固定污染源排放ppm換算mg/Nm3
2025-01-13
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固定源排放大氣污染物,如NOx、SO2、NH3,排放限值的單位都是mg/Nm3,且基準(zhǔn)O2含量10%。很多儀器測(cè)量的大氣污染物單位都是ppm,如下圖。當(dāng)然,一般儀器都可以將該單位設(shè)置為mg/Nm3。
如果你拿到一個(gè)以ppm為單位的數(shù)據(jù),該怎么換算為mg/Nm3嗎?
(1)ppm和mg/Nm3的換算
ppm是parts per million的簡(jiǎn)稱(chēng),million的意思是百萬(wàn),所以ppm的意思是百萬(wàn)分之一。ppm并沒(méi)有單位,就是百萬(wàn)分之一,可以是體積濃度,也可以是質(zhì)量濃度。對(duì)于大氣污染物來(lái)說(shuō),一般是體積濃度。
mg/Nm3的意思是1 Nm3的氣體有多重(多少mg)。需要知道1 Nm3氣體有多少摩爾(mol);1 mol的氣體重量就是它的相對(duì)分子質(zhì)量(摩爾質(zhì)量,g/mol);然后用摩爾數(shù)×相對(duì)分子質(zhì)量,就能知道它的質(zhì)量了(g)。
其中,1 mol任意氣體的體積在標(biāo)況下都是22.4 L【注意是標(biāo)況下】。1 Nm3的氣體體積=1000 L,相當(dāng)于1000/22.4 = 44.64 mol。這對(duì)于所有氣體都是適用的,也就是1 Nm3的NO是44.64 mol,1 Nm3的SO2也是44.64 mol。
氣體的相對(duì)分子質(zhì)量就是各個(gè)原子的相對(duì)原子質(zhì)量的總和。比如NO的 相對(duì)分子質(zhì)量就是,N的相對(duì)原子質(zhì)量14+O的相對(duì)原子質(zhì)量16=30。意思是1 mol NO的重量是30 g。
這樣一來(lái),我們就能求出來(lái)1 Nm3的NO的重量:1000/22.4×30 = 1339 g/Nm3。
那么1 ppm的NO,意思是1 Nm3的煙氣中NO只占了一百萬(wàn)分之一,也就是1/100萬(wàn) Nm3。1/100萬(wàn)Nm3的NO的重量:1/100萬(wàn)×1000/22.4×30 ×1000 = 1.339 mg/Nm3。
公式里面第1個(gè)1000的意思是1 Nm3= 1000 L;第二個(gè)1000 的意思是1 g=1000 mg。兩個(gè)1000相乘就是100萬(wàn)。
也就是除了100萬(wàn),又乘了100萬(wàn),等于1。
所以簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),1 ppm NO = NO的相對(duì)分子質(zhì)量/22.4 = 30/22.4= 1.339 mg/Nm3。
同理,1 ppm NO2= NO2的相對(duì)分子質(zhì)量/22.4=46/22.4=2.05 mg/Nm3;
1 ppm SO2 = SO2的相對(duì)分子質(zhì)量/22.4 = 64/22.4 = 2.857 mg/Nm3;
1 ppm NH3 = NH3的相對(duì)分子質(zhì)量/22.4 = 17/22.4 = 0.759 mg/Nm3。
如果測(cè)出來(lái)的煙氣中NO含量為100 ppm,那么換算為mg/Nm3就是133.9 mg/Nm3。
(2)NOx的特殊性
對(duì)于SO2、NH3,按照以上計(jì)算都沒(méi)有問(wèn)題,但是NOx卻不行。
原因在于,在大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)里面NOx是以NO2計(jì)的,意思是煙氣中的NO、NO2都要看作NO2。
比如,1 ppm NO是1.339 mg/Nm3,這是以NO計(jì)的;如果以NO2計(jì),就是NO2的相對(duì)分子質(zhì)量/22.4 = 46/22.4 = 2.05。
跟1 ppm NO2是2.05 mg/Nm3一致。
所以,如果煙氣中有50 ppm的NO,10 ppm的NO2,折算為NOx是多少呢?=(50+10)×46/22.4 = 123.2 mg/Nm3(以NO2計(jì))
也就是只需要把NO和NO2的ppm數(shù)量相加,然后×2.05即可。
(3)O2的基準(zhǔn)
固定源排放大氣污染物排放限值中以水泥行業(yè)為例:O2基準(zhǔn)是10%(有的行業(yè)是6%,有的是16%等等)。
基準(zhǔn)O2含量10%的意思是,如果煙氣O2含量<10%,那么折算到基準(zhǔn)O2時(shí)就相當(dāng)于給稀釋了下;反之,如果煙氣O2含量>10%,那么折算到基準(zhǔn)O2時(shí)就相當(dāng)于給濃縮了下。
這樣一來(lái),大家都在同一起跑線,防止有的企業(yè)為了降低污染物濃度,故意漏入空氣進(jìn)去。從這個(gè)層面來(lái)說(shuō),假如NOx的源頭濃度是一定的,無(wú)論你后面漏風(fēng)有多大,最終煙囪排放的NOx數(shù)值都是不變的(折氧后)。
這也回答了很多企業(yè)的疑問(wèn),“SCR系統(tǒng)后,無(wú)論你怎么漏風(fēng),其實(shí)折算到基準(zhǔn)O2含量下的NOx濃度是不變的”。
這個(gè)說(shuō)法成立的前提有兩個(gè),①O2含量不能太高煙氣分析儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確,有的煙氣分析儀可能存在O2含量非常高的時(shí)候,檢測(cè)的偏差增大,尤其是O2含量接近空氣O2含量的時(shí)候;②漏風(fēng)起到的作用只是稀釋?zhuān)粫?huì)影響NOx的生成和削減,假如是分解爐或者預(yù)熱器漏風(fēng),可能會(huì)影響到NOx源頭的數(shù)量。
比如,如果煙氣中有50 ppm的NO,10 ppm的NO2,煙氣O2含量為6%,那么折算到基準(zhǔn)O2含量下的NOx排放濃度是多少呢?
=(50+10)×46/22.4×(21%-10%)/(21%-6%) = 90.4 mg/Nm3@10%O2
有些標(biāo)準(zhǔn)里面還規(guī)定了干煙氣或者濕煙氣,如果是干煙氣,就需要考慮水分含量了。這里就不多說(shuō)了。
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