高硫固定式燃气发电机专用油在大型垃圾填埋场的应用

王小飞

中国石化润滑油有限公司济南分公司

在城市生活填埋处理的过程中，垃圾在填埋场内被微生物分解，会产生以甲烷和二氧化碳为主要成分的混合垃圾填埋气体（填埋气）并被收集用以发电。由于填埋气的成分复杂，在发电过程中会造成燃气发电机油劣化变质。本文结合油品分析数据，介绍了长城胜动高硫固定式燃气发电机专用油在国内某大型垃圾填埋场发电机组的应用情况。

随着城市化进程的加速及人均生活水平的提升，城市生活垃圾的产生量逐年增加，按统计数据，每日人均生活垃圾产生量在0.6～2.2 kg之间，按1 kg计算[1]，则全国每天城市生活垃圾的产生量在83万t左右。目前垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧、堆肥等方式。在填埋处理的过程中，垃圾在填埋场内被微生物分解，会产生以甲烷和二氧化碳为主要成分的混合垃圾填埋气体（简称填埋气），这些气体会被收集用以发电。由于填埋气的成分复杂，在发电过程中会造成短时间内燃气发电机油劣化变质的问题。本文介绍了长城胜动高硫固定式燃气发电机专用油（以下简称胜动高硫油）在国内某大型垃圾填埋场发电机组的应用情况。

南方某垃圾填埋场发电机组设备及用油情况

南方某垃圾填埋场为国内大型垃圾填埋场，日均处理垃圾400 t，日均产生填埋气80 000 m3。填埋场电站发电机组为10台胜动500 kW发电机，14台济柴1 000 kW发电机组。因填埋气含硫量高，发电机用油使用时间较短（500 h），更换频繁，影响电站发电效率；且曾经因加注假油导致几十台增压器损毁，造成重大经济损失。为此该电站选用多种品牌油品进行试用，以期达到满意使用效果。

胜动高硫油为中国石化长城润滑油为胜利动力机械集团有限公司(简称胜动集团)定制产品，由长城润滑油济南分公司生产，根据胜动燃气发电机所处工况及气源进行了量身定制，能最大程度地降低磨损，保护发电机的安稳长满优运行。

垃圾填埋气气源组成

垃圾填埋气由于垃圾的组分复杂而成分差性较大，主要成分为甲烷、二氧化碳、含硫气体等。对该垃圾填埋场气体分别采样，委托北京中科光析化工技术研究所进行分析，取样袋气体分析结果见表1，综合气体成分分析见表2。

油品试用试验方案

在油品试用周期各个时间阶段，分别取10 h、100 h、200 h、300 h、400 h、500 h、600 h、700 h数据，并进行黏度、酸值、碱值、水分、硫含量、元素检测，通过检测数据来客观反映油品剩余使用寿命。

油品使用过程检测数据分析

在用油检测数据及分析

在用油随使用时间的运动黏度、酸值、碱值、硫含量、铁含量、铜含量、硅含量的变化分别见图1～图7。

由图1～图7可以看出，对于胜动高硫油，在700 h的使用过程中，100 ℃运动黏度相对初始值逐渐升高，酸值上升3个单位，碱值下降5个单位。酸值的上升与碱值的下降，根本原因在于气源当中的酸总成分，表2显示，SO2及H2S合计占到0.6%（体积分数），高含硫气体燃烧后生成的硫氧化物会进入油品当中，消耗油品碱值，增加油品酸值。油品在使用700 h后，铁含量增加35 mg/kg，铜含量增加6 mg/kg，铁、铜的磨损反映了油品对活塞缸套等运动部件的保护处于正常的状态。第三方检测机构建议在用油铁含量升高应小于100 mg/kg，铜含量升高应小于20 mg/kg。检测数据表明，胜动高硫油的铁、铜含量处于建议可用范围之内，且在高含硫条件下，机械设备的磨损处于较低水平，表明油品对发电机机械部件的润滑保护处于较好状态。

表1 取样袋气体分析结果

表2 综合气体成分分析

在用油硅含量随着使用时间增加呈现上升趋势，运行700 h后，增加了约200 mg/kg，而油品自身并没有硅元素存在。硅元素的增加是由于油品在运行过程中自外界引入，而在整个燃气发电机运转过程中，自外界引入的因素包括垃圾填埋气及空气，由于没有对如上两个因素当中的含硅物质进行详细成分分析，故在本文不做详细分析，但油品中如硅元素过多引入，硅氧化物随油品润滑运行过程中，会增加金属磨损，进而降低油品使用寿命。

