燃?xì)廨啓C(jī)煙囪冒“黃煙”原因分析及解決對(duì)策

王衛(wèi)群，華偉，孫虹

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京 211102)

燃?xì)廨啓C(jī)煙囪冒“黃煙”原因分析及解決對(duì)策

王衛(wèi)群，華偉，孫虹

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京 211102)

燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)初始階段和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙囪都會(huì)出現(xiàn)不同程度的冒“黃煙”現(xiàn)象，在白天給人的視覺(jué)效果差，容易給燃機(jī)發(fā)電廠帶來(lái)負(fù)面影響。通過(guò)對(duì)燃機(jī)啟動(dòng)階段排放煙氣成分的測(cè)量，分析得出煙囪冒黃煙現(xiàn)象主要是煙氣中NO2引起的，為電廠運(yùn)行調(diào)試人員提供調(diào)整燃燒控制方式的依據(jù)，提出了降低NOx排放的建議。

燃?xì)廨啓C(jī);NOx;燃燒方式;煙氣分析儀

0 引言

燃?xì)獍l(fā)電具有能源轉(zhuǎn)換效率高、污染物排放少、啟停迅速、運(yùn)行靈活等特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)天然氣資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，國(guó)家“西氣東輸”、近海天然氣開(kāi)發(fā)和引進(jìn)國(guó)外液化天然氣等工作全面展開(kāi)，燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量不斷增加，我國(guó)燃?xì)獍l(fā)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排、緩解電力供需矛盾、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用。截止2013年底，江蘇省已并網(wǎng)發(fā)電的大中型燃?xì)鈾C(jī)組共24臺(tái)，其中9F級(jí)機(jī)組共8臺(tái)，9E級(jí)機(jī)組共16臺(tái)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)NOx排放都能能滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，但部分機(jī)組出現(xiàn)煙囪冒黃煙現(xiàn)象，以前機(jī)組只會(huì)在啟動(dòng)初期出現(xiàn)煙囪冒“黃煙”的現(xiàn)象。某天然氣發(fā)電廠共4臺(tái)燃機(jī)，煙囪均出現(xiàn)不同程度的冒黃煙現(xiàn)象，附近居民多次向該地環(huán)保局投訴，電廠短時(shí)間內(nèi)也沒(méi)有找到相應(yīng)的解決辦法，于是委托我們對(duì)該廠7號(hào)燃機(jī)排放煙氣成分進(jìn)行了測(cè)試，并提出相應(yīng)的建議和解決措施。

1 燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備概況

1.1 設(shè)備概況

7號(hào)機(jī)組由東方汽輪機(jī)公司引進(jìn)日本三菱燃機(jī)技術(shù)生產(chǎn)的9E級(jí)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，采用分軸布置，燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)分別配有發(fā)電機(jī)。在標(biāo)況純凝工況下100%負(fù)荷聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的出力為220.1MW，熱耗率為7212 kJ/(kW·h);燃機(jī)100%負(fù)荷的額定抽汽供熱工況下，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組出力為216.48MW，熱耗率為6184 kJ/(kW·h)。

燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為M701DA，它由19級(jí)的壓氣機(jī)、18個(gè)預(yù)混式低NOx燃燒器和4級(jí)透平組成，燃燒室為環(huán)管型布置，由8個(gè)主噴嘴和1個(gè)位于中心部位的值班噴嘴組成。

燃機(jī)排氣成分主要包括以下:O2為13.71%，NO2為3.238%，H2O為7.587%，N2為74.56%，Ar為0.898%。

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

天然氣主要成分分析見(jiàn)表1。燃?xì)廨啓C(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 天然氣主要成分分析

表2 燃?xì)廨啓C(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 煙氣成分測(cè)試結(jié)果與分析

測(cè)點(diǎn)位于煙囪40m測(cè)試平臺(tái)位置，測(cè)試儀器為傅里葉紅外煙氣分析儀，從燃機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)開(kāi)始測(cè)量，直到燃機(jī)升至133MW，對(duì)排放煙氣中NO、NO2、CO、O2等成分進(jìn)行連續(xù)測(cè)量并記錄。并同時(shí)觀察煙囪排放氣體顏色的，并詳細(xì)記錄下來(lái)。

