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引言

燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組由于其燃料適應(yīng)性好，發(fā)電效率高，機(jī)組運(yùn)行方式靈活等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于天然氣發(fā)電，生物沼氣發(fā)電，垃圾填埋氣發(fā)電，瓦斯發(fā)電，石油伴生氣發(fā)電，生物質(zhì)熱解氣發(fā)電，冶金尾氣發(fā)電等領(lǐng)域。在常見(jiàn)的幾種燃?xì)忸?lèi)型中，由于不同的燃?xì)猱a(chǎn)生來(lái)源和工藝過(guò)程，燃?xì)庵袝?huì)常常包含著多種雜質(zhì)。尤其是在垃圾填埋氣、生物沼氣和生物質(zhì)熱解氣等燃?xì)庵须s質(zhì)較多。許多雜質(zhì)對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行會(huì)造成不同程度的影響，因此需要對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，以達(dá)到燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的基本要求。

下面就幾種常見(jiàn)的雜質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

1、 顆粒物

粉塵等固體顆粒物對(duì)燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的影響，主要在于造成過(guò)濾器堵塞、進(jìn)氣量不足和壓力降低等。在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部會(huì)造成缸壁和活塞磨損，同時(shí)也會(huì)污染潤(rùn)滑油，進(jìn)而造成其他部件如滑動(dòng)軸承的磨損，影響機(jī)組的正常運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)膺M(jìn)氣閥組自帶的過(guò)濾器僅用于保護(hù)系統(tǒng)不受顆粒物損壞，不能作為工作負(fù)荷過(guò)濾器。用戶應(yīng)在燃?xì)夤苈吩O(shè)置工作負(fù)荷過(guò)濾器，且過(guò)濾器在顆粒直徑大于3 μm 時(shí)，最低分離率必須達(dá)到 99.99%或以上。

對(duì)于助燃空氣，顏巴赫燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組要求空氣中顆粒物含量不高于0.1 mg/Nm3，助燃空氣過(guò)濾器至少滿足EN779 G3等級(jí)且必須確保各類(lèi)工藝的排放氣體(如工業(yè)廢氣、生物過(guò)程排放尾氣或溶劑)不能進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)助燃空氣中，以免影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。

表1 EN779:2012關(guān)于空氣粉塵過(guò)濾器的標(biāo)準(zhǔn)(部分)

2、 硫

在生物沼氣等燃?xì)庵谐３：辛蚧瘹涞群蚧衔铮绻跉飧變?nèi)燃燒則形成二氧化硫和三氧化硫。由于燃?xì)庵泻兴智胰細(xì)馊紵矊a(chǎn)生水分，含硫化合物溶于水形成氫硫酸、亞硫酸和硫酸，這些酸性物質(zhì)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)金屬部件產(chǎn)生腐蝕。含硫化合物溶于機(jī)油中也會(huì)使機(jī)油酸化，降低機(jī)油的潤(rùn)滑能力，縮短機(jī)油使用壽命，并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)需要通過(guò)機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑的部件產(chǎn)生腐蝕性影響，例如軸瓦、凸輪搖臂機(jī)構(gòu)等。此外，含硫化合物也會(huì)對(duì)火花塞的金屬電極產(chǎn)生腐蝕，縮短火花塞使用壽命。

燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組對(duì)于燃?xì)夂蛄康木唧w要求跟機(jī)組型號(hào)以及燃?xì)饧淄闈舛鹊榷加嘘P(guān)系，一般來(lái)說(shuō)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)庵泻蚩偭繎?yīng)低于300 mg/Nm3。此外，帶預(yù)燃室的機(jī)型通常有額外的要求。如果有帶催化劑的尾氣處理設(shè)備，還需考慮催化劑對(duì)硫含量的要求。

在熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣常通過(guò)煙氣熱水換熱器進(jìn)行熱交換以回收尾氣余熱。如果煙氣溫度降到硫氧化物(SOx)的酸露點(diǎn)以下，則會(huì)對(duì)換熱器產(chǎn)生腐蝕。圖1為硫氧化物的濃度與酸露點(diǎn)的曲線。

