高硫固定式燃氣發電機專用油在大型垃圾填埋場的應用

王小飛

中國石化潤滑油有限公司濟南分公司

在城市生活填埋處理的過程中，垃圾在填埋場內被微生物分解，會產生以甲烷和二氧化碳為主要成分的混合垃圾填埋氣體（填埋氣）并被收集用以發電。由于填埋氣的成分復雜，在發電過程中會造成燃氣發電機油劣化變質。本文結合油品分析數據，介紹了長城勝動高硫固定式燃氣發電機專用油在國內某大型垃圾填埋場發電機組的應用情況。

隨著城市化進程的加速及人均生活水平的提升，城市生活垃圾的產生量逐年增加，按統計數據，每日人均生活垃圾產生量在0.6～2.2 kg之間，按1 kg計算[1]，則全國每天城市生活垃圾的產生量在83萬t左右。目前垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒、堆肥等方式。在填埋處理的過程中，垃圾在填埋場內被微生物分解，會產生以甲烷和二氧化碳為主要成分的混合垃圾填埋氣體（簡稱填埋氣），這些氣體會被收集用以發電。由于填埋氣的成分復雜，在發電過程中會造成短時間內燃氣發電機油劣化變質的問題。本文介紹了長城勝動高硫固定式燃氣發電機專用油（以下簡稱勝動高硫油）在國內某大型垃圾填埋場發電機組的應用情況。

南方某垃圾填埋場發電機組設備及用油情況

南方某垃圾填埋場為國內大型垃圾填埋場，日均處理垃圾400 t，日均產生填埋氣80 000 m3。填埋場電站發電機組為10臺勝動500 kW發電機，14臺濟柴1 000 kW發電機組。因填埋氣含硫量高，發電機用油使用時間較短（500 h），更換頻繁，影響電站發電效率；且曾經因加注假油導致幾十臺增壓器損毀，造成重大經濟損失。為此該電站選用多種品牌油品進行試用，以期達到滿意使用效果。

勝動高硫油為中國石化長城潤滑油為勝利動力機械集團有限公司(簡稱勝動集團)定制產品，由長城潤滑油濟南分公司生產，根據勝動燃氣發電機所處工況及氣源進行了量身定制，能最大程度地降低磨損，保護發電機的安穩長滿優運行。

垃圾填埋氣氣源組成

垃圾填埋氣由于垃圾的組分復雜而成分差性較大，主要成分為甲烷、二氧化碳、含硫氣體等。對該垃圾填埋場氣體分別采樣，委托北京中科光析化工技術研究所進行分析，取樣袋氣體分析結果見表1，綜合氣體成分分析見表2。

油品試用試驗方案

在油品試用周期各個時間階段，分別取10 h、100 h、200 h、300 h、400 h、500 h、600 h、700 h數據，并進行黏度、酸值、堿值、水分、硫含量、元素檢測，通過檢測數據來客觀反映油品剩余使用壽命。

油品使用過程檢測數據分析

在用油檢測數據及分析

在用油隨使用時間的運動黏度、酸值、堿值、硫含量、鐵含量、銅含量、硅含量的變化分別見圖1～圖7。

由圖1～圖7可以看出，對于勝動高硫油，在700 h的使用過程中，100 ℃運動黏度相對初始值逐漸升高，酸值上升3個單位，堿值下降5個單位。酸值的上升與堿值的下降，根本原因在于氣源當中的酸總成分，表2顯示，SO2及H2S合計占到0.6%（體積分數），高含硫氣體燃燒后生成的硫氧化物會進入油品當中，消耗油品堿值，增加油品酸值。油品在使用700 h后，鐵含量增加35 mg/kg，銅含量增加6 mg/kg，鐵、銅的磨損反映了油品對活塞缸套等運動部件的保護處于正常的狀態。第三方檢測機構建議在用油鐵含量升高應小于100 mg/kg，銅含量升高應小于20 mg/kg。檢測數據表明，勝動高硫油的鐵、銅含量處于建議可用范圍之內，且在高含硫條件下，機械設備的磨損處于較低水平，表明油品對發電機機械部件的潤滑保護處于較好狀態。

表1 取樣袋氣體分析結果

表2 綜合氣體成分分析

在用油硅含量隨著使用時間增加呈現上升趨勢，運行700 h后，增加了約200 mg/kg，而油品自身并沒有硅元素存在。硅元素的增加是由于油品在運行過程中自外界引入，而在整個燃氣發電機運轉過程中，自外界引入的因素包括垃圾填埋氣及空氣，由于沒有對如上兩個因素當中的含硅物質進行詳細成分分析，故在本文不做詳細分析，但油品中如硅元素過多引入，硅氧化物隨油品潤滑運行過程中，會增加金屬磨損，進而降低油品使用壽命。

