CN110285446A - 一种控制燃气轮机氮氧化物排放的方法 - Google Patents
一种控制燃气轮机氮氧化物排放的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种控制燃气轮机氮氧化物排放的方法,包括步骤:1)NOx排放>48mg/m3时,三个进气口的加湿装置全部投运;2)当42mg/m3<NOx排放<45mg/m3时,投运两个进气口的加湿装置,并轮流切换另外一个进气口,确保有一个进气口处于干燥和再生过程;3)当相对环境湿度<40%时,且NOx排放<50mg/m3,投运两个进气口的加湿装置,并轮流切换另外一个进气口,确保有一个进气口处于干燥和再生过程。本发明的有益效果是:在燃气轮机的压气机进气小室外增加一套雾化加湿装置,通过设置逻辑条件,使得当触发装置投运条件时,雾化加湿装置启动,增压泵将满足要求的水通过雾化喷嘴雾化后喷出,增加进气湿度,降低燃机烟气氮氧化物的排放。
Description
技术领域
本发明涉及控制排放的方法,更具体地说,它涉及一种控制燃气轮机氮氧化物排放的方 法。
背景技术
燃气轮机及其联合循环常采用天然气作为燃料,具有能源转换效率高、污染物排放少、 启停迅速、运行灵活等特点。现有国家标准《火电厂大气污染物排放标准》规定,大型燃气 轮机烟气中的氮氧化物(NOx)最高排放限值为50mg/m3。
燃气轮机排放烟气中的氮氧化物,主要有两个来源:一种为热力型氮氧化物,另一种为 燃料型氮氧化物。由于天然气中氮成份含量极低,因此燃料型氮氧化物可忽略不计。天然气 在燃烧室燃烧过程中,烟气中氮氧化物生成量与燃烧温度、空燃比和燃烧停留时间等因素有 关。
燃气轮机正常工作时,天然气总流量包括预混燃气流量和值班燃气流量两部分。在燃气 —蒸汽联合循环区,值班燃气流量基本恒定,处于扩散燃烧低值工况,生产负荷是通过调节 预混天然气流量来实现调节的。由于预混燃烧是将天然气与助燃空气先混合成均匀的可燃气 体后再喷到燃烧室内燃烧,火焰产物温度均匀,温度值一般低于大量氮氧化物生成的临界温 度。因此,氮氧化物生成量与天然气流量的增加成正相关,即一般机组负荷越高,氮氧化物 排放量越大。
燃气轮机机组正常运行过程中,氮氧化物一般不会超过排放限值,但是部分情况下,氮 氧化物排放量并不稳定,数值变化较大,甚至会出现超标情况。在环保压力越来越大的今天, 污染物排放超标将直接影响机组的安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种控制燃气轮机氮氧化物排放的方法。
控制燃气轮机氮氧化物排放的方法,压气机具有进气小室,进气小室具有三个进气口, 三个进气口上分别设有加湿装置,其特征在于,包括如下步骤:
1)NOx排放>48mg/m3时,三个进气口的加湿装置全部投运;
2)当42mg/m3<NOx排放<45mg/m3时,投运两个进气口的加湿装置,并轮流切换另外 一个进气口,确保有一个进气口处于干燥和再生过程;
3)当相对环境湿度<40%时,且NOx排放<50mg/m3,投运两个进气口的加湿装置,并 轮流切换另外一个进气口,确保有一个进气口处于干燥和再生过程;
4)当相对环境湿度<20%时,且NOx排放<50mg/m3,三个进气口的加湿装置全部投运。
作为优选:加湿装置包括:增压泵、连接管道和雾化喷嘴,所述增压泵通过连接管道连接 雾化喷嘴,所述雾化喷嘴安装在进气小室的防雨罩外侧。
本发明的有益效果是:在燃气轮机的压气机进气小室外增加一套雾化加湿装置,通过设 置逻辑条件,使得当触发装置投运条件时,雾化加湿装置启动,增压泵将满足要求的水通过 雾化喷嘴雾化后喷出,增加进气湿度,降低燃机烟气氮氧化物的排放。
附图说明
图1:雾化加湿装置立体图;
图2:雾化加湿装置正视图;
图3:雾化喷嘴安装方向示意图;
图4:实施例图表;
附图标记说明:增压泵1、连接管道2、雾化喷嘴3、进气口4、进气小室5、防雨罩6。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。 应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对 本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明针对机组稳定运行期间氮氧化物变化较大这一现象进行分析,通过长时间的跟踪 观察差、表计比对及数据分析,指出天然气组分、大气湿度等对燃气轮机的氮氧化物排放量 有很大影响。
1.天然气组成的影响
