NOx超低排放不容忽视的四个术语及爆炸限值

NOx超低排放不容忽视的四个术语及爆炸限值

任鹏程，吴振山

        生态环保部颁布的“环大气函[2024]5号”文件矛头直指脱硝，在NOx超低排放程序中，NOx体积浓度与质量浓度至今还在困扰业内95%以上的从业人员，甚至更多；氨氮比更是困扰99%的从业人士、非工艺类的工程师，甚至是被封为专家的领军人；氨逃逸、单位产品还原剂消耗、爆照极限、平衡浓度等专业术语对终端用户，绝大部分工程人员都是一个说不清的问题。本文以接地气口吻给出5个参数，以解业内之惑。

1四个专业术语

1.1氨氮比

氨氮比（NSP）是指还原剂（以NH2-计）与氧化剂NOx之间的摩尔量比值，脱硝工程中氨氮比分广义氨氮比和狭义氨氮比（或生产氨氮比）。

广义氨氮比指投入的还原剂量与待处理烟气中初始NOx总量之间的摩尔比，数值介于0~2之间，笔者测发现过部分设计劣质的脱硝工程氨氮比甚至高达8.37，因不能精准反应出脱硝性能优劣，常用于工程宣传。

狭义氨氮比指实际使用还原剂量与实际脱除NOx量之间的摩尔比，其数值大于1，上限根据脱硝性能优劣差异从1.03~1.15（精准脱硝模式下）到2~6.4（常规SCR模式下）不等，是设计基石，更是环保系统运营期间物料衡算的基础。

因狭义氨氮比的倒数几乎与还原剂表观利用率相等，可直接衡量还原剂有效利用率，即狭义氨氮比越高还原剂利用率越低，反之，则还原剂利用率越高。常见的火力发电烟气SCR脱硝工艺氨氮比设计值为1.08~1.23、SNCR脱硝工艺氨氮比0.97~2.4、精准脱硝氨氮比0.93~1.5。由于水泥窑实际脱硝时氧含量介于1~3%，NO2含量占NOx总量的5~7.5%，传统SNCR/SCR脱硝主要按式-(1)或式-(2)进行，同时伴随式-(3)、式-(4)、式-(5)反应，生产氨氮比大于1.03~1.15是判断企业实施的脱硝系统是否存在环保数据优化（即环保数据造假，本文所述的“环保数据优化”均为此意）的第一依据，如通过计算发现生产氨氮比小于1.03，可100%肯定存在环保数据优化。

1） 4NH3(g) + 4NO(g)+O2(g)→4N2(g) + 6H2O(g)

2） 4NH3(g) + 2NO2(g)+O2(g)→3N2(g) + 6H2O(g)

3） 4NH3(g) +5O2(g) → 4NO(g) +6H2O(g) △H= -907.28kJ/mol

4） 2NH3(g) +2O2(g) → N2O(g) +3H2O(g) △H= -552.45kJ/mol

5） 4NH3(g) +3O2(g) → 2N2(g) +6H2O(g) △H= -1269.019kJ/mol

1.2氨逃逸

氨逃逸指出脱硝系统净烟气中存在未参与反应氨现象。氨逃逸伴随脱硝始终，正常脱硝状态下氨逃逸值可控制在20ppm以内，且氨逃逸不随氨氮比的线性增加而呈现类似线性增长。究其原因为，含尘烟气中始终含有能促进NH3燃烧的碱土金属氧化、铁系化合物以及其它微量元素，NH3和O2可在还原剂加入点至生料磨汇风管进口的整个空间内存在，待处理烟气从C4出口转移至生料磨进口的时间差或待处理烟气从高温风机进口转移至生料磨进口的时间差至少3s以上。基于表1各化学平衡常数可知，900℃下式-(3)至式-(5)均可视为完全反应。由于式-(5)的平衡常数远远大于式-(3)或式-(4)，认为氨与氧气反应过程以式-(5)为主。

表1 氨被氧氧化过程化学平衡常数汇总表

图1 某工业窑炉SCR脱硝氨逃逸检测数据

1.3浓度换算

（1）体积浓度ppm向质量mg/m3的换算关系

2爆炸极限

脱硝氨站标准的氨爆炸极限15%～28%并不全面，因可燃物爆炸极限非固定不变。爆炸前温度直接影响爆炸极限上下限值，其中温度愈高则爆炸界限愈宽，也即说在此情况下愈易发生爆炸。

氨-空气混合物的爆炸界限与温度关系的实验测定值汇总表

故而，为确保脱硝还原输送过程的绝对安全，《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法（HJ 562－2010）》规定了氨气稀释后的浓度不大于5%vt。