论文部分内容阅读
[摘 要 ]本文以广东省某规划9F燃机项目为例，探讨了9F型燃机机组在正常工况、非正常工况、单台燃气锅炉等主要污染物（NOx、SO2）排放浓度和总量计算结果及计算过程，为工程项目核定环保排放总量及脱销效率和脱销方式的确定提供了数据支撑和依据。
[关键词]9F;燃机;NOx;SO2;环保;排放;计算
[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）04–00–03
[Abstract]Taking a planned 9F gas turbine project in Guangdong Province as an example， this paper discusses the calculation results and calculation process of main pollutants （NOx， SO2） emission concentration and total amount of 9F gas turbine unit under normal working conditions， abnormal working conditions and single gas-fired boiler， which provides data support and basis for the determination of environmental protection emission total amount， off sale efficiency and off sale mode of the project.
[Keywords]9F; gas turbine; NOx; SO2; environmental protection; emission; calculation
1 概述
为贯彻落实《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》提出的“在珠江三角洲区内负荷中心建设支撑电源，统筹推进区域热电冷联供和清洁发电示范工程”的要求，为珠江三角洲负荷中心提供电源支撑，保障佛山顺德城区安全供电，满足均安周边工业用户热负荷需求，提高能源综合利用效率，在顺德区建设规模合适的热电联产项目是非常必要和迫切的。热电厂建成后可以向均安镇产业基地（畅兴工业园）的现有用热企业提供经济可靠的蒸汽，为政府、企业淘汰工业小锅炉、减小能源消耗、降低环境污染创造先提条件。
2 各项检查项目及试验数据测量
（1）项目建设2×460 MW（F级改进型）燃气—蒸汽联合循环机组。
（2）本文件提供的是2×460 MW燃气-蒸汽联合循环热电联产项目的主要污染物排放计算结果及计算过程，主要计算依据、结果和过程如下：
①本文件对于污染物排放总量的计算，基于GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的要求，将干烟气量和大气污染物浓度均折算到标准要求的“标态”（温度273K，压力101325Pa），并将污染物浓度从标准中的含氧量15%（燃机）、3%（燃气锅炉）折算到与烟气量同样的实际含氧量条件下进行计算。
②年利用小时数，正常工况按年供热利用小时数为4381h进行计算。非正常工况按111h计算，启动锅炉年运行小时数按100h计。
③污染物排放浓度，根据主机厂提供的氮氧化物保证性能保证值，NOx排放浓度为50 mg/Nm3（标态，干基，15%O2），配套建设脱硝装置，按80%的脱硝效率考虑;非正常工况NOx排放濃度为165 mg/Nm3（标态，干基，15%O2）。
④SO2排放按照天然气中硫化氢（H2S）含量为1mg/L计，保证工况下100%负荷时天然气耗量为91900 m3/h，SO2排放浓度可以达到0.10 mg/Nm3（标态，干基，15%O2）。进行NOx、SO2等污染物排放总量计算。
⑤启动锅炉氮氧化物排放浓度为100 mg/Nm3（标态，干基，3%O2），天然气耗量为1200 m3/h。
（3）年利用小时数各污染物排放总量，如表1、表2所示
3 排放总量详细计算过程
（1）燃机烟气量估算，本期项目业主提供的燃料气源资料，天然气组分如表3。
（2）在性能保证工况下每台机组产生的烟气量为2466.7 t/h，排烟温度89 ℃，烟气比容1.05 m3/kg，含氧量11.99%，含水量9.641%。单台机组天然气耗量为9.19×104 Nm3/h。
①将89 ℃条件下烟气量折算成标态0 ℃下的体积烟气量：
2466.7×103×1.05×（1-9.641%）×273.15/（273.15+89）=1765183 Nm3/h。
