VDI 4660 Blatt 1-2013 Conversion factors for specific emissions from energy-conversion systems.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREUmrechnung spezifischer Emissionenbei der EnergieumwandlungConversion factors for specific emissionsfrom energy-conversion systemsVDI 4660Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/English2VDI-Handbuch EnergietechnikVDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der Umwelttec

2、hnikVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 1: Bewertung/StoffwerteVDI-RICHTLINIENDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.40, 27.100 November 2013The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respe

3、ct to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 22 Formelzeichen und Indizes . . . . . . . . . . 33 Hinweise zum Berechnungsgang . . . . . . . 44 Dat

4、en und Definitionen . . . . . . . . . . . . . 64.1 Konstanten nach DIN 1871 . . . . . . . . . 64.2 Daten charakteristischer Brennstoffe . . . . 64.3 Spezifische Emission und Rauchgas-bzw. Abgaszusammensetzung . . . . . . . 95 Allgemeine Berechnungsgrundlagen . . . . . 95.1 Bezogenes Abgasvolumen . .

5、 . . . . . . . 95.2 Umrechnung von Sauerstoffgehalten aufKohlendioxidgehalte im Abgas beivollstndiger Verbrennung . . . . . . . . . 136 Umrechnung von spezifischen Emissionenin unterschiedliche Einheiten beigleichen Bezugszustnden . . . . . . . . . . 157 Umrechnung der spezifischen Emissionen auf an

6、dere Bezugszustnde . . . . . . . . . . 198 Umrechnung der abgasvolumenbezogenenEmissionen auf brennstoffmasse- bzw.auf brennstoffvolumenbezogene und auf brennstoffenergiebezogene Emissionenbei gleichem Bezugszustand . . . . . . . . . 20Anhang A Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . 22Anhang B Umrec

7、hnungsfaktoren fr Emissionenausgewhlter Brennstoffe in unter-schiedliche Einheiten bei gleichenBezugszustnden. . . . . . . . . . . . 34Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . .

8、 . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Symbols and indices. . . . . . . . . . . . . . 33 Notes on calculation procedures . . . . . . . 44 Data and definitions . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Constants according to DIN 1871 . . . . . 64.2 Data of characteristic fuels . .

9、. . . . . . . 64.3 Specific emissions, , and flue gas/exhaust compositions . . . . . . . . . . . . 95 General calculation principles. . . . . . . . . 95.1 Reference exhaust volumes. . . . . . . . . 95.2 Converting oxygen concentration in exhaust to carbon dioxide concentrationfor the case of complet

10、e combustion . . . . 136 Converting specific emissions to various other units for the same reference conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Converting specific emissions to otherreference conditions . . . . . . . . . . . . . . 198 Converting emissions relative to exhaustvolume to emis

11、sions relative to fuel massor fuel volume and to emissions relativeto fuel energy for the same referencecondition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Annex A Sample calculations. . . . . . . . . . . 23Annex B Conversion factors for converting specific emissions to various otherunits for select

12、ed fuels . . . . . . . . . 34Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU)Fachbereich Energiewandlung und -anwendungZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.

13、V.,Dsseldorf 2013Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedFrhereAusgabe: 04.00Former edition: 04/00B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EE8FD9NormCD - Stand 2013-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dssel

14、dorf 2013 2 VDI 4660 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder

15、vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei

16、gedankt.EinleitungDie Richtlinien VDI 4660 Blatt 1 und Blatt 2 empfeh-len einheitliche Umrechnungsverfahren fr spezi-fische Emissionen bei der Energieumwandlung, umunterschiedliche Emissionsangaben zuverlssig undeindeutig vergleichen zu knnen.Die Richtlinienreihe VDI 4660 besteht aus zwei Blt-tern:B

17、latt 1: Allgemeine Umrechnungsverfahren frspezifische Emissionen, z.B. Staub, NOx,CO, SO2, Kohlenwasserstoffe und CO2 inunterschiedliche Einheiten (mg/m3, mg/kWh, mg/MJ, ppmv usw.) und fr unter-schiedliche Abgaszusammensetzungen, Be-zugszustnde und -werte (z.B. Wasserge-halt, im Normzustand, Volumen

18、anteile O2in %) sowie Tabellen und Berechnungsbei-spieleBlatt 2: Anlagenspezifische Umrechnungsverfahrenfr spezifische Emissionen, bezogen aufunterschiedliche Zielenergien wie elektri-sche Arbeit, Proze- und Heizwrme, z.B.fr Kraftwerke, Kraft-Wrme-Kopplungs-Anlagen und HeizwerkeEine Liste der aktuel

19、l verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/4660.1 AnwendungsbereichDie aus Energieumwandlungsanlagen emittiertenAbgasstrme und ihre Komponenten werden mess-technisch oder rechnerisch ermittelt bzw. vorgege-ben. Durch Bezug auf das Abgas, auf die Einsatz-Preli

