提高燃機發電效率的研究與應用

【摘 要】通過分析燃氣發電機組的運行效率，發現最大制約因素是煤氣壓力偏高和溫控線偏低以及混合煤氣熱值偏高。為此，制定了降低煤壓機出口壓力、提高燃機溫控線、降低混合煤氣熱值、優化燃機油氣切換，增加燃機發電量、減少焦爐煤氣消耗、提高切換成功率。

【關鍵詞】燃氣發電；運行效率；溫控線；煤氣熱值

0 引言

燃氣發電系統是世界上第一代燃用低熱值高、焦混合煤氣的清潔發電系統，系統復雜，裝備水平先進，科技含量非常高，國內外尚無成熟的經驗可以借鑒。該系統的整個設計以燃氣輪機為中心，各個參數都是為了滿足燃機運行的需要，燃機自身的設計參數更是苛刻，嚴重制約了整個發電系統的穩定高效運行。在運行中我們發現，最大的制約因素是煤氣壓力偏高和溫控線偏低以及混合煤氣熱值偏高。設計中燃機要求入口煤氣壓力為2.35±0.05 MPa，為滿足這一條件，運行中煤壓機出口煤氣壓力設定為2.35MPa，然后送入燃氣輪機，由于壓比高，煤壓機軸功率大大增加，造成自耗電增加，上網率減少；燃機溫控線偏低，制約著燃機負荷的提升，使燃機發電量減少；混合煤氣熱值偏高，消耗的焦爐煤氣量大。

1 現狀分析

根據燃氣輪發電機組的技術要求，燃料供應壓力為：2.35±0.05MPa。在燃料的供應工藝上分為壓縮與供應兩道工序。

高、焦爐混合煤氣經過煤氣壓縮機的增壓，煤壓機機后的回流穩壓，至燃氣輪發電機組后，再經過燃氣輪發電機組的速比閥減壓、流量控制閥調量，送至燃機燃燒室燃燒膨脹做功。其中煤壓機為了達到燃機對燃料壓力的要求，回流量一般控制在10%左右；燃機速比閥將2.35MPa的混合煤氣減壓至2.12MPa，燃料控制閥進一步減壓至1.4MPa。

由此可見，在煤壓機與燃機燃料供應的工藝銜接上還有待進一步優化，以達到節能降耗的目的。

因此針對以下問題進行研究

（1）降低煤壓機出口壓力

煤壓機出口壓力為2.35MPa，經過燃機進口的速比閥減壓至2.12MPa，燃料控制閥減壓至1.4MPa進燃燒室。由此可見，煤壓機與燃機在燃料供應壓力上存在不協調的問題，也存在優化的必要性，降低煤壓機出口壓力能夠大大降低煤壓機消耗。如果煤壓機出口壓力降至2.1MPa，煤壓機將減少1000kW的電能消耗。

（2）提高燃機溫控線，增加燃機發電量

燃機發電量由溫控線決定，溫控線越高，燃機排煙溫度越高，燃機和汽輪機發電量越大；反之，溫控線越低，燃機排煙溫度越低，燃機和汽輪機發電量越小。從運行情況看，由于燃機溫控線低，導致發電量少。標準狀況下，燃機發電量46.6MW，排煙溫度應為533℃，實際為505℃，導致發電量減少。如果溫控線提高10℃，將提高燃機和汽機負荷約1200kW。

（3）降低混合煤氣熱值，減少焦爐煤氣消耗

燃機初始設計程序時，考慮到對機組的保護，對低熱值進行了限制；當低熱值煤氣燃燒時，燃料量FSR增大；當FSR過大，超過高高報警值DFSRHH時，燃機切油。通過更改燃機燃料量公式，使燃機適用的煤氣熱值范圍變寬，避免了燃機燃燒低熱值煤氣時，因FSR高報切油，現熱值由6200kJ/Nm3以上，降低為5800kJ/Nm3左右。

（4）燃機油氣切換，采用“混燒”模式，提高切換成功率

燃氣從油向氣切換過程中，成功率不高，并且容易跳機。燃機油氣切換過程中，切換至50%時，采用油氣混燒，然后以10%的幅度逐步增加煤氣，減少柴油，分段切換，提高燃燒穩定性，保證一次切換成功。

2 解決措施

（1）燃機入口煤氣壓力低限位切油值由2.079MPa修改至1.8MPa；更改速比閥控制程序，取消閥位開度大開始切油限制；煤壓機出口壓力由2.35MPa降低至2.05MPa，使燃機速比閥全開，減少壓力損失，取消其調壓功能，由煤壓機三回一閥調節送入燃機的煤氣壓力，使燃機速比閥后煤氣壓力維持在1.95MPa左右；同時關小煤壓機三回一閥開度，保持閥位開度在8-10%，減小回流量。

（2）對燃機溫控線控制程序進行提高調整

在保證機組安全穩定的基礎上，小幅度、步進式提升溫控線，最終提高10℃，從而提高燃機負荷。

（3）通過更改燃機控制程序，對燃料量公式進行修訂，保證混合煤氣熱值降低時，燃機不會因為FSR超標而切油或跳機。

修訂后，增加了DFSRHH范圍，燃機燃料量空間大大增加，燃機運行更加穩定，并使燃燒低熱值煤氣成為現實。

（4）燃機油氣切換過程中，切換至50%時，選擇油氣混燒模式，然后以10%的幅度逐步增加混合煤氣，減少柴油消耗量，分段切換，提高燃燒穩定性，保證一次切換成功。

3 技術特點和難點

3.1 技術特點

在國內外缺少該方面經驗的前提下，我們在對機組原理和結構充分了解的基礎上，根據現場運行經驗，積極提出實施方案，優化改善了發電系統，提高了發電量、上網量，減少了發電量損耗，同時在高爐煤氣富裕的情況下，減少了高爐煤氣放散量。

本項目主要對燃氣輪發電機組進行軟件改造，沒有投資發生。

3.2 技術難點

燃機控制程序的改編。燃機是高科技的產物，控制系統非常復雜，程序的改編凝聚著創新和智慧。

低熱值混合煤氣燃機是世界上第一代，技術不成熟，缺少成熟的經驗；重大的技術改進需要冒著很大風險，不斷的研究和探索，不斷的試驗和總結。

4 實施效果

（1）混合煤氣壓力降低后，煤壓機自耗電量減少，單臺燃機提高上網電量1000 kW，增加了系統運行穩定性，大大提高了發電效率。

（2）燃機溫控線提高10℃后，提高了發電量1200 kW。

（3）混合煤氣熱值由6200kJ/Nm3以上，降低為5800kJ/Nm3左右，減少了焦爐煤氣消耗；在焦爐煤氣緊張的情況下，開辟了提高發電量新途徑；并且減少了高爐煤氣放散量，同時減少了煤氣放散對環境的污染。

（4）探索出了燃機油氣切換時混燒模式，減少了停機率，增強了系統的穩定性5 效果分析

由以上實施效果可見，通過技術優化和改進，發電量有明顯提升，單臺機組上網電量平均提升2000千瓦每小時；大大提高了系統穩定性；減少了高爐煤放散量，減少了環境污染，創造了巨大的經濟效益和環保效益。

[責任編輯：劉帥]