所以，标准状态下单台机组干烟气量为：1765183 Nm3/h（保证工况，标态，实际氧（11.99%））。两台机组标准状态下的干烟气量为3530366 Nm3/h（保证工况，标态，实际氧（11.99%））。
②启动锅炉烟气量，按照烟气量为天然气量的12.56倍计：1200×12.56=15072 m3/h。
③污染物排放浓度折算：将含氧量15%条件下的各污染物浓度折算成实际含氧量11.99%条件。
（3）NOx排放浓度：50×（21-11.99）/（21-15）=75.08 mg/Nm3。
80%脱硝效率时：50×（100%-80%）×（21-11.99）/（21-15）=15.02 mg/Nm3。
（4）SO2排放浓度：0.15×（21-11.99）/（21-15）=0.223 mg/Nm3。 4 氮氧化物排放量估算
（1）正常工况，根据NOx排放浓度50 mg/Nm3（15%），折算成实际氧量条件下的浓度为75.08 mg/Nm3，按脱硝效率80%考虑，计算得出，两台机组NOx的排放量（年利用小时数4381 h）为：
3530366×75.08×（100%-80%）×4381×10-9=232.26t/a。
（2）非正常工况，按照50%负荷考虑，两台机组的烟气量为1765183 Nm3/h，年利用小时数为111 h：1765183×247.78×111×10-9=48.55 t/a。
（3）启动锅炉，NOx排放浓度100 mg/Nm3（3%），启动锅炉的烟气量为15072 Nm3/h，年利用小时数为100 h：15072×100×100×10-9=0.15t/a
5 二氧化硫排放量估算
（1）正常工况，SO2排放按照天然气中硫化氢（H2S）含量为1mg/L计，保证工况下100%负荷时天然气耗量为91900 m3/h，SO2排放浓度可以达到0.10 mg/Nm3（15%），折算成实际氧量条件下的浓度为0.15 mg/Nm3。计算得出，两台机组SO2的排放量如下。
天然气中H2S标态下体积流量为：1×91900/106=0.09 Nm3/h。
天然气中H2S标态下摩尔数为：0.09×1000/22.4=4.10 mol/h。
燃烧生成的SO2标态下摩尔数为4.10 mol/h。
燃烧生成的SO2的量为：4.1 0×64/1000=0.2626 kg/h。
单台机组SO2年排放量为：0.2626×4381/1000=1.14 t/a;两台机组的年排放量为：1.14×2=2.28 t/a。
生成的SO2的排放浓度（折算到3.5空气过量系数情况下）：0.2625×106/1765183=0.15 mg/Nm3。
（2）非正常工况
非正常工况按50%负荷考虑天然气中H2S标态下体积流量为：1×45950/106=0.05 kg/h。
天然气中H2S标态下摩尔数为：0.05×1000/22.4=2.05 mol/h。
燃烧生成的SO2标态下摩尔数为2.05 mol/h。
燃烧生成的SO2的量为：2.05×64/1000=0.13kg/h。
SO2年排放量为：0.13×111/1000=0.014 t/a。
两台机组的年排放量为：0.014×2=0.028 t/a。
生成的SO2的排放浓度（折算到3.5空气过量系数情况下）：0.1313×106/882591=0.15 mg/Nm3。
6 结语
通过对9F级燃机主要污染物排放量计算过程的分析可知，不同工况环境污染物排放量不同，希望借助这批联合循环机组建设的推动作用，能够加快对燃气轮机主要污染物的排放治理。
参考文献
[1] 樊慧，段天宇，朱博骐，等.燃气电厂与超低排放燃煤电厂环境及生态效应对比[J].天然气工业，2020，40（7）：146-153.
[2] 阎福华，武文杰.燃气轮机电厂氮氧化物排放与性能优化的研究[J].燃气轮机技术，2019，32（4）：47-51.
[3] 史彩菊，金生祥，安振源，等.全国碳市场启动后北京热电行业低碳运行管理方式研究[J].中国环境管理，2018，10（3）：32-37，88.
[4] 徐振，莫华，周英，等.衔接环评和排污许可的火电行业大气污染物源强核算探讨[J].環境保护，2017，45（Z1）：87-89.
[5] 程甫，冯森良，於国良，等.西门子9F燃机NO_X排放跟踪及控制优化[J].浙江电力，2016，35（12）：77-79，85.
[6] 汪青青，冷伟，黄庆，等.南京市电力行业燃气和燃煤对雾霾天气的影响分析[J].燃气轮机技术，2016，29（2）：1-7.
[7] 钟史明.热电联产对NOX排放量的估算和治理方法的商榷[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2015，11（4）：289-296.
[8] 钟史明.热电联产对NOX排放量的估算和治理方法的商榷[J].燃气轮机技术，2015，28（2）：1-7.
