天然氣熱值對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的影響

吳寅琛

摘 要：國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)組正日益增多，作為燃?xì)廨啓C(jī)原料的天然氣氣源也復(fù)雜多變，正如煤質(zhì)對(duì)燃煤機(jī)組的影響一樣，不同種類的天然氣對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行也有著舉足輕重的影響，天然氣種類的不同最大的區(qū)別就在于它熱值的不同，所以本文就天然氣熱值的不同對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的影響進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：天然氣；燃?xì)廨啓C(jī)；影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.058

0 引言

隨著日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題，燃煤電廠正在慢慢的失去昔日的風(fēng)采，取而代之的是各類清潔、高效的新能源發(fā)電，在各類清潔能源中天然氣尤為突出，它比核電更安全、可控，比風(fēng)電、天陽(yáng)能發(fā)電更穩(wěn)定、比水力發(fā)電選址條件等更廣泛。

某公司采用的是美國(guó)GE公司生產(chǎn)的多軸S209FA型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，采用“二拖一”運(yùn)行模式，包括兩臺(tái)美國(guó)Deltak公司的臥室三壓再熱自然循環(huán)余熱鍋爐，1臺(tái)美國(guó)GE公司的D11型汽輪發(fā)電機(jī)組，其中單臺(tái)燃機(jī)額定出力250MW，汽輪機(jī)額定出力280MW，總出力780MW。公司氣源由西氣一線、西氣二線、川氣、東海來(lái)氣、液化天然氣（LNG）組成，天然氣熱值復(fù)雜多變，下面我們就以該公司兩臺(tái)9F燃機(jī)運(yùn)行情況為例從電廠機(jī)組運(yùn)行的幾個(gè)典型方面來(lái)分析。

1 安全性方面

1.1 燃機(jī)脈動(dòng)燃燒、振動(dòng)

天然氣的高熱值造就了它的易燃性，所以燃機(jī)不用擔(dān)心類似燃煤機(jī)組因?yàn)槊嘿|(zhì)問(wèn)題造成熄火的困擾，一般的天然氣熱值都能保證機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)定燃燒。相反的根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)天然氣熱值越高，在燃機(jī)低負(fù)荷和燃燒模式切換時(shí)燃燒脈動(dòng)更強(qiáng)烈，導(dǎo)致燃機(jī)低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)相對(duì)偏高。脈動(dòng)燃燒的理論這里不過(guò)多敘述，雖然脈動(dòng)燃燒有一些有利的方面，但是也存在一定的安全問(wèn)題，如：1.燃燒脈動(dòng)帶來(lái)的強(qiáng)烈振動(dòng)問(wèn)題：我們需要關(guān)注經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整的機(jī)組在不同負(fù)荷段的燃燒脈動(dòng)情況，附加的振動(dòng)值有多大，是否可以通過(guò)燃燒調(diào)整得以改觀。2.由于脈動(dòng)燃燒器內(nèi)的壓力脈動(dòng)會(huì)誘發(fā)裝置系統(tǒng)組件的振動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件的強(qiáng)度、工作可靠性可能會(huì)造成一定影響。3.燃燒脈動(dòng)帶來(lái)的燃燒工況問(wèn)題，燃燒脈動(dòng)的程度越劇烈，越容易造成對(duì)燃機(jī)的火焰筒、聯(lián)焰管及過(guò)渡段的燒毀問(wèn)題，輕則易造成涂層的剝離，嚴(yán)重影響熱通道的安全。4.噪聲問(wèn)題。

1.2 燃機(jī)熄火轉(zhuǎn)速過(guò)高

在燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)過(guò)程中，燃機(jī)從解列到熄火轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)速比閥（SRV）和燃?xì)饪刂崎y（D5）的開(kāi)度來(lái)決定，而這兩個(gè)閥門(mén)的開(kāi)度是在內(nèi)置邏輯里根據(jù)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降速度設(shè)置好的，所以對(duì)應(yīng)同樣的閥門(mén)開(kāi)度，當(dāng)天然氣熱值高時(shí)燃機(jī)熄火轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)偏高。這在運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)，雖然檢查的結(jié)果主要原因定在速比閥（SRV）和燃?xì)饪刂崎y（D5）存在一定的內(nèi)漏，即同樣的閥門(mén)開(kāi)度，它的通流特性已經(jīng)改變了比原來(lái)的設(shè)計(jì)流量要大，但是幾乎每次燃機(jī)熄火轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)都會(huì)伴隨著天然氣熱值相對(duì)較高，所以我們分析天然氣熱值高也是燃機(jī)熄火轉(zhuǎn)速高的原因之一。 燃?xì)廨啓C(jī)高轉(zhuǎn)速熄火易造成燃機(jī)熱通道沖擊大，嚴(yán)重時(shí)更可能造成燃機(jī)內(nèi)部通流部件損壞等后果。

