于公岳 李林浩

[摘? ? 要 ]本文以廣東省某規(guī)劃9F燃機項目為例，探討了9F型燃機機組在正常工況、非正常工況、單臺燃氣鍋爐等主要污染物（NOx、SO2）排放濃度和總量計算結(jié)果及計算過程，為工程項目核定環(huán)保排放總量及脫銷效率和脫銷方式的確定提供了數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]9F;燃機;NOx;SO2;環(huán)保;排放;計算

[中圖分類號]TM621 [文獻標志碼]A [文章編號]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

為貫徹落實《珠江三角洲地區(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要》提出的“在珠江三角洲區(qū)內(nèi)負荷中心建設(shè)支撐電源，統(tǒng)籌推進區(qū)域熱電冷聯(lián)供和清潔發(fā)電示范工程”的要求，為珠江三角洲負荷中心提供電源支撐，保障佛山順德城區(qū)安全供電，滿足均安周邊工業(yè)用戶熱負荷需求，提高能源綜合利用效率，在順德區(qū)建設(shè)規(guī)模合適的熱電聯(lián)產(chǎn)項目是非常必要和迫切的。熱電廠建成后可以向均安鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)基地（暢興工業(yè)園）的現(xiàn)有用熱企業(yè)提供經(jīng)濟可靠的蒸汽，為政府、企業(yè)淘汰工業(yè)小鍋爐、減小能源消耗、降低環(huán)境污染創(chuàng)造先提條件。

2 各項檢查項目及試驗數(shù)據(jù)測量

（1）項目建設(shè)2×460 MW（F級改進型）燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組。

（2）本文件提供的是2×460 MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)項目的主要污染物排放計算結(jié)果及計算過程，主要計算依據(jù)、結(jié)果和過程如下：

①本文件對于污染物排放總量的計算，基于GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》的要求，將干煙氣量和大氣污染物濃度均折算到標準要求的“標態(tài)”（溫度273K，壓力101325Pa），并將污染物濃度從標準中的含氧量15%（燃機）、3%（燃氣鍋爐）折算到與煙氣量同樣的實際含氧量條件下進行計算。

②年利用小時數(shù)，正常工況按年供熱利用小時數(shù)為4381h進行計算。非正常工況按111h計算，啟動鍋爐年運行小時數(shù)按100h計。

③污染物排放濃度，根據(jù)主機廠提供的氮氧化物保證性能保證值，NOx排放濃度為50 mg/Nm3（標態(tài)，干基，15%O2），配套建設(shè)脫硝裝置，按80%的脫硝效率考慮;非正常工況NOx排放濃度為165 mg/Nm3（標態(tài)，干基，15%O2）。

④SO2排放按照天然氣中硫化氫（H2S）含量為1mg/L計，保證工況下100%負荷時天然氣耗量為91900 m3/h，SO2排放濃度可以達到0.10 mg/Nm3（標態(tài)，干基，15%O2）。進行NOx、SO2等污染物排放總量計算。

⑤啟動鍋爐氮氧化物排放濃度為100 mg/Nm3（標態(tài)，干基，3%O2），天然氣耗量為1200 m3/h。

（3）年利用小時數(shù)各污染物排放總量，如表1、表2所示

3 排放總量詳細計算過程

（1）燃機煙氣量估算，本期項目業(yè)主提供的燃料氣源資料，天然氣組分如表3。

（2）在性能保證工況下每臺機組產(chǎn)生的煙氣量為2466.7 t/h，排煙溫度89 ℃，煙氣比容1.05 m3/kg，含氧量11.99%，含水量9.641%。單臺機組天然氣耗量為9.19×104 Nm3/h。

①將89 ℃條件下煙氣量折算成標態(tài)0 ℃下的體積煙氣量：

2466.7×103×1.05×（1-9.641%）×273.15/（273.15+89）=1765183 Nm3/h。

所以，標準狀態(tài)下單臺機組干煙氣量為：1765183 Nm3/h（保證工況，標態(tài)，實際氧（11.99%））。兩臺機組標準狀態(tài)下的干煙氣量為3530366 Nm3/h（保證工況，標態(tài)，實際氧（11.99%））。

②啟動鍋爐煙氣量，按照煙氣量為天然氣量的12.56倍計：1200×12.56=15072 m3/h。

③污染物排放濃度折算：將含氧量15%條件下的各污染物濃度折算成實際含氧量11.99%條件。

（3）NOx排放濃度：50×（21-11.99）/（21-15）=75.08 mg/Nm3。

80%脫硝效率時：50×（100%-80%）×（21-11.99）/（21-15）=15.02 mg/Nm3。

（4）SO2排放濃度：0.15×（21-11.99）/（21-15）=0.223 mg/Nm3。

4 氮氧化物排放量估算

（1）正常工況，根據(jù)NOx排放濃度50 mg/Nm3（15%），折算成實際氧量條件下的濃度為75.08 mg/Nm3，按脫硝效率80%考慮，計算得出，兩臺機組NOx的排放量（年利用小時數(shù)4381 h）為：

