天然氣熱值對燃氣輪機運行的影響

吳寅琛

摘 要：國內(nèi)燃氣輪機組正日益增多，作為燃氣輪機原料的天然氣氣源也復雜多變，正如煤質(zhì)對燃煤機組的影響一樣，不同種類的天然氣對燃氣輪機的運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燃氣輪機運行的影響進行分析。

關鍵詞：天然氣；燃氣輪機；影響

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

0 引言

隨著日益嚴峻的環(huán)境污染問題，燃煤電廠正在慢慢的失去昔日的風采，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，比風電、天陽能發(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GE公司生產(chǎn)的多軸S209FA型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，采用“二拖一”運行模式，包括兩臺美國Deltak公司的臥室三壓再熱自然循環(huán)余熱鍋爐，1臺美國GE公司的D11型汽輪發(fā)電機組，其中單臺燃機額定出力250MW，汽輪機額定出力280MW，總出力780MW。公司氣源由西氣一線、西氣二線、川氣、東海來氣、液化天然氣（LNG）組成，天然氣熱值復雜多變，下面我們就以該公司兩臺9F燃機運行情況為例從電廠機組運行的幾個典型方面來分析。

1 安全性方面

1.1 燃機脈動燃燒、振動

天然氣的高熱值造就了它的易燃性，所以燃機不用擔心類似燃煤機組因為煤質(zhì)問題造成熄火的困擾，一般的天然氣熱值都能保證機組在低負荷時的穩(wěn)定燃燒。相反的根據(jù)多年的運行經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)天然氣熱值越高，在燃機低負荷和燃燒模式切換時燃燒脈動更強烈，導致燃機低負荷時振動相對偏高。脈動燃燒的理論這里不過多敘述，雖然脈動燃燒有一些有利的方面，但是也存在一定的安全問題，如：1.燃燒脈動帶來的強烈振動問題：我們需要關注經(jīng)過燃燒調(diào)整的機組在不同負荷段的燃燒脈動情況，附加的振動值有多大，是否可以通過燃燒調(diào)整得以改觀。2.由于脈動燃燒器內(nèi)的壓力脈動會誘發(fā)裝置系統(tǒng)組件的振動，對系統(tǒng)構(gòu)件的強度、工作可靠性可能會造成一定影響。3.燃燒脈動帶來的燃燒工況問題，燃燒脈動的程度越劇烈，越容易造成對燃機的火焰筒、聯(lián)焰管及過渡段的燒毀問題，輕則易造成涂層的剝離，嚴重影響熱通道的安全。4.噪聲問題。

1.2 燃機熄火轉(zhuǎn)速過高

在燃氣輪機停機過程中，燃機從解列到熄火轉(zhuǎn)速的控制是通過速比閥（SRV）和燃氣控制閥（D5）的開度來決定，而這兩個閥門的開度是在內(nèi)置邏輯里根據(jù)燃機轉(zhuǎn)速下降速度設置好的，所以對應同樣的閥門開度，當天然氣熱值高時燃機熄火轉(zhuǎn)速會相應偏高。這在運行過程中多次出現(xiàn)，雖然檢查的結(jié)果主要原因定在速比閥（SRV）和燃氣控制閥（D5）存在一定的內(nèi)漏，即同樣的閥門開度，它的通流特性已經(jīng)改變了比原來的設計流量要大，但是幾乎每次燃機熄火轉(zhuǎn)速過高時都會伴隨著天然氣熱值相對較高，所以我們分析天然氣熱值高也是燃機熄火轉(zhuǎn)速高的原因之一。 燃氣輪機高轉(zhuǎn)速熄火易造成燃機熱通道沖擊大，嚴重時更可能造成燃機內(nèi)部通流部件損壞等后果。

2 經(jīng)濟性方面

氣耗：

天然氣作為燃機的燃燒原料，它的熱值高低直接影響的燃機運行的效率，同樣的燃機負荷天然氣熱值高時瞬時天然流量顯然要小于熱值較低的時候，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)電氣耗越低機組效率越高，當然效益也是越好。

3 環(huán)保性方面

NOX排放：

面對日益嚴峻的環(huán)保問題和日趨嚴苛的環(huán)保要求，作為燃氣輪機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準之一。 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)，損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質(zhì)之一。我國是燃煤大國，NOX排放的控制尤為嚴重，隨著對環(huán)境問題的重視，煤電機組脫硝已經(jīng)是必備條件，作為綠色環(huán)保電廠的燃汽輪機組我們對于減少NOX排放，響應國家環(huán)保號召責無旁貸，尤其從2014年起實施新的排放標準后，燃機電廠執(zhí)行NOX排放量不大于50mg/m3，北京地區(qū)的燃機電廠均配備脫硝設備，且對NOX排放采取根據(jù)不同的排放量階梯收費，旨在促進不斷降低NOX排放。雖然當前燃汽輪機組普遍都采用了新型的燃燒器及預混燃燒的燃燒技術，但是天然氣熱值的不同，機組工況的不同等均會造成NOX排放的上下浮動，經(jīng)過對天然氣熱值長期的跟蹤發(fā)現(xiàn)當天然氣在某一熱值左右時NOX排放量會達到最高值，我們稱該熱值為最差NOX排放熱值。當然機組的特性不同，燃燒調(diào)整的配比不同均會造成最差NOX排放熱值存在一定的差異。我們提出的是建立在長期跟蹤的基礎上確定這一最差熱值的數(shù)值，當某段時間內(nèi)熱值接近最差NOX排放熱值時提出進行燃燒調(diào)整的請求，為最佳燃燒調(diào)整時機提供依據(jù)。正如上面所說到燃機振動，燃燒脈動等也可以進行長期觀察確定最差的振動熱值，以便提前做好燃燒調(diào)整的準備。如果GE公司的機組增加選配CDM（Dynamin combustion monitoring）動態(tài)燃燒檢測系統(tǒng)，則可以通過對燃燒系統(tǒng)的脈動直觀監(jiān)視來判別。

4 結(jié)束語

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

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