E級(jí)燃機(jī)污染物排放計(jì)算

任顯龍，卜一凡

（1.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046；2.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

E級(jí)燃機(jī)污染物排放計(jì)算

任顯龍1，卜一凡2

（1.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046；2.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

采用以經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的適用于工程項(xiàng)目計(jì)算的E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放計(jì)算軟件對(duì)污染物排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并作為項(xiàng)目保證參數(shù)。

E級(jí)燃機(jī)；污染物排放；計(jì)算

燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙浇M成，壓氣機(jī)將空氣壓縮，提高空氣的壓力，高壓空氣與燃料在燃燒室中燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾臒崮?，燃?xì)庠谕钙街凶龉?。燃?xì)廨啓C(jī)的工作介質(zhì)溫度高達(dá)1 300℃，遠(yuǎn)高于以水蒸汽為介質(zhì)的汽輪機(jī)（600℃），因此燃?xì)廨啓C(jī)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。按照燃?xì)獾臏囟?，將燃?xì)廨啓C(jī)分為D、E、F、H級(jí)，目前發(fā)電用的重型燃機(jī)主要為E級(jí)和F級(jí)燃機(jī)，H級(jí)燃機(jī)是世界各大廠商正在研發(fā)和已經(jīng)初步投產(chǎn)并逐步改進(jìn)的新型更高效的燃?xì)廨啓C(jī)。F級(jí)燃機(jī)通常是指透平轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度在1 300℃左右的燃?xì)廨啓C(jī)，主要有 GE公司的 PG9351FA、西門(mén)子公司的V94.3A、三菱公司的M701F、阿爾斯通公司的GT26. E級(jí)燃機(jī)通常是指透平轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度在1 100℃左右的燃?xì)廨啓C(jī)，主要有GE公司的PG9171E、西門(mén)子公司的V94.2、三菱公司的M701D，阿爾斯通公司的GT13E2.本文建立了適用于E級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的排放物計(jì)算模型，可預(yù)測(cè)該等級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的污染物排放量，校驗(yàn)是否符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

1　排放物的分類及計(jì)算方法

近年來(lái)由于環(huán)境問(wèn)題日益顯著，對(duì)燃機(jī)排放的控制加強(qiáng)，各國(guó)學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)燃燒室污染排放激勵(lì)的研究日漸深入，污染物排放控制技術(shù)已成為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)燃燒室需要考慮的最重要的因素之一。燃?xì)廨啓C(jī)電廠的污染物主要包括NO、NO2、NOx、 CO、TSP、UHC、VOC、PM10等。在學(xué)術(shù)和產(chǎn)品初期預(yù)研過(guò)程中，鑒于燃燒室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和氣體流動(dòng)的不穩(wěn)定性，對(duì)污染物的排放控制方法主要為采用數(shù)值模擬進(jìn)行預(yù)測(cè)及做出相應(yīng)改進(jìn)調(diào)整。在工程應(yīng)用中，對(duì)于已投入生產(chǎn)的機(jī)組，出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的體現(xiàn)該機(jī)型的實(shí)際參數(shù)，因此主要采用經(jīng)驗(yàn)公式和試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合的方式進(jìn)行排放物含量預(yù)測(cè)，采用這種方法計(jì)算更便捷準(zhǔn)確。經(jīng)驗(yàn)公式是通過(guò)對(duì)所試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分類、歸納、總結(jié)，進(jìn)而得到適用于該機(jī)型的排放計(jì)算公式。

2　工程項(xiàng)目計(jì)算算例

E級(jí)燃機(jī)排放物計(jì)算軟件可進(jìn)行最多三種燃料的混合預(yù)測(cè)計(jì)算，如果是混合燃料計(jì)算，將各燃料組分及各組分比例輸入，軟件核算修正組分。燃機(jī)總體熱平衡計(jì)算之后，將計(jì)算得到的燃機(jī)排氣參數(shù)及NOx排放要求、參考含氧量、燃機(jī)負(fù)荷、煙囪直徑、大氣壓力、S的轉(zhuǎn)化率、各排放成分在15%含氧量下的基準(zhǔn)參數(shù)等輸入軟件中，進(jìn)而求得該工況下的所有排放物的計(jì)算結(jié)果。

本文以某型E級(jí)燃機(jī)為研究對(duì)象，分析其排放物成分及標(biāo)準(zhǔn)，本工程采用經(jīng)凈化后的管道天然氣，其硫含量低，不含塵。本項(xiàng)目無(wú)需采取脫硫、除塵設(shè)施。每臺(tái)余熱鍋爐通過(guò)1座高30 m的煙囪排放煙氣，粉塵排放可以達(dá)標(biāo)。項(xiàng)目算例燃料采用西氣東輸一線供應(yīng)天然氣作為單一燃料，其主要組分如表1所列。燃機(jī)熱平衡計(jì)算排氣參數(shù)如表2所列，排放計(jì)算結(jié)果如表3所列。

表1　燃料組分

表2　燃機(jī)排氣參數(shù)

表3　設(shè)計(jì)點(diǎn)排放參數(shù)

一般的，在工程項(xiàng)目中燃用天然氣燃料時(shí)，在75%～100%負(fù)荷條件下，NOx≤30 mg/m3（15%O2含量，至少應(yīng)滿足NOx≤50 mg/m3，此項(xiàng)目一般作為罰款項(xiàng)目）；CO≤30 mg/m3（15%O2含量）；VOC＜6 ppmvd（15%O2含量）。在50%負(fù)荷以下，計(jì)算結(jié)果僅供參考，不作為保證項(xiàng)目。

3　結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)在近些年來(lái)的空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，環(huán)境問(wèn)題引起了各方的重視，西氣東輸工程解決了燃料方面的匱乏，燃?xì)廨啓C(jī)作為一種清潔能源機(jī)組，未來(lái)的時(shí)期內(nèi)會(huì)廣泛應(yīng)用。燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠的招標(biāo)過(guò)程中，排放物的保證值都是作為保證項(xiàng)目的，預(yù)測(cè)軟件在投標(biāo)計(jì)算及設(shè)計(jì)計(jì)算中意義重大。由于NOx的排放量與燃燒室主燃燒區(qū)的溫度存在一定的關(guān)系，因此在燃?xì)廨啓C(jī)前期設(shè)計(jì)中，可通過(guò)CDF軟件模擬計(jì)算，通過(guò)模擬主燃區(qū)溫度進(jìn)而控制NOX的生成量。

The Emission Calculation of E-Class Gas Turbine

REN Xian-long1，BU Yi-fan2
（1.Harbin Boiler Works Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150046，China；2.Harbin steam turbine works Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150046，China）

A pollutant emissions analyzing software for e-class gas turbine was set up to predict emission values by using a combination of empirical formulas and experimental data.It is applicable to the project calculation and the results could be the guarantee parameters.

e-class gas turbine；emission；computing

X831

A

1672-545X（2016）07-0074-02

2016-04-29

任顯龍（1983-），男，黑龍江哈爾濱人，工學(xué)碩士，工程師，從事新能源的研究開(kāi)發(fā)和海水淡化項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作。