燒重油添加消煙劑對(duì)燃機(jī)發(fā)電成本影響的分析

吳 勇，董 煒，吳偉亮

（1.上海閘電燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電有限公司，上海 200438；2.上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240）

0 引言

燃機(jī)電廠因占地面積小、啟動(dòng)快、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)得到較快發(fā)展。1997年投產(chǎn)的上海閘電燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱閘電燃機(jī)電廠）以重油為燃料，一期工程建設(shè)4臺(tái)100MW MS9001E型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，擔(dān)負(fù)著上海電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰和緊急備用電廠的任務(wù)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)電廠的調(diào)峰能力，確保電網(wǎng)運(yùn)行安全，二期工程建設(shè)2套100 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，于2006年12月投產(chǎn)。由于重油可燃燒性差，有時(shí)會(huì)發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象，煙囪冒黑煙，排煙中甚至帶有黑色的粘稠性殘?jiān)铩?/p>

為了降低發(fā)電過(guò)程中的污染物排放水平，改善周邊環(huán)境空氣質(zhì)量，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，決定在燃油中添加國(guó)產(chǎn)SY1903型消煙劑，進(jìn)行降低污染物排放試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加消煙劑運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，在燃機(jī)內(nèi)通道和余熱鍋爐熱交換器表面，因燃用重油產(chǎn)生的黑色油性結(jié)垢基本消失，排煙變?yōu)楹艿幕野咨?，從現(xiàn)象看消煙劑的使用效果非常顯著。經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)燃機(jī)使用消煙劑后不但污染物排放達(dá)到了國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，而且作為附帶效應(yīng)，發(fā)電熱耗也有了下降，在最佳工況下運(yùn)行，熱耗率降低了3 g／k Wh，可以說(shuō)在一定程度上取得了節(jié)能和減排的雙重效益。

1 添加消煙劑試驗(yàn)分析

閘電燃機(jī)安裝著聯(lián)合循環(huán)調(diào)峰機(jī)組，由2臺(tái)GE公司PG9171E型100 MW級(jí)燃機(jī)，與每臺(tái)燃機(jī)獨(dú)自連接的余熱鍋爐和由2臺(tái)余熱鍋爐供汽的1臺(tái)汽輪機(jī)組成。生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)切換燃機(jī)排氣閥門，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的簡(jiǎn)單和聯(lián)合循環(huán)。

消煙劑添加試驗(yàn)在2010年9月進(jìn)行。由于燃機(jī)負(fù)荷對(duì)其熱耗率有重大影響，因此試驗(yàn)中燃機(jī)負(fù)荷保持不變，通過(guò)改變消煙劑濃度，觀察消煙劑對(duì)燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)、余熱鍋爐熱效率的影響，試驗(yàn)時(shí)燃機(jī)負(fù)荷情況見圖1。

圖1 燃機(jī)試驗(yàn)負(fù)荷曲線

處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)不同時(shí)段記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇其平穩(wěn)段進(jìn)行算術(shù)平均，以此為基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)組熱耗率。由于本文研究的是消煙劑濃度對(duì)發(fā)電成本的影響，鑒于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組構(gòu)成特點(diǎn)，僅對(duì)燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)發(fā)電成本進(jìn)行分析。試驗(yàn)中消煙劑濃度和燃機(jī)功率、熱耗率結(jié)果如表1所示，其中消煙劑濃度采用質(zhì)量比濃度（消煙劑質(zhì)量流量比燃油質(zhì)量流量）。

從表1試驗(yàn)結(jié)果可以看出，2號(hào)燃機(jī)的性能高于1號(hào)燃機(jī)。

燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)的熱耗率同環(huán)境溫度有著密切聯(lián)系，根據(jù)試驗(yàn)時(shí)記錄的環(huán)境溫度，按照GE公司提供的燃機(jī)熱耗率環(huán)境溫度修正曲線，將表1試驗(yàn)結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，表2為考慮環(huán)境溫度后燃機(jī)熱耗率的隨消煙劑濃度變化情況。

試驗(yàn)時(shí)使用的重油燃料低位熱值為41 946 kJ／kg，結(jié)合表1和表2的熱耗率數(shù)據(jù)可以得出：不進(jìn)行環(huán)境溫度修正，消煙劑使用后發(fā)電油耗最大減低3.30 g／k Wh；進(jìn)行環(huán)境溫度修正，最大發(fā)電油耗降低2.33 g／k Wh。