天然气主要由甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等饱和烃气体,以及极少量的高碳分子 CnH2n+2和CmHn气体混合组成,具体成分因产地而异。对于燃气轮机而言,当燃气成分含量发生 变化,将导致燃气热值发生变化。在相同的负荷下进入燃机的燃料量将发生变化;同时各种 燃料成分完全燃烧所需的空气量也有所区别,燃气成分的变化会导致过量空气系数发生改变, 从而产生的氮氧化物也会发生相应的变化。负荷相同的情况下,天然气热值上升,氮氧化物 排放量也会上升;反之,天然气热值下降,烟气中氮氧化物排放量也会下降。
以某机组实际运行数据为例,在330MW负荷运行条件下,环境湿度、环境温度基本保持 稳定,但天然气热值从36.2MJ/Nm3上升到37.5MJ/Nm3,对应的NOx排放量从30.8mg/m3上 升到43.9mg/m3。因此可以判断,当天然气组分出现大幅度变化时,对NOx排放量存在影响。
部分燃气轮机所在电厂天然气管网中,天然气来源较多,机组运行中天然气组成的变化 不可避免面。比如某电厂天然气最低热值为36.2MJ/Nm3,最高热值可达到39.92MJ/Nm3,变化 幅度达10.3%。
NO的摩尔浓度场峰值随天然气的热值变化表
2.大气湿度的影响
部分燃气轮机如西门子9E燃气轮机及以燃油为原料的燃气轮机,往往会采取往燃烧室注 水或蒸汽的方式来降低扩散火焰的温度,减少热力型氮氧化物的产生。与此同时,水蒸汽的 产生降低了CH根的浓度,抑制了快速型一氧化氮的生产,达到降低氮氧化物的目的。部分燃 气轮机如西门子9F燃气轮机,以天然气为燃料,配置了干式低氮氧化物混合型燃烧器,取消 了往燃烧室注水的方式。该种燃气轮机运行工况下,参与燃烧的水含量取决于空气的湿度。
空气中水蒸汽含量对氮氧化物生成的抑制作用,这可以通过相应的运行数据判断得出。 以某9F燃气轮机为例,在350MW负荷下运行时,天然气热值基本稳定,当环境湿度从76%下 降到52%时,对应的氮氧化物排放量从33.1mg/m3上升到39.0mg/m3。
虽然空气湿度和天然气组成的变化,导致机组氮氧化物变化流量相对整体氮氧化物排放 量占比较小,但是由于燃气轮机机组的氮氧化物排放限值为50mg/m3以内,因此这一部分氮氧 化物的产生,很容易导致机组排放超标。
数值模拟结果
NO的摩尔浓度场峰值随天然气的湿度变化
控制策略
一种降低燃机烟气氮氧化物排放的雾化加湿装置,通过雾化喷水后增加压气机进气湿度, 抑制燃烧室内氮氧化物的生成,从而降低燃机烟气氮氧化物的排放。
要求:加装湿度计及烟气排放中监测氮氧化物排放指标。
加湿装置投入及退出控制策略:
1.当环境温度低于5℃时,机室温度低于8℃时,禁止投运加湿装置。
2.加湿装置投运目的是控制NOx排放,防止排放超标。
3.加湿装置投入及退出策略:
1)NOx排放>48mg/m3时,,三个进气口4的加湿装置全部投运。
2)当42mg/m3<NOx排放<45mg/m3时,投运两个进气口4的加湿装置,并轮流切换另外一个进气口4,确保有一个进气口4处于干燥和再生过程。
3)当相对环境湿度<40%时,且NOx排放<50mg/m3,投运两个进气口4的加湿装置, 并轮流切换另外一个进气口4,确保有一个进气口4处于干燥和再生过程,可提高机组性能。
4)当相对环境湿度<20%时,且NOx排放<50mg/m3,,三个进气口4的加湿装置全部投 运,以提高机组性能。
4.增高压雾化水泵开启前,先对整个系统进行充水放气,开启水箱顶部放气阀,三面雾 化喷嘴均能连续出水,排净管路内空气,确保雾化泵启动后快速起压,以免雾化泵变频器保 护动作。
5.超过一周时间的长时间停运后,首次投运加湿装置,应对管道进行冲洗,以免杂质堵 塞雾化喷嘴。
6.加湿装置长时间停运后,应当放尽存水,防止冬季模式下,管路结冰。
实例:
以萧山电厂#4燃机联合循环机组为例,2018年10月8日14:40,环境温度26℃,大气湿度35%左右,负荷290MW左右,烟气中NOx排放浓度达到45.31mg/m3,加湿装置投入运行。下表中数据为1分钟1个点的采集率,经过20分钟的运行,烟气中NOx排放浓度降至41.04mg/m3,下降了4.27mg/m3,下降比例为9.4%,效果明显。
2018年10月8日下午14:40左右雾化加湿装置投运后,参数变化。1分钟一个点进行记 录。具体数据表如下;
1 | 机组负荷 | MW | 290.29 | 286.67 | 289.03 | 297.97 | 295.03 | 292.55 | 283.83 | 282.30 |
2 | 燃机计算负荷 | MW | 200.10 | 197.11 | 197.64 | 206.53 | 205.88 | 201.88 | 194.46 | 189.93 |
