西門子9F燃機(jī)NOX排放跟蹤及優(yōu)化控制研究

摘 要：本文針對(duì)西門子9F型發(fā)電燃機(jī)的NOX排放量進(jìn)行了一定跟蹤與分析，并提出了一些優(yōu)化控制的方案，以期為我國(guó)火電廠的節(jié)能減排工作提供一些參考與理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：西門子；9F燃機(jī)；NOX排放；跟蹤；優(yōu)化

根據(jù)我國(guó)發(fā)電廠污染物排放的相關(guān)法規(guī)限定，發(fā)電廠燃機(jī)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(yán)格遵守這一標(biāo)準(zhǔn)。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，以西門子9F燃機(jī)為例，雖然該燃機(jī)機(jī)型裝配有低濃度NOX混合燃燒裝置，在9F燃機(jī)工作過(guò)程當(dāng)中，會(huì)在內(nèi)燃機(jī)工作載荷超過(guò)一半時(shí)自動(dòng)開啟進(jìn)氣導(dǎo)葉片，使得內(nèi)燃機(jī)的工作方式變?yōu)榫囝A(yù)混，進(jìn)而將NOX排放量嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，NOX的排放量并不是一個(gè)常態(tài)，可能會(huì)出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成很大的負(fù)面影響。

一、西門子9F燃機(jī)NOX排放跟蹤現(xiàn)象分析

在對(duì)西門子9F燃機(jī)NOX排放量進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)與分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)西門子9F燃機(jī)NOX排放量影響最大的三個(gè)因素分別是天然氣組分、大氣濕度及機(jī)組熱值。

（一）天然氣組分分析

當(dāng)燃機(jī)在正常工作時(shí)，若內(nèi)部氣體組分、比例發(fā)生變化，那么燃機(jī)的總?cè)紵裏嶂狄矔?huì)隨之改變，進(jìn)而導(dǎo)致燃機(jī)在有效載荷恒定不變的同時(shí)其燃?xì)膺M(jìn)入量會(huì)出現(xiàn)較大變化，使得燃機(jī)的燃燒噴嘴內(nèi)部壓力無(wú)法保持穩(wěn)定，與理論值出現(xiàn)偏差。此外，由于不同燃料氣體在燃機(jī)內(nèi)部燃燒時(shí)所需的含氧量存在很大程度的差別，當(dāng)燃機(jī)出現(xiàn)燃料氣體組分與比例變化時(shí)，其完全燃燒所需的空氣含量也將隨之發(fā)生較大幅度的變化，進(jìn)而導(dǎo)致燃機(jī)內(nèi)部燃料氣體燃燒時(shí)所產(chǎn)生的NOX排放量出現(xiàn)顯著變化，甚至出現(xiàn)排量超標(biāo)的情況。

（二）大氣濕度分析

我國(guó)火力發(fā)電廠以往所使用的燃?xì)馊紮C(jī)或燃料燃機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)采用向燃機(jī)內(nèi)部的燃燒室釋放水蒸氣或液態(tài)水的方法來(lái)使燃機(jī)燃燒時(shí)發(fā)散出的火焰溫度減低，進(jìn)而起到降低燃燒時(shí)NO的目的。這種方式可以通過(guò)水蒸汽有效減少燃機(jī)內(nèi)部燃燒時(shí)產(chǎn)生的CH的量，使得NO的形成大大減少，進(jìn)而減少NOX的排放量。伴隨著新興科技的出現(xiàn)，西門子9F燃機(jī)采用了更為先進(jìn)的NOX減排模式，該模式因西門子9F燃機(jī)所使用的燃料為天然氣，因此摒棄了傳統(tǒng)的注水方法，而是通過(guò)空氣中自帶的水蒸氣來(lái)減少NO的產(chǎn)生，所以，大氣濕度對(duì)其NOX排放量的影響較為明顯。

（三）機(jī)組熱值分析

西門子9F燃機(jī)在工作時(shí)，其NOX的排放是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，會(huì)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(fù)雜的關(guān)系，如何有效理清并掌握這些復(fù)雜的關(guān)系對(duì)于控制西門子9F燃機(jī)的NOX排放量具有非常重要的意義。以機(jī)組熱值與NOX排放量的關(guān)系為例，當(dāng)燃機(jī)在正常運(yùn)作時(shí)，其熱值會(huì)在機(jī)組負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的情況下，出現(xiàn)十分明顯的變化，這一變化過(guò)程往往是由于火電廠所處地區(qū)的大氣相對(duì)濕度引起的，當(dāng)大氣相對(duì)濕度降低時(shí)，燃機(jī)的熱值會(huì)顯著升高，其結(jié)果便是燃機(jī)燃燒時(shí)所產(chǎn)生的NOX的排放量會(huì)有所升高，進(jìn)而可能導(dǎo)致熱電廠NOX排放量超標(biāo)。