2 對(duì)燃機(jī)發(fā)電成本影響的分析

由于消煙劑對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)熱耗率有一定影響，為了抓住消煙劑對(duì)燃機(jī)發(fā)電成本影響的主要因素，單獨(dú)對(duì)燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)發(fā)電成本進(jìn)行了測(cè)算。測(cè)算中消煙劑價(jià)格按4萬(wàn)元／t計(jì)算，燃油按三種價(jià)格進(jìn)行分析（C1為5 000元／t，C2為5 500元／t，C3為6 000元／t），測(cè)算消煙劑對(duì)發(fā)電成本，特別是油價(jià)變動(dòng)后消煙劑對(duì)成本的影響程度，發(fā)電成本分析計(jì)算見表3和表4。

表1 2臺(tái)燃機(jī)試驗(yàn)結(jié)果

表2 修正后的2臺(tái)燃機(jī)熱耗率

表3 1號(hào)燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)成本分析

表4 2號(hào)燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)成本分析

由于在發(fā)電成本中消煙劑僅占很小一部分，當(dāng)燃油價(jià)格變化時(shí)從發(fā)電成本出發(fā)很難分析出消煙劑對(duì)其影響程度。為了比較消煙劑使用對(duì)成本的相對(duì)影響，定義為：

按照成本相對(duì)變化率的定義，如果成本相對(duì)變化率為正值，表示實(shí)際成本較參考成本低，從經(jīng)濟(jì)角度而言，表示降低了成本。也就是說(shuō)，選用的參考成本不同，成本相對(duì)變化率表示的含義是不同的：如果參考成本為燃料成本（不含消煙劑費(fèi)用），則成本相對(duì)變化率表示的是不同消煙劑濃度對(duì)燃油成本的影響，數(shù)據(jù)中不含消煙劑的成本的影響；如果采用的是發(fā)電成本，則數(shù)據(jù)包含了燃油和消煙劑兩者成本共同影響。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了溫度修正后2臺(tái)燃機(jī)燃油成本和發(fā)電成本相對(duì)變化率，如圖2所示。對(duì)于燃油成本相對(duì)變化率而言，由于其不受消煙劑價(jià)格影響，因此圖2中只有1條燃油成本變化率曲線。

從圖2可以看出，消煙劑對(duì)節(jié)省2臺(tái)燃機(jī)燃料成本都是有益的，由于1號(hào)燃機(jī)原本效率較低，隨著消煙劑濃度的提高，燃油成本下降較為明顯，隨著燃油價(jià)格的提高，發(fā)電成本的相對(duì)下降較為顯著。由于發(fā)電成本受消煙劑成本的影響，所以發(fā)電成本曲線沒有燃油成本下降趨勢(shì)那么明顯。

圖2 發(fā)電成本相對(duì)變化率比較

2臺(tái)燃機(jī)在發(fā)電成本方面影響是不盡相同的。倘若計(jì)入消煙劑成本，對(duì)于原來(lái)效率較高的2號(hào)燃機(jī)，消煙劑對(duì)發(fā)電成本降低作用有限，特別是當(dāng)消煙劑濃度過(guò)高時(shí)，發(fā)電成本隨消煙劑濃度過(guò)高而出現(xiàn)發(fā)電成本增加的趨勢(shì)。因此，從發(fā)電成本考慮，消煙劑對(duì)降低因燃燒不完全造成效率較低機(jī)組成本的效果比較明顯，但如果原機(jī)組效率較高或者消煙劑使用濃度過(guò)高，對(duì)機(jī)組發(fā)電成本降低效果有限。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，要降低發(fā)電成本，消煙劑使用體積濃度宜在400～700 mg／L，這與從熱耗率角度得出的結(jié)論比較接近。

3 結(jié)論

1）對(duì)于燃機(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)，隨著消煙劑濃度的增加，燃機(jī)熱耗率呈下降趨勢(shì)，消煙劑對(duì)節(jié)能是有效的。

2）消煙劑對(duì)降低因重油燃燒不完全的燃機(jī)燃料和發(fā)電成本有一定效果。使用消煙劑可以降低燃機(jī)的燃料成本，但當(dāng)消煙劑濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)增加原效率較高機(jī)組的發(fā)電成本。

3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，從降低機(jī)組發(fā)電成本考慮，建議消煙劑的使用濃度在400～700 mg／L之間。

4）消煙劑投用至今，燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件及余熱鍋爐受熱面的油性積垢物和煙灰現(xiàn)象得到改善，設(shè)備維保費(fèi)用也大為減少，企業(yè)取得一定經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。