西门子9F燃机NOX排放跟踪及优化控制研究

摘 要：本文针对西门子9F型发电燃机的NOX排放量进行了一定跟踪与分析，并提出了一些优化控制的方案，以期为我国火电厂的节能减排工作提供一些参考与理论依据。

关键词：西门子；9F燃机；NOX排放；跟踪；优化

根据我国发电厂污染物排放的相关法规限定，发电厂燃机的NOX排放量需要限制为低于50mg/m3，任何火电厂的NOX排放量都必须严格遵守这一标准。然而在实际生产过程当中，以西门子9F燃机为例，虽然该燃机机型装配有低浓度NOX混合燃烧装置，在9F燃机工作过程当中，会在内燃机工作载荷超过一半时自动开启进气导叶片，使得内燃机的工作方式变为均相预混，进而将NOX排放量严格控制在规定范围内。在实际生产过程当中，NOX的排放量并不是一个常态，可能会出现较大幅度的波动，对工业生产造成很大的负面影响。

一、西门子9F燃机NOX排放跟踪现象分析

在对西门子9F燃机NOX排放量进行跟踪监测与分析的过程中发现，对西门子9F燃机NOX排放量影响最大的三个因素分别是天然气组分、大气湿度及机组热值。

（一）天然气组分分析

当燃机在正常工作时，若内部气体组分、比例发生变化，那么燃机的总燃烧热值也会随之改变，进而导致燃机在有效载荷恒定不变的同时其燃气进入量会出现较大变化，使得燃机的燃烧喷嘴内部压力无法保持稳定，与理论值出现偏差。此外，由于不同燃料气体在燃机内部燃烧时所需的含氧量存在很大程度的差别，当燃机出现燃料气体组分与比例变化时，其完全燃烧所需的空气含量也将随之发生较大幅度的变化，进而导致燃机内部燃料气体燃烧时所产生的NOX排放量出现显著变化，甚至出现排量超标的情况。

（二）大气湿度分析

我国火力发电厂以往所使用的燃气燃机或燃料燃机在设计时，通常会采用向燃机内部的燃烧室释放水蒸气或液态水的方法来使燃机燃烧时发散出的火焰温度减低，进而起到降低燃烧时NO的目的。这种方式可以通过水蒸汽有效减少燃机内部燃烧时产生的CH的量，使得NO的形成大大减少，进而减少NOX的排放量。伴随着新兴科技的出现，西门子9F燃机采用了更为先进的NOX减排模式，该模式因西门子9F燃机所使用的燃料为天然气，因此摒弃了传统的注水方法，而是通过空气中自带的水蒸气来减少NO的产生，所以，大气湿度对其NOX排放量的影响较为明显。

（三）机组热值分析

西门子9F燃机在工作时，其NOX的排放是一个较为复杂的过程，会受到各种因素的干扰与影响，而且这些因素之间也存在着较为复杂的关系，如何有效理清并掌握这些复杂的关系对于控制西门子9F燃机的NOX排放量具有非常重要的意义。以机组热值与NOX排放量的关系为例，当燃机在正常运作时，其热值会在机组负荷相对稳定的情况下，出现十分明显的变化，这一变化过程往往是由于火电厂所处地区的大气相对湿度引起的，当大气相对湿度降低时，燃机的热值会显著升高，其结果便是燃机燃烧时所产生的NOX的排放量会有所升高，进而可能导致热电厂NOX排放量超标。

二、西门子9F燃机污气排放优化控制措施

（一）根据负荷控制排放

由于不同地区不同环境温度的用电峰谷差较大，我国的许多火力发电厂都是投入AGC（自动负荷控制）工作，其使用的燃机大多处于负荷较大波动状态，这种情况不可避免的会造成燃烧工况的变动，当燃机处于低负荷状态时的NOX排放量相对较高。一般情况下，燃机的NOX排放量与燃机工作负荷并不一定会持续保持一个线性的变化，会随着燃机进气口导叶的开放程度出现一定的曲线波动，所以要求工作人员因地制宜，合理调整载荷，以满足减排要求。

（二）稳定天然气组分

我国的火力发电厂由于所处区域不同，其燃料的供应渠道也会出现很大不同，以本文的西门子9F燃机为例，其燃料为天然气，因火电厂的地理位置关系，这些天然气的来源可能是四川普光氣田，西气东输的一线或二线，也可能是液化天然气，因此其天然气的组分无法保证恒定，难免会使燃机燃烧产生的NOX排放量出现差异。这就要求火力发电厂在天然气燃料进厂时对组分、品质进行把控与监测，对偏差较大的进行适度调整，减少NOX排放量。

（三）结合实际调整燃烧

实验证明，在西门子9F燃机燃烧时，如对其燃烧条件进行一定的调整可有效降低其NOX的排放量。火力发电厂可以根据自身实际情况科学调整燃机燃烧时的各项条件，以减少NOX的排放量。根据所处区域天然气的供应来源，调整天然气的组分，使其更加适宜该地区的火电厂需求；根据天然气的组分适当调整燃机的空气进气量，使天然气与空气的含量形成一个科学的比例，使燃烧更加充分；根据火电厂所处环境的大气相对湿度差异，对火电厂燃机工作环境的空气相对湿度进行调整，以达到降低NOX排放量的目的。

（四）预混燃烧器改造

燃机技术在不断的进步，西门子也针对9F燃机提出了一些科学改造手段，其中一项便是针对其预混燃烧器的改造。依照西门子改造技术，可以使9F燃机的预混燃烧器由原先的9孔改造为8孔，并在此基础上有效控制燃烧条件，使得9F燃机的轰鸣值显著减少，从而使9F燃机的燃烧更加平稳。在燃机有效载荷不变的情况下，采取降低燃机值班气流的手段，将燃机的燃烧温度降低，进而抑制燃烧时NO气体的产生，以达到减少NOX排放量的目的。

参考文献：

[1]夏维，毛奕升.600MW机组NOX超低排放自动控制综合优化[J].广东电力，2016（3）：45-47.

[2]梁建瑞，姜丰.降低扩散燃烧天然气量达到减少NOX污染物排放的技术研究与应用[J].中国设备工程，2018（5）：23-25.

作者简介：施胤杰（1991-），男，上海人，本科，动力工程，助理工程师。