文_李玉剛 舒喜 楊愛(ài)勇 劉志坦 國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院有限公司

燃?xì)廨啓C(jī)由于存在擴(kuò)散和預(yù)混兩種燃燒模式，擴(kuò)散模式下氮氧化物排放濃度較高，NOx 排放難以覆蓋運(yùn)行全過(guò)程。因此，低負(fù)荷階段燃?xì)廨啓C(jī)排放超標(biāo)以及負(fù)荷豁免問(wèn)題成了制定燃?xì)廨啓C(jī)全過(guò)程氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)必須考慮的問(wèn)題。

本文重點(diǎn)研究燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)與SCR 脫硝技術(shù)，并研究機(jī)組的啟動(dòng)方式對(duì)豁免負(fù)荷及其持續(xù)時(shí)間的影響。最后基于以上研究?jī)?nèi)容，為豁免負(fù)荷的確定提出合理可行的意見(jiàn)和建議。

1 燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)對(duì)豁免負(fù)荷的影響

目前國(guó)內(nèi)主流燃?xì)廨啓C(jī)有美國(guó)GE、日本三菱以及德國(guó)西門子。本文主要以GE 公司為例介紹燃機(jī)啟動(dòng)階段排放規(guī)律。

GE 燃?xì)廨啓C(jī)DLN1.0+和DLN1.0，兩種燃燒器的燃燒運(yùn)行模式相同，區(qū)別在于穩(wěn)定負(fù)荷段DLN1.0+氮氧化物排放濃度更低。兩種燃燒器的運(yùn)行模式是：從點(diǎn)火到50%負(fù)荷階段，燃料全部進(jìn)行擴(kuò)散燃燒；從50%～80%負(fù)荷為貧-貧模式，30%燃料進(jìn)行部分預(yù)混燃燒，70%燃料進(jìn)行擴(kuò)散燃燒。因此，在80%負(fù)荷以下時(shí)NOx 排放濃度較高，難以達(dá)到排放要求。

GE 燃?xì)廨啓C(jī)DLN2.6 燃燒器，運(yùn)行模式有別于DLN1.0+和DLN1.0，其采用全預(yù)混燃燒模式。在50%負(fù)荷左右，為達(dá)到基本負(fù)荷燃機(jī)切換燃燒模式，PM1 開(kāi)度減小，而PM1 的當(dāng)量比相對(duì)較高，起到穩(wěn)焰作用，因此PM1 減小將使氮氧化物濃度降低，如圖1 所示。

圖1 GE 燃?xì)廨啓C(jī)DLN2.6 燃燒器NOx 排放隨負(fù)荷變化的關(guān)系圖

GE 燃?xì)廨啓C(jī)DLN2.6+燃燒器每個(gè)燃燒室配置了4 種燃料噴嘴。在30%負(fù)荷左右，機(jī)組進(jìn)入亞預(yù)混燃燒模式，D5 擴(kuò)散噴嘴全部關(guān)閉，因此氮氧化物濃度大為降低，達(dá)到環(huán)保排放要求。GE 公司典型機(jī)型的保證排放的最低負(fù)荷匯總?cè)绫? 所示，其它主流燃機(jī)的燃燒模式與氮氧化物排放也有密切聯(lián)系。

表1 GE公司燃機(jī)保證排放的最低負(fù)荷情況

2 SCR脫硝技術(shù)對(duì)豁免負(fù)荷的影響

目前，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐SCR 脫硝技術(shù)是通過(guò)向余熱鍋爐煙道中噴入還原劑NH3，將煙氣中的NOX轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?，NO 與NO2的反應(yīng)比例不同，而還原單位摩爾的NO2需要的氨水更多。

本文通過(guò)對(duì)三菱M701F4 機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)余熱鍋爐煙囪內(nèi)污染物排放測(cè)試獲得3 次啟動(dòng)階段相關(guān)排放數(shù)據(jù)，如圖2 所示。在啟動(dòng)階段的30%和50%負(fù)荷左右，二氧化氮占總氮的比例最高可達(dá)75%。同時(shí)，其它主機(jī)廠家以及機(jī)型在啟動(dòng)階段也具有類似排放規(guī)律。

圖2 三菱M701F4 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)二氧化氮占總氮的比例

目前在設(shè)計(jì)常規(guī)燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)時(shí)，一般將二氧化氮占比設(shè)定為5%。而燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)階段二氧化氮占比波動(dòng)較大，特別是30%～50%負(fù)荷階段。而現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組脫硝系統(tǒng)均參照燃煤機(jī)組設(shè)計(jì)，以致燃機(jī)脫硝系統(tǒng)難以針對(duì)一氧化氮與二氧化氮實(shí)際濃度比進(jìn)行精準(zhǔn)噴氨，因此在啟動(dòng)階段難以滿足氮氧化物的達(dá)標(biāo)排放要求。

3 啟動(dòng)方式對(duì)豁免時(shí)段的影響

一般來(lái)說(shuō)，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟機(jī)分為冷啟、溫啟、熱啟。本文在對(duì)北京、天津等地固定式燃?xì)廨啓C(jī)一年內(nèi)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取并分析得出如下結(jié)論：

①一般燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組投入AGC（自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)）之前的最低負(fù)荷規(guī)定為50 %負(fù)荷及以上，如表2 所示。

②燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)高于熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間，為降低燃?xì)鈾C(jī)組啟動(dòng)階段氮氧化物排放的總量，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組一般盡量采用熱態(tài)啟動(dòng)方式。

表2 機(jī)組啟停時(shí)間

4 結(jié)語(yǔ)

由于影響燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組氮氧化物排放的豁免負(fù)荷因素較多，為了能夠科學(xué)合理地制定豁免負(fù)荷及豁免時(shí)段相關(guān)要求或標(biāo)準(zhǔn)，本文提出如下意見(jiàn)和建議：

①不同廠家和型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)保證環(huán)保排放的最低負(fù)荷率存在較大差異，因此制定相關(guān)要求需對(duì)機(jī)組區(qū)別對(duì)待，需重點(diǎn)分析技術(shù)適用性和經(jīng)濟(jì)可行性，不應(yīng)將豁免負(fù)荷定的過(guò)低。

②由于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)階段一氧化氮與二氧化氮濃度比波動(dòng)劇烈，因此建議制定相關(guān)排放要求時(shí)應(yīng)考慮啟動(dòng)階段利用脫硝系統(tǒng)降氮的技術(shù)難度。

③燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組啟動(dòng)方式對(duì)啟動(dòng)時(shí)間有較大影響，因此制定相關(guān)排放要求時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮啟動(dòng)方式對(duì)豁免負(fù)荷與時(shí)段的影響。