钟春
东莞市东城科技工业园523127
摘要：文章首先简要阐述了降低氮氧化物排放的必要性，随后分析了NOx的生成机理及燃气轮机的脱氮技术，在此基础上对干式燃烧法在燃气轮机降低氮氧化物排放中的应用进行论述。期望通过本文的研究能够对燃气轮机燃烧运行过程中氮氧化物的降低有所帮助。
关键词：氮氧化物；燃气轮机；干式燃烧法
1降低氮氧化物排放的必要性
氮氧化物即NOx，它是由多种化合物组成的一类物质，主要包括N2O、NO、NO2、N2O3等等。燃烧是NOx产生的主要方式之一，大部分燃烧方式中产生的NO约为90%左右，剩余的10%则以NO2为主。相关研究结果表明，火力发电是空气中NOx的主要来源，当空气中的NOx溶于水之后会生成硝酸雨，这种雨会对自然生态环境带来极大程度的危害，并且酸雨还会对建筑物、工业设备等造成严重腐蚀，进而引起巨大的经济损失。如果人们引用了含有酸性物质的地下水，会对身体健康造成影响。同时，当NOx浓度超标之后，会与人体血液中的血色素相结合由此会导致血液缺氧，进而进气中枢神经麻痹。近年来，我国在大力发展经济的同时，对自然生态环境造成了一定程度的破坏，因NOx排放量超标引起的各种环境问题越来越多。为了有效减轻NOx的危害，必须逐步降低NOx的排放量，这已成为我国当前亟待解决的问题之一。
2NOx的生成机理及燃气轮机的脱氮技术
2.1NOx的生成机理
相关研究结果表明，NOx主要有以下几种生成途径：
2.1.1燃料型NOx。具体是指燃料当中所含有的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，进而氧化生成NOx。
2.1.2热力型NOx。具体是指空气当中的氮气在高温的条件下经过氧化后生成NOx。
2.1.3快速型NOx。当燃烧燃烧时，空气中的氮与燃料当中的碳氢离子团会发生化学反应，由此会快速生成NOx。
在上述三种生成途径当中，快速型所占的比例相对较少，仅为5%左右；当温度在1600摄氏度以下时，热力型的生成率非常低，但当温度超过1600摄氏度后，热力型的NOx生成速度会急剧增加，并且两者之间成正比例关系，即温度越高，NOx的生成率越高。
2.2燃气轮机的脱氮技术
为了有效降低NOx的排放，经常会采用向燃烧室内注水火势蒸汽的方法，以此来降低燃烧温度，从而达到减少NOx的排放量。实践证明，虽然这种方法可以使NOx的排放量有所降低，但却会对燃烧的稳定性造成一定的影响，所以该方法现已很少使用；有些电厂采用SCR法来降低NOx的排放，SCR即选择性催化还原法，它是在催化剂的作用下，将N0和NO2还原成为N2，该过程中基本不会发生NH3的氧化反应，显著提高了N2的选择性，并且还大幅度减少了NH3的消耗。但采用该方法时，需要在燃气轮机的排气中，加装专门的SCR脱硝装置，由此使得成本增大；干式低氮燃烧技术简称DLN，它的原理是先让燃烧与较多的空气相混合，这样做的主要目的是稀释燃料，然后再进行低温度的燃烧，借此来达到降低NOx的目的。由于DLN技术既不会对燃烧的稳定性造成影响，也不会导致生产成本大幅度增加，所以该方法的应用日益增多。
3干式燃烧法在燃气轮机降低氮氧化物排放中的应用
3.1DLN-2燃烧系统
该系统是随着F级燃气轮机的出现而出现的，其现已成为F级系列燃气轮机的标配。在DLN-2系统的燃烧中，可以使用天然气作为燃料，也可以使用清油作为燃料。当以天然气作为燃料时，如果基本负荷小于50%，可采用扩散燃烧模式，若是负荷大于50%，则可采用预混模式。以清油作为燃料时，可以采用扩展模式，但必须注入一定剂量的水或是蒸汽。
