CN117967450A - 一种实现氢混燃料燃气轮机低nox排放的方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，属于燃气轮机技术领域，克服现有技术中燃气轮机改燃氢混燃料时易出现回火现象，以及NOX排放较高的缺陷。本发明实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，在氢混燃料中加入稀释气体对氢混燃料进行稀释。本发明通过加入稀释气体降低氢混燃料燃烧火焰的温度和未燃烧碳氢化合物中O2的浓度，进而阻碍了NOX的生成，从而减小NOX的排放，同时降低回火风险。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法。
背景技术
燃气轮机作为动力和发电设备所表现出的优异性能和巨大的发展潜力，使其在发电市场得到了越来越广泛的应用。但当前燃气轮机普遍燃用天然气，这会释放大量的CO2导致温室效应。因此，可采用H2替代部分天然气来降低燃烧过程中CO2的排放总量。
目前，大型燃气轮机改燃氢混燃料一般采用干式低NOx(DLN)燃烧技术，以预混燃烧方式实现降低NOx排放。该方式的具体方法为，使空气和燃料在进入燃烧室之前充分混合均匀，由于预混燃烧与扩散燃烧相比能够降低火焰温度，因此无需注蒸气/喷水即可降低NOx，这是目前广泛应用的低NOx燃烧技术。
但预混燃烧器燃烧稳定范围狭窄，由于氢气火焰速度更高、点火延迟时间更短，因此，氢混燃料容易出现回火现象；氢混燃料虽然可以有效减少碳排放，但较高的绝热火焰温度还会增加NOx排放。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中燃气轮机改燃氢混燃料时易出现回火现象，以及NOX排放较高的缺陷，从而提供一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，在氢混燃料中加入稀释气体对氢混燃料进行稀释。
进一步的，所述稀释气体为氮气、二氧化碳或水蒸气。
进一步的，所述方法包括：
将空气通入燃烧室；
将氢混燃料和稀释气体混合得到混合气体，然后将混合气体通入燃烧室燃烧。
进一步的，所述氢混燃料包括氢气和甲烷，所述氢混燃料中氢气的体积百分比为5％～50％。
进一步的，所述氢混燃料中氢气的体积百分比为40％。
进一步的，所述混合气体中稀释气体的体积百分比为5％～30％。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法包括在燃料中加入稀释气体对燃料进行稀释。
热力型NOX的生成条件是氮原子和氧原子或OH在高温的条件下生成NOX，本发明通过加入稀释气体降低氢混燃料燃烧火焰的温度和未燃烧碳氢化合物中O2的浓度，进而阻碍了NOX的生成，从而减小NOX的排放，同时降低回火风险。
2.氢混燃料中氢气的体积百分比为5％～50％，所述混合气体中稀释气体的体积百分比为5％～30％。将稀释气体限定在本发明范围内，不会出现吹熄现象，且能通过稀释气体的加入降低回火风险、减少NOX的生成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1燃烧器室的温度云图；
图2为实施例2燃烧器室的温度云图；
图3为实施例3燃烧器室的温度云图；
图4为对比例1燃烧器室的温度云图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，包括以下步骤：
将空气以651kg/s流量通入燃气轮机，其中83％送入燃烧室，剩余的17％用来冷却透平。
将氢混燃料(H2：CH4体积比为4：6)与氮气以体积比7：3的比例进行混合，得到混合气体，然后将混合气体通过燃料入口以19.1kg/s的流量通入燃烧室进行燃烧。
实施例2
本实施例提供了一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，包括以下步骤：
将空气以651kg/s流量通入燃气轮机，其中83％送入燃烧室，剩余的17％用来冷却透平。
将氢混燃料(H2：CH4体积比为4：6)与氮气以体积比8：2的比例进行混合，得到混合气体，然后将混合气体通过燃料入口以24.7kg/s的速率通入燃烧室。
实施例3
本实施例提供了一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，包括以下步骤：
将空气以651kg/s流量通入燃气轮机，其中83％送入燃烧室，剩余的17％用来冷却透平。
将氢混燃料(H2：CH4体积比为4：6)与氮气以体积比9：1的比例进行混合，得到混合气体，然后将混合气体通过燃料入口以31.7kg/s的速率通入燃烧室。
对比例1
本对比例燃气轮机的燃烧方法包括以下步骤：
将空气通过空气入口以540kg/s的速率通入燃烧室。
将氢混燃料(H2：CH4体积比为4：6)通过燃料入口以12.8kg/s的速率通入燃烧室。
由图1-图4可知，燃烧室内部的高温区域随着稀释气体的加入逐渐向喷嘴下游移动，回火风险大大降低。
表1燃烧室出口污染物排放
由表1可知，氢混燃料与稀释气体混合后，燃气轮机的NOX排放量显著降低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种实现氢混燃料燃气轮机低NOX排放的方法，其特征在于，在氢混燃料中加入稀释气体对氢混燃料进行稀释。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稀释气体为氮气、二氧化碳或水蒸气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
将空气通入燃烧室；
将氢混燃料和稀释气体混合得到混合气体，然后将混合气体通入燃烧室燃烧。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氢混燃料包括氢气和甲烷，所述氢混燃料中氢气的体积百分比为5％～50％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氢混燃料中氢气的体积百分比为40％。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述混合气体中稀释气体的体积百分比为5％～30％。
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