3530366×75.08×（100%-80%）×4381×10-9=232.26t/a。

（2）非正常工況，按照50%負荷考慮，兩臺機組的煙氣量為1765183 Nm3/h，年利用小時數(shù)為111 h：1765183×247.78×111×10-9=48.55 t/a。

（3）啟動鍋爐，NOx排放濃度100 mg/Nm3（3%），啟動鍋爐的煙氣量為15072 Nm3/h，年利用小時數(shù)為100 h：15072×100×100×10-9=0.15t/a

5 二氧化硫排放量估算

（1）正常工況，SO2排放按照天然氣中硫化氫（H2S）含量為1mg/L計，保證工況下100%負荷時天然氣耗量為91900 m3/h，SO2排放濃度可以達到0.10 mg/Nm3（15%），折算成實際氧量條件下的濃度為0.15 mg/Nm3。計算得出，兩臺機組SO2的排放量如下。

天然氣中H2S標態(tài)下體積流量為：1×91900/106=0.09 Nm3/h。

天然氣中H2S標態(tài)下摩爾數(shù)為：0.09×1000/22.4=4.10 mol/h。

燃燒生成的SO2標態(tài)下摩爾數(shù)為4.10 mol/h。

燃燒生成的SO2的量為：4.1? 0×64/1000=0.2626 kg/h。

單臺機組SO2年排放量為：0.2626×4381/1000=1.14 t/a;兩臺機組的年排放量為：1.14×2=2.28 t/a。

生成的SO2的排放濃度（折算到3.5空氣過量系數(shù)情況下）：0.2625×106/1765183=0.15 mg/Nm3。

（2）非正常工況

非正常工況按50%負荷考慮天然氣中H2S標態(tài)下體積流量為：1×45950/106=0.05 kg/h。

天然氣中H2S標態(tài)下摩爾數(shù)為：0.05×1000/22.4=2.05 mol/h。

燃燒生成的SO2標態(tài)下摩爾數(shù)為2.05 mol/h。

燃燒生成的SO2的量為：2.05×64/1000=0.13kg/h。

SO2年排放量為：0.13×111/1000=0.014 t/a。

兩臺機組的年排放量為：0.014×2=0.028 t/a。

生成的SO2的排放濃度（折算到3.5空氣過量系數(shù)情況下）：0.1313×106/882591=0.15 mg/Nm3。

6 結(jié)語

通過對9F級燃機主要污染物排放量計算過程的分析可知，不同工況環(huán)境污染物排放量不同，希望借助這批聯(lián)合循環(huán)機組建設(shè)的推動作用，能夠加快對燃氣輪機主要污染物的排放治理。

參考文獻

[1] 樊慧，段天宇，朱博騏，等.燃氣電廠與超低排放燃煤電廠環(huán)境及生態(tài)效應(yīng)對比[J].天然氣工業(yè)，2020，40（7）：146-153.

[2] 閻福華，武文杰.燃氣輪機電廠氮氧化物排放與性能優(yōu)化的研究[J].燃氣輪機技術(shù)，2019，32（4）：47-51.

[3] 史彩菊，金生祥，安振源，等.全國碳市場啟動后北京熱電行業(yè)低碳運行管理方式研究[J].中國環(huán)境管理，2018，10（3）：32-37，88.

[4] 徐振，莫華，周英，等.銜接環(huán)評和排污許可的火電行業(yè)大氣污染物源強核算探討[J].環(huán)境保護，2017，45（Z1）：87-89.

[5] 程甫，馮森良，於國良，等.西門子9F燃機NO_X排放跟蹤及控制優(yōu)化[J].浙江電力，2016，35（12）：77-79，85.

[6] 汪青青，冷偉，黃慶，等.南京市電力行業(yè)燃氣和燃煤對霧霾天氣的影響分析[J].燃氣輪機技術(shù)，2016，29（2）：1-7.

[7] 鐘史明.熱電聯(lián)產(chǎn)對NOX排放量的估算和治理方法的商榷[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2015，11（4）：289-296.

[8] 鐘史明.熱電聯(lián)產(chǎn)對NOX排放量的估算和治理方法的商榷[J].燃氣輪機技術(shù)，2015，28（2）：1-7.

[9] 胡靜，歸一數(shù)，單英雷，等.9F級燃氣輪機主要控制系統(tǒng)分析[J].上海電力，2006（1）：33-35.

[10] 楊瑩.燃機電廠環(huán)境成本分析[D].廣州：華南理工大學，2009.