9F燃机余热锅炉烟气中黄烟生成原理分析及控制策略

李乐

摘 要：燃气轮机是电厂的重要生产设备，其正常运行的稳定性与可靠性能够对发电质量与发电效率产生一定程度的影响。在正常情况下，燃气蒸汽联合循环发电机组的氮氧化物排放量节本能够达到环保标准需求，但当其中一部分机组进行低负荷运行时，燃机余热锅炉便会排出一定的黄烟，需要采取有效措施对其进行控制。本文就针对9F燃机余热锅炉烟气中黄烟生成原理分析及控制策略进行研究与分析。

一、9F型燃气轮机运行特点分析

9F型燃气轮机是环管型结构的燃烧室，共分为上下层，上半层燃烧室与下半层燃烧室的外壳与压气机和透平外缸进行一定程度的连接，使其形成一个统一的整体。在此型号燃气轮机的燃烧系统之中，一共包含了20组燃烧器。在运行过程中，一部分压气机的排气会经过旁路机构直接向尾筒之中引入。这样一来，一方面可以对机组启动时的稳定性进行一定程度的提高，另一方面也可以读负载情况下所需的燃料/空气比进行有效的保证。对于燃料空气比而言，主要由通过旁路弯头进入尾筒的空气量对其进行控制。在特定的负荷状态之下，打开旁路阀，对通过尾筒的空气流量进行一定程度上的增加，进而实现对于通过喷嘴空气流量的减小。燃烧喷嘴设置于内筒的上游，燃料会通过燃料喷嘴进入到内筒之中，并在内筒中与压缩空气进行一定程度的混合，同时内筒会诱发紊流促使燃料和空气进行充分的混合。燃料喷嘴采用预混式多喷嘴形式，它可以对火焰面积进行有效增加，进而对燃烧的温度进行一定程度的降低，在这种情况下氮氧化物的生产便能够得以减少。

二、燃机余热锅炉烟气中黄烟生成的原理分析

燃料在燃烧的过程当中，氮气在空气中燃烧会生成一定的氮氧化物，氮氧化物的生成主要有三种形式，分别为热力型氮氧化物、燃料型氮氧化物以及快速型氮氧化物。对于天然气而言，其所含的氮含量极低，因此当其在燃烧时所产生的燃料型氮氧化物很少，可以忽略;而对于快速型氮氧化物而言，其生成量比热力型氮氧化物生成量小一个数量级，且温度对其造成的影响也相对较小。综上所述，天然气在燃烧过程中所产生的氮氧化物主要是热力型氮氧化物。一般情况下，燃机所排放的氮氧化物主要适宜一氧化氮为主，同时还存在少量的二氧化氮。对于二氧化氮气体而言，起初为红棕色，在经过一定程度的稀释之后转变为黄褐色，如果二氧化氮气体的浓度较低，则肉眼无法观察到二氧化氮。当二氧化氮在空气中的浓度达到了15ppm之上时，变为棕黄色气体，且可以被肉眼看到，在正常状态之下，二氧化氮气体的颜色深度随着浓度的身高而增加。当机组处于低负荷运行状态时，为了避免火焰因燃料不足而出现熄灭的情况，值班喷嘴扩散燃烧的燃料相对较多，而主喷嘴的燃料相对较少。在这一状态之下，氮氧化物的产出量较多，且二氧化氮的产出比重较大。因此，机组在处于低负荷运行状态时，余热锅炉烟气中存在黄烟。当氮氧化物处于400℃至800℃温度范围的环境中时，很容易向二氧化氮进行转化，同时需要注意的是只要存在尚未燃烧的碳氢化合物，二氧化氮的生成量就会出现一定程度上的增加。

三、燃机余热锅炉烟气中黄烟控制策略分析

1.控制策略

要相对燃机余热锅炉烟气中的黄烟进行有效的控制，就必须对燃气轮机现有的燃烧状态进行一定程度的调整。在调整的过程中，必须对燃烧的稳定性与机组的安全性进行有效的保证，以此为基础，综合考虑经济性与环保性的问题，并对燃料的燃烧效率进行一定程度的提升。对于燃烧稳定性与氮氧化物排放量而言，进入燃烧器的燃料量以及空气量会对其造成决定性的影响。本文论述的燃气轮机中，对于燃料与空气量的调整时分开进行，可以采取如下几个方面措施策略对烟囱出口的二氧化氮浓度进行有效的降低。（1）调小IGV的开度，促使在同一负荷下的燃烧温度得到一定程度的上升，进而起到降低二氧化氮含量的作用;（2）将燃烧器旁通阀调大，对筒内的火焰温度进行一定程度的提升，进而降低二氧化氮与氮氧化物的比值，使得氮氧化物的含量得到有效的增加，在采用这一策略时需要注意对运行限制进行一定程度的考虑，例如回火限制、透平叶片温度限制等;（3）对值班燃料流量阀以及顶环燃料流量阀进行一定程度的调整，由此实现对于氮氧化物排放量的降低。但需要注意的是，采用这一方法进行调整时，需要考虑到低频振动的情况。

2.控制效果

在采用上述措施策略对燃气轮机的燃烧方式进行一定程度的调整之后，值班燃料控制输出信号、旁路阀开度预置曲线、值班喷嘴扩散燃烧的燃烧量、主喷嘴的预混燃烧空燃比都得到了有效的优化。进而促使火焰稳定性、燃烧压力波动、氮氧化物排放量等燃气轮机运行中所涉及的参数更为科学与合理。在这一些策略措施的执行下，二氧化氮在氮氧化物中的占比得到了十分显著的降低，同时氮氧化物的排放总量也到了有益的限制，对燃机余热锅炉烟气中黄烟生成的问题进行了有效的解决。

四、结语

本文主要针对9F燃机余热锅炉烟气中黄烟生成原理分析及控制策略进行研究与分析。首先对9F型燃气轮机运行特点进行了一定程度的阐述，然后在此基础之上分析了燃机余热锅炉烟气中黄烟生成的原理。最后针对这一问题，从调小IGV的开度、调大燃烧器旁通阀、调整值班燃料流量阀以及頂环燃料流量阀等方面提出了优化燃烧方式的策略与措施，经过实践证明，燃烧方式优化之后二氧化氮在氮氧化物中的占比得到很大程度的降低，有效解决了燃机余热锅炉烟气中黄烟生成的问题。

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