中低熱值燃氣輪機降低NOx排放的措施

0 引言

氮氧化物俗稱NO

，是指燃料在與空氣混合燃燒后的煙氣中存在的一種大氣污染物，主要由一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO

）等氣體組成。NO

的生成量與燃燒溫度及空氣過量系數有直接關系。研究表明，在天然氣的燃燒過程中生成的NO

主要有3種

：

1）燃料型NO

，由燃料中的含氮物質受熱分離氧化而成。

流水段管理可將整個工程按照施工工藝或工序要求劃分為一個可管理的工作層面，合理劃分進度計劃、資源供給、施工流水等。BIM技術可提高施工組織協調的有效性，實現合理的施工流水劃分，為各專業施工方建立良好的工作面協調管理而提供支持和依據。

2）熱力型NO

，N

在高溫條件下與O

反應而成。

教師培訓項目中培訓目標的確定至關重要，不僅有助于明確培訓課程與培訓目的的銜接關系，明確課程設計工作的方向，而且有助于課程內容的選擇與組織，并可作為課程實施的依據和課程評價的準則。[2]培訓目標的確定是整個培訓課程的核心，具有定位與指導作用。教師專業發展階段的“關注論”和嬗變學習理論，可以為確定新任教師培訓目標提供一定的啟示。

3）快速型NO

，高溫條件下N

和燃料中的CH離子團反應而成。

燃燒后控制即對煙氣中的NO

進行脫除。目前較為成熟的氣相煙氣脫硝技術有：SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）、SNCR（選擇性非催化還原法）

。

1 NOx的減排控制

1.1 燃燒中控制

1）噴水降溫

由于熱力型NO

主要由空氣中N

氧化而來，因此可以考慮通過噴水或水蒸氣的方法，適當降低燃燒室溫度，以減少NO

的產生。這項技術早在20世紀80年代就已成熟，且具有明顯效果

。此噴水降溫法的優點在于保留原有燃燒室結構，可以廣泛應用于在運機組的改造。如今的新建機組中，噴水裝置也作為常規配置，可自由投用或退出。

2）干法降低

干法降低是指通過預混貧燃來降低NO

，而不需要稀釋劑或者催化劑。使用此方法的燃燒器一般采用天然氣作為燃料，因為液體燃料油不容易預混，通常不作為此燃燒器的燃料。普通燃燒和預混貧燃的比較見圖1。

割臺主傳動軸纏繞雜草造成過橋輸送爬鏈跳齒故障，建議考慮爬鏈結構設計、鏈條質量，改進過橋輸送爬鏈箱體結構。

從圖1可見，在預混貧燃燃燒器中，空氣和燃料氣預混后進入燃燒室，這樣避免了NO

的快速產生

。而二次空氣的混入，則降低了燃燒溫度，大幅減少了熱力型NO

的產生。

3）惰性稀釋劑

由于燃氣輪機的排煙溫度相對較低，無法達到950～1 100℃的溫度范圍，如在燃氣輪機本體安裝SNCR設備也會影響機組的燃燒等，因此，燃氣輪機不適合配置SNCR設備。

中低熱值燃氣輪機的燃氣中H

的含量較高，而H

具有燃燒快，火焰長的燃燒特點，極易發生回火，對設備造成損壞，影響燃燒的穩定性，因此一般需要把燃料氣中的H

含量控制在約25%以下，常見的做法是回注惰性氣體，如N

、水蒸氣

。同時此方法還可以降低燃燒室溫度，起到降低NO

的效果。然而稀釋劑雖然能有效地降低NO

，但同時也可能會降低燃氣輪機的效率，增加燃燒室的磨損。

以適用IGCC項目的9E．03 MS型燃氣輪機為例，該機型采用傳統電機啟動，燃燒器采用輕油或者天然氣點火方式。燃氣輪機的燃燒器采用圓周上多筒布置，其點火過程是首先用輕油或者天然氣點燃一個或兩個燃燒器，當燃燒室溫度升高到一定溫度時，其余燃燒器依次按圓周方向通過連焰管點燃。9E．03 MS型燃氣輪機需要回注N

，可由空分系統提供

，注N

量約為23 kg/s。另一種適用于IGCC項目的中低熱值燃氣輪機來自上海電氣-安薩爾多，型號AE94．2K。該機型選用的稀釋劑為蒸汽，取自鍋爐汽水系統，注蒸汽量約為105．7 t/h。上述兩種燃氣輪機的主要參數見表1。

由表1可見，兩種燃氣輪機的參數接近，至于如何選擇適合相關項目的中低熱值燃氣輪機，建議以當地市場的蒸汽價格和上網電價等邊界條件為依據，進行詳盡的經濟性測算后，再行決定。在相同供熱量的前提下，若以國內某知名化工區的蒸汽價格220元/t、上網電價0．425 5元/kWh，及上述兩種型號燃氣輪機及其整套聯合循環的估算造價來初步計算比較這兩種中低熱值燃氣蒸汽聯合循環的經濟性，可得到選用回注N