3 | 汽机计算负荷 | MW | 90.26 | 91.16 | 90.92 | 90.69 | 89.69 | 90.44 | 91.12 | 91.53 |
4 | OTC温度 | ℃ | 582.02 | 582.18 | 581.62 | 580.90 | 581.33 | 581.29 | 582.37 | 582.85 |
5 | 压气机进口温度 | ℃ | 26.568 | 26.4237137 | 26.343 | 25.8761 | 25.6325 | 25.7816 | 25.7516 | 25.3699 |
6 | IGV开度 | % | 38.06 | 35.51 | 36.52 | 42.93 | 41.70 | 39.11 | 32.42 | 28.63 |
7 | 压气机出口压力 | MPa | 1.40 | 1.38 | 1.39 | 1.42 | 1.42 | 1.40 | 1.37 | 1.35 |
8 | 压气机出口温度 | ℃ | 404.55 | 403.12 | 401.91 | 401.24 | 400.56 | 399.89 | 399.22 | 398.54 |
9 | 燃机平均排烟温度 | ℃ | 597.71 | 598.12 | 597.58 | 597.03 | 596.85 | 596.73 | 596.95 | 597.47 |
10 | 余热锅炉进口烟气温度 | ℃ | 578.53 | 578.41 | 578.30 | 578.18 | 578.07 | 577.96 | 577.84 | 577.71 |
11 | 预混调节阀开度 | % | 32.15 | 32.22 | 32.33 | 32.78 | 32.58 | 32.36 | 31.81 | 31.77 |
12 | 值班调节阀开度 | % | 42.07 | 42.06 | 42.05 | 42.03 | 42.02 | 42.01 | 41.99 | 42.09 |
13 | 值班流量 | kg/s | 0.97 | 0.98 | 0.98 | 0.98 | 0.98 | 0.98 | 0.97 | 0.97 |
14 | 压气机滤网差压 | kPa | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 |
15 | 烟气NO | mg/m3 | 23.09 | 23.16 | 23.15 | 23.02 | 22.88 | 22.74 | 22.61 | 22.47 |
16 | 烟气NO2 | mg/m3 | 16.48 | 16.63 | 16.79 | 16.94 | 17.09 | 17.25 | 17.40 | 17.55 |
17 | 烟气O2 | mg/m3 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 |
18 | 烟气NOX折算值 | mg/m3 | 45.31 | 45.2210732 | 45.1319 | 45.0427 | 44.9535 | 44.8643 | 44.7751 | 44.6859 |
19 | 大气湿度 | % | 34.29 | 35.54 | 36.10 | 35.03 | 35.67 | 36.43 | 38.23 | 39.24 |
左接上表右侧
288.88 | 293.49 | 285.46 | 290.16 | 295.04 | 294.78 | 291.69 | 286.56 | 282.00 | 280.87 | 288.12 | 295.22 |
197.80 | 204.26 | 196.70 | 201.58 | 204.77 | 206.17 | 202.35 | 196.34 | 192.70 | 191.91 | 200.30 | 205.60 |
90.57 | 89.99 | 90.55 | 89.97 | 90.00 | 89.03 | 89.68 | 89.80 | 90.04 | 89.35 | 89.60 | 88.38 |
583.33 | 582.53 | 581.63 | 582.21 | 581.54 | 582.33 | 581.50 | 582.62 | 583.36 | 581.64 | 580.91 | 580.32 |
24.61 | 24.031 | 23.9615 | 23.887 | 23.7375 | 23.6095 | 23.9286 | 23.9419 | 23.4592 | 23.659 | 23.496 | 23.6585 |
