燃煤电厂烟气中NOx构成及浓度换算方法再探讨

１ 燃煤电厂烟气中 NOx 构成及浓度换算方法再探讨 冯淼 阎寒冰 段永泽 山西省太原市 030001 摘 要 本文根据 80 余台燃煤电厂锅炉排烟中氮氧化物的现场实测数据，论证了燃煤电厂锅炉排 烟中氮氧化物存在的主要形态是一氧化氮，且一氧化氮占到氮氧化物的 99%以上，因此认为在氮氧化物 的浓度换算（由ppm换算为mg/Nm3）中不应以 2.05 为系数，而以 1.34 作为换算系数更为恰当。 关键词 氮氧化物 构成 浓度 换算 1. 前言 由于目前在燃煤电厂烟气成分监测中，普遍使用电化学分析仪器进行，所测浓度一般均以ppm即 μL/L 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示，但我国关于大气污染物的国家排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）》 4.2.3 款规定燃煤锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度所用的单位是mg/Nm3，因此用仪器测的 氮氧化物浓度都必须经过单位换算后，才能和国标规定值进行比较。国标GB13223-2003 中 5.4 款同时 又规定，“本标准中氮氧化物质量浓度以二氧化氮计，1μmol/mol(1ppm) 氮氧化物相当于 2.05 mg/Nm3质 量浓度。”按下式换算成质量浓度： 1μmol/mol(1ppm) NOx=2.05mg/ m3 NOx 即由体积浓度（ppm）换算为质量浓度（mg/Nm3）的换算系数为 2.05，2.05 是由NO2的分子量 46 除以 22.4 得到的。因此等于在国标GB13223-2003 中认为火电厂锅炉排放烟气中的氮氧化物大部分是二 氧化氮（NO2）。 本文以 80 余台不同规模、不同类型燃煤机组烟气中氮氧化物（NO和NO2）的实际监测数据，论证 了燃煤机组烟气中氮氧化物构成以NO为主，以此为基础，对国家制定的《火电厂大气污染物排放 标准（ GB13223-2003）》中关于氮氧化物质量浓度以二氧化氮换算是否合理进行了讨论。 2. 氮氧化物的特征及生成途径 2.1 氮氧化物的特征 NO 为无色无臭的气体，与血液中血红蛋白的结合能力很强，比 CO 与血红蛋白的结合能力高数百 至千倍。人们在含有氮氧化物的空气中停留，会因缺氧引起中枢神经麻痹症状。此外， NO 还有致癌 作用，它对细胞分裂及遗传信息的传递有不良影响。 NO2为红棕色有刺激气味的气体，其毒性为NO的 4~5 倍，NO2与NO共存时将加剧NO2的危害。NO2 毒性也远比CO和SO2大。此外，NO2与HC化合物在紫外线照射下，经过复杂的光化学 反应，会生成强氧化物质，形成光化学烟雾，其毒性更强，刺激人的眼、鼻，并会伤害植物。 2.2 氮氧化物的生成途径 氮氧化物的生成途径主要有三种：温度型、快速型和燃料型1。 2.2.1 温度型 温度型是由空气中的N2和O2在高温下生成的，空气中的O2在燃烧的高温下离解成了原子氧（O）， 原子氧再与空气中的N2化合而形成。 2.2.2 快速型 快速型是空气中的氮在高温下与氧化合而成。快速型 NOx 是 1971 年 Fenimore 通过实验发现的， 在碳氢化合物燃料燃烧燃料过浓时，在反应区附近会快速生成 NOx。 ２ 快速型生成量比温度型 NO 生成量要小一个数量级，不是氮氧化物生成的主要来源。 2.2.3 燃料型 燃料型是以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在燃烧过程中被氧化而生成的。由于燃料中氮的 热分解温度低于煤粉燃烧温度，在温度为 600~800℃时就会生成燃料型氮氧化物，具有中温生成特性。 它在煤粉燃烧 NOx 产物中占到 60~80%，燃料中的氮比空气中的氮容易生成 NOx。 3. 烟气中氮氧化物的构成 通过对 32 个电厂共 81 台机组进行了现场实测，得到了真实可靠的试验数据，见表 1。