干货！性能与环保兼顾的DLN1.0+超低氮氧化物燃烧室改造

记全球首批次9E DLN1.0+超低氮氧化物燃烧室改造

为大幅减少主要大气污染物排放总量，明显改善环境空气质量，增强人民的蓝天幸福感，2018年，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，对优化能源结构、推进能源资源全面节约提出了关键举措。对此，重点减排区域各省市也提出减排目标。2018年4月，深圳提出《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》，控制深圳市内的电厂排放成为行动计划的重点之一。行动计划要求在2018年10月31日前，深圳市所有燃气电厂需各完成一台以上燃气机组排放达到15mg/m3（约7.5ppm）以下的改造，未完成的将被禁止上网发电。《江苏省“十三五”节能减排综合实施方案》也要求各地级市完成18-22%不等的氮氧化物减排指标。氮氧化物生成的机理是怎样的，减少氮氧化物排放的技术有哪些，减排技术孰优孰劣，实际改造案例和改造成果如何，让我们听听专家怎么说。

氮氧化物生成的机理

天然气燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），在燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件相关。从生成机制上分有热力型、快速型和燃料型三种。

·热力型氮氧化物是指燃料燃烧时，高温促使空气中氧气和氮气发生反应所产生的氮氧化物。燃烧区域的温度越低，这类氮氧化物的产生量就越少。这是燃气发电氮氧化物的主要类型。降低燃烧温度，并避免产生局部高温区是解决这种氮氧化物产生的办法。

·快速型氮氧化物是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反应，形成的CN、HCN，继续氧化而生成的NOx燃料型氮氧化物是燃料中本身的含氮物质与空气中的氧气在燃烧中反应产生的氮氧化物。这是燃煤电厂氮氧化物的主要类型。

氮氧化物减排技术

目前，控制燃机尾气氮氧化物排放的措施大致分为两类，一类是低氮氧化物燃烧技术，通过各种技术手段，抑制或还原燃烧过程中生成的氮氧化物，来降低氮氧化物排放；第二类是烟气脱硝技术。

低氮氧化物燃烧技术

有别于昂贵的注氮系统和具有氨逃逸问题的烟气脱硝系统，基于保持原有系统技术统一性和不影响机组性能为前提，自2004年开始，GE开始了DLN1.0+超低氮氧化物燃烧室改造研发设计。首先从6B和7E入手，先后研发并应用6B和7E的DLN1.0+燃烧系统，实现NOx低于10mg/m3的排放（实际案例NOx排放在3-7ppm）。自2008年起，60赫兹的7E燃机上设计的DLN1.0+燃烧器技术被借鉴到50赫兹的9E DLN1.0机组上，研发出适用于9E的DLN1.0+燃烧系统，在设计上满足硬性指标：

·氮氧化物(NOx)排放5~7.5ppm，一氧化碳(CO)排放25ppm或更低；

·整体燃烧系统的检修期拓展到32000小时/1300次启停；

·燃机性能（出力、效率、热耗）不受影响。

在整体系统和部件的设计中，DLN1.0+分别在充分预混和掺混，耐高温材料，涂层材料，冷却技术，值班火焰燃料配比以及结构减震等方面进行改进，同时对DLN1+系统增加了CPC（参数修正控制系统）、CDM（燃烧室脉动检测系统）、Autotune Lite和Autotune Recovery功能，实现在线燃烧自动调整和恢复，拓宽了燃机运行的边界条件，从而在燃烧室的整体性能上达到以上三个方面的硬性指标。由于DLN1.0+的升级延长了部件寿命和检修间隔，相应的也节省了运维费用和提高了机组的利用率。

DLN1.0+是在DLN1.0燃烧系统基础上根据优化的燃烧模式重新设计升级而成。DLN1.0+包括螺栓-法兰连接的一级喷嘴，带有改进的整体式密封和空气通道的新型无法兰连接的二级燃料喷嘴， 带有完全机加工的螺栓连接式端盖，改进的旋流器，Nimonic镍基合金和带C级热障涂层的新型火焰筒，新型火焰筒衬套，带C级热障涂层的新整体装配式TP 过渡件段及相关联安装硬件，和火焰连接管。

跟其它低氮技术相比，它最大的特点是利用燃烧器本身实现低氮排放，不需要增加其他的辅助设备。设备在设定好，投入运行后，会始终在低氮的排放情况下运行，减少了人为和其它不确定因素。这就好比不用在排气管上加装减排装置，直接改善车辆本身的排放水平，是更为彻底的解决方案。DLN1.0+超低氮氧化物燃烧室改造解决方案免去了捕捉和处理已经生成的氮氧化物，而是根本上减少氮氧化物的生成，直接对燃机进行改造，是本质环保。

烟气脱硝技术——选择性催化还原法（SCR）：

选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。 选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。

选择性催化还原法（SCR）是比较传统的方法。它是利用还原剂（也就是氨）和催化剂，将已经产生的氮氧化物还原成氮气、水，也就是选择性催化还原法（SCR）。这就好像为了控制汽车尾气的污染，在汽车排气管尾部再多增加一个减排装置，对尾气进行过滤。这种方法已经在燃煤机组中普遍采用。但是，选择性催化还原法（SCR）有其身的局限性：

·采用SCR法，电厂需要单独建立液氨或尿素存储与处理设施。然而，对于许多现役电厂没有为SCR做出土地预留。江苏省国信资产管理集团有限公司徐国群在2018年曾对江苏省现役燃气电厂进行调研，根据他撰写的《江苏燃气电厂环保现状及应对趋势》，大多数调研的现役燃气电厂没有为SCR做出土地预留。

