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我国北方地区燃气轮机低热值发电的瓶颈摘要：我国北方地区有大量富余的焦炉煤气和高炉煤气，这是低热值燃料气（约800-4000KCAL/ M）。通过燃气轮机发电是利用这些低热值燃料气的最好方式。目前这方面的开发利用还很不够。主要受制于我国北方地区的气候及环境的影响，如：冬季时间长、气候干燥、灰尘多、水资源匮乏、水质硬等。这些因素对燃气轮机发电极为不利。本文通过对这些因素的分析研究，提出了比目前国内外更全面、更有效、更系统的解决方案。关键词：焦炉煤气 低热值 旋转吹扫 反渗透前言：最近有幸去山西太原市郊某燃气轮机热电厂实地驻留考察了4个月，这是一个以焦炉煤气为燃料的发电厂，是典型的燃气轮机低热值发电。燃机装机容量26.6兆瓦，余热锅炉是中低压供热锅炉。该厂对于焦炉煤气本身的处理,如：脱硫、脱萘、净化、增压等这些传统工艺处理比较好，唯有燃气轮机在这个特定环境和特定条件下出现的一些新问题，还有待进一步研究解决。本文专对这方面问题进行了深入考察分折，并提出了初步可行性设计方案，以供相关人员参考。全文如下：燃气轮机低热值发电是我国最具前途的发电方式之一众所周知：目前国际油价比20年前差不多已经涨了近10倍，而电价是由政府管控的，在这种情况下燃气轮机要维持用柴油发电已完全不可能。然而就我国目前的能源结构来看，除了石油资源外，更多还是煤炭资源，它一直是支撑我国电力行业发展的主要能源。由于钢铁工业的发展，我国的焦炭年产量高达2.7亿吨以上，并由此产生多达1170亿M的焦炉煤气。据有关资料不完全统计，我国每年有大约650亿M的焦炉煤气富余或没有合理被利用，还有大量的高炉煤气有待开发利用。这些低热值气体燃料的充分合理利用，对提高我国资源利用率、改善环境污染具有重大意义。如何充分合理的利用这些低热值资源，最经济有效的方案是直接用来发电。但这种有效发电方式在国内目前还没有普遍展开。可以计算一下，年富裕650亿M焦炉煤气，每方平均按4000KCAL/ M计，则相当于3000亿度电的能量，除去发电效率和其他各项损耗，至少可以发2000多亿度电，相当于7-8个长江三峡年发电量，而大量的高炉煤气还未考虑在内。可见，低热值发电的潜力是多么巨大！更不用说它本身是一个节能环保项目，其发展前景是无限的。影响我国燃气轮机低热值发电的几个问题煤炭储量主要在我国北方地区，尤其山西居多。但是北方地区的气候特点是：冬季时间长、气候干燥、风沙大、灰尘多、水资源匮乏（以地下水为主）、水质硬、含盐量高。这种自然环境对燃气轮机发电极为不利。如：燃机吸入大量灰尘，使压机机叶片表面积尘过多，进气流会在叶片表面产生附面层分离损失，严重影响燃机发电效率。据有关电厂估计，如不经常水洗，一个几万千瓦的机组每年也会引起数百甚至上千万度电的损失。水质硬度大，含盐量高会使锅炉及管道结垢腐蚀，甚至堵塞，严重影响锅炉设备的运行效率、运行安全和使用寿命。北方地区冬季时间相对较长，当大气湿度达到一定值，会很容易在燃机进气滤和进气道壁面形成冰层，堵塞气滤，甚至引发喘振。这些都是在北方地区使用燃气轮机发电的主要问题。此外，低热值燃料发电的一个突出问题是起动点火困难，燃机必须配双燃料系统（燃油+煤气），这不但增加了设备投资，还使设备维护变得复杂，运行不稳定（气、液燃料特性不同）。综上所述：灰尘大、水质硬、冬天易结冰，起动点火困难等，都是困扰北方地区开发燃气轮机低热值发电的几个大难题。这些问题已成了影响我国燃气轮机低热值发电的瓶颈，必须认真研究解决。本文作者在深入考察了以上情况后，对如何解决上述问题进行了深入系统的研究，并针对上述每一个问题作出了可行性方案设计,以供参考。一， 设置高效进气防尘系统-有效解决灰尘大的问题目前国内外所有燃气轮机进气都安装有进气过滤系统。但仔细分析，这些过滤系统并没有发挥应有的作用，原因之一是过滤精度不够，只一级过滤，过滤精度在5m-3m。致使压气机叶片易脏，几天不洗就一层黑灰。原因之二是在线吹扫器吹扫效果很差，该电厂换下的气滤几乎全被灰尘堵死。原因之三是用户常为了省钱，往往要等到进气压差高达1.0kpa以上甚至更高才更换气滤。实际上这样的过滤器已不能有效过滤灰尘，反而会因进气压差太大，使燃机发电效率进一步降低。 