[9] 胡静，归一数，单英雷，等.9F级燃气轮机主要控制系统分析[J].上海电力，2006（1）：33-35.
[10] 杨莹.燃机电厂环境成本分析[D].广州：华南理工大学，2009.
[关键词]9F;燃机;NOx;SO2;环保;排放;计算
[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）04–00–03
[Abstract]Taking a planned 9F gas turbine project in Guangdong Province as an example， this paper discusses the calculation results and calculation process of main pollutants （NOx， SO2） emission concentration and total amount of 9F gas turbine unit under normal working conditions， abnormal working conditions and single gas-fired boiler， which provides data support and basis for the determination of environmental protection emission total amount， off sale efficiency and off sale mode of the project.
[Keywords]9F; gas turbine; NOx; SO2; environmental protection; emission; calculation
1 概述
为贯彻落实《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》提出的“在珠江三角洲区内负荷中心建设支撑电源，统筹推进区域热电冷联供和清洁发电示范工程”的要求，为珠江三角洲负荷中心提供电源支撑，保障佛山顺德城区安全供电，满足均安周边工业用户热负荷需求，提高能源综合利用效率，在顺德区建设规模合适的热电联产项目是非常必要和迫切的。热电厂建成后可以向均安镇产业基地（畅兴工业园）的现有用热企业提供经济可靠的蒸汽，为政府、企业淘汰工业小锅炉、减小能源消耗、降低环境污染创造先提条件。
2 各项检查项目及试验数据测量
（1）项目建设2×460 MW（F级改进型）燃气—蒸汽联合循环机组。
（2）本文件提供的是2×460 MW燃气-蒸汽联合循环热电联产项目的主要污染物排放计算结果及计算过程，主要计算依据、结果和过程如下：
①本文件对于污染物排放总量的计算，基于GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的要求，将干烟气量和大气污染物浓度均折算到标准要求的“标态”（温度273K，压力101325Pa），并将污染物浓度从标准中的含氧量15%（燃机）、3%（燃气锅炉）折算到与烟气量同样的实际含氧量条件下进行计算。
②年利用小时数，正常工况按年供热利用小时数为4381h进行计算。非正常工况按111h计算，启动锅炉年运行小时数按100h计。
③污染物排放浓度，根据主机厂提供的氮氧化物保证性能保证值，NOx排放浓度为50 mg/Nm3（标态，干基，15%O2），配套建设脱硝装置，按80%的脱硝效率考虑;非正常工况NOx排放濃度为165 mg/Nm3（标态，干基，15%O2）。
④SO2排放按照天然气中硫化氢（H2S）含量为1mg/L计，保证工况下100%负荷时天然气耗量为91900 m3/h，SO2排放浓度可以达到0.10 mg/Nm3（标态，干基，15%O2）。进行NOx、SO2等污染物排放总量计算。
⑤启动锅炉氮氧化物排放浓度为100 mg/Nm3（标态，干基，3%O2），天然气耗量为1200 m3/h。
（3）年利用小时数各污染物排放总量，如表1、表2所示
3 排放总量详细计算过程
（1）燃机烟气量估算，本期项目业主提供的燃料气源资料，天然气组分如表3。
（2）在性能保证工况下每台机组产生的烟气量为2466.7 t/h，排烟温度89 ℃，烟气比容1.05 m3/kg，含氧量11.99%，含水量9.641%。单台机组天然气耗量为9.19×104 Nm3/h。
①将89 ℃条件下烟气量折算成标态0 ℃下的体积烟气量：
2466.7×103×1.05×（1-9.641%）×273.15/（273.15+89）=1765183 Nm3/h。
所以，标准状态下单台机组干烟气量为：1765183 Nm3/h（保证工况，标态，实际氧（11.99%））。两台机组标准状态下的干烟气量为3530366 Nm3/h（保证工况，标态，实际氧（11.99%））。