再通过对表 1 试验数据的统计计算、归纳分析，得出了如下结论： 所测机组中除W型火焰炉NO/NOx为 96.78%，液态排渣炉NO/NOx为 96.69%，其余锅炉NO/NOx均 在 99%以上，而循环流化床锅炉NO/NOx接近 100%；也就是说，W型火焰炉所排烟气中NO2仅占氮氧 化物总量的 3.22%，液态排渣炉所排烟气中NO2仅占氮氧化物总量的 3.31%，其余锅炉所排烟气中NO2占 氮氧化物总量不到 1%，而循环流化床锅炉所排烟气中氮氧化物中几乎没有NO2。 4 氮氧化物排放浓度换算 由于目前在燃煤电厂烟气成分监测中，普遍使用直读式电化学分析仪器进行，所测浓度一般均以 ppm即μmol/mol表示；但我国关于火电厂大气污染物的国家排放标准《火电厂大气污染物排放标准 （GB13223-2003）》4.2.3 款规定的火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度所用的单位是 mg/Nm3；因此用直读式仪器测得的氮氧化物浓度都必须经过单位换算后，才能和国标规定值进行比较。 国标GB13223-2003 中 5.4 款同时又规定：“氮氧化物质量浓度以二氧化氮计，1μmol/mol（1ppm）氮氧 化物相当于 2.05 mg/Nm3质量浓度”2。即由体积浓度μmol/mol（ppm）换算为质量浓度（mg/Nm3）的 换算系数为 2.05，2.05 是由 1μmol NO2的质量 46μg除以标准状况下的气体摩尔体积 22.4L得到的。因 此在国标GB13223-2003 中是将火电厂锅炉排放烟气中的一氧化氮（NO）全部按二氧化氮（NO2）折算 到质量浓度的。 本人通过近年来大量的现场实测数据，对燃煤电厂锅炉排烟中氮氧化物的组成进行了细致的研究， 得出燃煤电厂锅炉排放烟气中的氮氧化物绝大部分（基本在 99%以上）是一氧化氮（NO），而不是二氧 化氮（NO2）。表 1 给出按实际NO和NO2排放浓度来计算的氮氧化物排放浓度，和分别与以NO和NO2计 的氮氧化物排放浓度。 从表 1 可以看出：按照国标GB13223-2003 中 5.4 款规定：“氮氧化物质量浓度以二氧化氮计，1μ mol/mol（1ppm）氮氧化物相当于 2.05 mg/Nm3质量浓度”来计算氮氧化物的排放浓度，计算结果明显 高于以NO和以二者合计的氮氧化物的排放水平，是它们的 1.5 倍，而以NO计算与二者合计的氮氧化物 排放浓度相当。 基于燃煤电厂锅炉排放烟气中的氮氧化物绝大部分（基本在 99%以上）是一氧化氮（NO），而不 是二氧化氮（NO2）。因此，在测得锅炉排烟中氮氧化物的体积浓度μmol/mol（ppm）浓度后，按NO进 行折算质量浓度（mg/Nm3），即折算系数为 1.34 比较接近实际情况；按NO2折算（折算系数为 2.05）不 合理，不符合燃煤电厂锅炉排放的实际情况。 5 结论 根据以上所述，燃煤电厂锅炉排放烟气中的氮氧化物绝大部分（基本在 99%以上）是一氧化氮 （NO），而不是二氧化氮（NO2）。因此，在测得锅炉排烟中氮氧化物的体积浓度μmol/mol（ppm）浓 度后，按NO进行折算质量浓度（mg/Nm3），即折算系数为 1.34 比较接近实际情况；按NO2折算（折算 系数为 2.05）不合理，不符合燃煤电厂锅炉排放的实际情况，会夸大火电厂锅炉氮氧化物的排放量。本 文作者 2002年曾在“第九届全国大气环境学术会议”上建议《火电厂大气污染物排放标准GB13223-1996》 在以后换版时修改换算方法，但在GB13223-2003 中仍未得到体现，因此再一次建议在GB13223-2003 今后换版时能予以考虑。 ３ 作者简介 冯 淼，男，1962 年 11 月生，山西省万荣县人，1984 年毕业于南京气象学院大气专业，学士，高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师， 山西电力科学研究院环保所所长，研究方向：火电厂环境保护，通讯地址：太原市青年路 6 号，邮编：030001，电话： 0351-4215151，邮箱：newyear6666@sina.com。