燃機啟停過程中NOx排放控制的探討與應用

梁建瑞，步宇航，任帥

（北京京能未來燃氣熱電有限公司，北京 100000）

燃機啟停過程中NOx排放控制的探討與應用

梁建瑞，步宇航，任帥

（北京京能未來燃氣熱電有限公司，北京 100000）

隨著氮氧化物（NOx）對環境影響的日益嚴重，控制火力發電廠NOx排放越來越受到重視。燃煤、燃氣電廠作為火力發電廠屬于氮氧化物排放大戶，脫硝是減少氮氧化物排放的主要手段，而燃氣電廠作為調峰機組，面臨著機組的頻繁啟停，如何控制NOx在機組啟動與停止過程中NOx排放處于環保要求范圍內，達到全方位、全時段控制成為現階段燃氣電廠面臨的一個主要問題。

燃氣電廠；氮氧化物（NOx）；全時段；脫硝

據北京市2015年環境統計年報。2015年氮氧化物排放137627噸，其中工業氮氧化物排放26864噸，城鎮生活氮氧化物排放19143噸，機動車氮氧化物排放66791噸，非道路移動源氮氧化物排放24600噸，二氧化硫排放71172噸，其中工業二氧化硫排放22070噸，城鎮生活二氧化硫排放49064噸，集中式處理設施（不含污水廠）二氧化硫排放38噸，粉塵排放12987噸，其中工業粉塵排放33978噸，機動車煙塵排放2387噸，集中式處理設施（不含污水廠）二氧化硫排放35噸。

燃煤、燃氣電廠作為火力發電廠屬于氮氧化物排放大戶，嚴格控制氮氧化物（NOx）排放是主要的任務，而燃氣電廠作為調峰機組，為了滿足電網不同時刻、不同階段的需求，頻繁啟停成為現階段的一種常態。燃氣電廠在機組啟動與停機過程中由于燃氣輪機燃燒方式的改變導致氮氧化物（NOx）排放超過環保指標（小于30mg/Nm3）要求，因此通過某種方式，保證氮氧化物（NOx）排放在燃氣輪機啟停過程中達到環保要求，是燃氣電廠現階段面臨的一個主要問題。現針對北京京能未來燃氣熱電有限公司燃氣—蒸汽聯合機組啟停機過程中，氮氧化物（NOx）排放進行探討與分析。

1 概述

北京京能未來燃氣熱電有限公司在北京市昌平區未來科技城區域建設1套255MW聯合循環發電機組，包括1臺燃氣輪機、1臺蒸汽輪機、2臺發電機組和1臺無補燃雙壓余熱鍋爐及輔助設備。

余熱鍋爐為雙壓（高壓蒸汽作為汽機主蒸汽，低壓蒸汽作為汽輪機補汽）、無補燃、臥式、緊身封閉、自然循環燃機余熱鍋爐，余熱鍋爐設脫硝裝置。

鍋爐型號：UG-SCC5-2000E-R

制造商：無錫華光鍋爐股份有限公司（無錫鍋爐廠）

配套燃機：SGT5-2000E（V94.2）

制造商：上海電氣—西門子

SCR脫硝系統組成包括氨水儲罐，氨氣吸收罐，氨水卸料泵等氨水儲存系統和由兩臺法國風力嘉稀釋風機、氨水蒸發器、噴氨格柵的蒸發系統、催化劑層、氨水計量系統、保安系統組成。煙氣從燃氣輪機排出，經進口煙道進入過渡煙道，然后進入鍋爐本體，依次水平橫向通過高壓過熱器模塊、高壓蒸發器模塊、SCR脫硝模塊、高壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發器模塊、低壓省煤器模塊，最后經出口煙道及煙囪排出。

2 正常停機過程中我們可以通過如下曲線進行分析

北京京能未來燃氣熱電有限公司255MW燃氣—蒸汽聯合機組停機過程中，燃機燃燒模式由預混切為擴散模式后，NOx排放量升高，不能達到環保要求。為保證NOx排放量小于30mg/Nm3，通過對啟停機過程中氨水流量的進行調節，以符合環保排放要求。圖1是燃氣輪機正常停機操作的曲線圖。

通過圖1我們可知在正常停機期間，燃機由預混切至擴撒燃燒時，NOx排放量明顯升高，且超過環保指標（30mg/Nm3）要求。此階段NOx濃度超標的時間大約為30分鐘，NOx濃度最高值約為98mg/Nm3。由此可知正常情況下在啟停過程中NOx的排放是超標的。

為了解決上述問題，我們進行了停機過程中采用加大氨水流量來控制NOx的排放，以達到在停機過程中確保NOx的排放不超標。試驗過程如下。

2017年1月25日接電網調令，機組停運。19:31燃機負荷66MW，燃燒模式由預混模式切到擴散模式，19:32燃機NOx排放量由7.9 mg/Nm3快速升高，隨著NOx排放量的快速升高，逐漸增加氨水管路調節門開度，由20%增加至53%，氨水流量由51kg/h增加到147kg/h，19:38 NOx排放量降至92mg/Nm3。為達到環保指標NOx排放小于30mg/Nm3要求，繼續增加氨水調節門開度（見表1），19:56氨水管路調節門開度達到81.3%，氨水流量調節到280.66kg/h,此時 NOx排放量降至27.86 mg/Nm3。達到北京市環保標準。

圖1 正常停機1小時曲線圖

表1 試驗期間脫硝系統參數及NOx排放量

圖2為本次停機實驗1小時曲線圖,由曲線可知，在試驗期間，通過增加脫硝系統氨水噴入量，使得NOx排放超標的排放值及排放時間均有明顯的下降。從19:32～19:56調節過程總計用時24分鐘。因此為了很好的控制停機過程中NOx排放指標，在燃燒模式切換后可以快速增加氨水調節門開度，使NOx迅速排放達標。

圖2 試驗期間停機1小時曲線圖

3 結語

通過本次試驗可以確定燃機在啟停機過程中，及時提前調整氨水流量，在燃機啟停過程中，NOx排放量是可以全時段控制在環保要求的標準范圍內的,對于頻繁啟停的機組，意義重大。

[1]固定式燃氣輪機大氣污染物排放標準. DB11/847.

[2]北京市環保局.2015年環境統計年報.

[3]SCHEIBELJ.Combustionturbineexperienceandintelligencereport20 05[R].EPRI,1010415.

[4]黃素華，陳昱，陸靜等.干式低NOx燃燒器火焰穩定性監測技術探討[J].華東電力,2011，39（9）:1533-1537.

TK477

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1671-0711（2017）12（上）-0206-02