從測(cè)試的數(shù)據(jù)可以看出:隨著機(jī)組負(fù)荷的上升，排放煙氣中NO的濃度逐漸上升，同時(shí)NO2的濃度逐漸下降;在機(jī)組啟動(dòng)初期，負(fù)荷從35.6MW升至60MW期間，NO2濃度遠(yuǎn)高于NO濃度，此時(shí)觀測(cè)煙囪，排放煙氣顏色為黃色;負(fù)荷從70.7MW升至110MW期間，NO濃度升高較快，NO2濃度逐漸降低，此時(shí)觀測(cè)煙囪，排放煙氣顏色為淡黃色(比啟動(dòng)初期明顯變淡);負(fù)荷從110MW升至120MW期間，NO2濃度在8μL/L～11μL/L，觀測(cè)煙囪，排放煙氣為輕微黃色，時(shí)有時(shí)無(wú)，只有仔細(xì)看才能看出顏色;負(fù)荷升至120MW以上，觀測(cè)煙囪煙氣顏色，用肉眼幾乎觀察不到顏色，煙氣為無(wú)色，此時(shí)NO2濃度＜10μL/L。第二天機(jī)組再次啟動(dòng)，機(jī)組負(fù)荷升至133MW左右，重復(fù)以上的測(cè)量和觀測(cè)，得到的結(jié)果基本一致，在NO2＜10μL/L左右時(shí)，煙囪煙氣用肉眼觀察不到顏色。

從測(cè)試的數(shù)據(jù)和煙囪觀測(cè)的結(jié)果綜合分析得出:煙囪冒黃煙顏色從深到淺，再到無(wú)，和NO2濃度逐漸減低保持一致性，可以確認(rèn)是煙氣冒黃煙是有NO2引起的，能用肉眼觀測(cè)的濃度為10μL/L左右，由于NO2氣體呈紅棕色，稀釋后呈黃褐色，這就是為什么在機(jī)組啟動(dòng)初期，我們觀測(cè)到煙囪上冒“黃煙”的緣故［1－2］。

表3 煙氣成分測(cè)試結(jié)果

3 原因分析

燃?xì)廨啓C(jī)排放煙氣中NOx有兩個(gè)來(lái)源［3］:第一種為熱力型NOx，天然氣在燃燒室燃燒的過(guò)程中，空氣中的 N2會(huì)在溫度高于1500℃的區(qū)域生成NOx，而且隨著溫度的升高，NOx生成量急劇升高;第二種為燃料型NOx，燃料中的含氮化合物燃燒產(chǎn)生的NOx。由于天然氣中的含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)可忽略不計(jì)，因此燃料型NOx產(chǎn)生量很少，熱力型NOx為燃?xì)廨啓C(jī)排放煙氣中NOx的主要來(lái)源。

三菱M701DA型燃?xì)廨啓C(jī)采用的是環(huán)管式貧燃料預(yù)混多噴嘴干式低氮燃燒器［4－8］，燃燒器中央是一個(gè)擴(kuò)散燃燒的值班噴嘴，周圍分布著8個(gè)貧燃料預(yù)混燃燒的主噴嘴。在機(jī)組啟動(dòng)初期，為防止火焰熄滅，值班噴嘴擴(kuò)散燃燒的燃料多，主噴嘴燃料少，采用擴(kuò)散燃燒方式，燃燒穩(wěn)定，火焰面溫度高，此時(shí)燃燒產(chǎn)物中NOx較多，且NO2含量較大。

隨著負(fù)荷的上升，機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)減少值班噴嘴的燃料量，增加主噴嘴的燃料量，從而增加預(yù)混燃燒的比重，采用均相預(yù)混合的湍流火焰?zhèn)鞑ト紵绞剑瑢⑷剂吓c空氣預(yù)先混合成為均相的、稀釋的混合物，并實(shí)時(shí)控制其摻混比，使火焰面溫度始終低于熱力型NOx生成的溫度，從而有效的降低了NOx的排放量，并且使NO2含量逐漸減少，排出的煙氣顏色也越來(lái)越淡，當(dāng)負(fù)荷升至60% 左右時(shí)，肉眼就看不出煙氣的顏色了。