3.1.1燃烧室。DLN-2的燃烧室为单级，燃烧的过程中仅有一个燃烧区域，每个燃烧室均配备的5个喷嘴。输入的天然气有将近90%左右会被注入到预混器当中，空气则会在喷嘴周围的管道内与天然气相混合；经充分混合之后的气体会从喷嘴中喷向燃烧区域，并进行稀释低NOx燃烧。在预混器内设计了涡流消除装置和燃烧导流器，由此能够进一步提升燃烧的稳定性。剩余10%左右的天然气，会通过布设在燃烧筒周围的筒体注入到喷嘴旋流器前的空气流中，这部分燃料能够起到控制燃烧室内压力动态振动的作用。
3.1.2运行模式。DLN-2系统的燃烧模式有以下几种：①一次气。这种燃烧模式是指燃料仅通向四个喷嘴的扩散通道进行扩散燃烧，常用于燃气轮机点火后转速达到81%全转速前的阶段；②L-L。这种燃烧模式又被称之为贫-贫燃烧，具体是指燃料通向四个喷嘴的一次扩散通道和三次预混气通道。该模式常被用于从81%全转速到燃烧温度达到预设温度阶段。③先导预混。若是在燃烧过程中，IGV温度控制没有投入，或是预混模式被禁止时，便可在该模式下运行。在先导预混模式中，一、二、三次气流量的分配为固定不变。④预混。这种模式通常在压气机进口抽气加热投入为50%基本负荷的条件下使用。
3.1.3燃料控制。DLN-2系统的燃料控制主要是按照燃烧温度及IGV运行控制方式对一、二、三、四次气的流量分配进行调节。
3.2DLN-2.6燃烧系统
该系统的燃烧室主要是由以下几个部分组成：火焰筒、过渡段、燃烧室外壳、端盖、导流衬套以及喷嘴等。空气与燃料的混合物经由预混区后，会从喷嘴流入到火焰筒当中，并被置于燃烧室上的点火器点燃。整个燃烧过程所生成的副产物会经由过渡段进入到透平第一级喷嘴环。与DLN-2燃烧系统相比，2.6系统取消了二次和三次燃气的分配阀，采用了全预混的燃烧模式。2.6系统最为显著的特点是在燃烧室的中心轴方向上加装了第六个喷嘴，它的燃料流量与燃空比可独立调节，即使将该喷嘴关闭，燃料也不会产生额外一氧化碳的增加。其余的五个喷嘴分成了两组，一组为2个，一组为三个。此外，2.6系统的全预混模式可分为5种不同的模式，具体为PM1燃烧、PM2燃烧、PM1+PM2燃烧、PM1+PM2+PM3燃烧以及PM1+PM2+PM3+QUAT燃烧。当机组点火启动之后，直至达到满负荷运行过程中，各个模式之间可以互相切换。由于2.6系统采用了全预混模式，从而使得燃烧室的结构获得了简化，并且整个系统有单一的控制阀进行调节，喷嘴的控制方式也得以简化。换言之，2.6系统是DLN-2系统的改进升级版，虽然该系统在各方面的性能上都得到了优化，但具体应用中，还应当结合燃气轮机的机型进行选择。这是因为所选的系统与机型匹配性越高，降低氮氧化物的效果就越好。
结论：
综上所述，在燃气轮机运行的过程中，不可避免地会产生出氮氧化物，它的大量排放会对人体和自然生态环境造成严重危害，为此应当在确保燃气轮机正常稳定运行的前提下，尽可能降低氮氧化物的排放量。本文就燃气轮机降低氮氧化物的干式燃烧方法进行论述，针对不同的机型可以选用相应的DLN燃烧系统。实践证明，干式燃烧方法能够显著燃气轮机的氮氧化物排放量，由此可见，该方法具有一定的推广使用价值。
参考文献：
[1]刘世秀.PG9171E燃气轮机排气温度控制及燃烧监视[J].中国高新技术企业，2013（8）：56-58.
[2]张学镭.燃烧中低热值燃料时燃气轮机系统的应对方案及其性能分析[J].中国电机工程学报，2012（9）：110-112.
[3]王志刚.燃气轮机干式低NOx燃烧DLN2.0+控制系统[J].发电设备，2013（5）：326-330.
[4]潘科锋，卢如飞.V94.3A燃气轮机DLN混合型燃烧器的低N0x排放特性[J].发电设备，2011（2）：102-105.
[5]赵昕.燃气轮机低N0_X燃烧技术探讨[J].能源环境保护，2012（1）：47-49.