圖1 硫氧化物SOx的酸露點(diǎn)曲線

3、 揮發(fā)性有機(jī)硅化合物(Volatile Organic Silicon Compounds，簡(jiǎn)稱(chēng)VOSC)

在生物沼氣、垃圾填埋氣中常常出現(xiàn)有機(jī)硅化合物，并且以硅氧烷分解物的形式存在，其特性是可燃、易揮發(fā)。這種物質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒后會(huì)產(chǎn)生氧化硅，久而久之會(huì)形成沉積物覆蓋在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋表面，這會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)工作。如果發(fā)電系統(tǒng)配置了催化氧化劑尾氣處理裝置，此類(lèi)雜質(zhì)還會(huì)使催化劑失效。

由于揮發(fā)性可氧化硅化合物的波動(dòng)性，分析其在燃?xì)庵械暮枯^為困難。因此，我們可以對(duì)機(jī)油進(jìn)行分析，根據(jù)發(fā)電機(jī)組制造商所提供的檢測(cè)要求和計(jì)算公式，通過(guò)在一定運(yùn)行小時(shí)內(nèi)進(jìn)行兩次機(jī)油檢測(cè)，對(duì)機(jī)油中硅總量進(jìn)行分析計(jì)算特征值，以確定是否滿足機(jī)組正常運(yùn)行的要求。

表2 垃圾填埋氣中常見(jiàn)VOSC種類(lèi)

4、 焦油

在冷卻至低于露點(diǎn)的情況下，如果在燃?xì)饣蛘呋旌蠚庵形龀龉虘B(tài)、液態(tài)或者高黏度產(chǎn)物形式的碳?xì)浠衔?，則將這類(lèi)冷凝或者升華產(chǎn)物稱(chēng)為焦油。由于不同的運(yùn)行溫度和熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，生物質(zhì)熱解和氣化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生成百上千種不同類(lèi)別的焦油。通常，此類(lèi)碳?xì)浠衔镌诘蜏赜隼鋾r(shí)凝結(jié)成液態(tài)，會(huì)堵塞進(jìn)氣系統(tǒng)、渦輪增壓器葉片和中冷器等。

很難用簡(jiǎn)單的冷凝方法完全去除焦油，因此對(duì)于含有焦油的燃?xì)?，需要在燃?xì)膺M(jìn)氣閥組管路上安裝加熱裝置，同時(shí)避免溫度較低的助燃空氣與含有此類(lèi)碳?xì)浠衔锏娜細(xì)饣旌稀?duì)生物質(zhì)熱解氣進(jìn)行預(yù)處理后，對(duì)其中焦油的露點(diǎn)進(jìn)行分析是一個(gè)行之有效的方法。燃?xì)庵薪褂吐饵c(diǎn)一般應(yīng)低于燃?xì)饴饵c(diǎn)5°C以上，這樣才能避免焦油進(jìn)入燃?xì)饨佑|的部件內(nèi)。以顏巴赫燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組為例，機(jī)組對(duì)燃?xì)膺M(jìn)氣溫度的范圍要求是10 - 40°C。

表3 一種生物質(zhì)熱解氣的焦油成分

總結(jié)

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，燃?xì)庵袔追N常見(jiàn)雜質(zhì)將影響燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。如果使用雜質(zhì)超標(biāo)的燃?xì)猓承┣闆r下發(fā)電機(jī)組也許不會(huì)立即發(fā)生運(yùn)行指標(biāo)衰減、故障停機(jī)等顯性問(wèn)題。但這類(lèi)雜質(zhì)對(duì)發(fā)電機(jī)組帶來(lái)的危害將逐漸累積，并對(duì)機(jī)組的運(yùn)行效果，正常維護(hù)間隙甚至使用壽命產(chǎn)生非常深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。因此，通過(guò)預(yù)處理方式去除或減少燃?xì)庵械碾s質(zhì)非常重要，且需按照燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組制造商的技術(shù)要求和建議來(lái)進(jìn)行，同時(shí)也需要考慮預(yù)處理方式的有效性、經(jīng)濟(jì)性，使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益。