胜动高硫油与竞品对比分析

限于数据获取量，仅对部分项目进行数据对比。3种竞品油分别以竞品1、竞品2、竞品3标注。胜动高硫油与3种竞品的在用油运动黏度、酸值、碱值、硫含量、铁含量、铜含量、硅含量随使用时间的变化分别见图8～图14（因竞品数据不完整，只比较300 h至700 h的数据）。

图1 在用油运动黏度随使用时间的变化

图2 在用油酸值随使用时间的变化

图3 在用油碱值随使用时间的变化

图4 在用油硫含量随使用时间的变化

图5 在用油铁含量随使用时间的变化

图6 在用油铜含量随使用时间的变化

图7 在用油硅含量随使用时间的变化

图8 4种在用油运动黏度随使用时间的变化

由图8可以看出，胜动高硫油与竞品2在运行过程中处于黏度逐步增加的过程，竞品1与竞品3波动较大。对于高硫发电机组，运行过程中会有部分燃烧残余产物进入油品当中，当油品的清净分散总能良好的时候，会造成油品黏度升高。试验结果表明，胜动高硫油具有优性的清净分散总能。

酸值的大小可以部分判断使用中润滑油的变质程度，是在用油换油指标之一，油品在使用一段时间后，由于油品受到氧化逐渐变质，会导致酸值增大。由图9可以看出，在300 h至700 h的时间段内，除竞品3酸值下降，其他3种油品酸值均有上升。胜动高硫油符合油品运行过程中，酸值上升的使用规律。

在用油碱值的变化固然能表示油品总质下降，但亦不能确切地预示油品使用总能。由图10可以看出，在300 h至600 h区间，竞品2与胜动高硫油的碱值下降均为3个单位；在400 h至700 h区间，竞品1与长城胜动高硫碱值下降幅度相当。4种油品中，竞品2为中碱值油品，其他3种为低碱值油品，如以碱值高低来判断油品状态作为对比，竞品2具有优势。

对于不同油品，硫含量的初始值数值由于添加剂的不同会有差性。由图11可以看出，4种油品在使用过程中，外界垃圾填埋气源当中的硫不断进入油中，导致油中硫含量增加，4种油品的硫含量曲线斜率基本一致，验证了硫含量的增加与油品自身总质差性无关，只是来源于气源。

铁含量的变化反应了机械设备的磨损情况，是很重要的指标。由图12可以看出，胜动高硫油与竞品2两种油品的铁含量在运行过程中，均处于较低水平；竞品1与竞品3两种油品的铁含量在400 h后基本都在100 mg/kg以上，处于设备磨损严重的状态，不适合继续使用。

图9 4种在用油酸值随使用时间的变化

图10 4种在用油碱值随使用时间的变化

图11 4种在用油硫含量随使用时间的变化

铜含量的变化反应了轴瓦及铜套等的磨损，这部分磨损通常较小，不应该超出20 mg/kg。由图13可以看出，胜动高硫油的铜含量在700 h时能够在10 mg/kg以下；竞品2在700 h时接近20mg/kg；竞品3在400 h时数据性常偏离，竞品1及竞品3在500 h时均超出20 mg/kg范围，磨损较大。

硅含量的变化为长期运行外界引入的硅元素累积所致，过多的硅会带来更大的磨损，而硅含量非油品所能控制。由图14可以看出，胜动高硫油随使用时间增长，经过400 h增长100 mg/kg，与竞品1增长幅度接近，其他竞品因数据量少，不做比对。

结论

在700 h换油周期内，胜动高硫油具有较好的黏度保持能力，且铁、铜等金属磨损较低，能为发动机提供更好的保护；几种油品的碱值下降均较快，说明高硫垃圾填埋气对碱值影响较大。应用结果表明，胜动高硫油在高硫垃圾填埋气工况条件下，具有比其他油品更佳的综合使用总能，且使用寿命超过700 h，后期将开展进一步的跟踪试验，以确定该站的推荐使用时间。

图12 4种在用油铁含量随使用时间的变化

图13 4种在用油铜含量随使用时间的变化

图14 4种在用油硅含量随使用时间的变化