阎寒冰，女，1971 年 3 月生，山西省天镇县人 1994 年毕业于山西大学 环保专业，硕士，高级工程师，山西电力科学研究院环保所主任工程师，研究方向：火电厂环境保护，通讯地址：太原 市青年路 6 号，邮编：030001，电话：0351-4215143，邮箱：yanhanbing@shxepc.com。段永泽，男，1965 年 9 月生，山 西省介休县人，高级工程师，山西电力科学研究院环保所副所长，研究方向：火电厂环境保护，通讯地址：太原市青年 路 6 号，邮编：030001，电话：0351-4215152，邮箱：duanyongze@sina.com。 参考文献 1 姜正侯 《燃气工程技术手册》同济大学出版社 1993年 5 月 2 《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）》 中国环境科学出版社 2004年 5 月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 炉型 排渣方式 机组等级 所测锅炉台 数（台） α=1.4 时 NO 平均浓度 (ppm) α=1.4 时NO2 平均浓度 (ppm) α=1.4 时 NOx 平均浓度 (ppm) NO/NOx (%) 以NO计 NOx浓度 （mg/m3） 以NO2计 NOx浓度 （mg/m3） NO和 NO2合计 （mg/m3） W 型火 焰炉 固态 排渣 300MW 及以 上等级 10 797 24 821 97.08 1100 1683 1117 300MW 及以 上等级 9 407 3 410 99.27 549 841 552 200MW 等级 12 471 4 475 99.16 637 974 639 100MW 等级 14 431 4 435 99.08 583 892 586 100MW 以下 等级 13 350 1 351 99.72 470 720 471 固态 排渣 其它机组 14 330 2 332 99.40 445 681 446 非 W 型 火焰炉 液态 100MW 等级 2 717 25 742 96.63 994 1521 1012 循环流化 床锅炉 固态 排渣 / 7 115 0 115 100 154 236 155 表 3-1 燃煤电厂排烟中氮氧化物所含NO和NO2浓度比较表 注：第 7 列=第 5 列+第 6 列；第 8 列=第 5 列/第 7 列；第 9 列=第 7 列×1.34；第 10 列=第 7 列×2.05； ４ 以上数据为作者及山西省电力科学研究院环保所各位同事共同监测 第 11 列=第 4 列×1.34+第 5 列×2.05 Research on the Concentration Value Conversion of NOx in the Flue Gas from thermal Power Plants Feng Miao Yanhanbing Duanyongze Shanxi Electric Power Resrerch Inst i tute Abstract This paper introduces the monitoring results of NOx in the Flue Gas from thermal power plants. The values indicate that NO is the main composit ion in NOx, about 99%. Thus, the coefficient from ppm conversion to mg/Nm3 of NOx concentrat ion should be 1.34, nei ther 2.05. Keyword NOx; compsit ion; concentrat ion; conversion 通讯地址 030001，太原市青年路 6 号，山西省电力科学研究院环保所（0351-4215151）。 5 1. 前言 2. 氮氧化物的特征及生成途径 3. 烟气中氮氧化物的构成 4 氮氧化物排放浓度换算 5 结论