徐繼明+張磊+郭星

【摘 要】 重油作為一種相對(duì)廉價(jià)的燃料，本世紀(jì)初期在燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組中得到了廣泛的應(yīng)用，雖然，近年來由于燃油價(jià)格的上漲限制了其發(fā)展空間，但是，對(duì)于中亞及非洲等煉油技術(shù)相對(duì)較低地區(qū)，重油的產(chǎn)出率仍然較高，在上述地區(qū)既缺電又有充足的重油燃料，燃重油的燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組仍有較為廣闊的發(fā)展空間。重油一般是由渣油與重柴油混合制成，其特點(diǎn)是粘度大并且含有由硫、鉛、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、釩、鋅等元素的化合物組成的灰份，重油燃料的使用雖然降低了燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行成本，但同時(shí)帶來了燃燒、結(jié)垢、腐蝕等一系列問題，對(duì)余熱鍋爐（HRSG）的尾部受熱面也帶來了嚴(yán)重的低溫露點(diǎn)腐蝕問題。

【關(guān)鍵詞】 聯(lián)合循環(huán)電站 重油 重型燃機(jī) 特點(diǎn)分析

在我國(guó)境內(nèi)經(jīng)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)燃用重油的燃機(jī)項(xiàng)目主要有：汕頭、惠州、深圳南山等電廠共計(jì)20多個(gè)項(xiàng)目40多臺(tái)套PG9171E（9E）或PG6581B（6B）級(jí)燃機(jī)電站。雖然后期多數(shù)機(jī)組因?yàn)閲?guó)內(nèi)燃料重油價(jià)格大幅上漲等原因改為燃用液化天然氣調(diào)峰機(jī)組，但機(jī)組在最初燃用重油時(shí)運(yùn)行情況良好，出力等各項(xiàng)指標(biāo)均能符合設(shè)計(jì)要求。國(guó)際市場(chǎng)上一些國(guó)家仍將重油作為燃機(jī)的主要燃料之一。蘇丹吉利二廠聯(lián)合循環(huán)電站設(shè)計(jì)時(shí)為重油與石油液化氣雙燃料運(yùn)行，但由于種種原因，自2003年投運(yùn)以來目前仍以重油為主要燃料運(yùn)行，目前出力等運(yùn)行指標(biāo)均十分可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。另外一個(gè)重油與天然氣雙燃料燃機(jī)電站——巴基斯坦濱佳勝500MW燃機(jī)電站（PG9171E機(jī)組）已于2012年投入商業(yè)運(yùn)行，目前該項(xiàng)目重油處理設(shè)備運(yùn)行狀況良好，機(jī)組已通過業(yè)主認(rèn)證，重油仍為重型燃機(jī)項(xiàng)目可選燃料之一。

本文將針對(duì)非洲某項(xiàng)目燃用重油燃料的燃機(jī)可行性及相關(guān)特點(diǎn)做簡(jiǎn)單分析。

1 燃油成分中的金屬元素及其粘度對(duì)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)的影響

按GE公司液體燃料規(guī)范要求，重型燃機(jī)的燃料在進(jìn)入噴嘴前的粘度要小于20CST，就本工程項(xiàng)目而言，重油100℃時(shí)的粘度大于20CST，故設(shè)計(jì)時(shí)考慮選擇專業(yè)化重油前處理設(shè)備并同時(shí)要求燃油管道伴熱溫度相應(yīng)提高，可使燃油通過加熱撬后加熱到125℃后，粘度降到20CST以內(nèi)，滿足噴嘴霧化條件。PG6581B（6B）等級(jí)重型燃機(jī)燃油系統(tǒng)的最高允許加熱溫度為135℃，可見本項(xiàng)目業(yè)主提供的重油品質(zhì)適用于該類燃機(jī)。

燃油溫度的提高也會(huì)帶來燃油系統(tǒng)部件老化、變形甚至是滲漏等負(fù)面影響，需加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)監(jiān)測(cè)。

重油中金屬釩一般為16.2～19.8mg/L，是原油的10～20倍。金屬釩在高溫狀態(tài)下會(huì)對(duì)燃機(jī)熱通道及動(dòng)葉產(chǎn)生高溫腐蝕；而釩在油處理裝置中不能被水洗分離，因此運(yùn)行中需按鎂釩比3∶1的比率注入鎂基化合物（抑釩劑）。通常燃用重油需注入大量的抑釩劑，不僅運(yùn)行費(fèi)用大幅提高，而且如果抑釩劑質(zhì)量欠佳或運(yùn)行處理不當(dāng)，會(huì)在燃油中形成一定的顆粒，燃油分配器堵塞卡澀，燃油逆止閥泄漏的機(jī)會(huì)也將隨之增加。

以上兩點(diǎn)是本項(xiàng)目燃機(jī)燃用業(yè)主提供的重油后，在今后的燃機(jī)運(yùn)行中可預(yù)見的主要影響。當(dāng)然，油處理脫鹽的不徹底性或抑釩劑效果不佳，燒重油比燒原油對(duì)燃機(jī)熱通道及動(dòng)葉的結(jié)垢腐蝕程度要增加一些，均將導(dǎo)致燃機(jī)水洗與檢修周期相應(yīng)略為縮短。