當(dāng)燃機(jī)啟動(dòng)后正常運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)調(diào)度要求其低負(fù)荷運(yùn)行或當(dāng)氣源供氣量不足時(shí)，機(jī)組負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間低于60%額定負(fù)荷運(yùn)行，燃燒器主要采用擴(kuò)散燃燒控制方式為主，來(lái)防止火焰熄滅。從測(cè)試的數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于額定負(fù)荷的60%時(shí)，煙氣中NOx的濃度高于10μL/L，觀測(cè)到煙囪冒黃煙。該廠由于氣源供氣減少，為了維持4臺(tái)燃機(jī)的正常運(yùn)行，機(jī)組均不能高負(fù)荷運(yùn)行，甚至長(zhǎng)期低于60%額定負(fù)荷，就出現(xiàn)4臺(tái)燃機(jī)的煙囪均冒黃煙的現(xiàn)象，雖然燃?xì)廨啓C(jī)排放NOx濃度滿足目前的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但是白天給人視覺(jué)效果差，從而引起周圍居民的注意，認(rèn)為該廠“偷排”廢氣，于是向當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門多次投訴。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)由于燃機(jī)的特性，在啟動(dòng)初期排放NOx濃度高，這一現(xiàn)象無(wú)法避免，白天點(diǎn)火啟機(jī)給人的視覺(jué)感受不好，建議電廠在條件允許情況下夜間或凌晨點(diǎn)火啟機(jī)，能有效的緩解煙囪冒黃煙造成的負(fù)面影響。如果在白天點(diǎn)火啟機(jī)，燃機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中盡量縮短從啟動(dòng)到60%額定負(fù)荷的時(shí)間，從而減少煙囪冒黃煙的時(shí)間。

(2)從環(huán)保角度考慮，隨著新版污染物排放標(biāo)準(zhǔn)即將實(shí)施，NOx的排放濃度限值更低，對(duì)天然氣發(fā)電廠提出更高的要求，就必須對(duì)現(xiàn)有的燃燒器進(jìn)行技術(shù)改造，采用最新的低氮燃燒控制技術(shù)［8－9］，或者加裝SCR脫硝系統(tǒng)，來(lái)有效的降低NOx的排放量，把NO2的濃度控制在10μL/L以下，給人良好的視覺(jué)感受，即滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，又不會(huì)造成環(huán)境敏感問(wèn)題。

(3)由于江蘇省內(nèi)燃機(jī)規(guī)模不斷增加，天然氣供應(yīng)量不足，天然氣供應(yīng)企業(yè)、電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、燃?xì)獍l(fā)電企業(yè)三者之間矛盾較多，存在不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，時(shí)常出現(xiàn)需要調(diào)峰發(fā)電時(shí)而供氣量不足，導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組不能高負(fù)荷運(yùn)行，從而造成一系列的環(huán)境問(wèn)題。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是協(xié)調(diào)電力調(diào)度和供氣企業(yè)之間的關(guān)系，保證發(fā)電企業(yè)在調(diào)峰發(fā)電時(shí)有充足的氣源供應(yīng)，為燃機(jī)的穩(wěn)定、高效、低氮運(yùn)行提供有力的支持。

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The causes and solutions of gas turbine chimney emission yellow smoke

when gas turbine start－up phase and low－load operation，the chimney w ill have varying degrees of em ission ye llow smoke，in the daytim e visualeffect is poor，likely to resu lt a negative im pact on gas turbine power plants.By measuring the composition of flue gas，when gas turbine in start－up phase and low－load operation，analysis reveals that this phenomenon is mainly caused by the NO2in flue gas.It provides the basis of adjustment of combustion for power plant operating personnel，and present the proposal to reduce NOxem issions.Key words:gas turbine;NOx;combustion;flue gas analysis

X701

:B

:1674－8069(2016)01－033－03

2015-09-25;

:2015-11-07

王衛(wèi)群(1984-)，男，湖北孝感人，工程師，主要從事火力發(fā)電廠電除塵器性能試驗(yàn)、脫硫脫硝性能試驗(yàn)方面工作和研究。E－mail:wangweiqun201@126.com