)際脫硝效率及氨逃逸后的氨消耗量與100%脫硝效率時(shí)理論氨消耗量的比值。m =nox /100+ a/22.4/(C no/30+C no22/46) 式中：nox為脫硝效率，； a為氨的逃逸率，ppmv(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，實(shí)際含氧量下的干煙氣)。 3 工程計(jì)算案例某電廠裝機(jī)容量為2530MW，燃煤超臨界火力發(fā)電機(jī)組，為了環(huán)保需要進(jìn)行煙氣脫硝改造，采用高灰型SCR工藝，布置于鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間，液氨作為還原劑4。表1SCR入口煙氣參數(shù)項(xiàng)目單位數(shù)值SCR入口煙氣量Nm3/h，濕煙氣1578613煙氣濕度9.1煙氣含氧量2.9SCR入口的NOx濃度保證值mg/Nm3(O2=6%，以NO2計(jì))350SCR脫硝效率 80氨逃逸率ppmv3Wa=(VqCno17/(30106)+VqCno2172/(46106)m為計(jì)算公式：1）將濕煙氣量轉(zhuǎn)化為干煙氣量：Vq=1578613（1-9.1%）=1434959.217 Nm3/h2）將氧含量為6%時(shí)的進(jìn)口NOx濃度換算為實(shí)際氧含量2.9%下的進(jìn)口NOx濃度：Cnox= Cnox6%O2（20.9-O2實(shí)測(cè)）/(20.9-6)=350（20.9-2.9）/(20.9-6)=422.819 mg/Nm3或通過過量空氣系數(shù)計(jì)算Cnox：=20.9%/(20.9%-O2實(shí)測(cè))=20.9%/(20.9%-2.9%)=1.1616O2=20.9%/(20.9%-6O2)=20.9%/(20.9%-6%)=1.4Cnox= Cnox6%O26O2/=3501.4/1.161=422.819 mg/Nm34) 反應(yīng)器進(jìn)口煙氣中NO2、NO濃度C no = C nox /2.050.951.34=422.819/2.050.951.34=262.56mg/Nm3C no2 = C nox0.05=422.8190.05=21.141mg/Nm35）考慮實(shí)際脫硝效率及氨逃逸后的氨消耗量與100%脫硝效率時(shí)理論氨耗量的比值的計(jì)算：m =nox /100+ a/22.4/(C no/30+C no22/46) =80/1003/22.4/（262.56/3022.142/46)=0.81386）氨耗量計(jì)算：Wa=(VqCno17/(30106)+VqCno2172/(46106)m=1434959.217262.5617/（30106）1434959.21721.141172/（46106）0.8138=192.98kg/h4 結(jié)論在運(yùn)用公式計(jì)算的工程中，不能盲目地套用，應(yīng)該真正明白各個(gè)參數(shù)的意義，否則很容易發(fā)生錯(cuò)誤。1）在脫硝設(shè)計(jì)中，如果選擇使用此公式進(jìn)行氨耗量的計(jì)算，一定要滿足公式的適用條件，具體條件范圍在文章第二部分已經(jīng)提到。2）Vq應(yīng)該是反應(yīng)器入口、標(biāo)態(tài)、實(shí)際氧量下的干煙氣量。不能將空預(yù)器出口或引風(fēng)機(jī)入口的煙氣量來代替它，因?yàn)榭疹A(yù)器存在漏風(fēng)率，導(dǎo)致經(jīng)過空預(yù)器后的煙氣過量空氣系數(shù)增大，體積遠(yuǎn)大于SCR反應(yīng)器的煙氣體積；實(shí)測(cè)的煙氣量通常都是濕煙氣，計(jì)算時(shí)要轉(zhuǎn)化成干煙氣。3）C no2，C no應(yīng)該是反應(yīng)器入口實(shí)際含氧量下的濃度，計(jì)算中應(yīng)使用實(shí)際氧量下的NOX濃度計(jì)算出C no2，C no的數(shù)值，不能直接使用保證值6氧量下的NOX濃度直接計(jì)算。4）m的物理意義是實(shí)際脫硝效率及氨逃逸后的氨消耗量與100%脫硝效率時(shí)理論氨消耗量的比值。參考文獻(xiàn) 葉勇健火電廠脫硝系統(tǒng)還原劑耗量的計(jì)算方法J上海；勘測(cè)設(shè)計(jì)，2009，（2）:42-47。2 田慶峰1，顧