20、minary noteThe content of this standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, eit

21、her ofthe full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.IntroductionThe standar

22、ds VDI 4660 Part 1 and Part 2, recom-mend standard sets of procedures for converting spe-cific emissions from energy-conversion plants to al-low reliable and unambiguous comparison of variousplant emissions data.The series of standards VDI 4660 comprises twoparts:Part 1: General procedures for conve

23、rting specificemissions, such as dust, NOx, CO, SO2, hy-drocarbons, and CO2 expressed in variousunits (mg/m3, mg/kWh, mg/MJ, ppm by vol-ume, etc.) to other units and for convertingthem to allow for various exhaust composi-tions, sets of reference conditions and valuesof reference parameters, (e.g. m

24、oisture con-tent, standard condition, volumetric O2 con-centrations expressed in %) as well as tablesand sample calculations.Part 2: Procedures for converting specific emissionsrelative to various types of energy output tar-gets, such as electric power, process heat orheating output, for specific ty

25、pes of energy-conversion systems, such as power plants,combined heat and power generation plants,or heating plants.A catalogue of all available parts of this series ofstandards can be accessed on the Internet atwww.vdi.de/4660.1 ScopeExhaust flows and their constituents emitted byenergy-conversion s

26、ystems are measured, computed,or may be specified. Specific emissions relative to thevolumes of exhaust, energy input, or energy outputB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EE8FD9NormCD - Stand 2013-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 4660 Blatt 1 / Part 1 3

27、energie oder auf die Zielenergie knnen spezifischeEmissionen fr unterschiedliche Vergleichszweckebestimmt werden. Um einen Vergleich unterschied-licher spezifischer Emissionsangaben zweifelsfreidurchfhren zu knnen, sind nachvollziehbare Um-rechnungsverfahren erforderlich.Die Betrachtungen in dieser

28、Richtlinie beschrnkensich auf die eigentliche Energieumwandlungsanlage,das heit ohne vor- oder nachgelagerte Energieum-wandlungsketten, die bei Gesamtsystemanalysen zu-stzlich bercksichtigt werden mssen.2 Formelzeichen und IndizesFormelzeichenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten

29、Formelzeichen verwendet:a) Durch Indizierung der Formelzeichen ist der Bezug, z.B. aufAbgasvolumen im Normzustand Vgn, Brennstoffmasse Vbmoder Brennstoffenergie Vbe, anzugeben.Formel-zeichena)Benennung Einheiten(Beispiele)A Aschegehalt, Masseanteilekg/kg, %Hi Heizwert MJ/kgHin Heizwert MJ/m3Hs Brenn

30、wert MJ/kgHsn Brennwert MJ/m3M molare Masse kg/kmolm Massenstrom kg/sp Druck bar, PaT thermodynamischeTemperaturKV Volumenstrom m3/sV bezogenes Volumen m3/kg, m3/m3,m3/GJ, m3/kmolW Wassergehalt,Masseanteilekg/kg, %y Volumenanteil m3/m3, %, ppm Masseanteil kg/kg, % spezifische Emission mg/m3, ppmv Di

31、chte kg/m3 Luftverhltnis = Vl /Vlo may be determined for the purpose of making varioustypes of comparisons. Verifiable procedures for con-verting among the various types of specific emissionsdata are essential if such comparisons are to be accu-rate and unambiguous.The matters to be considered in th

32、is standard arerestricted to the energy-conversion systems them-selves, i.e., any upstream or downstream energy-con-version process chains that might be involved andwould have to be taken into account in analyzing theoverall systems involved are not included.2 Symbols and indicesSymbolsThe following

33、 symbols are used throughout thisstandard:a) Indices added to symbols indicate that the quantities involvedare relative to, for example, exhaust gas volume under stand-ard condition Vgn, fuel mass Vfm, or fuel energy Vfe.Sym-bolsa)Term Units(examples only)A ash content, mass ratio kg/kg, %Hi lower h

34、eating value MJ/kgHin lower heating value MJ/m3Hs higher heating value MJ/kgHsn higher heating value MJ/m3M molecular weight kg/kmolm mass flow rate kg/sp pressure bar, PaT thermodynamic temperatureKV volumetric flow rate m3/sV related Volume m3/kg, m3/m3,m3/GJ, m3/kmolW water content,mass ratiokg/k

35、g, %y volumetric ratio m3/m3, %, ppm concentration, mass ratio kg/kg, % specific emission mg/m3, ppm by volume Density kg/m3 air ratio = Vl /Vlo B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EE8FD9NormCD - Stand 2013-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4 VDI 4660 Bla

36、tt 1 / Part 1IndizesIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Indizes verwendet:a Abgaszustandb Brennstoffe Energieg Abgasi Brennstoffkomponenten(i = C, H, O, N, S, H2O usw.) j Abgaskomponenten( j = CO, CO2, H2O, NO, NOx, SO2 usw.)l Luftm Massen Normzustando stchiometrische Verbrennun

