天然气热值对燃气轮机运行的影响

吴寅琛

摘 要：国内燃气轮机组正日益增多，作为燃气轮机原料的天然气气源也复杂多变，正如煤质对燃煤机组的影响一样，不同种类的天然气对燃气轮机的运行也有着举足轻重的影响，天然气种类的不同最大的区别就在于它热值的不同，所以本文就天然气热值的不同对燃气轮机运行的影响进行分析。

关键词：天然气；燃气轮机；影响

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

0 引言

随着日益严峻的环境污染问题，燃煤电厂正在慢慢的失去昔日的风采，取而代之的是各类清洁、高效的新能源发电，在各类清洁能源中天然气尤为突出，它比核电更安全、可控，比风电、天阳能发电更稳定、比水力发电选址条件等更广泛。

某公司采用的是美国GE公司生产的多轴S209FA型燃气—蒸汽联合循环机组，采用“二拖一”运行模式，包括两台美国Deltak公司的卧室三压再热自然循环余热锅炉，1台美国GE公司的D11型汽轮发电机组，其中单台燃机额定出力250MW，汽轮机额定出力280MW，总出力780MW。公司气源由西气一线、西气二线、川气、东海来气、液化天然气（LNG）组成，天然气热值复杂多变，下面我们就以该公司两台9F燃机运行情况为例从电厂机组运行的几个典型方面来分析。

1 安全性方面

1.1 燃机脉动燃烧、振动

天然气的高热值造就了它的易燃性，所以燃机不用担心类似燃煤机组因为煤质问题造成熄火的困扰，一般的天然气热值都能保证机组在低负荷时的稳定燃烧。相反的根据多年的运行经验发现天然气热值越高，在燃机低负荷和燃烧模式切换时燃烧脉动更强烈，导致燃机低负荷时振动相对偏高。脉动燃烧的理论这里不过多叙述，虽然脉动燃烧有一些有利的方面，但是也存在一定的安全问题，如：1.燃烧脉动带来的强烈振动问题：我们需要关注经过燃烧调整的机组在不同负荷段的燃烧脉动情况，附加的振动值有多大，是否可以通过燃烧调整得以改观。2.由于脉动燃烧器内的压力脉动会诱发装置系统组件的振动，对系统构件的强度、工作可靠性可能会造成一定影响。3.燃烧脉动带来的燃烧工况问题，燃烧脉动的程度越剧烈，越容易造成对燃机的火焰筒、联焰管及过渡段的烧毁问题，轻则易造成涂层的剥离，严重影响热通道的安全。4.噪声问题。

1.2 燃机熄火转速过高

在燃气轮机停机过程中，燃机从解列到熄火转速的控制是通过速比阀（SRV）和燃气控制阀（D5）的开度来决定，而这两个阀门的开度是在内置逻辑里根据燃机转速下降速度设置好的，所以对应同样的阀门开度，当天然气热值高时燃机熄火转速会相应偏高。这在运行过程中多次出现，虽然检查的结果主要原因定在速比阀（SRV）和燃气控制阀（D5）存在一定的内漏，即同样的阀门开度，它的通流特性已经改变了比原来的设计流量要大，但是几乎每次燃机熄火转速过高时都会伴随着天然气热值相对较高，所以我们分析天然气热值高也是燃机熄火转速高的原因之一。 燃气轮机高转速熄火易造成燃机热通道冲击大，严重时更可能造成燃机内部通流部件损坏等后果。

2 经济性方面

气耗：

天然气作为燃机的燃烧原料，它的热值高低直接影响的燃机运行的效率，同样的燃机负荷天然气热值高时瞬时天然流量显然要小于热值较低的时候，我们将单位发电量所用的天然气量叫做发电气耗，发电气耗越低机组效率越高，当然效益也是越好。

3 环保性方面

NOX排放：

面对日益严峻的环保问题和日趋严苛的环保要求，作为燃气轮机的燃烧排放物之一的氮氧化物（NOX）正被作为环保是否合格的重要标准之一。 NOX气体是危害大，且较难处理的大气污染物，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。我国是燃煤大国，NOX排放的控制尤为严重，随着对环境问题的重视，煤电机组脱硝已经是必备条件，作为绿色环保电厂的燃汽轮机组我们对于减少NOX排放，响应国家环保号召责无旁贷，尤其从2014年起实施新的排放标准后，燃机电厂执行NOX排放量不大于50mg/m3，北京地区的燃机电厂均配备脱硝设备，且对NOX排放采取根据不同的排放量阶梯收费，旨在促进不断降低NOX排放。虽然当前燃汽轮机组普遍都采用了新型的燃烧器及预混燃烧的燃烧技术，但是天然气热值的不同，机组工况的不同等均会造成NOX排放的上下浮动，经过对天然气热值长期的跟踪发现当天然气在某一热值左右时NOX排放量会达到最高值，我们称该热值为最差NOX排放热值。当然机组的特性不同，燃烧调整的配比不同均会造成最差NOX排放热值存在一定的差异。我们提出的是建立在长期跟踪的基础上确定这一最差热值的数值，当某段时间内热值接近最差NOX排放热值时提出进行燃烧调整的请求，为最佳燃烧调整时机提供依据。正如上面所说到燃机振动，燃烧脉动等也可以进行长期观察确定最差的振动热值，以便提前做好燃烧调整的准备。如果GE公司的机组增加选配CDM（Dynamin combustion monitoring）动态燃烧检测系统，则可以通过对燃烧系统的脉动直观监视来判别。

4 结束语

天然气最为燃气轮机的唯一生产原料，对于它的热值的跟踪记录，建立以它为变量对燃汽轮机组运行特性的影响的持续观察、分析是非常有必要的。通过对数据的分析、比较为燃机最佳燃烧调整周期提供有力的依据。通过合理的燃烧调整保证机组安全、高效、环保运行。

参考文献：

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