[发明专利]一种消除燃机启动初期烟囱冒黄烟的方法

说明书

技术领域

本发明涉及污染物脱除技术领域，特别涉及一种消除燃机启动初期烟囱冒黄烟的方法。

背景技术

燃气轮机机组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。近年来，随着天然气资源的大规模开发利用，国家“西气东输”和引进国外液化天然气等工作全面展开，我国燃机装机容量不断增加，占全国电力总装机的比例也逐年升高。目前，随着环保要求的日益严格，燃机启动过程中产生的较高浓度NOx，约为180～200mg/Nm³，已无法满足国家环保排放要求，且烟囱会出现黄棕色烟雾，视觉感官极差，造成了严重的环境污染和很坏的社会影响，因此迫切需要研究燃气轮机启动过程中NOx的脱除方法。

燃机排放烟气中NOx有两个来源：热力型NOx和快速型NOx，由于快速型NOx的生成条件苛刻，其占NOx生成量的比例较低，一般低于5％。因此，燃机排放烟气中NOx以热力型为主。热力型NOx是燃烧过程中N₂和O₂在1500℃以上的高温区按照Zeldovich机理生成的。燃机启动过程中，为保证燃烧稳定，防止火焰熄灭，采用扩散燃烧方式，而扩散燃烧时燃烧区的温度通常高达2000～2200℃以上，造成NO大量生成；同时启动阶段烟气中含氧量较高，以及燃烧不完全而生成的CO、未燃尽碳氢等，均促成NO向NO₂转化，使烟气中NO₂浓度显著升高。而NO₂是一种红棕色气体，稀释后呈黄棕色，燃机启动过程中的可见黄烟就来自于NO₂的高浓度排放。随着负荷的上升，预混燃烧的比重增加，火焰面温度降低，从而有效的降低NO的生成，减少NOx的排放。分析燃机排放烟气中NOx的生成机理，说明高浓度NOx的排放主要出现在燃机启动初期。

针对燃机启动过程中NOx排放超标的问题，目前解决的方法主要有两种：一种是通过燃烧调整控制燃烧过程中NOx的生成；另一种是NOx生成后排入余热锅炉后进行尾部烟气脱硝处理。

燃烧过程中降低NOx生成的方法主要有：燃烧时注水或蒸汽，采用端部贫燃料燃烧(Lean Head End，LHE)火焰筒，采用干式低NOx燃烧器(DLN)，催化燃烧，采用程氏低NOx技术(Cheng Low NOx，CLN)等。其中，LHE火焰筒是通过在火焰区域引入过量空气，降低火焰温度并缩短气体在高温区的停留时间来降低NOx的排放。CLN技术是将蒸汽与气体燃料均匀预混，混合后流体进入燃烧室燃烧，该方法目前主要应用于小型燃机，技术成熟度还不够高，其类似于传统的注水/蒸汽方式，注入的蒸汽会对涡轮热部件的寿命和维修周期产生影响。催化燃烧是通过在燃烧系统加装催化剂，将燃料的贫燃料极限降低到更低的燃料/空气比，燃料在催化剂处进行的氧化反应温度大约为982℃，比常规燃烧系统的温度低，因此可以降低NOx的生成，但由于催化剂的寿命问题，还没得到大规模的工业应用。

目前，较多通过燃烧器技改升级采用是干式低NOx技术，利用均相预混方式的湍流火焰传播燃烧方法，使燃料与较多的空气相混合，使其在比较稀释的浓度下进行低温度的燃烧，以降低NOx的生成。该技术被国外垄断，美国GE公司燃烧器技改升级投资费用高达7000万元以上。在实际运行中，均相预混可燃混合物的可燃极限范围比较狭窄，特别是在低温条件下火焰的传播速度比较低，因此CO的排放量就会增大，同时燃烧不稳定，主要表现为燃烧筒内压力剧烈脉动，发出嗡嗡声或尖利的噪声。这种因燃烧不稳而产生的压力大幅脉动，会引起回火、喷嘴熄火等问题，从而造成机组跳机，严重的还会造成燃烧器、火焰筒、透平部件等昂贵热通道部件烧损或者疲劳损伤，从而影响使用寿命。

对燃烧后烟气进行处理的方法主要是SCR技术，通过在燃机排放烟气中喷入氨气，其在催化剂的作用下与NOx反应生成氮气和水。SCR系统需要布置在燃机排气通道内，通常是布置在余热锅炉内与催化剂运行温度相匹配的区域。燃机启动过程中余热锅炉的排气温度仅为80℃，不能满足当前SCR脱硝的温度窗口，需开发新的低温催化剂，或采用加温的方式，势必带来较高的运行成本。

综上所述，到目前为止，常规的燃机燃烧调整技术或烟气后处理技术虽然能一定程度的降低燃机启动过程中的NOx，但均存在或多或少的问题，有些甚至会影响到燃气轮机安全运行。

发明内容

本发明提供了一种消除燃机启动初期烟囱冒黄烟的方法，具有脱除效率高、结构简单、投资及运行成本低、无后续次生污染等优点。

一种消除燃机启动初期烟囱冒黄烟的方法，包括以下步骤：