綜上所述，本項(xiàng)目重油燃機(jī)設(shè)備運(yùn)行需注意事項(xiàng)如下：

（1）設(shè)置燃油加熱器以確保進(jìn)入噴嘴前的重油溫度達(dá)到125～135℃，使燃油粘度小于20 CST。由于燃機(jī)與重油處理設(shè)備距離一般較遠(yuǎn)，燃油前置泵出口油溫與燃機(jī)燃油選擇模塊的油溫已有一定的溫差，因此運(yùn)行時(shí)要加強(qiáng)對(duì)選擇模塊就地溫度表讀數(shù)的監(jiān)視，以保證此溫度下重油的粘度真正小于20 CST。針對(duì)本工程項(xiàng)目重油粘度較大，重油處理方案考慮通過提高伴熱溫度，利用熱回收橇塊的熱回收以及燃油加熱器加熱，保證燃機(jī)入口重油粘度滿足燃機(jī)要求。（2）確保重油處理裝置出口重油的鈉鉀含量小于1 mg/L、含水量小于0.5%。重油含水量是燃機(jī)燃料要求的重要指標(biāo)之一。重油處理裝置需配置保證可靠的含水量的自動(dòng)報(bào)警裝置。當(dāng)含水量超過0.5%的報(bào)警值時(shí)，已處理過的、不滿足含水率要求的燃料將會(huì)會(huì)自動(dòng)打回未經(jīng)處理的重油罐，重新進(jìn)行處理。本項(xiàng)目業(yè)主提供的重油油質(zhì)資料中未提供鈉鉀含量，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，重油燃料中不可能不含鈉鉀成分，在選擇重油處理模塊時(shí)按常規(guī)設(shè)置了用于脫鹽、水及雜質(zhì)的注水橇塊和混合分離橇塊，保證鈉鉀小于1 mg/L并確保經(jīng)過處理后的重油燃料含水量小于0.5%。（3）保證重油處理裝置的超濾模塊能夠正常運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)注意對(duì)重油處理裝置超濾模塊的清洗。重油處理時(shí)務(wù)必使位于重油處理裝置廢水模塊后的超濾系統(tǒng)正常投運(yùn)，使經(jīng)過超濾系統(tǒng)的含油水洗水中的游離油含量降到10～15 mg/L，并排至油罐區(qū)污油池或地溝。

目前，重油處理設(shè)備主要分為靜電式和離心式兩種，技術(shù)成熟、業(yè)績(jī)較多的主要有韋斯伐里亞、阿法拉伐等生產(chǎn)廠家。經(jīng)與重油處理設(shè)備制造廠家針對(duì)本項(xiàng)目業(yè)主提供的重油燃料分析資料精心研究，確定適用于本項(xiàng)目的重油處理組合方案。通過破乳劑添加橇塊、燃料熱回收橇塊、燃料處理加熱橇塊、洗滌水和工作水橇塊、洗滌水加熱橇塊、燃料/洗滌水混合分離橇塊、廢水處理橇塊組合運(yùn)行后后，能夠保證本項(xiàng)目經(jīng)處理過的重油鈉鉀含量小于1 mg/L的同時(shí)，確保含水量小于0.5%，而且，在燃油溫度升至125℃以上時(shí)，其粘度小于20 CST，滿足燃機(jī)設(shè)備廠家提出的燃料入口參數(shù)要求，可以保證燃機(jī)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 燃用重油機(jī)組積灰的危害及改進(jìn)建議

燃用重油的燃?xì)廨啓C(jī)組，煙氣中的灰份沉積在燃?xì)廨啓C(jī)透平通道表面和余熱鍋爐翅片管表面，按照以往運(yùn)行電廠的經(jīng)驗(yàn)，灰份沉積會(huì)使機(jī)組出力約按0.04%/h速率下降，油耗率按0.03%/h左右速率上升，積灰是影響燃重油機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要因素。

2.1 積灰原因分析

重油灰份一般≤0.3%為合格，而輕柴油灰份≤0.02%，顯而易見，重油含有高于輕油十幾倍的灰份。

經(jīng)過對(duì)重油燃料進(jìn)行光譜分析和灰份分析對(duì)比，重油中所含的微量金屬元素約占灰份的75%。其中Na、K等可通過重油處理去除大部分。而不溶于水的元素仍殘留在燃料中，經(jīng)燃燒生成的各種氧化物、硫化物和釩化物是燃?xì)饣曳輥碓粗?。但是，重油原灰份的含量，通常?.1ml/L以下，其中部分灰份物質(zhì)的熔點(diǎn)大大高于熱通道部分表面溫度而不易殘留在葉片表面，可以認(rèn)為燃燒生成物不是主要灰源。

由于重油燃料中金屬釩經(jīng)燃燒會(huì)生成低熔點(diǎn)（675℃）的釩化物（V2O5）。這種物質(zhì)在葉片表面溫度條件下是熔融狀態(tài)，易沉積，且對(duì)合金材料有極強(qiáng)的氧化催化作用即高溫腐蝕，因此目前所有燒重油的機(jī)組均需向重油中加入含鎂的抑釩劑。期望利用鎂與釩燃燒生成高熔點(diǎn)（1156℃）、無腐蝕作用的釩酸鎂（Mg3V2O5）。

