提高燃机发电效率的研究与应用

【摘 要】通过分析燃气发电机组的运行效率，发现最大制约因素是煤气压力偏高和温控线偏低以及混合煤气热值偏高。为此，制定了降低煤压机出口压力、提高燃机温控线、降低混合煤气热值、优化燃机油气切换，增加燃机发电量、减少焦炉煤气消耗、提高切换成功率。

【关键词】燃气发电；运行效率；温控线；煤气热值

0 引言

燃气发电系统是世界上第一代燃用低热值高、焦混合煤气的清洁发电系统，系统复杂，装备水平先进，科技含量非常高，国内外尚无成熟的经验可以借鉴。该系统的整个设计以燃气轮机为中心，各个参数都是为了满足燃机运行的需要，燃机自身的设计参数更是苛刻，严重制约了整个发电系统的稳定高效运行。在运行中我们发现，最大的制约因素是煤气压力偏高和温控线偏低以及混合煤气热值偏高。设计中燃机要求入口煤气压力为2.35±0.05 MPa，为满足这一条件，运行中煤压机出口煤气压力设定为2.35MPa，然后送入燃气轮机，由于压比高，煤压机轴功率大大增加，造成自耗电增加，上网率减少；燃机温控线偏低，制约着燃机负荷的提升，使燃机发电量减少；混合煤气热值偏高，消耗的焦炉煤气量大。

1 现状分析

根据燃气轮发电机组的技术要求，燃料供应压力为：2.35±0.05MPa。在燃料的供应工艺上分为压缩与供应两道工序。

高、焦炉混合煤气经过煤气压缩机的增压，煤压机机后的回流稳压，至燃气轮发电机组后，再经过燃气轮发电机组的速比阀减压、流量控制阀调量，送至燃机燃烧室燃烧膨胀做功。其中煤压机为了达到燃机对燃料压力的要求，回流量一般控制在10%左右；燃机速比阀将2.35MPa的混合煤气减压至2.12MPa，燃料控制阀进一步减压至1.4MPa。

由此可见，在煤压机与燃机燃料供应的工艺衔接上还有待进一步优化，以达到节能降耗的目的。

因此针对以下问题进行研究

（1）降低煤压机出口压力

煤压机出口压力为2.35MPa，经过燃机进口的速比阀减压至2.12MPa，燃料控制阀减压至1.4MPa进燃烧室。由此可见，煤压机与燃机在燃料供应压力上存在不协调的问题，也存在优化的必要性，降低煤压机出口压力能够大大降低煤压机消耗。如果煤压机出口压力降至2.1MPa，煤压机将减少1000kW的电能消耗。

（2）提高燃机温控线，增加燃机发电量

燃机发电量由温控线决定，温控线越高，燃机排烟温度越高，燃机和汽轮机发电量越大；反之，温控线越低，燃机排烟温度越低，燃机和汽轮机发电量越小。从运行情况看，由于燃机温控线低，导致发电量少。标准状况下，燃机发电量46.6MW，排烟温度应为533℃，实际为505℃，导致发电量减少。如果温控线提高10℃，将提高燃机和汽机负荷约1200kW。

（3）降低混合煤气热值，减少焦炉煤气消耗

燃机初始设计程序时，考虑到对机组的保护，对低热值进行了限制；当低热值煤气燃烧时，燃料量FSR增大；当FSR过大，超过高高报警值DFSRHH时，燃机切油。通过更改燃机燃料量公式，使燃机适用的煤气热值范围变宽，避免了燃机燃烧低热值煤气时，因FSR高报切油，现热值由6200kJ/Nm3以上，降低为5800kJ/Nm3左右。

（4）燃机油气切换，采用“混烧”模式，提高切换成功率

燃气从油向气切换过程中，成功率不高，并且容易跳机。燃机油气切换过程中，切换至50%时，采用油气混烧，然后以10%的幅度逐步增加煤气，减少柴油，分段切换，提高燃烧稳定性，保证一次切换成功。

2 解决措施

（1）燃机入口煤气压力低限位切油值由2.079MPa修改至1.8MPa；更改速比阀控制程序，取消阀位开度大开始切油限制；煤压机出口压力由2.35MPa降低至2.05MPa，使燃机速比阀全开，减少压力损失，取消其调压功能，由煤压机三回一阀调节送入燃机的煤气压力，使燃机速比阀后煤气压力维持在1.95MPa左右；同时关小煤压机三回一阀开度，保持阀位开度在8-10%，减小回流量。

（2）对燃机温控线控制程序进行提高调整

在保证机组安全稳定的基础上，小幅度、步进式提升温控线，最终提高10℃，从而提高燃机负荷。

（3）通过更改燃机控制程序，对燃料量公式进行修订，保证混合煤气热值降低时，燃机不会因为FSR超标而切油或跳机。

修订后，增加了DFSRHH范围，燃机燃料量空间大大增加，燃机运行更加稳定，并使燃烧低热值煤气成为现实。

（4）燃机油气切换过程中，切换至50%时，选择油气混烧模式，然后以10%的幅度逐步增加混合煤气，减少柴油消耗量，分段切换，提高燃烧稳定性，保证一次切换成功。

3 技术特点和难点

3.1 技术特点

在国内外缺少该方面经验的前提下，我们在对机组原理和结构充分了解的基础上，根据现场运行经验，积极提出实施方案，优化改善了发电系统，提高了发电量、上网量，减少了发电量损耗，同时在高炉煤气富裕的情况下，减少了高炉煤气放散量。

本项目主要对燃气轮发电机组进行软件改造，没有投资发生。

3.2 技术难点

燃机控制程序的改编。燃机是高科技的产物，控制系统非常复杂，程序的改编凝聚着创新和智慧。

低热值混合煤气燃机是世界上第一代，技术不成熟，缺少成熟的经验；重大的技术改进需要冒着很大风险，不断的研究和探索，不断的试验和总结。

4 实施效果

（1）混合煤气压力降低后，煤压机自耗电量减少，单台燃机提高上网电量1000 kW，增加了系统运行稳定性，大大提高了发电效率。

（2）燃机温控线提高10℃后，提高了发电量1200 kW。

（3）混合煤气热值由6200kJ/Nm3以上，降低为5800kJ/Nm3左右，减少了焦炉煤气消耗；在焦炉煤气紧张的情况下，开辟了提高发电量新途径；并且减少了高炉煤气放散量，同时减少了煤气放散对环境的污染。

（4）探索出了燃机油气切换时混烧模式，减少了停机率，增强了系统的稳定性5 效果分析

由以上实施效果可见，通过技术优化和改进，发电量有明显提升，单台机组上网电量平均提升2000千瓦每小时；大大提高了系统稳定性；减少了高炉煤放散量，减少了环境污染，创造了巨大的经济效益和环保效益。

[责任编辑：刘帅]

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