本方案系根据北方地区灰尘大，气候干燥，灰尘不粘结的特点，并针对现有进气过滤系统存在不足之处，设计出一种高效、高可靠性、高精度进气过滤系统，其结构特点如下：1，配置高精度进气过滤器：本系统分二级过滤，第一级过滤精度为5m，第二级为1m0.3m，是目前国内外最高精度配置。2，设置具有特殊功能的在线自动吹扫系统：这种吹扫系统比目前国内外已应用的都要先进。目前国内外现行吹扫系统吹扫器喷头装在滤筒外，因矩离远，所有滤筒同时吹扫，喷头多、（吹扫气）压力不够，吹扫效果很差。本方案吹扫器喷头设置在第一级过滤器（5m）的每个过滤筒里面，并由电脑自动控制，在筒内进行近矩离自动旋转吹扫，吹扫是在线自动一个一个分别进行的，这样既保持了较高的吹扫压力，又使得吹扫更均匀、彻底、干净。 由于可实时在线吹扫，就没有必要再装10m以上的粗滤了。吹扫下的灰尘被自动集中起来定期清除。运用本系统不但延长过滤器的使用寿命(灰尘不粘结)，而且可使燃机长期维持在最低进气压差（0.1-0.3kpa）下运行，从而最大限度提高了燃机的发电效率。3，根据北方地区冬季时间长的特点，在进气系统的进口处必须设置防冰加热装置，便于冬天防冰加温。4，此外，与此相关的空气（吹扫用气）系统必须要作出提高过滤精度的改进（要优于1m）本进气系统方案设置是针对几万千瓦的中小型机组的，对于几十万千瓦的大型机组结构设计要作相应调整。二，设置高纯度水处理系统：北方地区水质硬，含盐量高，电导率高达10002000s/cm以上，因此必须设置高效、高纯度、稳定的水处理系统设备，才能满足燃机发电的要求。幸好，近年来国内外已使用一种先进的水处理设备反渗透水处理工艺设备和电除盐EDI设备。即使是硬度很高的井水、河水或污水，只要经过适当的预处理，再进入反渗透设备，其除盐率可达到99%以上，细菌微生物一并清除，直到可直接饮用。对于电厂发电锅炉补给水必要时还可配置EDI电除盐设备。反渗透和电除盐两种水处理工艺的好处是：全自动进行，省工省时，运行最经济，不加酸碱，不污染环境。目前也有一些电厂采用一级反渗透加混床除盐，此方案有如下不足之处：1，不经济：混床除盐设备本身投资也不少，尤其是对供热锅炉，水不回收，耗水量大，再生周期短，需要消耗的酸和碱多，无疑增加了运行成本。2，费工时：供热锅炉，即便是中小供热锅炉，每小时耗水70-80吨，如此大的耗水量，使得再生周期短，工作量极大，制水质量也难掌控。3，污染环境：酸碱用料多，排放也多，严重污染环境，对于不环保的项目迟早会被取代。因此本方案建议供热电厂的水处理方案宜采用先进的二级反渗透工艺方案，而不宜采用一级反渗透+混床方案，同样也不建议采用反渗透+电除盐方案。（成本过高）三，设置液化天然气LNG小型气源站由于低热值燃料不能直接点火起动，目前低热值燃料机组大多采用“油-气”双燃料控制系统。双燃料系统结构复杂，问题也多，尤其起停机过程系统稳定性差，故障多，起动运行和维护管理难度大，用户很不满意（不像单燃料系统那样系统简单好控制）。本方案是采用液化天然气“LNG”来代替燃料油，因LNG与焦炉煤气同属气体，只是热值不同。（LNG约10000KCAR/M，焦炉煤气约4000KCAR/M），由于LNG热值高，可直接点火起动。用LNG作燃机起-停机用气，燃机只要用一套气体燃料控制系统就行了，机内机外都省却了燃油系统设备和电控设备，供应商和用户都省却了很多麻烦。这样至少可节省上百万美元。而设置一套LNG小型气源站投资远小于这个数。设置LNG小型气源站必须解决好储存困难、供气压力稳定和高安全可靠性等问题，这些问题目前都可以解决。LNG气源站与水处理系统一样都可多机共用。因此，对于有多台机组的低热值发电厂，上述各系统改造就更显得有投资价值了。总之，进气加温、高精度进气过滤、在线筒内旋转吹扫、高纯度的水质处理和小型的LNG气源站，这一系列设备系统改造基本上可以系统地、全面地解决上述各种问题；为我国北方地区大力推广燃气轮机低热值发电提供全面的技术支持；对加速我国能源建设、提高能源利用率、治理环境、减少空气污染等方面具有十分重要的意义。航空部608研究所 高级工程师 余昌芳电话机编：412002 E-mail：湖南株洲航空部608研究所2012年8月5日作者介绍：余昌芳，1942年3月31日出生，男，高级工程师，浙江衢州市人西北工业大学航空发动机设计专业67届本科毕业，分配湖南株洲航空部608研究所，从事航空发动机设计和试验研究。曾对发动机试验台推力的气动损失