烧重油添加消烟剂对燃机发电成本影响的分析

吴 勇，董 炜，吴伟亮

（1.上海闸电燃气轮机发电有限公司，上海 200438；2.上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

0 引言

燃机电厂因占地面积小、启动快、建设周期短等优势，在我国得到较快发展。1997年投产的上海闸电燃气轮机发电厂（以下简称闸电燃机电厂）以重油为燃料，一期工程建设4台100MW MS9001E型燃气轮机发电机组，担负着上海电网的调频、调峰和紧急备用电厂的任务。为了进一步增强电厂的调峰能力，确保电网运行安全，二期工程建设2套100 MW燃气—蒸汽联合循环机组，于2006年12月投产。由于重油可燃烧性差，有时会发生不完全燃烧现象，烟囱冒黑烟，排烟中甚至带有黑色的粘稠性残渣物。

为了降低发电过程中的污染物排放水平，改善周边环境空气质量，通过市场调研，决定在燃油中添加国产SY1903型消烟剂，进行降低污染物排放试验。经过一段时间加消烟剂运行后发现，在燃机内通道和余热锅炉热交换器表面，因燃用重油产生的黑色油性结垢基本消失，排烟变为很淡的灰白色，从现象看消烟剂的使用效果非常显著。经过测试，发现燃机使用消烟剂后不但污染物排放达到了国家环境标准要求，而且作为附带效应，发电热耗也有了下降，在最佳工况下运行，热耗率降低了3 g／k Wh，可以说在一定程度上取得了节能和减排的双重效益。

1 添加消烟剂试验分析

闸电燃机安装着联合循环调峰机组，由2台GE公司PG9171E型100 MW级燃机，与每台燃机独自连接的余热锅炉和由2台余热锅炉供汽的1台汽轮机组成。生产过程中通过切换燃机排气阀门，实现机组的简单和联合循环。

消烟剂添加试验在2010年9月进行。由于燃机负荷对其热耗率有重大影响，因此试验中燃机负荷保持不变，通过改变消烟剂浓度，观察消烟剂对燃机简单循环、余热锅炉热效率的影响，试验时燃机负荷情况见图1。

图1 燃机试验负荷曲线

处理试验数据时，对不同时段记录的试验数据，选择其平稳段进行算术平均，以此为基础计算机组热耗率。由于本文研究的是消烟剂浓度对发电成本的影响，鉴于联合循环机组构成特点，仅对燃机简单循环发电成本进行分析。试验中消烟剂浓度和燃机功率、热耗率结果如表1所示，其中消烟剂浓度采用质量比浓度（消烟剂质量流量比燃油质量流量）。

从表1试验结果可以看出，2号燃机的性能高于1号燃机。

燃机简单循环的热耗率同环境温度有着密切联系，根据试验时记录的环境温度，按照GE公司提供的燃机热耗率环境温度修正曲线，将表1试验结果换算到标准状态，表2为考虑环境温度后燃机热耗率的随消烟剂浓度变化情况。

试验时使用的重油燃料低位热值为41 946 kJ／kg，结合表1和表2的热耗率数据可以得出：不进行环境温度修正，消烟剂使用后发电油耗最大减低3.30 g／k Wh；进行环境温度修正，最大发电油耗降低2.33 g／k Wh。

2 对燃机发电成本影响的分析

由于消烟剂对燃气轮机热耗率有一定影响，为了抓住消烟剂对燃机发电成本影响的主要因素，单独对燃机简单循环发电成本进行了测算。测算中消烟剂价格按4万元／t计算，燃油按三种价格进行分析（C1为5 000元／t，C2为5 500元／t，C3为6 000元／t），测算消烟剂对发电成本，特别是油价变动后消烟剂对成本的影响程度，发电成本分析计算见表3和表4。

表1 2台燃机试验结果

表2 修正后的2台燃机热耗率

表3 1号燃机简单循环成本分析

表4 2号燃机简单循环成本分析

由于在发电成本中消烟剂仅占很小一部分，当燃油价格变化时从发电成本出发很难分析出消烟剂对其影响程度。为了比较消烟剂使用对成本的相对影响，定义为：

按照成本相对变化率的定义，如果成本相对变化率为正值，表示实际成本较参考成本低，从经济角度而言，表示降低了成本。也就是说，选用的参考成本不同，成本相对变化率表示的含义是不同的：如果参考成本为燃料成本（不含消烟剂费用），则成本相对变化率表示的是不同消烟剂浓度对燃油成本的影响，数据中不含消烟剂的成本的影响；如果采用的是发电成本，则数据包含了燃油和消烟剂两者成本共同影响。根据试验数据，给出了温度修正后2台燃机燃油成本和发电成本相对变化率，如图2所示。对于燃油成本相对变化率而言，由于其不受消烟剂价格影响，因此图2中只有1条燃油成本变化率曲线。

从图2可以看出，消烟剂对节省2台燃机燃料成本都是有益的，由于1号燃机原本效率较低，随着消烟剂浓度的提高，燃油成本下降较为明显，随着燃油价格的提高，发电成本的相对下降较为显著。由于发电成本受消烟剂成本的影响，所以发电成本曲线没有燃油成本下降趋势那么明显。

图2 发电成本相对变化率比较

2台燃机在发电成本方面影响是不尽相同的。倘若计入消烟剂成本，对于原来效率较高的2号燃机，消烟剂对发电成本降低作用有限，特别是当消烟剂浓度过高时，发电成本随消烟剂浓度过高而出现发电成本增加的趋势。因此，从发电成本考虑，消烟剂对降低因燃烧不完全造成效率较低机组成本的效果比较明显，但如果原机组效率较高或者消烟剂使用浓度过高，对机组发电成本降低效果有限。从试验结果来看，要降低发电成本，消烟剂使用体积浓度宜在400～700 mg／L，这与从热耗率角度得出的结论比较接近。

3 结论

1）对于燃机简单循环，随着消烟剂浓度的增加，燃机热耗率呈下降趋势，消烟剂对节能是有效的。

2）消烟剂对降低因重油燃烧不完全的燃机燃料和发电成本有一定效果。使用消烟剂可以降低燃机的燃料成本，但当消烟剂浓度过高时，会增加原效率较高机组的发电成本。

3）根据试验结果，从降低机组发电成本考虑，建议消烟剂的使用浓度在400～700 mg／L之间。

4）消烟剂投用至今，燃气轮机热通道部件及余热锅炉受热面的油性积垢物和烟灰现象得到改善，设备维保费用也大为减少，企业取得一定经济效益和社会效益。