浅析6F.03燃气轮机NOx排放水平

浅析6F.03燃气轮机NOx排放水平

张威

（南京汽轮电机（集团）有限责任公司江苏南京210037）

摘要：本文简单分析了NOx的形成机理和燃气轮机的DLN燃烧技术的特点，同时简单介绍了6F.03燃气轮机DLN2.6燃烧器特点及NOx排放控制原理。阐述了6F.03燃机燃烧系统在启动和不同负荷下的NOx排放水平及其排放控制优化技术，建议电厂尽可能不要将燃机长期运行在超低负荷下。

关键词：6F.03燃气轮机；DLN2.6燃烧器；NOx；排放

1NOx形成机理

燃烧生成的NOx的机理主要有三种：

1)热力型（也叫温度型）：主要是空气中的O2和N2在高温下形成NO；

2)快速型：碳氢化合物燃烧，当燃料过浓时在反应区快速生成NO；

3)燃料型：燃料中氮化物热分解和氧反应生成NO；

燃气轮机排放中的NOx主要是热力型生成的。热力型NOx生成的因素主要有三个：

a)最关键的是温度，反应区1500℃以上开始生成NOx，随着温度上升，NO剧增；

b)烟气在高温区停留时间，停留时间越长，NO生成量越多；

c)过量空气系数，此系数影响O2浓度和燃烧温度，当系数接近1的时候，NO生成量最大。因为当系数远小于1时，O2浓度过低，不易与N2生成NO；当系数远大于1时，燃烧温度降低，NO生成量也相应减少。

2燃气轮机低NOx燃烧（DLN）技术

燃气轮机燃烧室排烟温度是决定燃气轮机联合循环效率最重要的决定性因素。燃气轮机的DLN燃烧技术就是在提高燃气轮机联合循环效率的同时，控制NOx的生成量，其原理主要是使燃料和助燃物（空气）在燃烧前先进行预混，再加入燃烧区域，使燃料在“贫燃烧”状态下燃烧。这种均相预混湍流的燃烧方式，可以大大地降低燃烧区域的温度，从而降低NOx的生成量。与此同时，通过调整冷却空气配比，提高燃烧室出口温度，从而保证联合循环效率。这种“贫燃烧”技术的弱点是运行范围比较窄，低负荷工况时容易熄火。因此很多燃气轮机供应商在采用DLN燃烧技术时都采用了一些低负荷下稳定燃烧的技术，如值班火焰（仅低负荷时启动），确保低负荷时的火焰稳定性，但在燃机启动或者部分负荷时NOx排放会增加。

36F.03燃气轮机DLN2.6燃烧器特点及NOx排放控制原理

GE的6F.03燃气轮机，配置了6个先进的DLN2.6全预混型燃烧器，每个DLN2.6燃烧器包含6个全预混燃料喷嘴，完全去除了扩散燃烧的“值班火焰”。6个燃料喷嘴又被分为三组，分别为PM1，PM2和PM3。具体结构见图2。

图2DLN2.6燃烧器结构及示意图

燃机燃烧系统的控制和调整主要是为了优化以下特性：

•火焰稳定性；

•燃烧脉动性；

•NOx和CO排放

•燃烧室出口烟温

影响燃机燃烧控制和调整的因素有：

•燃料组分/华白指数

•环境条件

•负荷率

•燃机通流部件老化或者腐蚀

•控制系统（如阀门等）漂移

燃机燃烧控制和调整的主要参数为：

•压气机空气流量控制（IGV和放气阀）

•燃料流量调整

•燃料在不同喷嘴间的分配（PM1，PM2，PM3）

6F.03燃机启动时DLN2.6燃烧器喷嘴的控制顺序如下图3。可以看出6F.03燃机在整个启动和升负荷过程中，是通过启动和调节全预混的燃烧喷嘴实现低NOx的排放，同时保持火焰的稳定性以及燃机的高效性。

图36F.03燃机启动及升负荷时燃烧器喷嘴顺序示意图

GE的6F.03燃机还配置了AutoTune（自动燃烧调整）。其主要原理就是在影响燃烧的外部因素发生改变时，AutoTune将依据控制模型（ModelBasedControl）实时地精确调整燃料分配，确保火焰稳定性，将燃烧脉动性和排放水平控制在允许的范围之内。

46F.03燃气轮机启动及部分负荷排放性能

6F.03燃气轮机通过配置先进的全预混DLN2.6燃烧器，加上GE先进的燃烧控制技术，确保了在燃机启动阶段和部分负荷工况下都能够严格控制低NOx的排放。图4是6F.03燃机在ISO工况下启动到满负荷的期望的NOx排放值。

图46F.03燃气轮机典型的NOx排放曲线

从上图可以看出，在整个启动过程中，最大NOx排放发生在发电机并网前后，但是一般也在165ppm(约330mg/Nm3)左右，彻底消除了燃机启动过程中的“冒黄烟”现象。一般情况下在燃机负荷35%以上，NOx排放都可以控制在30mg/m3以内；在燃机负荷30%以上，NOx排放都可以控制在50mg/m3以内，具体排放值以现场实测为准。

5结语

根据国标GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》4.3条要求，燃气轮机在燃烧天然气时NOx排放（以NO2）计算限值为50mg/m3。部分环保要求严格的地区此NOx排放限值为30mg/m3。6F.03燃机在不用脱销的情况下，NOx排放完全可以满足国家和地方限值（个别地方除外）。

需要注意的是，为了确保燃机启动时以及在较低负荷范围内的火焰稳定性，即便是在全预混燃烧模式下，NOx的排放也比较高，这是所有燃气轮机的共同特性。此外，低负荷下燃机以及联合循环的效率都有不同程度的降低，因此所有的燃机生产商都不建议燃机长期在超低负荷下运行。

参考文献：

[1]楼华栋，陈小波，毛志伟，GE燃机DLN2.6燃烧系统浅析，浙江电力，2011，(12)：70-73

[2]张亚平，GE公司6F.01燃气轮机DLN2.5H燃烧系统，燃气轮机技术，2015，28(3)：14-16

[3]GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，4.3条

[4]盛守志，姚继宇，赵智辉，西门子V94.2A型燃气轮机NOx排放分析，无线互联科技，2015，18

作者简介：张威（1979-11），男，汉族，籍贯：甘肃省武威市，当前职称：机械工程师，学历：大学本科，研究方向：主要从事燃气轮机本体结构设计和现场技术服务工作