37、g,sauerstofffreies Abgast trockenv Volumenz Sauerstoffbezugswert im trockenenAbgas im Normzustand3 Hinweise zum BerechnungsgangZur Umrechnung abgasbezogener Emissionen inbrennstoffmasse- bzw. brennstoffenergiebezogeneEmissionen oder umgekehrt ist im Allgemeinen dieErmittlung des entsprechenden bezog

38、enen Abgas-volumens in Abhngigkeit von der Brennstoffzusam-mensetzung und dem Luftverhltnis (bzw. vomRestsauerstoff- oder Kohlendioxidgehalt) erforder-lich. Diese Zusammenhnge werden nachfolgenddurch Gleichung (2) bis Gleichung (25), Abschnitt 5,beschrieben.Die Umrechnung eines Abgasemissionswerts a

39、uf ei-nen anderen Abgasbezugszustand mit anderer Abgas-zusammensetzung erfolgt mit ausreichender Genau-igkeit mithilfe Gleichung (26a) und Gleichung (27a),Abschnitt 7. Fr die Umrechnung eines Abgas-Emis-sionswerts auf das trockene, sauerstofffreie Abgas imNormzustand gelten Gleichung (26b) und Gleic

40、hung(27b). Die Abgasvolumennderung durch eine vorge-lagerte Abgasreinigung (Reduzierung von SO2, NOx)wird dabei vernachlssigt.In der Praxis besteht hufig die Aufgabe, einen spezi-fischen Emissionswert bei unverndertem Abgas-bezugszustand und unvernderter Abgaszusammen-setzung (Restsauerstoff- bzw. K

41、ohlendioxidgehalt) inanderen Einheiten auszudrcken (Beispiel: ein Emis-sionswert in mg/m3 soll in ppmv oder g/GJ angege-ben werden). Die dafr erforderlichen Umrechnungs-faktoren sind in Tabelle 4, Abschnitt 6, zusammenge-stellt, wobei gegebenenfalls das zugehrige, auf dieBrennstoffenergie bezogene A

42、bgasvolumen und derIndicesThe following indices are used throughout this stand-ard:a exhaust conditionsb fuele energyg exhausti fuel constituents(i = C, H, O, N, S, H2O, etc.)j exhaust constituents ( j = CO, CO2, H2O, NO, NOx, SO2, etc.)l airm massn standard conditiono stoichiometric combustion,oxyg

43、en-free exhaustt dryv volumez oxygen reference value for dry exhaust under standard conditions3 Notes on calculation proceduresIn general, converting emissions per unit volume ofexhaust to emissions relative to fuel mass or fuelenergy or vice versa requires determining the associ-ated volume of exha

44、ust involved as functions of fuelcomposition and air ratio, , or residual oxygen orcarbon dioxide concentration. These interrelation-ships will be described below under Section 5, Equa-tion (2) through Equation (25).Exhaust emission parameters can be converted toother sets of exhaust conditions and

45、other exhaustcompositions with sufficiently high degrees of accu-racy using Equation (26a) and Equation (27a), givenin Section 7, below. Conversion to dry, oxygen-free,exhaust under standard conditions uses Equation (26b)and Equation (27b), any changes in the exhaust vol-umes due to upstream scrubbe

46、rs (reduction of SO2and/or NOx) are neglected.In practice, one is often confronted with the task ofexpressing a specific emission in other units for thesame set of exhaust reference conditions and sameexhaust composition (residual oxygen or carbon di-oxide content). For example, it might prove neces

47、saryto restate a specific emission value expressed in unitsof mg/m3 in units of ppm by volume or g/GJ. The req-uisite conversion factors are collated below in Table 4,Section 6, where the associated exhaust volume rela-tive to the fuels lower or higher heating value willB55EB1B3E14C22109E918E8EA43ED

48、B30F09DCDB7EE8FD9NormCD - Stand 2013-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 4660 Blatt 1 / Part 1 5 Heiz- oder Brennwert ermittelt bzw. bekannt seinmssen.Die Umrechnung von abgasvolumenbezogenenEmissionen auf brennstoffmasse-, brennstoffvolu-men- und brennstoffene

49、rgiebezogene Emissionen er-folgt mit Gleichung (28) und Gleichung (29), Ab-schnitt 8.Im Allgemeinen kann folgendes Schema angewendetwerden (vgl. hierzu Abschnitt 7):Gegeben sei der auf das Abgasvolumen bezogeneEmissionswert 1 gav in mg/m3 bzw. ppmv beim Ab-gaszustand 1.a) Gesucht wird der auf die Brennstoffenergie bezo-gene Emissionswert be. Bestimmung des brennstoffmasse- bzw. brenn-stoffvolumenbezogenen, trockenen und sauer-stofffreien Abgasvolumens im NormzustandVgnotb aus der