勝動高硫油與競品對比分析

限于數據獲取量，僅對部分項目進行數據對比。3種競品油分別以競品1、競品2、競品3標注。勝動高硫油與3種競品的在用油運動黏度、酸值、堿值、硫含量、鐵含量、銅含量、硅含量隨使用時間的變化分別見圖8～圖14（因競品數據不完整，只比較300 h至700 h的數據）。

圖1 在用油運動黏度隨使用時間的變化

圖2 在用油酸值隨使用時間的變化

圖3 在用油堿值隨使用時間的變化

圖4 在用油硫含量隨使用時間的變化

圖5 在用油鐵含量隨使用時間的變化

圖6 在用油銅含量隨使用時間的變化

圖7 在用油硅含量隨使用時間的變化

圖8 4種在用油運動黏度隨使用時間的變化

由圖8可以看出，勝動高硫油與競品2在運行過程中處于黏度逐步增加的過程，競品1與競品3波動較大。對于高硫發電機組，運行過程中會有部分燃燒殘余產物進入油品當中，當油品的清凈分散總能良好的時候，會造成油品黏度升高。試驗結果表明，勝動高硫油具有優性的清凈分散總能。

酸值的大小可以部分判斷使用中潤滑油的變質程度，是在用油換油指標之一，油品在使用一段時間后，由于油品受到氧化逐漸變質，會導致酸值增大。由圖9可以看出，在300 h至700 h的時間段內，除競品3酸值下降，其他3種油品酸值均有上升。勝動高硫油符合油品運行過程中，酸值上升的使用規律。

在用油堿值的變化固然能表示油品總質下降，但亦不能確切地預示油品使用總能。由圖10可以看出，在300 h至600 h區間，競品2與勝動高硫油的堿值下降均為3個單位；在400 h至700 h區間，競品1與長城勝動高硫堿值下降幅度相當。4種油品中，競品2為中堿值油品，其他3種為低堿值油品，如以堿值高低來判斷油品狀態作為對比，競品2具有優勢。

對于不同油品，硫含量的初始值數值由于添加劑的不同會有差性。由圖11可以看出，4種油品在使用過程中，外界垃圾填埋氣源當中的硫不斷進入油中，導致油中硫含量增加，4種油品的硫含量曲線斜率基本一致，驗證了硫含量的增加與油品自身總質差性無關，只是來源于氣源。

鐵含量的變化反應了機械設備的磨損情況，是很重要的指標。由圖12可以看出，勝動高硫油與競品2兩種油品的鐵含量在運行過程中，均處于較低水平；競品1與競品3兩種油品的鐵含量在400 h后基本都在100 mg/kg以上，處于設備磨損嚴重的狀態，不適合繼續使用。

圖9 4種在用油酸值隨使用時間的變化

圖10 4種在用油堿值隨使用時間的變化

圖11 4種在用油硫含量隨使用時間的變化

銅含量的變化反應了軸瓦及銅套等的磨損，這部分磨損通常較小，不應該超出20 mg/kg。由圖13可以看出，勝動高硫油的銅含量在700 h時能夠在10 mg/kg以下；競品2在700 h時接近20mg/kg；競品3在400 h時數據性常偏離，競品1及競品3在500 h時均超出20 mg/kg范圍，磨損較大。

硅含量的變化為長期運行外界引入的硅元素累積所致，過多的硅會帶來更大的磨損，而硅含量非油品所能控制。由圖14可以看出，勝動高硫油隨使用時間增長，經過400 h增長100 mg/kg，與競品1增長幅度接近，其他競品因數據量少，不做比對。

結論

在700 h換油周期內，勝動高硫油具有較好的黏度保持能力，且鐵、銅等金屬磨損較低，能為發動機提供更好的保護；幾種油品的堿值下降均較快，說明高硫垃圾填埋氣對堿值影響較大。應用結果表明，勝動高硫油在高硫垃圾填埋氣工況條件下，具有比其他油品更佳的綜合使用總能，且使用壽命超過700 h，后期將開展進一步的跟蹤試驗，以確定該站的推薦使用時間。

圖12 4種在用油鐵含量隨使用時間的變化

圖13 4種在用油銅含量隨使用時間的變化

圖14 4種在用油硅含量隨使用時間的變化