GE 9FA燃气轮机全负荷段降NOX排放、消除黄烟的路径选择

GE 9FA燃气轮机全负荷段降NOX排放、消除黄烟的路径选择

杨旭涛

（江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011）

摘  要：通过某公司9FA燃气轮机在热态启动阶段两种降NOX排放、消黄烟方案的试验，实践证明在机组并网后至燃烧切换前的高排放阶段，采用提高燃机在温度匹配期间的负荷及排烟温度，仅仅缩短了高排放的时间，而采用带补燃器的低温脱硝方案，实现了机组全负荷段降NOX排放、消除黄烟现象。

关键词：NOX；燃烧切换；脱硝；排烟温度；黄烟

0引言

某公司9FA燃气轮机配置DLN2.0+燃烧器，联合循环机组在启动时燃机在50~60MW等待余热锅炉和汽机进行温度匹配。此时在这个燃机DLN2.0+燃烧器处于PPM（pilot premix）模式，存在扩散火焰，黄烟现象严重，NOX严重超标，达160mg/m3，持续时间约40分钟如图1所示。

图1  9FA燃机并网后排放曲线

1降NOX排放、消黄烟方案一

燃机快速启动通过PPM燃烧模式，进入预混（PM）模式并停留，等待余热锅炉和汽机。在这个工况下进行温度匹配，此时燃机排放满足国家排放要求，将无黄烟出现。考虑到DLN2.0+燃烧室传统启动模式在刚刚进入预混模式时，燃机排烟温度过高，接近650ºC，超过余热锅炉热再材料耐热温度，必须将燃机排烟温度控制低于再热器壁温限值以下，综合考虑各影响因素，该排烟温度确定为593ºC。为了实现将排烟温度控制在593ºC，同时燃机运行在预混燃烧模式，燃机负荷必须高于185MW（燃烧模式切换由燃烧温度控制，PM模式燃烧温度需大于2280F），对应的联合循环出力在305MW左右。如图2所示，红色曲线是目前燃机启动对应的联合循环出力曲线，蓝色实线是新的燃机启动对应联合循环出力曲线。

图2 燃机排烟温度曲线

   方案一设想沿着原路径（红线）加载到110~120MW左右，燃机排烟温度TTXM =1100F ，燃烧基准温度TTRF大约2015F，在此之前不要进入温度匹配； 燃机继续带负荷，拐入蓝线（1100F）后，以MW为控制，步长20MW，每个点10分钟，进行燃烧测试和燃烧调整，观察过程中的燃烧脉动和频率，一直加载到测试最后找到的停留点(燃料11.3kg/s TTXM=593.3C,TTRF1=1248F)；加载到停留点后，进入温度匹配；完成温度匹配后，保持燃料流量不变，提高排烟温度，回到1200F的红线，然后继续加载到满负荷。

    通过实践，9FA燃机在并网后投入593℃温控，NOX仍超标，在燃烧模式切换前达200mg/m3，持续时间约20分钟，黄烟时间较以前缩短10分钟。

图3 采用提高燃机排烟温度的排放曲线

2 降NOX排放、消黄烟方案二

对余热锅炉进行脱硝改造，采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置。脱硝催化剂布置于余热锅炉换热模块2（高压蒸发器）和换热模块3（高压省煤器）换热管屏之间。喷氨格栅AIG置于余热锅炉入口扩散段。余热锅炉内每层催化剂布置4块，12层堆叠安装，每台炉共48个模块。

   尿素热解系统包含热解炉、补燃器、高温稀释风机；配置2台高温风机（单台机组），一用一备，设计流量7200Nm3/h，静压升6000Pa，采用变频控制。由余热锅炉换热模块1（高压过热器、热再）后引至高温风机入口。在高温风机出口母管设置一台补燃器，用于在机组启动阶段提高热解炉烟温。

    尿素溶液喷射制氨系统按单元制设置，每台热解炉配置一套计量分配模块、4支喷枪、1个仪用压缩空气罐。其中A/BC 3支喷枪为成组控制，D喷枪单独控制。根据机组实际运行工况，在机组燃烧切换前的NOx高排放工况下，4支喷枪同时运行，机组正常运行采用预混燃烧模式时，只运行一支喷枪就可以满足运行要求。

    余热锅炉NOx设计排放浓度在50mg/m3（标态、干基、15%O2）左右。采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，在处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于50%，余热锅炉出口NOx排放浓度不大于25mg/m3(标态，干基，15%O2)。

在燃烧模式切换前消黄烟工况下NOx排放浓度不大于49mg/m3(标态，干基，15%O2)(脱硝系统供纯氨量不低于180kg/hr)。

与传统的余热锅炉脱硝模块相比较，为实现机组在并网后尽早的投运脱硝系统，脱硝催化剂选用低温贵金属催化剂，高温风机入口布置在高压过热器、再热器模块后，此处烟温为520℃，喷氨格栅布置在余热锅炉入口段，为了机组启动阶段尽快提高尿素热解炉温度，在高温风机出口母管增设了补燃器，额定功率80万大卡，能将经过补燃器出口的烟温提高约100℃，从而实现了机组热态启动时，机组并网后即可投用脱硝系统，将NOx排放控制在50mg/m3以下，基本消除了“黄烟”现象。

图4 采用带补燃器的脱硝系统全负荷段排放曲线

3 结束语

   某公司2台9FA联合循环机组参与电网的调峰运行，启停频繁。9FA燃气轮机在启动初期的低负荷阶段为维持燃烧稳定，存在扩散燃烧，导致NOx排放超标，且黄烟现象严重，只有在机组50%负荷以上，燃烧模式切换至全预混模式，热生成NO和NO

2大幅度下降后，NOx排放才达标。该公司在9FA燃气轮机控制系统国产化改造的基础上首先尝试采用了方案一，策略是并网后提高温度匹配设定点，即燃机升负荷快速通过NOx排放超标阶段，直至燃烧模式切换至全预混模式后，NOx排放下降后等待汽轮机温度匹配。该方案在机组并网后的带负荷阶段仍存在约15分钟的超标排放，由于燃机快速带负荷，影响余热锅炉的升温升压速率过快，方案一仅仅缩短了启动阶段的超标排放时间，未完全消除黄烟现象。故该公司在条件具备后实施了方案二，由于改进了传统SCR脱硝系统，并且首次采用了烟气补燃方法，使得脱硝系统投入的时间点大大提前，实现了机组并网后的全负荷阶段降NOX排放、消除黄烟现象。

作者简介:

杨旭涛 (1971—),男,江苏常州人,工程师，从事燃气-蒸汽联合循环电站生产运行管理方面的工作。