燃燒式熱值儀在燃氣蒸汽聯合循環發電站中的應用

朱 波

（東莞市粵灣新能源有限公司，廣東 東莞 523220）

引言

隨著經濟社會的發展，傳統燃煤發電方式造成環境污染，大力發展燃氣蒸汽聯合循環發電技術是目前提高能源利用率的首選方案。大型煉鋼廠生產中產生大量廢煤氣，傳統做法是排放到大氣，廢煤氣對環境產生有害應下定。以燃氣輪機聯合循環法利用廢煤氣可以減少NOx的排放量。燃氣輪對機組高爐燃氣熱值范圍有嚴格要求，要通過熱值儀測量高爐煤氣，熱值儀性能對燃氣輪穩定運行起到決定作用。

1 燃氣蒸汽循環發電站測量技術研究

我國鋼鐵行業首套高爐煤氣CCPP在寶鋼建成，機組輸出電功率145 MW，燃用熱值為780 kcal/m3，熱點轉換率達46%，為寶鋼創造良好經濟效益。煤氣燃氣輪機熱效率達35%以上。聯合循環熱效率超過45%，比超臨界參數燃煤蒸汽機電站更具優勢[1]。CCPP優點體現在運行高度自動化，供電效率超過燃煤蒸汽輪機電站。燃氣蒸汽聯合循環HRSG技術見圖1。

燃氣輪機工作供電效率達40%左右，燃氣輪機排氣溫度很高，燃氣工質流量大，燃氣輪機后安裝余熱鍋爐使其產生高溫水蒸氣，能多發出部分機械功，可采用燃氣蒸汽聯合循環方案。由于我國聯合循環發電起步較晚，保證機組安全運行是聯合循環發電基本要求。聯合循環機組結構復雜，燃氣透平進口溫度達1 200℃。隨著先進傳感測量技術的發展，火電廠引進SIS保障對機組實時運行狀態監測，SIS是面向生產管理的自動化管理軟件，以實時數據庫為基礎，實時顯示各單元機組運行狀態[2]。

2 燃氣蒸汽聯合循環發電站熱值儀簡介

天鐵基團動力廠50 MW級CCPP工藝流程為三菱M251S燃氣輪機利用煙氣推動透平做工，高溫煙氣經余熱鍋爐產生蒸汽，燃氣輪機成為電站的關鍵部件[3]。燃氣輪機使用燃料為高爐煤氣，三菱M251S燃氣機對高爐燃煤氣熱值范圍要求嚴格，要通過熱值儀對燃氣機高爐煤氣測量，控制硒多糖對高爐煤氣加入零熱值氮氣，合格高爐煤氣進入燃氣機工作。熱值超過3 770 kJ/m3，燃氣機系統快速減負荷，熱值低于2 970 kJ/m3，煤氣燃燒出現不穩定。

天鐵基團動力廠CCPP燃氣機配套使用熱值儀為CM6G型熱值儀，CM6G熱值儀結構包括煤氣過濾裝置、煤氣調壓閥、控制面板等。CM6G熱值儀原理是將為煤氣經過濾后與儀用空氣燃燒，冷端電偶通過熱電偶測量溫度差值計華白數，燃燒室煤氣將壓力調整至500 Pa，經計算運算得到燃氣熱值。CCPP燃氣入口熱值儀選用LGA-4半導體激光氣體分析儀，結構包括接收單元，正壓單元等。LGA-4100激光分析儀原理是將氣體分析吸收，穿過高爐煤氣被一氧化碳吸收衰減。

3 CCPP熱值儀應用中的問題

3.1 燃燒式熱值儀

燃燒式熱值儀在CCPP中應用存在濾芯堵塞等問題。熱值儀運行中出現異常滅火故障，檢查發現熱值儀燃燒室內煤氣壓力為300 Pa，二級過濾器存在大量水，無法正常供應煤氣進入燃燒室。高爐煤氣含有水蒸氣，水積累堵塞氣路造成熱值儀滅火。冬季后低溫熱值儀出現燃氣壓力低報警故障，取泵后管路無壓力，檢查發現取樣管線在室外，水汽凝結上凍后取樣管線堵塞造成故障。熱值儀存在零點等問題，CM6G熱值儀測量范圍為500～2 500 kJ/m3，被測氣體熱值范圍超出熱值儀測量范圍，需要對儀表校驗。校驗前按下柜面校驗按鈕，將零點標氣投入取樣氣管路，防止熱值儀滅火。使用零點標氣密度為1.351 5 kg/m3，等待熱值儀讀熟穩定后調整零點。穩定后切換量程標氣，讀數穩定后進行量程調整。將取樣蹦出口閥打開，注意高熱值量程標氣密度低，密度計校驗發現零點偏差采用多次方法校驗。

3.2 LGA-4100激光熱值儀

LGA-4100激光氣體分析儀測量煤氣熱值原理是接收單元分析激光衰減度計算熱值，管道內水汽增大影響激光傳播，透光率降至零熱值儀不工作。激光熱值儀數值保持透光率降為零前檢測值，操作人員不能參考激光熱值儀測量數值，需提高吹掃強度，透光率恢復后使用激光熱值儀。粉塵含量較高煤氣通過時，不會對激光熱值儀光學玻璃造成污染，長期運行在光路中殘留污垢，需要對熱值儀清潔保養。清潔前關閉探頭前球閥，松開鎖箍后拆下發射單元，光學玻璃清理后打開吹掃氮氣閥。使用LGA-4100激光氣體分析儀配備除污工具，將專用除污工具連接到光路上，打開吹掃氮氣閥，反復清理后拉出清理工具。

4 CCPP應用熱值儀特點

CM6G熱值儀為燃氣輪機成套供貨，經取樣管線將高爐煤氣引至分析柜內測量，，控制系統根據熱值控制減熱值控制閥，燃燒式熱值儀安裝在煤氣壓縮機入口，高爐煤氣經熱值儀取樣管線等環節進入分析柜燃燒，燃氣輪機內燃燒煤氣熱值在2 min后顯示，熱值儀測量滯后，煤氣熱值波動較大，調節系統不能及時調整熱值。操作人員退出熱值自動調整，高爐煤氣熱值過低燃氣路基保護跳板。

激光熱值儀安裝在廠區高爐煤氣入口閥門后，發射接收單元安裝在高爐煤氣管道，測得數據在電腦中顯示。可以通過手動控制增熱值控制閥，將煤氣熱值控制在合格范圍內。CM6G熱值儀采用燃燒形式測量煤氣熱值，高爐煤氣含有氫氣等可燃物質，可燃物質可通過燃燒測量取樣熱值。廠區內LGA-4100激光氣體分析儀選型選擇CO接收單元，高爐煤氣中氣體可燃物質熱值根據經驗估算后補償。

5 結語

近年來，CCPP發電技術得到大規模推廣應用，開展機組熱力性能監測研究成為保障機組安全運行的迫切需求。介紹兩種熱值儀特點，可根據實際生產要求選擇熱值儀測量，LGA-4100激光氣體分析已配合使用彌補形式缺陷，提高熱值測量快速性。動力廠CCPP投運初操作人員只能憑借經驗調整煤氣熱值。煤氣變化情況不同，通過引進激光熱值儀可以及時發現煤氣熱值變化情況，提高機組穩定運行率，減少高爐煤氣的放散量，機組減少燃氣輪機停機帶來的設備磨損。