SCR脱硝耗氨量计算公式分析说明.doc
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SCR脱硝耗氨量计算公式分析说明
摘要:
文章引用了SCR脱硝液氨耗量的一个常用计算公式,对公式的适用范围及条件进行了简单说明,同时对公式中的各个参数进行了详细的分析。
通过某脱硝工程耗氨量的计算演练,并对公式应用的主意事项加以总结,达到能够在理解公式的前提下正确应用到实际设计计算中。
关键词:
SCR,液氨耗量,公式,分析
1前言
SCR工艺的基本原理为:
在催化剂作用下,向适当温度(约280~420℃)的烟气中喷入氨,氨与烟气中NOX发生化学反应,将NOX还原成N2和H20,达到脱硝的目的,制备氨的脱硝还原剂有尿素、纯氨和氨水3种。
本文所讨论的耗氨量计算公式仅适用于以纯液氨作为还原剂的SCR脱硝系统。
电站锅炉排放的烟气中的氮氧化物统称为NOX,主要成分为NO站95%和NO2占5%,其他氮氧化物含量很少并且极不稳定[1],遇光、热、湿变成NO和NO2,NO氧化变成NO2,所以燃煤锅炉对大气造成污染的氮氧化物主要是指NO2。
通常情况下,核定氮氧化物的排放标准为NOX含量mg/Nm3(标准状态,6%O2,以NO2计,干烟气),本文所引用的相关计算公式所涉及的保证值以NO2计。
2氨耗量计算公式
SCR选择性催化还原法脱硝技术以NH3作为还原剂时,液氨耗量的计算公式如下[2]:
Wa=(Vq×Cno×17/(30×106)+Vq×Cno2×17×2/(46×106))×m
本公式的应用条件为:
SCR选择性催化还原法、以NH3(纯液氨)作为还原剂时、标准状态、干基(干烟气)、实际含氧量(实际过量空气系数)、NOX保证值NO2计。
在实际计算中,所提供的参数数据都应该转化到上述条件下进行计算。
对公式中的参数作以下说明:
2.1Wa的相关说明
Wa是纯氨的小时耗量kg/h,工程中是在机组满负荷下SCR脱硝系统的实际最大喷氨量。
纯氨的实际耗量是SCR脱硝系统设计中的一个关键数据,系统中的一些主要设备的参数都是通过纯氨耗量来设计确定的。
1)液氨储罐的容量的选择。
通过Wa可以计算出液氨储罐的容量,液氨储罐的容量宜按照全厂脱硝系统设计工况下连续运行3-5天(每天24小时)所需要的氨气用量设计,且要求储罐实际液氨储量不能超过罐体容积的50%。
V=Wa×24×d/ρ×2
V:
液氨储罐容积;d:
3-5天;ρ:
液氨密度。
2)液氨蒸发器选型。
液氨蒸发器蒸发量设计中,蒸发量为大于Wa的一个标准规格即可,若Wa=300kg/h,蒸发器量选择350kg/h标准。
3)稀释风机流量选择中,稀释空气量应按照机组满负荷下SCR脱硝系统的实际喷氨量稀释后混合气体中氨气的体积浓度不高于5%来计算,稀释风机的流量在设计值基础上加10%的余量。
4)氨空混合器的混合量设计即稀释风量加上喷氨量。
5)在对催化剂的选择中,催化剂的有效体积或数量是以满足Wa减去逃逸部分的氨气能够完全反应的前提下设计的。
2.2VqNm3/h(标准状态、干态、实际含氧量)的相关说明
Vq是锅炉满负荷下反应器进口的最大烟气流量Nm3/h(标准状态、干态、实际含氧量)。
1)Nm3/h中的N表示标准状态,即温度0℃(T0=273K)、压强为101.325Ka(1标准大气压),气体摩尔体积22.4。
工况下(实际状态下)的干烟气流量V实可以通过P0Vq/T0=P实V实/T实转换成标准状态下的干烟气流量Vq.