的GE公司燃氣輪機項目資本金內部收益率為1．4%，而回注蒸汽的上海電氣燃氣輪機項目資本金內部收益率僅為0．2%。

1.2 燃燒后控制

一般而言，中低熱值燃氣輪機燃燒的合成氣主要成分為脫硫之后的CO和H

，因此燃料型和快速型NO

幾乎不存在。考慮到燃燒室溫度較高，約1 500℃，當空氣過量系數較大時，煙氣中的NO

以熱力型NO

為主。

1）選擇性非催化還原法（SNCR）

與SNCR技術相比，SCR技術還原劑的利用率較高，脫硝效率也較高，所以對降低NO

的排放，SCR技術比較有優勢。其中，還原劑的選擇和催化劑的選擇是影響脫硝效率的關鍵因素。

嚴格說來統計學與概率論是相生相伴的，即使是古典概型中的等可能性假設也是基于人的經驗，而這種經驗無疑是反復試驗的結果．雖然統計的思想與方法自古就有，但作為專門的知識，統計學的產生比概率論稍微晚一些，距今300年左右的時間．對于統計學的思想闡述得最到位的一本書也許是D. Freedman的《統計學》，全書雖然公式極少，但對統計的思想方法敘述得很清楚，也許可以作為中學教師參考書的一個不錯的選擇．教師們可以參考其中部分章節，例如該書關于檢驗講述得通俗易懂（參見文[1]）．

2）選擇性催化還原法（SCR）

液氨是煙氣脫硝中使用最廣泛的還原劑，但是液氨作為重大危險源，存在安全隱患。對于其危險性，國家及行業諸多標準對其作了明確定義。在使用取證、日常維護及安全防范上還有許多工作要做，且這些工作將是長久的、煩瑣的。隨著安全管理的細化，液氨的限制將更加嚴格，安全管理成本、運輸成本可能會上升。

SNCR是在無催化劑存在下向煙氣中噴入還原劑尿素或氨，將NO

還原成N

和H

O。其特點是還原劑（NH

）噴入900～1 100℃的煙氣中，在NH

/NO

摩爾比2～3的情況下，脫硝效率30%～50%。

2 催化劑與還原劑的選擇

2.1 燃氣機組脫硝催化劑

現代SCR裝置大多采用V

O

-TiO

-W/Mo系列催化劑。由于V

O

是催化劑的活性組分，其加入量直接關系到催化劑的活性，同時V

O

又是SO

轉化為SO

的催化劑，在燃煤機組催化劑中V

O

的比例受煙氣中SO

的制約，催化劑的活性不會太高。

而中低熱值燃氣機組中煙氣有害成分很少，如粉塵、堿金屬、重金屬、砷等非常低，SO

也接近于0，因此，燃氣機組催化劑不受SO

轉化率的影響，生產過程中可以增加V

O

的量，使催化劑的活性提高，如康寧70孔燃氣輪機催化劑初始活性系數K0≈69，另外催化劑在使用過程中失活很慢，24 000 h活性系數約Kt≈66～68，活性下降很少。由于不受粉塵的影響，可以選用很小孔徑的催化劑，使催化的比表面積很大，如通常使用的70孔催化劑的比表面積達1 668 m

/m

。

（1）術后并發癥：出血、感染、營養不良、壓瘡；（2）術后住院時間；（3）護理滿意度用本院自擬量表進行統計，總分100分，評分越高越滿意；（4）術后負性情緒用抑郁自評量表（self-rating depression scale，SDS）、焦慮自評量表（self-rating anxiety scale，SAS）[4]進行統計，評分均超過55分，說明負性情緒越嚴重；（5）出院后的隨訪依從性通過隨訪調查問卷進行統計，有不依從、部分依從、完全依從三個等級，依從率=（總例數-不依從的例數）/總例數×100%；（6）出院后的生活質量用SF-36量表進行統計處理，總分100分，評分越高，生活質量越高。

目前SCR法所使用的催化劑有三種型式：平板式、蜂窩式、波紋式。平板式催化劑一般是以不銹鋼金屬網格為基材負載上含有活性成分的載體壓制而成；蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成分混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑外形如起伏的波紋，從而形成小孔，加工工藝是先制作玻璃纖維加固的TiO

基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成分能均勻吸附在基板上。無論是何種催化劑，其活性成分基本都為V

O

和WO

。

相對于燃煤鍋爐，中低熱值燃氣輪機余熱鍋爐的煙氣條件較好，煙氣比較清潔，因此催化劑的磨損問題無需考慮，且不存在堵灰問題，因而催化劑可選擇孔徑更小、比表面積更大的催化劑。一般而言，在相同條件下蜂窩式催化劑由于比表面積相對較大，因此使用的體積相對較小，也更節省空間。

