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

中图分类号：TK229文献标识码： A

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：

2.1 Wa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。

2.2 Vq Nm3/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V q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。

2.3 C no2，C no的相关说明

C no2，C no分别为反应器进口烟气中NO2、NO浓度， mg /N m 3 (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：

C nox 6%O2 = C nox(20.9%-6％)/ (20.9%-O2

实测值),

或C nox 6%O2 = C nox×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：

C no = C nox /2.05×0.95×1.34

C no2 = C nox×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＝106 mg）

2.5 m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+γ a/22.4/(C no/30+C no2×2/46) 式中：ηnox为脱硝效率，％；γ a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%）

=1434959.217 Nm3/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)=422.819 mg/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

=422.819 mg/Nm3

4) 反应器进口烟气中NO2、NO浓度

C no = C nox /2.05×0.95×1.34

=422.819/2.05×0.95×1.34=262.56mg/Nm3

C no2 = C nox×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+γ a/22.4/(C no/30+C no2×2/46) =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）C no2，C no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C no2，C no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。