2 經(jīng)濟(jì)性方面

氣耗：

天然氣作為燃機(jī)的燃燒原料，它的熱值高低直接影響的燃機(jī)運(yùn)行的效率，同樣的燃機(jī)負(fù)荷天然氣熱值高時(shí)瞬時(shí)天然流量顯然要小于熱值較低的時(shí)候，我們將單位發(fā)電量所用的天然氣量叫做發(fā)電氣耗，發(fā)電氣耗越低機(jī)組效率越高，當(dāng)然效益也是越好。

3 環(huán)保性方面

NOX排放：

面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)保問(wèn)題和日趨嚴(yán)苛的環(huán)保要求，作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒排放物之一的氮氧化物（NOX）正被作為環(huán)保是否合格的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。 NOX氣體是危害大，且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動(dòng)植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。我國(guó)是燃煤大國(guó)，NOX排放的控制尤為嚴(yán)重，隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視，煤電機(jī)組脫硝已經(jīng)是必備條件，作為綠色環(huán)保電廠的燃汽輪機(jī)組我們對(duì)于減少NOX排放，響應(yīng)國(guó)家環(huán)保號(hào)召責(zé)無(wú)旁貸，尤其從2014年起實(shí)施新的排放標(biāo)準(zhǔn)后，燃機(jī)電廠執(zhí)行NOX排放量不大于50mg/m3，北京地區(qū)的燃機(jī)電廠均配備脫硝設(shè)備，且對(duì)NOX排放采取根據(jù)不同的排放量階梯收費(fèi)，旨在促進(jìn)不斷降低NOX排放。雖然當(dāng)前燃汽輪機(jī)組普遍都采用了新型的燃燒器及預(yù)混燃燒的燃燒技術(shù)，但是天然氣熱值的不同，機(jī)組工況的不同等均會(huì)造成NOX排放的上下浮動(dòng)，經(jīng)過(guò)對(duì)天然氣熱值長(zhǎng)期的跟蹤發(fā)現(xiàn)當(dāng)天然氣在某一熱值左右時(shí)NOX排放量會(huì)達(dá)到最高值，我們稱該熱值為最差NOX排放熱值。當(dāng)然機(jī)組的特性不同，燃燒調(diào)整的配比不同均會(huì)造成最差NOX排放熱值存在一定的差異。我們提出的是建立在長(zhǎng)期跟蹤的基礎(chǔ)上確定這一最差熱值的數(shù)值，當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)熱值接近最差NOX排放熱值時(shí)提出進(jìn)行燃燒調(diào)整的請(qǐng)求，為最佳燃燒調(diào)整時(shí)機(jī)提供依據(jù)。正如上面所說(shuō)到燃機(jī)振動(dòng)，燃燒脈動(dòng)等也可以進(jìn)行長(zhǎng)期觀察確定最差的振動(dòng)熱值，以便提前做好燃燒調(diào)整的準(zhǔn)備。如果GE公司的機(jī)組增加選配CDM（Dynamin combustion monitoring）動(dòng)態(tài)燃燒檢測(cè)系統(tǒng)，則可以通過(guò)對(duì)燃燒系統(tǒng)的脈動(dòng)直觀監(jiān)視來(lái)判別。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然氣最為燃?xì)廨啓C(jī)的唯一生產(chǎn)原料，對(duì)于它的熱值的跟蹤記錄，建立以它為變量對(duì)燃汽輪機(jī)組運(yùn)行特性的影響的持續(xù)觀察、分析是非常有必要的。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、比較為燃機(jī)最佳燃燒調(diào)整周期提供有力的依據(jù)。通過(guò)合理的燃燒調(diào)整保證機(jī)組安全、高效、環(huán)保運(yùn)行。

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