西門子9F燃機NOX排放跟蹤及優化控制研究

摘 要：本文針對西門子9F型發電燃機的NOX排放量進行了一定跟蹤與分析，并提出了一些優化控制的方案，以期為我國火電廠的節能減排工作提供一些參考與理論依據。

關鍵詞：西門子；9F燃機；NOX排放；跟蹤；優化

根據我國發電廠污染物排放的相關法規限定，發電廠燃機的NOX排放量需要限制為低于50mg/m3，任何火電廠的NOX排放量都必須嚴格遵守這一標準。然而在實際生產過程當中，以西門子9F燃機為例，雖然該燃機機型裝配有低濃度NOX混合燃燒裝置，在9F燃機工作過程當中，會在內燃機工作載荷超過一半時自動開啟進氣導葉片，使得內燃機的工作方式變為均相預混，進而將NOX排放量嚴格控制在規定范圍內。在實際生產過程當中，NOX的排放量并不是一個常態，可能會出現較大幅度的波動，對工業生產造成很大的負面影響。

一、西門子9F燃機NOX排放跟蹤現象分析

在對西門子9F燃機NOX排放量進行跟蹤監測與分析的過程中發現，對西門子9F燃機NOX排放量影響最大的三個因素分別是天然氣組分、大氣濕度及機組熱值。

（一）天然氣組分分析

當燃機在正常工作時，若內部氣體組分、比例發生變化，那么燃機的總燃燒熱值也會隨之改變，進而導致燃機在有效載荷恒定不變的同時其燃氣進入量會出現較大變化，使得燃機的燃燒噴嘴內部壓力無法保持穩定，與理論值出現偏差。此外，由于不同燃料氣體在燃機內部燃燒時所需的含氧量存在很大程度的差別，當燃機出現燃料氣體組分與比例變化時，其完全燃燒所需的空氣含量也將隨之發生較大幅度的變化，進而導致燃機內部燃料氣體燃燒時所產生的NOX排放量出現顯著變化，甚至出現排量超標的情況。

（二）大氣濕度分析

我國火力發電廠以往所使用的燃氣燃機或燃料燃機在設計時，通常會采用向燃機內部的燃燒室釋放水蒸氣或液態水的方法來使燃機燃燒時發散出的火焰溫度減低，進而起到降低燃燒時NO的目的。這種方式可以通過水蒸汽有效減少燃機內部燃燒時產生的CH的量，使得NO的形成大大減少，進而減少NOX的排放量。伴隨著新興科技的出現，西門子9F燃機采用了更為先進的NOX減排模式，該模式因西門子9F燃機所使用的燃料為天然氣，因此摒棄了傳統的注水方法，而是通過空氣中自帶的水蒸氣來減少NO的產生，所以，大氣濕度對其NOX排放量的影響較為明顯。

（三）機組熱值分析

西門子9F燃機在工作時，其NOX的排放是一個較為復雜的過程，會受到各種因素的干擾與影響，而且這些因素之間也存在著較為復雜的關系，如何有效理清并掌握這些復雜的關系對于控制西門子9F燃機的NOX排放量具有非常重要的意義。以機組熱值與NOX排放量的關系為例，當燃機在正常運作時，其熱值會在機組負荷相對穩定的情況下，出現十分明顯的變化，這一變化過程往往是由于火電廠所處地區的大氣相對濕度引起的，當大氣相對濕度降低時，燃機的熱值會顯著升高，其結果便是燃機燃燒時所產生的NOX的排放量會有所升高，進而可能導致熱電廠NOX排放量超標。

二、西門子9F燃機污氣排放優化控制措施

（一）根據負荷控制排放

由于不同地區不同環境溫度的用電峰谷差較大，我國的許多火力發電廠都是投入AGC（自動負荷控制）工作，其使用的燃機大多處于負荷較大波動狀態，這種情況不可避免的會造成燃燒工況的變動，當燃機處于低負荷狀態時的NOX排放量相對較高。一般情況下，燃機的NOX排放量與燃機工作負荷并不一定會持續保持一個線性的變化，會隨著燃機進氣口導葉的開放程度出現一定的曲線波動，所以要求工作人員因地制宜，合理調整載荷，以滿足減排要求。

（二）穩定天然氣組分

我國的火力發電廠由于所處區域不同，其燃料的供應渠道也會出現很大不同，以本文的西門子9F燃機為例，其燃料為天然氣，因火電廠的地理位置關系，這些天然氣的來源可能是四川普光氣田，西氣東輸的一線或二線，也可能是液化天然氣，因此其天然氣的組分無法保證恒定，難免會使燃機燃燒產生的NOX排放量出現差異。這就要求火力發電廠在天然氣燃料進廠時對組分、品質進行把控與監測，對偏差較大的進行適度調整，減少NOX排放量。

（三）結合實際調整燃燒

實驗證明，在西門子9F燃機燃燒時，如對其燃燒條件進行一定的調整可有效降低其NOX的排放量。火力發電廠可以根據自身實際情況科學調整燃機燃燒時的各項條件，以減少NOX的排放量。根據所處區域天然氣的供應來源，調整天然氣的組分，使其更加適宜該地區的火電廠需求；根據天然氣的組分適當調整燃機的空氣進氣量，使天然氣與空氣的含量形成一個科學的比例，使燃燒更加充分；根據火電廠所處環境的大氣相對濕度差異，對火電廠燃機工作環境的空氣相對濕度進行調整，以達到降低NOX排放量的目的。

（四）預混燃燒器改造

燃機技術在不斷的進步，西門子也針對9F燃機提出了一些科學改造手段，其中一項便是針對其預混燃燒器的改造。依照西門子改造技術，可以使9F燃機的預混燃燒器由原先的9孔改造為8孔，并在此基礎上有效控制燃燒條件，使得9F燃機的轟鳴值顯著減少，從而使9F燃機的燃燒更加平穩。在燃機有效載荷不變的情況下，采取降低燃機值班氣流的手段，將燃機的燃燒溫度降低，進而抑制燃燒時NO氣體的產生，以達到減少NOX排放量的目的。

參考文獻：

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[2]梁建瑞，姜豐.降低擴散燃燒天然氣量達到減少NOX污染物排放的技術研究與應用[J].中國設備工程，2018（5）：23-25.

作者簡介：施胤杰（1991-），男，上海人，本科，動力工程，助理工程師。