燃烧式热值仪在燃气蒸汽联合循环发电站中的应用

朱 波

（东莞市粤湾新能源有限公司，广东 东莞 523220）

引言

随着经济社会的发展，传统燃煤发电方式造成环境污染，大力发展燃气蒸汽联合循环发电技术是目前提高能源利用率的首选方案。大型炼钢厂生产中产生大量废煤气，传统做法是排放到大气，废煤气对环境产生有害应下定。以燃气轮机联合循环法利用废煤气可以减少NOx的排放量。燃气轮对机组高炉燃气热值范围有严格要求，要通过热值仪测量高炉煤气，热值仪性能对燃气轮稳定运行起到决定作用。

1 燃气蒸汽循环发电站测量技术研究

我国钢铁行业首套高炉煤气CCPP在宝钢建成，机组输出电功率145 MW，燃用热值为780 kcal/m3，热点转换率达46%，为宝钢创造良好经济效益。煤气燃气轮机热效率达35%以上。联合循环热效率超过45%，比超临界参数燃煤蒸汽机电站更具优势[1]。CCPP优点体现在运行高度自动化，供电效率超过燃煤蒸汽轮机电站。燃气蒸汽联合循环HRSG技术见图1。

燃气轮机工作供电效率达40%左右，燃气轮机排气温度很高，燃气工质流量大，燃气轮机后安装余热锅炉使其产生高温水蒸气，能多发出部分机械功，可采用燃气蒸汽联合循环方案。由于我国联合循环发电起步较晚，保证机组安全运行是联合循环发电基本要求。联合循环机组结构复杂，燃气透平进口温度达1 200℃。随着先进传感测量技术的发展，火电厂引进SIS保障对机组实时运行状态监测，SIS是面向生产管理的自动化管理软件，以实时数据库为基础，实时显示各单元机组运行状态[2]。

2 燃气蒸汽联合循环发电站热值仪简介

天铁基团动力厂50 MW级CCPP工艺流程为三菱M251S燃气轮机利用烟气推动透平做工，高温烟气经余热锅炉产生蒸汽，燃气轮机成为电站的关键部件[3]。燃气轮机使用燃料为高炉煤气，三菱M251S燃气机对高炉燃煤气热值范围要求严格，要通过热值仪对燃气机高炉煤气测量，控制硒多糖对高炉煤气加入零热值氮气，合格高炉煤气进入燃气机工作。热值超过3 770 kJ/m3，燃气机系统快速减负荷，热值低于2 970 kJ/m3，煤气燃烧出现不稳定。

天铁基团动力厂CCPP燃气机配套使用热值仪为CM6G型热值仪，CM6G热值仪结构包括煤气过滤装置、煤气调压阀、控制面板等。CM6G热值仪原理是将为煤气经过滤后与仪用空气燃烧，冷端电偶通过热电偶测量温度差值计华白数，燃烧室煤气将压力调整至500 Pa，经计算运算得到燃气热值。CCPP燃气入口热值仪选用LGA-4半导体激光气体分析仪，结构包括接收单元，正压单元等。LGA-4100激光分析仪原理是将气体分析吸收，穿过高炉煤气被一氧化碳吸收衰减。

3 CCPP热值仪应用中的问题

3.1 燃烧式热值仪

燃烧式热值仪在CCPP中应用存在滤芯堵塞等问题。热值仪运行中出现异常灭火故障，检查发现热值仪燃烧室内煤气压力为300 Pa，二级过滤器存在大量水，无法正常供应煤气进入燃烧室。高炉煤气含有水蒸气，水积累堵塞气路造成热值仪灭火。冬季后低温热值仪出现燃气压力低报警故障，取泵后管路无压力，检查发现取样管线在室外，水汽凝结上冻后取样管线堵塞造成故障。热值仪存在零点等问题，CM6G热值仪测量范围为500～2 500 kJ/m3，被测气体热值范围超出热值仪测量范围，需要对仪表校验。校验前按下柜面校验按钮，将零点标气投入取样气管路，防止热值仪灭火。使用零点标气密度为1.351 5 kg/m3，等待热值仪读熟稳定后调整零点。稳定后切换量程标气，读数稳定后进行量程调整。将取样蹦出口阀打开，注意高热值量程标气密度低，密度计校验发现零点偏差采用多次方法校验。

3.2 LGA-4100激光热值仪

LGA-4100激光气体分析仪测量煤气热值原理是接收单元分析激光衰减度计算热值，管道内水汽增大影响激光传播，透光率降至零热值仪不工作。激光热值仪数值保持透光率降为零前检测值，操作人员不能参考激光热值仪测量数值，需提高吹扫强度，透光率恢复后使用激光热值仪。粉尘含量较高煤气通过时，不会对激光热值仪光学玻璃造成污染，长期运行在光路中残留污垢，需要对热值仪清洁保养。清洁前关闭探头前球阀，松开锁箍后拆下发射单元，光学玻璃清理后打开吹扫氮气阀。使用LGA-4100激光气体分析仪配备除污工具，将专用除污工具连接到光路上，打开吹扫氮气阀，反复清理后拉出清理工具。

4 CCPP应用热值仪特点

CM6G热值仪为燃气轮机成套供货，经取样管线将高炉煤气引至分析柜内测量，，控制系统根据热值控制减热值控制阀，燃烧式热值仪安装在煤气压缩机入口，高炉煤气经热值仪取样管线等环节进入分析柜燃烧，燃气轮机内燃烧煤气热值在2 min后显示，热值仪测量滞后，煤气热值波动较大，调节系统不能及时调整热值。操作人员退出热值自动调整，高炉煤气热值过低燃气路基保护跳板。

激光热值仪安装在厂区高炉煤气入口阀门后，发射接收单元安装在高炉煤气管道，测得数据在电脑中显示。可以通过手动控制增热值控制阀，将煤气热值控制在合格范围内。CM6G热值仪采用燃烧形式测量煤气热值，高炉煤气含有氢气等可燃物质，可燃物质可通过燃烧测量取样热值。厂区内LGA-4100激光气体分析仪选型选择CO接收单元，高炉煤气中气体可燃物质热值根据经验估算后补偿。

5 结语

近年来，CCPP发电技术得到大规模推广应用，开展机组热力性能监测研究成为保障机组安全运行的迫切需求。介绍两种热值仪特点，可根据实际生产要求选择热值仪测量，LGA-4100激光气体分析已配合使用弥补形式缺陷，提高热值测量快速性。动力厂CCPP投运初操作人员只能凭借经验调整煤气热值。煤气变化情况不同，通过引进激光热值仪可以及时发现煤气热值变化情况，提高机组稳定运行率，减少高炉煤气的放散量，机组减少燃气轮机停机带来的设备磨损。