②启动锅炉烟气量，按照烟气量为天然气量的12.56倍计：1200×12.56=15072 m3/h。
③污染物排放浓度折算：将含氧量15%条件下的各污染物浓度折算成实际含氧量11.99%条件。
（3）NOx排放浓度：50×（21-11.99）/（21-15）=75.08 mg/Nm3。
80%脱硝效率时：50×（100%-80%）×（21-11.99）/（21-15）=15.02 mg/Nm3。
（4）SO2排放浓度：0.15×（21-11.99）/（21-15）=0.223 mg/Nm3。 4 氮氧化物排放量估算
（1）正常工况，根据NOx排放浓度50 mg/Nm3（15%），折算成实际氧量条件下的浓度为75.08 mg/Nm3，按脱硝效率80%考虑，计算得出，两台机组NOx的排放量（年利用小时数4381 h）为：
3530366×75.08×（100%-80%）×4381×10-9=232.26t/a。
（2）非正常工况，按照50%负荷考虑，两台机组的烟气量为1765183 Nm3/h，年利用小时数为111 h：1765183×247.78×111×10-9=48.55 t/a。
（3）启动锅炉，NOx排放浓度100 mg/Nm3（3%），启动锅炉的烟气量为15072 Nm3/h，年利用小时数为100 h：15072×100×100×10-9=0.15t/a
5 二氧化硫排放量估算
（1）正常工况，SO2排放按照天然气中硫化氢（H2S）含量为1mg/L计，保证工况下100%负荷时天然气耗量为91900 m3/h，SO2排放浓度可以达到0.10 mg/Nm3（15%），折算成实际氧量条件下的浓度为0.15 mg/Nm3。计算得出，两台机组SO2的排放量如下。
天然气中H2S标态下体积流量为：1×91900/106=0.09 Nm3/h。
天然气中H2S标态下摩尔数为：0.09×1000/22.4=4.10 mol/h。
燃烧生成的SO2标态下摩尔数为4.10 mol/h。
燃烧生成的SO2的量为：4.1 0×64/1000=0.2626 kg/h。
单台机组SO2年排放量为：0.2626×4381/1000=1.14 t/a;两台机组的年排放量为：1.14×2=2.28 t/a。
生成的SO2的排放浓度（折算到3.5空气过量系数情况下）：0.2625×106/1765183=0.15 mg/Nm3。
（2）非正常工况
非正常工况按50%负荷考虑天然气中H2S标态下体积流量为：1×45950/106=0.05 kg/h。
天然气中H2S标态下摩尔数为：0.05×1000/22.4=2.05 mol/h。
燃烧生成的SO2标态下摩尔数为2.05 mol/h。
燃烧生成的SO2的量为：2.05×64/1000=0.13kg/h。
SO2年排放量为：0.13×111/1000=0.014 t/a。
两台机组的年排放量为：0.014×2=0.028 t/a。
生成的SO2的排放浓度（折算到3.5空气过量系数情况下）：0.1313×106/882591=0.15 mg/Nm3。
6 结语
通过对9F级燃机主要污染物排放量计算过程的分析可知，不同工况环境污染物排放量不同，希望借助这批联合循环机组建设的推动作用，能够加快对燃气轮机主要污染物的排放治理。
参考文献
[1] 樊慧，段天宇，朱博骐，等.燃气电厂与超低排放燃煤电厂环境及生态效应对比[J].天然气工业，2020，40（7）：146-153.
[2] 阎福华，武文杰.燃气轮机电厂氮氧化物排放与性能优化的研究[J].燃气轮机技术，2019，32（4）：47-51.
[3] 史彩菊，金生祥，安振源，等.全国碳市场启动后北京热电行业低碳运行管理方式研究[J].中国环境管理，2018，10（3）：32-37，88.
[4] 徐振，莫华，周英，等.衔接环评和排污许可的火电行业大气污染物源强核算探讨[J].環境保护，2017，45（Z1）：87-89.
[5] 程甫，冯森良，於国良，等.西门子9F燃机NO_X排放跟踪及控制优化[J].浙江电力，2016，35（12）：77-79，85.
[6] 汪青青，冷伟，黄庆，等.南京市电力行业燃气和燃煤对雾霾天气的影响分析[J].燃气轮机技术，2016，29（2）：1-7.
[7] 钟史明.热电联产对NOX排放量的估算和治理方法的商榷[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2015，11（4）：289-296.
[8] 钟史明.热电联产对NOX排放量的估算和治理方法的商榷[J].燃气轮机技术，2015，28（2）：1-7.
[9] 胡静，归一数，单英雷，等.9F级燃气轮机主要控制系统分析[J].上海电力，2006（1）：33-35.
[10] 杨莹.燃机电厂环境成本分析[D].广州：华南理工大学，2009.