燒重油添加消煙劑對燃機發電成本影響的分析

吳 勇，董 煒，吳偉亮

（1.上海閘電燃氣輪機發電有限公司，上海 200438；2.上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

0 引言

燃機電廠因占地面積小、啟動快、建設周期短等優勢，在我國得到較快發展。1997年投產的上海閘電燃氣輪機發電廠（以下簡稱閘電燃機電廠）以重油為燃料，一期工程建設4臺100MW MS9001E型燃氣輪機發電機組，擔負著上海電網的調頻、調峰和緊急備用電廠的任務。為了進一步增強電廠的調峰能力，確保電網運行安全，二期工程建設2套100 MW燃氣—蒸汽聯合循環機組，于2006年12月投產。由于重油可燃燒性差，有時會發生不完全燃燒現象，煙囪冒黑煙，排煙中甚至帶有黑色的粘稠性殘渣物。

為了降低發電過程中的污染物排放水平，改善周邊環境空氣質量，通過市場調研，決定在燃油中添加國產SY1903型消煙劑，進行降低污染物排放試驗。經過一段時間加消煙劑運行后發現，在燃機內通道和余熱鍋爐熱交換器表面，因燃用重油產生的黑色油性結垢基本消失，排煙變為很淡的灰白色，從現象看消煙劑的使用效果非常顯著。經過測試，發現燃機使用消煙劑后不但污染物排放達到了國家環境標準要求，而且作為附帶效應，發電熱耗也有了下降，在最佳工況下運行，熱耗率降低了3 g／k Wh，可以說在一定程度上取得了節能和減排的雙重效益。

1 添加消煙劑試驗分析

閘電燃機安裝著聯合循環調峰機組，由2臺GE公司PG9171E型100 MW級燃機，與每臺燃機獨自連接的余熱鍋爐和由2臺余熱鍋爐供汽的1臺汽輪機組成。生產過程中通過切換燃機排氣閥門，實現機組的簡單和聯合循環。

消煙劑添加試驗在2010年9月進行。由于燃機負荷對其熱耗率有重大影響，因此試驗中燃機負荷保持不變，通過改變消煙劑濃度，觀察消煙劑對燃機簡單循環、余熱鍋爐熱效率的影響，試驗時燃機負荷情況見圖1。

圖1 燃機試驗負荷曲線

處理試驗數據時，對不同時段記錄的試驗數據，選擇其平穩段進行算術平均，以此為基礎計算機組熱耗率。由于本文研究的是消煙劑濃度對發電成本的影響，鑒于聯合循環機組構成特點，僅對燃機簡單循環發電成本進行分析。試驗中消煙劑濃度和燃機功率、熱耗率結果如表1所示，其中消煙劑濃度采用質量比濃度（消煙劑質量流量比燃油質量流量）。

從表1試驗結果可以看出，2號燃機的性能高于1號燃機。

燃機簡單循環的熱耗率同環境溫度有著密切聯系，根據試驗時記錄的環境溫度，按照GE公司提供的燃機熱耗率環境溫度修正曲線，將表1試驗結果換算到標準狀態，表2為考慮環境溫度后燃機熱耗率的隨消煙劑濃度變化情況。

試驗時使用的重油燃料低位熱值為41 946 kJ／kg，結合表1和表2的熱耗率數據可以得出：不進行環境溫度修正，消煙劑使用后發電油耗最大減低3.30 g／k Wh；進行環境溫度修正，最大發電油耗降低2.33 g／k Wh。

2 對燃機發電成本影響的分析

由于消煙劑對燃氣輪機熱耗率有一定影響，為了抓住消煙劑對燃機發電成本影響的主要因素，單獨對燃機簡單循環發電成本進行了測算。測算中消煙劑價格按4萬元／t計算，燃油按三種價格進行分析（C1為5 000元／t，C2為5 500元／t，C3為6 000元／t），測算消煙劑對發電成本，特別是油價變動后消煙劑對成本的影響程度，發電成本分析計算見表3和表4。

表1 2臺燃機試驗結果

表2 修正后的2臺燃機熱耗率

表3 1號燃機簡單循環成本分析

表4 2號燃機簡單循環成本分析

由于在發電成本中消煙劑僅占很小一部分，當燃油價格變化時從發電成本出發很難分析出消煙劑對其影響程度。為了比較消煙劑使用對成本的相對影響，定義為：

按照成本相對變化率的定義，如果成本相對變化率為正值，表示實際成本較參考成本低，從經濟角度而言，表示降低了成本。也就是說，選用的參考成本不同，成本相對變化率表示的含義是不同的：如果參考成本為燃料成本（不含消煙劑費用），則成本相對變化率表示的是不同消煙劑濃度對燃油成本的影響，數據中不含消煙劑的成本的影響；如果采用的是發電成本，則數據包含了燃油和消煙劑兩者成本共同影響。根據試驗數據，給出了溫度修正后2臺燃機燃油成本和發電成本相對變化率，如圖2所示。對于燃油成本相對變化率而言，由于其不受消煙劑價格影響，因此圖2中只有1條燃油成本變化率曲線。

從圖2可以看出，消煙劑對節省2臺燃機燃料成本都是有益的，由于1號燃機原本效率較低，隨著消煙劑濃度的提高，燃油成本下降較為明顯，隨著燃油價格的提高，發電成本的相對下降較為顯著。由于發電成本受消煙劑成本的影響，所以發電成本曲線沒有燃油成本下降趨勢那么明顯。

圖2 發電成本相對變化率比較

2臺燃機在發電成本方面影響是不盡相同的。倘若計入消煙劑成本，對于原來效率較高的2號燃機，消煙劑對發電成本降低作用有限，特別是當消煙劑濃度過高時，發電成本隨消煙劑濃度過高而出現發電成本增加的趨勢。因此，從發電成本考慮，消煙劑對降低因燃燒不完全造成效率較低機組成本的效果比較明顯，但如果原機組效率較高或者消煙劑使用濃度過高，對機組發電成本降低效果有限。從試驗結果來看，要降低發電成本，消煙劑使用體積濃度宜在400～700 mg／L，這與從熱耗率角度得出的結論比較接近。

3 結論

1）對于燃機簡單循環，隨著消煙劑濃度的增加，燃機熱耗率呈下降趨勢，消煙劑對節能是有效的。

2）消煙劑對降低因重油燃燒不完全的燃機燃料和發電成本有一定效果。使用消煙劑可以降低燃機的燃料成本，但當消煙劑濃度過高時，會增加原效率較高機組的發電成本。

3）根據試驗結果，從降低機組發電成本考慮，建議消煙劑的使用濃度在400～700 mg／L之間。

4）消煙劑投用至今，燃氣輪機熱通道部件及余熱鍋爐受熱面的油性積垢物和煙灰現象得到改善，設備維保費用也大為減少，企業取得一定經濟效益和社會效益。