近年來，隨著我國霧霾等惡劣天氣的頻發，火力發電等重點行業的污染物排放狀況受到了更多關注。為此，自2015年以來，我國燃煤電廠逐步開始實施超低排放改造，改造后其主要污染物(煙塵、SO2和NOx)可達到國家對燃氣機組的排放限值要求，部分電廠氮氧化物排放濃度已達到25mg/m3水平。

眾所周知，由于燃料特性的不同，燃氣發電相比燃煤發電更為清潔高效，但隨著燃煤電廠實施超低排放改造，燃氣電廠的環保優勢受到挑戰。特別是近年來氣電裝機容量的迅速擴充，加之燃氣電廠主要位于經濟發達、環境敏感區域，所以其環保問題已日益凸顯。江蘇省作為沿海經濟發達地區，燃氣發電裝機容量已接近1000萬kW，預計2020年將達到2000萬kW。同時，江蘇省10萬kW以上燃煤機組將全部完成超低排放改造，排放水平將達到燃氣電廠環保排放標準要求，省內燃氣電廠環保優勢已受到挑戰。

隨著江蘇省氣電裝機容量的擴充，燃氣發電的污染物排放情況將受到足夠重視，燃氣電廠應積極開展降氮潛力評估工作，為迎接更高的環保標準做好技術儲備。

1江蘇省燃氣電廠的環保現狀

截至2016年底，我國燃氣發電機組總裝機容量已達7860萬kW。作為沿海經濟發達地區的江蘇，近幾年燃氣裝機容量增長迅速，如圖1所示。

隨著江蘇省燃氣發電裝機容量的遞增，其污染物排放現狀已不容忽視。通過對江蘇省13座在役燃氣輪機電廠和8座在建燃氣輪機項目進行了環保現狀調研，其主要污染物排放水平匯總如表1所示。目前，江蘇省燃氣機組污染物排放水平均能達到《火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011》(以下簡稱“國家標準”)，其中需要關注的主要污染物為氮氧化物。

如表1所示，在未安裝任何脫硫除塵環保設施的情況下，SO2和粉塵實際排放水平均遠低于國家標準規定的排放限值，也遠優于超低排放燃煤機組的排放水平;此外，燃氣電廠運行過程中除生活廢水外基本無生產廢水外排，其噪聲通過防噪墻等降噪措施處理后也能達到國家環保標準要求;氮氧化物為燃氣電廠的主要污染物，但排放水平也能達到國家標準規定的排放限值。

役機組氮氧化物排放水平分布情況存在差異。為了便于研究和預測地區排放限值，圖2分析了江蘇省在役13座電廠近30臺燃氣輪發電機組最近一年的最高氮氧化物小時排放均值。

機組的排放數據為小時均值，當一年內排放最高的20個數據的平均值介于50～40mg/m3，則將該機組化歸為“50-40檔”;當該平均值介于40～30mg/m3，則將該機組化歸為“40-30檔”;當該平均值介于30～20mg/m3，則將該機組化歸為“30-20檔”。如圖2所示，54%的機組NOx最高濃度平均數值在30mg/m3以上。

NOx排放水平分檔規律因機組參數不同而不同。由于燃氣輪機透平前溫決定氮氧化物生成速率，F級機組透平前溫高于E級機組，因此F級機組的氮氧化物排放濃度一般會高于E級機組。

目前，江蘇省燃氣機組氮氧化物濃度分檔情況如圖3所示，在低濃度檔位，E級機組占比更大，F級機組占比更小。SCR預留和加裝情況存在差異。目前，江蘇省在役機組只有2座電廠加裝有SCR脫硝系統。

如圖4所示，大部分在役機組未預留SCR安裝位置;而所有在建機組全部預留了SCR安裝位置(其中1座電廠已安裝SCR)，但部分機組預留空間偏小。從裝機容量角度考慮，江蘇省在役機組中約有598萬kW未預留SCR脫硝位置，約占總裝機容量的60%。

因此，在研究脫硝技術路線時，大部分在役機組由于無法加裝SCR，能采用的脫硝技術明顯有別于在建機組。同時，燃氣電廠環保裝置存在較大優化空間。

江蘇省燃氣輪機電廠燃燒器均采用低氮燃燒器，由于燃氣輪機燃燒特性，電廠在啟動階段有短時間NOx超標情況，部分電廠啟動階段有黃煙現象。調研的燃氣電廠環保裝置還存在以下問題:已加裝脫硝系統的電廠SCR運行效率偏低，一般在50%左右，還有較大提升空間;對NOx的檢測手段有待完善(未測量NO2);大部分CEMS檢測原理為紅外法，檢測量程偏大等。

2燃氣輪機氮氧化物排放的影響因素分析

目前，國內外燃氣輪機氮氧化物減排技術多樣，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，目前主流技術為干式低氮燃燒技術。根據對江蘇省燃氣電廠調研，低氮燃燒技術受到生產廠家、燃氣輪機控制方式以及外界溫濕度變化等因素影響，因此本文將從這三個方面加以分析。

2．1不同主機廠家的排放差異

為了比較江蘇省現有燃氣機組本體在正常負荷下的氮氧化物減排能力，本文對三大主機廠家透平出口NOx排放水平進行了比較。

如表2所示，除三菱E級機組樣本少未計入外(數據不具代表性)，江蘇省其它所有在役機組均已統計其中。表2排放水平為本文圖2表述的每臺機組最高濃度平均值之和與機組數量的比值。

從表2可知，對于F級和E級機組，正常負荷條件下不同主機廠家的氮氧化物排放水平差異不大，其中西門子機組由于采用環型或筒型燃燒室，有別于其它廠家的環筒型燃燒室，實現正常負荷下的低氮排放難度更大。目前，江蘇省燃氣電廠由于排放達標，均未對燃氣輪機本體進行升級或改造，省內現有燃氣輪機的低氮燃燒技術差異不大。

2．2燃氣輪機的控制方式變化

目前，燃氣輪機本體降氮受到多重因素約束。較難在平衡其它重要運行參數后實現更低的氮氧化物排放水平。以江蘇省某9F級機組啟動階段的燃料控制為例。

如表3所示，在啟動階段初期，機組需要增加值班燃料閥(擴散燃燒方式)開度確保燃燒穩定，此時值班燃料閥開度是正常運行階段的1.29倍。在正常負荷下，為確保燃燒溫度不致過高而導致氮氧化物排放超標，值班燃料閥開度減小，同時預混燃料閥開度達到開機階段的2.2倍。

燃氣輪機的排放也受到機組安全性的影響。某9F級機組在正常負荷階段，通過減少燃料量降低了機組出力和效率，同時減少了氮氧化物排放濃度，但機組振動加速度(ACC值)明顯升高，機組安全性受到一定影響。

因此，燃氣輪機的燃燒控制需平衡出力、安全、排放等多方面因素，通過控制燃燒降低氮氧化物同時會受到其他因素的制約，較難實現全負荷低氮排放。

2．3大氣溫濕度的變化

理論分析，大氣溫度、濕度的變化，將會影響機組的燃燒溫度，進而影響氮氧化物的排放。通常情況下，環境濕度升高時，NOx排放會降低。江蘇省實際調研情況，如下圖5至圖7所示。

圖中A、B、C電廠機組分別為西門子、GE和三菱機組，圖中統計的是一年排放數據。由圖5、圖6、圖7可知，盡管三臺機組氮氧化物排放受環境濕度的影響存在差異，但趨勢一致，大氣濕度越大，氮氧化物排放濃度有降低的趨勢。