為保證反應(yīng)充分，常規(guī)抑釩劑是按Mg：V=3～3.5的規(guī)范要求過量添加的。所謂過量是相對(duì)分子量計(jì)算而言。正由于鎂的過量，所以加有抑釩劑的重油灰分中除生成人們希望的Mg3V2O5外，還含有大量的MgO和MgSO4。

檢查燃機(jī)熱通道和余熱爐過熱器的翅片管束表面，不難看到沉積有大量的黃色結(jié)晶體。分析沉積物成分可知，鎂占絕對(duì)主導(dǎo)地位。美國(guó)RETROLITE—MOBILE公司進(jìn)行葉片表面沉積物分析的報(bào)告也證明MgO約占62.8%，Mg3V2O5約占有37.2%。因此，為防止釩腐蝕而添加的抑釩劑是形成高溫?zé)嵬ǖ啦考砻娣e灰的主要灰源。

2.2 減少積灰的措施

2.2.1 盡量選擇低釩重油

上文提到熱通道表面積灰主要來源于過量加入的抑釩劑，那么降低積灰的首要措施就是使用低釩重油。重油含釩量越低，添加抑釩劑量越少，灰分自然減少。

2.2.2 選擇合適的運(yùn)行方式

沉積在熱通道部件表面灰分的化學(xué)成分與熱通道部件表面溫度、重油硫含量以及鎂釩比有關(guān)?；曳种饕瘜W(xué)成份為MgO，而MgO是不溶于水的，因此很難用水洗去除。但是，MgO較硬，采用熱脹冷縮的辦法卻易于破碎而脫落。因此建議燒重油的機(jī)組最好采用調(diào)峰方式運(yùn)行，即每日起停。以便熱通道部件能冷熱交替循環(huán)去除MgO沉積物。

根據(jù)以往設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的若干臺(tái)PG9171E（9E）級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃用重油燃料的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，雖然每次葉片垢樣中均存在大量的MgO，但每次水洗機(jī)組基本都可恢復(fù)到預(yù)期出力。

2.2.3 定期水洗

目前燒重油后清除積灰恢復(fù)出力的辦法是水洗透平。水洗周期越短，機(jī)組年均出力越高，年均油耗率越低。

由于水洗必須停機(jī)冷卻后才能進(jìn)行，因此水洗頻度越高，機(jī)組實(shí)際可運(yùn)行時(shí)間將越短。其次排煙室除內(nèi)襯板是不銹鋼件外，其余全為普通鍋爐鋼板。而水洗排水中含有極具腐蝕性的SO3，所以水洗將加速排煙室的損壞。這些都是制定水洗周期必須考慮的因素。值得注意的是機(jī)組運(yùn)行方式不同，水洗周期也不盡一樣。以深圳南山電廠為例，電廠依據(jù)保持機(jī)組平均出力96%，平均油耗率1.03%，統(tǒng)計(jì)得出機(jī)組實(shí)際燒重油運(yùn)行時(shí)間，確定燒重油運(yùn)行200h左右進(jìn)行一次水洗。

2.2.4 配備先進(jìn)的余熱鍋爐吹灰設(shè)備

余熱回收是提高燃機(jī)電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的必要手段。余熱回收裝置中的余熱鍋爐是決定回收率的關(guān)鍵設(shè)備。燒重油時(shí)沉積在余熱爐翅片管表面的灰分對(duì)余熱鍋爐的傳熱效果影響很大，余熱鍋爐必須配備能可靠工作的吹灰器，以盡量減少積灰對(duì)鍋爐蒸汽產(chǎn)量的影響。

余熱鍋爐蒸發(fā)量減少1%，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)出力將丟失1%以上（不同流量下汽耗率不等）；余熱鍋爐蒸發(fā)量少1 t/h，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)出力少250 KW以上（中壓或次高壓機(jī)組）。因此，余熱鍋爐必須配備能可靠工作的吹灰器，以盡量減少積灰對(duì)鍋爐蒸汽產(chǎn)量的影響。

總體來說，燃料來源穩(wěn)定，價(jià)格合理，運(yùn)行時(shí)對(duì)設(shè)備按時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)，加強(qiáng)檢測(cè)，以重油為燃料的燃機(jī)項(xiàng)目是可行的。針對(duì)本項(xiàng)目而言，其燃料來源穩(wěn)定，價(jià)格低廉，優(yōu)勢(shì)明顯，雖然本項(xiàng)目燃料重油粘度指標(biāo)稍差，但經(jīng)過充分考慮其粘度大等特點(diǎn)并科學(xué)合理選擇適用的重油處理設(shè)備模塊，進(jìn)行有針對(duì)性地設(shè)計(jì)，處理后的重油各項(xiàng)指標(biāo)完全完全可以滿足燃機(jī)燃料入口各項(xiàng)指標(biāo)的要求，保證燃機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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