·采用SCR法，电厂需要持续不断对催化剂进行投入。同时，催化剂长期在高温、复杂的烟气环境中工作，也会受到物理和化学因素的影响而逐渐失活。

·电厂实际运行过程十分复杂，难以达到排放指标时，往往通过增加喷氨量来提高脱硝效率，造成氨逃逸率超标。

·SCR法会增加燃机的压损，影响燃机的性能，而燃机性能下降，燃料消耗会增加，出力会下降。

实际改造案例和改造成果

2018年4月，深圳提出《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》，提出了“十大工程”、125项任务，其中包括要求10月31日前，全市所有燃气电厂各完成一台以上燃气机组排放达到15mg/m3（约7.5ppm）以下的改造，未完成的将被禁止上网发电。在项目提出了两方面的挑战：

·创新性：尽管GE在全球的机组里面有这项技术，但是在9E燃机上，还是第一次使用。因此，本土团队需要把大量国际上的运行经验和成功经验嫁接到中国来，快速开发出满足本土用户的的解决方案。

·时间紧：从计划出台，提出解决方案，到完成改造，通过性能测试，只有短短六个月时间。这对技术管理、技术组织、技术开发都有着较强的要求，需要项目团队充分了解每一个电厂的实际情况，提出有针对性的设计方案，调动本土供应链，制造出符合要求的硬件。值得强调的是，采用DLN1.0+超低氮氧化物燃烧室改造解决方案，仅需要在新的燃烧室制造完成后，替换原有燃烧室，停机施工周期仅相当于一次小修，14~21天就可以完成。

作为此次行动的技术合作伙伴，GE基于GE B/E级燃机全球4,300万小时的运营经验以及先进燃烧科技，提出DLN1.0+燃烧室升级解决方案，大幅降低现役机组氮氧化物排放，并将燃烧系统检修间隔扩展到32,000小时或1300次起停（相当于连续四年稳定运行）。同时，通过先进的软件升级可让机组接受华白指数变动幅度更大的燃料，从而提高机组燃料灵活性，扩大气源选择，帮助机组灵活运营。改造完成后，五家发电企业的氮氧化物排放水平将从原有50mg/m3（约25ppm）降低到15mg/m3（约7.5ppm）。这五家发电企业分别为深圳南山热电、深圳新电力、深圳大唐宝昌燃气发电、深圳钰湖电力以及中海油深圳电力。

项目改造的成绩得到了发电企业、深圳市生态环境局的一致好评。

深圳南山热电股份有限公司总经理陈玉辉评价道：“本次改造，在技术方案选择方面我们尤为慎重，经过广泛调研和认真分析，对比锅炉脱硝改造的SCR技术，燃气轮机燃烧技术升级DLN1.0+方案，不仅可以实现NOx的减排要求，而且能够进一步降低一氧化碳排放，有效避免脱硝系统带来的氨逃逸，从而更好地提升大气环境质量，同时不需要新增设备场地，不引用液氨等危化品的安全管理问题，对于地处前海、深港合作区的南山热电厂，DLN1.0+方案具有突出的安全环保技术优势，并且我们还邀请了行业内专家召开了现场专题评审会，一致同意燃烧技术DLN 1.0+升级改造的技术方案。”

“为全力打好污染防治攻坚战，推动大气环境质量对标国际最先进水平，我市实施了《2018年‘深圳蓝’可持续行动计划》。”深圳市生态环境局副局长卢旭阳表示。“截止今年3月底，深圳市完成了八家燃气电厂18台机组低氮燃烧器升级改造或烟气脱硝改造，其中五家发电企业的九台9E机组采用了全球领先的DLN1.0+燃烧器技术改造，污染物排放水平达到国内最领先、国际先进水平。”

“在全国甚至全球都没有先例的情况下，我们对燃气电厂提出氮氧化物降到15毫克/立方的要求。这个目标因为要对标国际先进城市，定得比较高。GE有这样的技术能力以及实力实现这样的技术改造。”深圳市生态环境局大气处高级工程师兰紫娟博士“作为环保部门，我们对电厂和技术公司的选择没有要求的。我们只是对环保标准、环保效益和改造实现目标进行要求。至于怎么实现，选择哪家有技术能力实现的公司去实现，都是我们各个电厂积极和技术改造公司在深度沟通之后做出的决定。它们觉得GE公司有这个实力完成，而事实证明也是在去年十月底，不仅是完成每个电厂一台机组的改造，很多都是超额完成改造任务，不止完成了一个机组。”

“当前发电企业面临着环保指标与经济绩效的双重压力，我们也一直在寻找两全方案，在提升资产性能的同时为本地蓝天贡献力量。”深圳南山热电厂厂长梁建强表示，“GE的DLN 1.0+燃烧室改造技术正好满足了我们的需求。在此次合作中，GE不仅验证了其技术先进性，也展现出优秀的执行能力，在保证本地电力稳定供应的同时，帮助深圳发电企业实现环保升级。”

“此次9E DLN1.0+的成功应用表明我们本土化迈入了新的阶段。它不仅是技术上的首创，也是合作模式上的革新。我们根据中国客户需求，量身定做解决方案，实现‘中国首例’、‘亚洲首例’乃至‘世界首例’。” GE发电项目执行及服务总经理许欣表示。“同时，我们也在深圳市生态环境局的指导与协调下，与客户一起想办法，解难题，最后共同成功，共创价值。这样的公私合作模式，将指导我们推进与其它发电企业和地方政府的合作，与客户共同探索在当今经济与环境双重压力下的电厂运维之道。”

(本文作者系GE发电服务应用工程师徐晓宇)

附录：DLN1.0+与SCR两种降低氮氧化物方式对比