試談天然氣熱值及組分對發電用燃氣輪機性能的影響

孔娜

寧波科豐燃機熱電有限公司 浙江 寧波 315103

引言

為解決環境污染問題，在進行生活生產時，使用資源逐漸轉向清潔能力和可再生能源，企業在進行發電時，以廣泛應用以天然氣為燃料的燃氣輪機發電，這種發電方式更為安全、環保。但由于天然氣種類多樣，具有不同的熱值及組分，因此，在使用中為提升燃氣輪機的性能，應研究天然氣熱值及組分對其影響。

1 針對燃氣輪機的安全性影響

針對燃氣輪機的安全性方面主要有兩方面，一方面，即天然氣具有易燃性，在燃燒過程中會產生強烈的振動。另一方面為燃氣輪機熄火時，容易出現轉速過高的安全問題。首先，當天然氣的熱值過高將會形成易燃性增強的現象。因此，在使用燃氣輪機時，結合天然氣較強的易燃性能有效避免運行中熄火的困擾。具有在低負荷的條件下可以穩定燃燒的顯著優勢。但過高的天然氣熱值也會帶來一定的問題，即天然氣熱值與燃氣輪機燃燒脈動成正比關系，天然氣的熱值越高，其燃氣輪機在低負荷和燃燒模式二者轉換時帶來更加強烈的燃燒脈動，使其在低負荷時產生較強的振動，容易形成一定的安全問題。

在進行對燃氣輪機性能影響的數據分析記錄時，需要從以下幾個方面進行：首先，需要相關工作人員針對不同的負荷段調整天然氣熱值取得燃燒脈動情況，具體分析其附加振動值的數據，并分析其振動值能否通過調整燃燒強度進行變化。其次，當燃氣輪機內部的壓力脈動過大會引起整體的裝置系統組件共同產生振動，相關工作人員需要分析其對整體的安全性和工作穩定性產生的影響。最后，當燃燒脈動嚴重時，會對燃氣輪機內部的火焰筒、聯焰管及過渡段的位置造成損壞。需要相關工作人員研究天然氣的熱值應控制在什么程度，以保障涂層和熱通道的使用安全。另外，在燃氣輪機振動時會產生噪聲問題需要得到控制和解決。

其次，針對燃氣輪機熄火轉速帶來的安全問題。在使用完成后燃氣輪機在逐漸停機的過程中，需要較低的轉速控制其安全性。燃氣輪機的熄火轉速主要是受到速比閥和燃氣控制閥的開度這兩個的因素的影響。通常情況下，這兩個閥門的開度是在前期結合燃機轉速下降速度，已經分析設計好內置邏輯。但燃氣輪機的閥門開度不變的條件下，當遇到不同的天然氣熱值和組分，會出現不同的變化。例如，當天然氣熱值和組分較高時，燃氣輪機的熄火轉速也會隨之升高。因此，需要相關的工作人員針對天然氣熱值和組分進行數據的分析，以保障燃氣輪機的熄火轉速處于安全的速度范圍內，以保障在運行后燃氣輪機的熱通道和內部通流部件的完好。

2 針對燃氣輪機的經濟性影響

根據卡諾循環熱效率公式：ηc=1-T2/T1。燃氣輪機在使用天然氣進行發電工作時，不同的天然氣熱值和組分，將會對燃氣輪機的工作效率造成影響，其工作原理為：在相同的燃氣輪機負荷條件下，天然氣熱值越高產生的發電氣耗會越少，從而提升燃氣輪機的工作效率[1]。因此，在研究分析中需要通過選擇合適的天然氣熱值和組分，提升燃氣輪機的工作效率，從而產生更多的發電量，提升相關企業的經濟效益。

3 針對燃氣輪機的環保性影響

燃氣輪機在運行中會產生氮氧化物，計算公式為GNOx＝1.63B（β·n+10－6Vy·CNOx)，其中GNOx 為燃料燃燒生成的氮氧化物， n 為燃料中氮的含量（%）；

Vy 為燃料生成的煙氣量（Nm3／kg）；CNOx為溫度型NO濃度（mg／Nm3）。這是一種對環境產生危害的氣體，當氮氧化物的排放量超過一定的數值將會對人體健康產生危害，尤其是呼吸系統，通過威脅動植物的健康和對臭氧層造成破壞，形成溫室效應和酸雨的現象。因此，氮氧化物的排放量在衡量燃氣輪機使用是否環保時的重要衡量數值。為滿足人們對環保日益提升的市場需求，應加強對燃氣輪機氮氧化物的排放量的控制。為響應國家節約資源保護環境的政策，在電力企業等使用燃氣輪機進行發電時，需要減少氮氧化物的排放量。根據國家出臺的相應標準，提出相關企業在使用燃氣輪機進行發電時，氮氧化物的排放量不能超過50mg/m2，企業為降低氮氧化物的排放量，已經廣泛的使用了新型的燃燒器及預混燃燒的燃燒技術。但由于受到天然氣熱值和組分的影響，不同的天然氣熱值將會對氮氧化物的排放量進行浮動影響，相關工作人員應進行實驗記錄，通過長期的研究和數值記錄，確定當天然氣在什么熱值時，會產生最大數值的氮氧化物排放量，并且在實驗中應控制變量，當不同燃氣輪機性能的條件下，也會對天然氣熱值的測量分析產生影響。相關工作人員應保障燃氣輪機性能或天然氣熱值二者之一保持不變，并且還應控制好燃燒調整，在最佳燃燒時通過不同的調整時機控制氮氧化物排放量[2]。并且，結合燃機振動的振動熱值可以進一步進行燃燒調整，使其通過科學的依據得出更加準確的天然氣熱值變化情況。另外，相關工作人員可以使用動態燃燒檢測系統，通過對燃燒系統的脈動直觀監視來判別。

4 結束語

綜上所述，天然氣是燃氣輪機運行應用的重要原料，在研究天然氣熱值及組分對發電用燃氣輪機性能的影響時，需要相關工作人員對不同天然氣熱值進行實驗記錄，通過不同的實驗變量進行觀察、分析，最終通過實驗結果對比分析得出燃氣輪機性能影響，使其更加安全、節約成本和環保的應用。