燃气轮机电厂氮氧化物排放控制方式的研究

关迪森

（中国航发燃气轮机有限公司 辽宁 沈阳 110000）

引言

第二次工业革命后，人类进入电气时代取代了以蒸汽机为主导的蒸汽时代，社会发展取得了巨大进步。爱迪生发明的电灯泡将直流电应用于人们的日常生活，特斯拉发明的交流电使电力应用的范围更加广泛。人们的日常工作和生活越来越离不开电。常见的发电方式有火力发电，这是我国的主要发电方式；水力发电：由于我国地理条件的限制，我国水利水力发电的规模较小。燃气发电从二十世纪五十年代开始，燃气发电比传统的燃烧煤炭的火力发电更为清洁，但是还会伴随大量氮氧化物的排放。[1]燃气轮机将天然气或者其他可燃气体燃烧产生的热能转化为机械能再进行发电。为了有更多的绿水青山，燃气轮机电厂氮氧化物排放的控制刻不容缓。不能再走“先污染，后治理”的老路，要在源头上减少污染源，或者直接切断污染源，为子孙后代留下绿水青山——金山银山。

1 氮氧化物生成机理分析

空气中的主要成分是氮气，燃气轮机电厂通过燃烧天然气或其他可燃气体产生的热能转化为机械能来发电，[2]燃烧时会产生各种各样的氮氧化物，氮氧化物都带有不同程度的毒性。[3]不但会污染环境，还会危害人类的身体健康。在燃气发电的过程中氮氧化物的生成方式有三种：第一，热力型，空气中含有百分之七十多的氮气，这些氮氧化物在空气中，这些氮气将会因为温度的升高高温氧化为氮氧化物，因此热力型氮氧化物随着温度的升高产生的氮氧化物浓度越高，温度的第一个临界值为1623K超过这个临界值将会大量产生氮氧化物。温度的第二个临界值为1873K此时生成氮氧化物的速比第一个临界值1623K更快，直到达到整个燃气轮机发电燃烧锅炉中的25%—30%。燃烧的必要条件之一就是氧气的参与，所以氧气浓度也是热力型氮氧化物产生的重要因素。与氮气浓度因素的线性关系不同，氧气浓度与热力型氮氧化物浓度是平方关系。热力型氮氧化物既包括性能不稳定的一氧化氮，也包括二氧化氮。一氧化氮会像植物一样又“光合作用”，不过不同于植物，一氧化氮光合作用之后会产生能与许多有机物发生激烈反应的二氧化氮。第二，快速型，快速型氮氧化物的生成量将远远小于热力型氮氧化物，在通常情况下会占到热汽轮机电厂产生的氮氧化物总含量的5%。快速型氮氧化物是由于天然气等可燃气体中含有一些碳氢离子团。这些离子团将会与空气中的氮气发生一系列化学反应，产生各种各样的氮氧化物。快速型的第一个临界温度为2000K，在低于第一个临界温度2000K时，碳氢离子团快速和氮气发生反应产生快速型氮氧化物。第二个临界温度为2500K，当温度超过2500K时，由费尼莫尔机理控制。第三，燃料型，燃气轮机电厂中氮氧化物的主要来源，产生机理为天然气等可燃气体的热分解。

2 燃气轮机电厂的氮氧化物的排放现状

大气污染已经到了非常严峻的地步，党和国家领导人不断强调绿色发展的重要性，绿色发展的观念已经深入人心。国家对火力发电厂的排放要求越来越严格，这是大势所趋。根据调查一般普通的燃气轮机的氮氧化物排放量在二十毫克每立方米到五十毫克每立方米，没有进行任何的减排措施，虽然也在国家规定的排放标准内，但是企业领导人需要社会责任感，不能仅仅满足于达到减排的最低国家标准，这不利于整个社会的发展。通过调查发现有些燃气轮机装置安装了一些有限的减排措施，可以将氮氧化物排放量降低到五毫克每立方米到25毫克每立方米。

3 燃气轮机电厂氮氧化物排放量控制技术的应用

3.1 喷射液体法

喷射液体法是最基础的方法，他是通过喷洒水和水蒸气来减少燃气轮机电厂的氮氧化物的排放。这种方法会对发电设备产生一定的损耗，喷射液体法应该配合以下两种方法是更有利于减少氮氧化物的排放量。

3.2 燃气轮机低氮燃烧技术

燃气轮机电厂的氮氧化物主要是由燃烧产生的，燃烧主要影响因素是温度，如果能将温度燃气轮机燃烧天然气等可燃气体的温度控制在比较低的范围内，因为温度和氮氧化物排放的线性关系，这样可以将氮氧化物的产生合理的控制，再配合向燃烧火焰喷射液体法硅达到比较好的控制效果。具体的措施有：因为空气中的氮气含量高，可以减少燃气轮机的空气吸入量。空气含量仅少于氮气的是氧气，氧气浓度在燃烧产生氮氧化物中的作用明显，因此也要降低氧气含量。总而言之，需要改进燃烧器和燃烧技术。如果温度过低将会使整个系统在低负荷状态下运行，会降低发电效率。所以还可以使用燃料调节法，选用着火点的可燃气体。

3.3 安装SCR脱硝系统

通过前期调查发现已经安装SCR脱硝系统的燃气轮机发电厂可以将氮氧化物进行很大成都的降低。燃气轮机电厂安装SCR脱硝系统是建设环境友好型社会的必然要求，是新型燃气轮机电厂的发展趋势，火力发电厂应顺应发展潮流，在保障发电效率的情况下，积极做环保企业。SCR脱硝系统的核心是催化剂通常采用蜂窝式或波纹板式催化剂。

4 结语

燃气轮机发电厂是我国发电的主要方式，减其氮氧化物的排放是大势所趋，在可持发展战略的要求下，燃气轮机发电厂应安装SCR脱硝系统配合燃烧轮机低氮燃烧技术，及喷射液体法将会对燃气轮机发电所产生的氮氧化物进行合理地控制。