燃氣電廠NOx減排技術現狀分析

燃氣電廠采用天然氣為燃料，NOx是主要污染物。按照控制位置不同，可將排放控制技術分為以下3類：燃氣輪機本體控制技術、余熱鍋爐SCR控制技術[6]和外部因素控制技術。燃氣機組排放控制技術路線如圖2所示。

1.燃氣輪機本體控制技術 內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com

目前，國內外燃氣輪機NOx減排技術多樣，有燃燒室注水/注蒸汽技術、干式低氮燃燒技術、催化燃燒技術等[7]，目前主流技術為干式低氮燃燒技術。針對燃氣輪機干式低氮燃燒的降氮技術路線主要有3種：機組燃燒調整、燃燒器部分功能優化以及對現有燃氣輪機燃燒器升級改造。目前以上技術主要由主機廠家掌握，下面以某主機廠家9F級燃氣輪機的NOx減排技術路線為例進行對比，如表4所示。

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綜上所述，主機廠商通過以上3種技術路線可以不同程度地降低燃氣輪機出口NOx排放濃度，但進一步降低的潛力有限，會影響機組效率和燃燒穩定性，且改造難度大、成本高(單臺改造成本最大將接近億元)。

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2.余熱鍋爐SCR控制技術及存在問題 本`文-內.容.來.自：中`國^碳`排*放*交^易^網 ta np ai fan g.com

SCR脫硝技術的原理是通過向余熱鍋爐煙道中噴入還原劑，將煙氣中的NOx轉化為氮氣和水。常規設計中，還原劑常采用液態無水氨、氨水或尿素。

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SCR脫硝技術已成熟應用于燃煤機組，燃氣電廠應用較少，北京地區燃氣機組為達到更嚴格的排放標準，均加裝了SCR脫硝系統，其他地區個別機組也加裝了SCR脫硝系統。相比燃煤機組，燃氣機組加裝SCR脫硝系統初投資較低，一般為1500~2000萬元/臺。目前，已投運的燃氣機組SCR脫硝系統可以在全負荷工況實現更低的NOx排放，但由于缺少相關技術規范和經驗積累，在設計及運營中還存在以下問題。 本文`內-容-來-自；中_國_碳_交^易=網 tan pa i fa ng . c om

（1）設計問題 內.容.來.自：中`國*碳-排*放*交*易^網 t a npai fa ng.com

同燃煤機組相比，燃氣機組的流場不均勻性顯著，如立式余熱鍋爐過渡段轉彎處和催化劑層入口處容易出現流場不均;臥式余熱鍋爐容易出現催化劑層上部流速低、下部流速高等問題。已投產SCR脫硝系統在設計時未充分考慮這一特性，或未針對這一情況采取優化措施，導致投產后影響脫硝效果，達不到設計效率。

近幾年投產的大部分燃氣機組雖然在設計階段考慮了預留脫硝系統位置，但預留空間普遍偏小，預留空間在3~5m，一方面將給后期加裝SCR脫硝系統工程帶來極大不便，另一方面將會影響SCR脫硝系統噴氨均勻性。根據ANSYS流場數值計算，預留空間越大，SCR脫硝系統入口前的噴氨混合越均勻，如圖3所示。 本`文-內.容.來.自：中`國^碳`排*放*交^易^網 ta np ai fan g.com

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圖3脫硝模型與噴氨格柵后不同截面氨濃度對比 本/文-內/容/來/自:中-國-碳-排-放-網-tan pai fang . com

（2）設備問題

催化劑問題

目前，燃氣電廠使用的脫硝催化劑以進口為主，價格高，單價為1.0~1.2萬美元/m3，約為國產燃煤脫硝催化劑的5~8倍，且存在供貨周期長、維護不便等弊端[9]。

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國產燃氣電廠用SCR催化劑已取得一定進展，但在制造設備、工藝、成品率控制等方面與國外廠家仍有一定距離。以蜂窩式催化劑為例，相比某國外催化劑，某國產催化劑的化學組分差異不大，但受限于制造工藝，比表面積偏小、脫硝效率偏低，詳見表5。同時國產波紋板式催化劑也存在類似問題。 本文@內/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網-tan pai fang . com

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CEMS系統問題 內.容.來.自：中`國`碳#排*放*交*易^網 t a np ai f an g.com

燃氣電廠在線污染物監測設備(CEMS)也存在量程選擇不當、精度不夠、未設置NO2檢測功能[10-11]等問題。由于脫硝系統的噴氨量與CEMS測量結果在控制系統中相關聯，實際測量過程中，NOx濃度應該包含NO和NO2。但現有NOx的檢測和計算方法與實際情況差異明顯，未能真實地反映NOx濃度。如表6所示，機組在正常負荷下，實際檢出的NO2體積分數可占NOx體積分數的20%左右。目前，大部分燃氣電廠NOx檢測只考慮了NO，即使小部分電廠考慮了NO2，但只參考燃煤機組的體積占比(通常按5%)[12]。因此，燃氣電廠配置功能全面和精度更高的CEMS檢測系統，將準確地獲得現有燃氣電廠的真實污染物排放水平，并為后續制定科學的減排措施提供數據支撐。 本文+內-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網 t a n pa ifa ng .c om

（3）運行維護問題

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部分燃氣電廠脫硝系統受制于安裝空間有限、噴氨控制策略考慮不周，加之運行時間短、經驗不足，對燃氣機組與燃煤機組脫硝系統運行規律差異認識不夠，造成SCR脫硝效率偏低。如圖4所示，某燃氣電廠脫硝系統運行效率很多時段低于50%。 內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com

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此外，還缺乏對脫硝系統的精細化運行管理，例如：自動噴氨邏輯控制嚴重滯后的情況下，存在過噴情況，導致氨逃逸率偏高。 本*文`內/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網-tan pai fang . c o m

3.外部因素控制技術 本%文$內-容-來-自；中_國_碳|排 放_交-易^網^t an pa i fang . c om

除與燃氣輪機燃燒室結構和余熱鍋爐SCR脫硝系統有關外，燃氣機組排放狀況還受外部因素的影響。目前可控的外部因素主要有：天然氣成分、進氣溫濕度、天然氣溫度等[13]。但目前該領域相關技術還不夠成熟，應用案例不多。 本`文@內-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網 ta n pa i fa ng . co m

國電科學技術研究院曾聯合中科院工程熱物理所開展低熱值燃料摻燒來降低NOx排放的相關研究[14],通過在天然氣中摻入不同比例的低熱值醇基燃料，可在一定程度上降低NOx排放質量濃度，如表7所示。該研究成果還未在全壓全溫全尺寸燃燒室上驗證，距產業化應用尚有一定距離。 本+文`內/容/來/自:中-國-碳-排-放-網-tan pai fang . com

通過調節進氣溫濕度也能在一定程度上降低NOx排放。表8為某電廠機組環境溫濕度波動對NOx排放質量濃度的影響情況[15]。目前國外有使用噴霧冷卻來降低NOx排放的案例，但國內未見類似應用。

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綜上所述，上述3種技術方案均對降低NOx排放具有積極作用，但相對而言，余熱鍋爐SCR控制技術優化空間大，國內應用案例多，未來將是燃氣電廠進一步降低NOx的有效手段。 本+文`內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 t a np ai fan g.com

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