35.08 | 39.38 | 34.06 | 37.38 | 40.50 | 40.98 | 38.65 | 32.82 | 28.84 | 29.47 | 35.87 | 40.40 |
1.38 | 1.40 | 1.37 | 1.39 | 1.42 | 1.42 | 1.40 | 1.38 | 1.35 | 1.36 | 1.39 | 1.41 |
398.12 | 398.45 | 398.79 | 399.13 | 399.46 | 399.80 | 399.22 | 398.22 | 397.22 | 397.07 | 397.17 | 397.28 |
597.10 | 596.61 | 596.05 | 595.42 | 595.34 | 595.26 | 595.19 | 595.11 | 595.03 | 594.95 | 594.88 | 594.80 |
577.54 | 577.36 | 577.19 | 577.02 | 576.84 | 576.69 | 576.54 | 576.39 | 576.24 | 576.09 | 575.94 | 575.84 |
32.20 | 32.34 | 32.27 | 32.21 | 32.66 | 32.60 | 32.44 | 31.99 | 31.69 | 31.82 | 32.24 | 32.56 |
42.22 | 42.20 | 42.17 | 42.15 | 42.12 | 42.10 | 42.07 | 42.05 | 42.02 | 41.99 | 42.25 | 42.22 |
0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 | 0.97 |
0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.31 | 0.30 | 0.30 | 0.30 |
21.93 | 20.98 | 20.03 | 19.39 | 19.35 | 19.30 | 19.25 | 19.20 | 19.16 | 19.00 | 18.43 | 17.85 |
17.71 | 17.86 | 18.01 | 18.17 | 18.33 | 18.49 | 18.65 | 18.81 | 18.97 | 19.13 | 19.29 | 19.45 |
13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 | 13.61 |
44.0971 | 43.3963 | 42.6955 | 42.1024 | 41.8991 | 41.6957 | 41.4924 | 41.2891 | 41.0857 | 41.0446 | 41.04 | 41.0353 |
39.77 | 40.12 | 40.11 | 41.21 | 41.80 | 41.80 | 42.32 | 42.81 | 42.81 | 43.23 | 43.23 | 43.23 |
如上表所示,环境温度是基于26℃左右,湿度基于35%左右的数据,假如环境温度更高, 湿度更小,那么效果还将更加明显。雾化装置投运后,显示压气机进口温度逐渐下降,总体 下降2.9℃。随着雾化装置的投运,NOx折算值逐渐下降,总体下降4.3mg/m3。
Claims (2)
1.一种控制燃气轮机氮氧化物排放的方法,压气机具有进气小室(5),进气小室(5)具有三个进气口(4),三个进气口(4)上分别设有加湿装置,其特征在于,包括如下步骤:
1)NOx排放>48mg/m3时,三个进气口(4)的加湿装置全部投运;
2)当42mg/m3<NOx排放<45mg/m3时,投运两个进气口(4)的加湿装置,并轮流切换另外一个进气口(4),确保有一个进气口(4)处于干燥和再生过程;
3)当相对环境湿度<40%时,且NOx排放<50mg/m3,投运两个进气口(4)的加湿装置,并轮流切换另外一个进气口(4),确保有一个进气口(4)处于干燥和再生过程;
4)当相对环境湿度<20%时,且NOx排放<50mg/m3,三个进气口(4)的加湿装置全部投运。
2.根据权利要求1所述的控制燃气轮机氮氧化物排放的方法,其特征在于,加湿装置包括:增压泵(1)、连接管道(2)和雾化喷嘴(3),所述增压泵(1)通过连接管道(2)连接雾化喷嘴(3),所述雾化喷嘴(2)安装在进气小室(5)的防雨罩(6)外侧。
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