當研發支出信息披露越完善時，資本市場規范性越高，證券市場投資環境也得到改善，同時也促進提高股票、期貨等市場投資人員的專業素養。

2.2 還原劑的選擇

SCR技術原理為：在催化劑作用下，向溫度約280～420℃的煙氣中噴入還原劑NH

，將NO

還原成N

和H

O。燃氣輪機排出的煙氣在SCR反應器前的煙道內與噴入的NH

混合，之后混合氣體進入裝有催化劑的反應器，在催化劑作用下發生如上述介紹的反應，脫除NO

后的煙氣從煙囪排出。主要反應如下：

某供電公司在對一座500 kV變電站500 kV HGIS的5061斷路器I母側電流互感器A相二次絕緣進行檢查時，發現該電流互感器對地、各互感器線圈之間絕緣為0(交接試驗規程要求二次絕緣不低于1000 MΩ) [5]。打開外殼后發現內部有積水，電流互感器線圈受潮、互感器艙室內部發霉嚴重，如圖1所示。

氨水液體擴散范圍較無水氨小，濃度范圍較易控制。但有強烈的刺激性氣味，因是液體不需壓力容器儲存，較無水氨相對安全。但是接觸限值（溢出的氨濃度），不管來自無水氨或氨水，對人體影響是相同的。

氨水制氨用作SCR煙氣脫硝系統國內應用較少，主要由于氨水采購濃度僅為25%，脫硝系統使用量大，運輸成本較高，且由于煙氣脫硝為氣氨，所以，加熱汽化能耗大，運行成本在三者中最高。并且與液氨一樣，同樣存在安全隱患。

尿素是由液氨制造的農用肥料，需要將其轉回到氨，再用于SCR系統。在小型、中型和大型SCR裝置上已有不少尿素轉換為氨的系統成功地投入運行，證明這是一種可行的選擇。用尿素作為化學原料，完全避免了氨的運輸和大宗貯存所引發的風險。由于尿素的氨當量約為56%，且其能夠很容易就近購買到，可以用火車或汽車運輸，運輸和儲存不需要特別的安全措施，因此，尿素被認為是安全的脫硝還原劑。

表1中的k0是能量為2.1 ev的平面波在εⅢ=10的環境中的波矢大小，為表述方便，表中僅列出了10位有效數字，在實際計算時，我們選取了200位有效數字.將表1中各階的β和系數代回(4)～(6)式，可得相應的SPP場量.

3 結語

1）降低中低熱值燃氣輪機NO

的措施與普通天然氣燃氣輪機的降NO

措施相似。可以通過適當降低燃燒溫度、燃料與空氣的預混合、加入惰性稀釋劑和安裝尾部煙氣脫硝裝置實現NO

排放濃度小于10 mg/m

。

2）燃氣輪機回注N

燃燒，燃氣輪機出口NO

排放濃度高于回注蒸汽，但余熱鍋爐尾部的脫硝系統效率可達85%～90%，因此，煙氣NO

排放設計值約為8 mg/m

，滿足超凈排放限值要求。然而選擇何種惰性稀釋劑需要根據實際項目的經濟性評價最終確定。

我把照片拿給老太太，老太太看了好半天，哆哆嗦嗦把照片收了起來，然后眼含熱淚地問我：“他們不會在天上擺酒吧……份子錢可怎么收啊？”

3）以尿素作為脫硝還原劑，便于運輸儲存，成本較低。

4）催化劑可設置一層備用一層，既能滿足環保指標要求，又不影響燃氣輪機整體性能指標。當環保政策進一步嚴格時，可增設第二層催化劑，進一步提升脫硝效率，降低NO

排放濃度，留出政策空間。

［1］Hasegawa T.，Hisamatsu T.，Katsuki Y.，Sato M.，Koizumi H.，Hayashi A.，Kobayashi N..Development of Low NO

Combustion Technology in Medium-Btu Fueled 1 300°C-Class Gas Turbine Combustor in an Integrated Coal Gasification Combined Cycle［J］.Journal of Engineering for Gas Turbines and Power，2003，125（1）.

［2］張晉平.循環流化床鍋爐氮氧化物排放的分析與控制［J］.電工技術，2020（16）:121-122+146.

［3］段元強，洪溥，仇興雷，段倫博.增壓富氧氣氛下NO

均相生成及SNCR反應機理研究［J］.中南大學學報（自然科學版），2021，52（1）:96-105.

［4］謝青華.降低燃氣輪機NO

排放量的若干措施［J］.福建電力與電工，2001（2）:32-33.

［5］吳鵬，周錦暉，莊柯，王圣，張亞平，滕玉婷.燃氣輪機脫硝技術現狀及發展趨勢［J］.環境工程，2019，37（1）:103-105+181.

［6］何磊.IGCC電站中NO

排放控制的研究［J］.能源與節能，2014（8）:115-116+119.

［7］宋石磊，王紹博，文子強，許冬亮，賈東升.IGCC電站配套空分選型探討［J］.低溫與特氣，2019，37（6）:28-31.

［8］郭麗穎，朱林，侯健，王霂晗.燃氣輪機NO

控制技術及催化劑應用的現狀與展望［J］.電力科技與環保，2019，35（1）:13-15.