吳 勇，董 煒，吳偉亮

（1.上海閘電燃?xì)廨啓C發(fā)電有限公司，上海 200438；2.上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，上海 200240）

0 引言

燃機電廠因占地面積小、啟動快、建設(shè)周期短等優(yōu)勢，在我國得到較快發(fā)展。1997年投產(chǎn)的上海閘電燃?xì)廨啓C發(fā)電廠（以下簡稱閘電燃機電廠）以重油為燃料，一期工程建設(shè)4臺100MW MS9001E型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組，擔(dān)負(fù)著上海電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰和緊急備用電廠的任務(wù)。為了進(jìn)一步增強電廠的調(diào)峰能力，確保電網(wǎng)運行安全，二期工程建設(shè)2套100 MW燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機組，于2006年12月投產(chǎn)。由于重油可燃燒性差，有時會發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)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(fā)電過程中的污染物排放水平，改善周邊環(huán)境空氣質(zhì)量，通過市場調(diào)研，決定在燃油中添加國產(chǎn)SY1903型消煙劑，進(jìn)行降低污染物排放試驗。經(jīng)過一段時間加消煙劑運行后發(fā)現(xiàn)，在燃機內(nèi)通道和余熱鍋爐熱交換器表面，因燃用重油產(chǎn)生的黑色油性結(jié)垢基本消失，排煙變?yōu)楹艿幕野咨?，從現(xiàn)象看消煙劑的使用效果非常顯著。經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)燃機使用消煙劑后不但污染物排放達(dá)到了國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，而且作為附帶效應(yīng)，發(fā)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(jié)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(lián)合循環(huán)調(diào)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(chǎn)過程中通過切換燃機排氣閥門，實現(xiàn)機組的簡單和聯(lián)合循環(huán)。

消煙劑添加試驗在2010年9月進(jìn)行。由于燃機負(fù)荷對其熱耗率有重大影響，因此試驗中燃機負(fù)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(huán)、余熱鍋爐熱效率的影響，試驗時燃機負(fù)荷情況見圖1。

圖1 燃機試驗負(fù)荷曲線

處理試驗數(shù)據(jù)時，對不同時段記錄的試驗數(shù)據(jù)，選擇其平穩(wěn)段進(jìn)行算術(shù)平均，以此為基礎(chǔ)計算機組熱耗率。由于本文研究的是消煙劑濃度對發(fā)電成本的影響，鑒于聯(lián)合循環(huán)機組構(gòu)成特點，僅對燃機簡單循環(huán)發(fā)電成本進(jìn)行分析。試驗中消煙劑濃度和燃機功率、熱耗率結(jié)果如表1所示，其中消煙劑濃度采用質(zhì)量比濃度（消煙劑質(zhì)量流量比燃油質(zhì)量流量）。

從表1試驗結(jié)果可以看出，2號燃機的性能高于1號燃機。

燃機簡單循環(huán)的熱耗率同環(huán)境溫度有著密切聯(lián)系，根據(jù)試驗時記錄的環(huán)境溫度，按照GE公司提供的燃機熱耗率環(huán)境溫度修正曲線，將表1試驗結(jié)果換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，表2為考慮環(huán)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(jié)合表1和表2的熱耗率數(shù)據(jù)可以得出：不進(jìn)行環(huán)境溫度修正，消煙劑使用后發(fā)電油耗最大減低3.30 g／k Wh；進(jìn)行環(huán)境溫度修正，最大發(fā)電油耗降低2.33 g／k Wh。

2 對燃機發(fā)電成本影響的分析

由于消煙劑對燃?xì)廨啓C熱耗率有一定影響，為了抓住消煙劑對燃機發(fā)電成本影響的主要因素，單獨對燃機簡單循環(huán)發(fā)電成本進(jìn)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(jìn)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(fā)電成本，特別是油價變動后消煙劑對成本的影響程度，發(fā)電成本分析計算見表3和表4。

表1 2臺燃機試驗結(jié)果

表2 修正后的2臺燃機熱耗率

表3 1號燃機簡單循環(huán)成本分析

表4 2號燃機簡單循環(huán)成本分析

由于在發(fā)電成本中消煙劑僅占很小一部分，當(dāng)燃油價格變化時從發(fā)電成本出發(fā)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(jīng)濟(jì)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(shù)據(jù)中不含消煙劑的成本的影響；如果采用的是發(fā)電成本，則數(shù)據(jù)包含了燃油和消煙劑兩者成本共同影響。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，給出了溫度修正后2臺燃機燃油成本和發(fā)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(jié)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(fā)電成本的相對下降較為顯著。由于發(fā)電成本受消煙劑成本的影響，所以發(fā)電成本曲線沒有燃油成本下降趨勢那么明顯。

圖2 發(fā)電成本相對變化率比較

2臺燃機在發(fā)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(fā)電成本降低作用有限，特別是當(dāng)消煙劑濃度過高時，發(fā)電成本隨消煙劑濃度過高而出現(xiàn)發(fā)電成本增加的趨勢。因此，從發(fā)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(fā)電成本降低效果有限。從試驗結(jié)果來看，要降低發(fā)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(jié)論比較接近。

3 結(jié)論

1）對于燃機簡單循環(huán)，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(jié)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(fā)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(dāng)消煙劑濃度過高時，會增加原效率較高機組的發(fā)電成本。

3）根據(jù)試驗結(jié)果，從降低機組發(fā)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?xì)廨啓C熱通道部件及余熱鍋爐受熱面的油性積垢物和煙灰現(xiàn)象得到改善，設(shè)備維保費用也大為減少，企業(yè)取得一定經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。