燃機啟停過程中NOx排放控制的探討與應(yīng)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(yīng)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(huán)境影響的日益嚴(yán)重，控制火力發(fā)電廠NOx排放越來越受到重視。燃煤、燃氣電廠作為火力發(fā)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(diào)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(huán)保要求范圍內(nèi)，達到全方位、全時段控制成為現(xiàn)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(jù)北京市2015年環(huán)境統(tǒng)計年報。2015年氮氧化物排放137627噸，其中工業(yè)氮氧化物排放26864噸，城鎮(zhèn)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(yè)二氧化硫排放22070噸，城鎮(zhèn)生活二氧化硫排放49064噸，集中式處理設(shè)施（不含污水廠）二氧化硫排放38噸，粉塵排放12987噸，其中工業(yè)粉塵排放33978噸，機動車煙塵排放2387噸，集中式處理設(shè)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(fā)電廠屬于氮氧化物排放大戶，嚴(yán)格控制氮氧化物（NOx）排放是主要的任務(wù)，而燃氣電廠作為調(diào)峰機組，為了滿足電網(wǎng)不同時刻、不同階段的需求，頻繁啟停成為現(xiàn)階段的一種常態(tài)。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(dǎo)致氮氧化物（NOx）排放超過環(huán)保指標(biāo)（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(huán)保要求，是燃氣電廠現(xiàn)階段面臨的一個主要問題。現(xiàn)針對北京京能未來燃氣熱電有限公司燃氣—蒸汽聯(lián)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(qū)未來科技城區(qū)域建設(shè)1套255MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，包括1臺燃氣輪機、1臺蒸汽輪機、2臺發(fā)電機組和1臺無補燃雙壓余熱鍋爐及輔助設(shè)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(huán)燃機余熱鍋爐，余熱鍋爐設(shè)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(tǒng)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(tǒng)和由兩臺法國風(fēng)力嘉稀釋風(fēng)機、氨水蒸發(fā)器、噴氨格柵的蒸發(fā)系統(tǒng)、催化劑層、氨水計量系統(tǒng)、保安系統(tǒng)組成。煙氣從燃氣輪機排出，經(jīng)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(fā)器模塊、SCR脫硝模塊、高壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器模塊、低壓省煤器模塊，最后經(jīng)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(lián)合機組停機過程中，燃機燃燒模式由預(yù)混切為擴散模式后，NOx排放量升高，不能達到環(huán)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(diào)節(jié)，以符合環(huán)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(yù)混切至擴撒燃燒時，NOx排放量明顯升高，且超過環(huán)保指標(biāo)（30mg/Nm3）要求。此階段NOx濃度超標(biāo)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(biāo)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(biāo)。試驗過程如下。

2017年1月25日接電網(wǎng)調(diào)令，機組停運。19:31燃機負荷66MW，燃燒模式由預(yù)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(diào)節(jié)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(huán)保指標(biāo)NOx排放小于30mg/Nm3要求，繼續(xù)增加氨水調(diào)節(jié)門開度（見表1），19:56氨水管路調(diào)節(jié)門開度達到81.3%，氨水流量調(diào)節(jié)到280.66kg/h,此時 NOx排放量降至27.86 mg/Nm3。達到北京市環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 正常停機1小時曲線圖

表1 試驗期間脫硝系統(tǒng)參數(shù)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(tǒng)氨水噴入量，使得NOx排放超標(biāo)的排放值及排放時間均有明顯的下降。從19:32～19:56調(diào)節(jié)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(biāo)，在燃燒模式切換后可以快速增加氨水調(diào)節(jié)門開度，使NOx迅速排放達標(biāo)。

圖2 試驗期間停機1小時曲線圖

3 結(jié)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(diào)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(huán)保要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)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(biāo)準(zhǔn). DB11/847.

[2]北京市環(huán)保局.2015年環(huán)境統(tǒng)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(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)探討[J].華東電力,2011，39（9）:1533-1537.

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1671-0711（2017）12（上）-0206-02