Vq=V湿×(1-q%)。
2)干态即干烟气,实际测量的烟气是含有一定的水分的湿烟气V湿(标态,含水量为q%)。
3)实际含氧量为实际测量烟气中的氧气的体积百分率,含氧量与过量空气系数α相对应,二者可以互相计算,公式如下:
α=20.9%/(20.9%-O2实测值)
其中:
20.9%为O2在环境空气中的含量;O2实测值为仪器测量烟道中的O2含量。
4)标态下,实际氧量下的干烟气量与6%O2下的干烟气量转换关系如下:
Vq6%O2=Vq×(20.9%-O2实测值)/(20.9%-6%)
或Vq6%O2=Vq×1.4/α实测值
6%O2对应α=1.4过量空气系数与烟气量成正比
5)SCR反应器通常布置在锅炉省煤器出口、空预器入口之间,所以Vq为锅炉省煤器出口的干烟气量。
有的锅炉的烟气流量测量位置为引风机入口即空预器出口,工作人员随即将这个烟气流量作为脱硝设计参数提供给设计单位,这样是错误的,因为空预器通常存在10%左右的漏风率,所以引风机入口的烟气流量会比省煤器出口烟气量大很多,不能作为SCR设计参数。
2.3Cno2,Cno的相关说明
Cno2,Cno分别为反应器进口烟气中NO2、NO浓度,mg/Nm3(标准状态,实际含氧量下的干烟气)。
1)工程设计中所提供的氮氧化物排放含量通常为mg/Nm3(标准状态,6%O2,以NO2计,干烟气),这就需要把氮氧化物排放转化到实际氧量下的含量。
转换关系为:
Cnox6%O2=Cnox(20.9%-6%)/(20.9%-O2
实测值),
或Cnox6%O2=Cnox×α实测值/1.4
氮氧化物含量与过量空气系数α成反比。
2)反应器入口实际氧量、标态、干烟气中NO和NO2浓度的计算如下:
Cno=Cnox/2.05×0.95×1.34
Cno2=Cnox×0.05
式中:
0.95、0.05分别为NO、NO2在反应器入口烟气中占NOx的体积比例;1.34、2.05分别为NO、NO2体积分率(ppmv)转化为质量浓度(mg/Nm3)的系数μ,即μ=气体分子量/气体摩尔体积22.4,质量浓度(mg/Nm3)=体积分率(ppmv)×μ;Ppmv是按体积的百万分之一。
2.4公式中一些数字的相关说明
耗氨量计算公式中出现的17、30、46、106数字说明如下:
SCR反应器中NH3与氮氧化物的主要反应为[3]:
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
NH3的分子量17,NO的分子量30,NO2的分子量46,NH3与NO的反应比例是1:
1,NH3与NO2的反应比例是2:
1,耗氨量计算公式中将mg转化为kg(1kg=106mg)
2.5m的相关说明
m是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。
m=ηnox/100+γa/22.4/(Cno/30+Cno2×2/46)式中:
ηnox为脱硝效率,%;γa为氨的逃逸率,ppmv(标准状态,实际含氧量下的干烟气)。
3工程计算案例
某电厂装机容量为2×530MW,燃煤超临界火力发电机组,为了环保需要进行烟气脱硝改造,采用高灰型SCR工艺,布置于锅炉省煤器和空气预热器之间,液氨作为还原剂[4]。
表1SCR入口烟气参数
Wa=(Vq×Cno×17/(30×106)+Vq×Cno2×17×2/(46×106))×m为计算公式:
1)将湿烟气量转化为干烟气量:
Vq=1578613×(1-9.1%)
=1434959.217Nm3/h
2)将氧含量为6%时的进口NOx浓度换算为实际氧含量2.9%下的进口NOx浓度:
Cnox=Cnox6%O2×(20.9-O2实测)/(20.9-6)
=350×(20.9-2.9)/(20.9-6)=422.819mg/Nm3
或通过过量空气系数α计算Cnox:
α=20.9%/(20.9%-O2实测)
=20.9%/(20.9%-2.9%)=1.161
α6%O2=20.9%/(20.9%-6%O2)
=20.9%/(20.9%-6%)=1.4
Cnox=Cnox6%O2×α6%O2/α=350×1.4/1.161
=422.819mg/Nm3
4)反应器进口烟气中NO2、NO浓度
Cno=Cnox/2.05×0.95×1.34
=422.819/2.05×0.95×1.34=262.56mg/Nm3
Cno2=Cnox×0.05
=422.819×0.05=21.141mg/Nm3
5)考虑实际脱硝效率及氨逃逸后的氨消耗量与100%脱硝效率时理论氨耗量的比值的计算:
m=ηnox/100+γa/22.4/(Cno/30+Cno2×2/46)=80/100+3/22.4/(262.56/30+22.14×2/46)
=0.8138
6)氨耗量计算:
Wa=(Vq×Cno×17/(30×106)+Vq×Cno2×17×2/(46×106))×m=〔1434959.217×262.56×17/(30×106)+1434959.217×21.141×17×2/(46×106))〕×0.8138=192.98kg/h
4结论
在运用公式计算的工程中,不能盲目地套用,应该真正明白各个参数的意义,否则很容易发生错误。
1)在脱硝设计中,如果选择使用此公式进行氨耗量的计算,一定要满足公式的适用条件,具体条件范围在文章第二部分已经提到。
2)Vq应该是反应器入口、标态、实际氧量下的干烟气量。
不能将空预器出口或引风机入口的烟气量来代替它,因为空预器存在漏风率,导致经过空预器后的烟气过量空气系数增大,体积远大于SCR反应器的烟气体积;实测的烟气量通常都是湿烟气,计算时要转化成干烟气。
3)Cno2,Cno应该是反应器入口实际含氧量下的浓度,计算中应使用实际氧量下的NOX浓度计算出Cno2,Cno的数值,不能直接使用保证值6%氧量下的NOX浓度直接计算。
4)m的物理意义是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。
参考文献
[叶勇健·火电厂脱硝系统还原剂耗量的计算方法[J]·上海;勘测设计,2009,
(2):
42-47。
[2]田庆峰1,顾英春2,陈牧1·SCR脱硝装置氨
消耗量的计算方法探讨[J]·武汉;勘测设计,2010,(3):
42-47。
[3]王钟,王颖·火电厂烟气脱硝技术探讨[J]·吉林;吉林电力,2005,(6)。
[4]天津国华盘山发电有限责任公司1、2号锅炉脱硝改造工程可研报告[R]·西安热工院。