二、西門子9F燃機(jī)污氣排放優(yōu)化控制措施

（一）根據(jù)負(fù)荷控制排放

由于不同地區(qū)不同環(huán)境溫度的用電峰谷差較大，我國(guó)的許多火力發(fā)電廠都是投入AGC（自動(dòng)負(fù)荷控制）工作，其使用的燃機(jī)大多處于負(fù)荷較大波動(dòng)狀態(tài)，這種情況不可避免的會(huì)造成燃燒工況的變動(dòng)，當(dāng)燃機(jī)處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)的NOX排放量相對(duì)較高。一般情況下，燃機(jī)的NOX排放量與燃機(jī)工作負(fù)荷并不一定會(huì)持續(xù)保持一個(gè)線性的變化，會(huì)隨著燃機(jī)進(jìn)氣口導(dǎo)葉的開放程度出現(xiàn)一定的曲線波動(dòng)，所以要求工作人員因地制宜，合理調(diào)整載荷，以滿足減排要求。

（二）穩(wěn)定天然氣組分

我國(guó)的火力發(fā)電廠由于所處區(qū)域不同，其燃料的供應(yīng)渠道也會(huì)出現(xiàn)很大不同，以本文的西門子9F燃機(jī)為例，其燃料為天然氣，因火電廠的地理位置關(guān)系，這些天然氣的來(lái)源可能是四川普光氣田，西氣東輸?shù)囊痪€或二線，也可能是液化天然氣，因此其天然氣的組分無(wú)法保證恒定，難免會(huì)使燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的NOX排放量出現(xiàn)差異。這就要求火力發(fā)電廠在天然氣燃料進(jìn)廠時(shí)對(duì)組分、品質(zhì)進(jìn)行把控與監(jiān)測(cè)，對(duì)偏差較大的進(jìn)行適度調(diào)整，減少NOX排放量。

（三）結(jié)合實(shí)際調(diào)整燃燒

實(shí)驗(yàn)證明，在西門子9F燃機(jī)燃燒時(shí)，如對(duì)其燃燒條件進(jìn)行一定的調(diào)整可有效降低其NOX的排放量。火力發(fā)電廠可以根據(jù)自身實(shí)際情況科學(xué)調(diào)整燃機(jī)燃燒時(shí)的各項(xiàng)條件，以減少NOX的排放量。根據(jù)所處區(qū)域天然氣的供應(yīng)來(lái)源，調(diào)整天然氣的組分，使其更加適宜該地區(qū)的火電廠需求；根據(jù)天然氣的組分適當(dāng)調(diào)整燃機(jī)的空氣進(jìn)氣量，使天然氣與空氣的含量形成一個(gè)科學(xué)的比例，使燃燒更加充分；根據(jù)火電廠所處環(huán)境的大氣相對(duì)濕度差異，對(duì)火電廠燃機(jī)工作環(huán)境的空氣相對(duì)濕度進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到降低NOX排放量的目的。

（四）預(yù)混燃燒器改造

燃機(jī)技術(shù)在不斷的進(jìn)步，西門子也針對(duì)9F燃機(jī)提出了一些科學(xué)改造手段，其中一項(xiàng)便是針對(duì)其預(yù)混燃燒器的改造。依照西門子改造技術(shù)，可以使9F燃機(jī)的預(yù)混燃燒器由原先的9孔改造為8孔，并在此基礎(chǔ)上有效控制燃燒條件，使得9F燃機(jī)的轟鳴值顯著減少，從而使9F燃機(jī)的燃燒更加平穩(wěn)。在燃機(jī)有效載荷不變的情況下，采取降低燃機(jī)值班氣流的手段，將燃機(jī)的燃燒溫度降低，進(jìn)而抑制燃燒時(shí)NO氣體的產(chǎn)生，以達(dá)到減少NOX排放量的目的。

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作者簡(jiǎn)介：施胤杰（1991-），男，上海人，本科，動(dòng)力工程，助理工程師。