一. 南港公司承接燃机油改气的业绩 随着西气东输工程的全线贯通和LNG项目的建成投产,正不断提升我国天然气在整个能源消费中所占的比例,改写我国能源消费结构,大大改变以往电力以传统燃煤电站为主的局面,迎来了燃气轮机发展的新时代。以天然气为燃料的大型、高效燃气轮机联合循环发电厂不断兴建,而国内已有的一些燃油燃气轮机电站也迫切面临改烧天然气的技术改造。我深圳南港动力工程有限公司以南京汽轮电机集团为有力依托,积极面对新形势,抓住机遇、迎接挑战、有所作为。 早在1998年我公司承接的陕北靖边燃气发电厂两套PG5301N燃气轮发电机组油改气工程,是我公司对燃气轮机实施油改气的最初尝试。迄今为止我公司已成功实施和正在实施共计16台套燃气轮机油改气项目,这些油改气项目涉及不同的机型(5仟系列、6仟系列和9E机组)、不同的控制系统(MARKⅠ、Ⅱ到MARKⅤ型控制盘)、不同的制造厂家(美国GE公司、法国阿尔斯通公司、英国JB公司和日本日立公司)。 我公司已完成和正在施工的燃机油改气项目详见下表: 表1.南港公司完成的和正在施工的燃机油改气项目一览表
法国阿尔斯通公司
改造前烧重油,改造 后烧天然气、柴油和 重油并进行调试
1998 年陕北靖边燃气发电厂从北京第一热电厂购进两套旧的 PG5301N 燃气轮发电机组,在西气东输补充气源的源头——毛乌素大沙漠筹建长庆燃机发电厂。这两套机组是日本日立公司上世纪70 年代生产、MARK-I型控制盘,重油单燃料系统。由于靖边燃气发电厂位于西气东输管线上游,天然气资源丰富,电厂决定将其改造为单烧天然气。我公司克服了资料不全、设备残缺等诸多困难,承接了机组的安装、大修、调试、燃料系统及控制系统油改气的改造、性能试验及机组的一年保运工作。从改造设计、进口备件选型、代理进口、国产件的制造、特殊件的配制以及现场施工直至工程完成移交均由我公司完成。机组于 1999 年 8 月投产运行, 2000 年 8 月保运结束,各项指标均达到或超过原规定值。我公司以优质的服务,取得电厂的赞誉和信任。 2001 年四川英惠燃气发电有限公司购买了厦门燃机发电厂三台 PG5361 燃气轮发电机组。其中两台搬迁到江油、一台搬迁到乐山五通桥,燃机由原来烧油改烧天然气。我公司中标总承包了厦门电厂所有设备的拆卸、装箱、运输及三台燃气轮发电机组的安装、检修、燃料系统及控制系统( MARK-Ⅱ 轮控盘和遥控装置)燃油改燃天然气的改造、调试、 72 小时运行。机组在拆卸前及改造后 72 小时试运行期间均作了性能试验,各项指标都有明显提高。从改造设计到现场施工、电厂人员的系统理论和实践培训直至工程完成移交,一切环节均由我公司完成。整个工程质量优良受到业主赞扬。 苏州高达燃机电厂有2套S106B型燃气—蒸汽联合循环发电装置(2台PG6551B型燃气轮机和2台抽凝式汽轮机),总装机容量约108MW,主要以调峰为主。自1997年建成投产以后,一直以柴油为燃料,随着国际油价的持续攀升发电成本越来越高。为了降低发电成本提高经济效益并彻底解决电厂对素有美丽天堂之称的苏州城市环境的污染问题,决定利用0.4MPa城市燃气管网供应的天然气,将现有的烧油机组改造成烧天然气。为了又快又好地做好此项工程,高达电厂经多方考察最终选择我公司为此改造工程的承包商。工程内容是使经改造后的燃气轮发电机组既能单独燃用天然气、单独燃用柴油,又可油 / 气混烧运行,并做到运行时可在线切换、平滑过渡,且完全满足设备安全、经济运行和消防要求。改造工程包括了对相关设备及施工图纸的设计、对燃气轮机软件和硬件的修改和调试、对设备的采购和成套、对改造工程的设备安装和改造施工、对改造后的系统调试和整机调试。 2004年12月8日,该油改气工程项目顺利完工。 苏州高达燃机油改气工程是我国西气东输后燃机电厂油改气的第一个项目,他们捷足先登,同时也使沿线企业得到启迪和借鉴。其后我公司抓住机遇,相继承接并完成了宁波科丰1台PG6531B燃机、常州苏源1台PG6551B燃机、珠海洪湾2台PG6541B燃机油改气项目。珠海洪湾6B燃机原使用柴油和重油燃料。用户要求改造后的机组仍具有燃用柴油和重油燃料功能。这对改造工作提出了较高要求,一是机组上的油、气管道需要合理排放安装,二是MARK IV控制系统需改造适应这样的要求。在我们的认真组织、精心施工下,两台机的改造分别于当年3月和9月完成。 今年9月,我们又将柳州燃机电厂一台烧柴油的PG5361燃气轮机改造为烧柳州钢铁厂中热值焦炉煤气的机组。 我公司与深圳福华德电力有限公司签订的2台PG9171E燃气轮机的油改气工程中部分系统改造的合同,日前已完成施工,正在等待调试。 今年7月我公司与深圳市能源集团有限公司签下金额近亿元、属深能迦纳安所固电力有限公司特马电厂项目、涉及燃气轮机大修翻新、升级改造、拆卸包装、油改气、安装调试等诸多内容的援助非州基础设施建设项目大单。根据此正在执行的拆迁重建合同,我们将对搬迁至非洲迦纳特马电厂使用的四台PG6541B燃机中的两台(原属深圳月亮湾电厂)进行油改气改造。 我公司改造的这些机组,有的已使用了二十多年(例如,从北京搬迁到陕北靖边长庆燃气发电厂的两台5000系列燃机,就是我国于上个世纪七十年代初期进口并经过长期使用的机组);有的多年尘封;有的经过数次易地搬迁。几乎每个工程都会碰到一些棘手的问题,如零部件损坏严重、导线和元器件严重老化,备件购置困难,图纸资料残缺不全、机组状况无人能够交底等等,各种问题应有尽有。用户对改造之后的机组,有的要求是气体单燃料系统,有的要求是气、液双燃料系统,还有的要求在液体燃料中,包括既能烧柴油,又能烧重油。面对困难情况和种种要求,我公司经过精心设计、严格施工,最终都能按用户要求圆满完成各项改造任务。我们的现场人员的工作态度、敬业精神以及工程质量均得到用户好评。在承接各项工程中,我公司自始至终得到南京汽轮电机集团各级领导的有力支持和积极援助。二. 南港公司承接燃机油改气的有利条件 随着我国能源结构的调整和气体燃料的发展前景,南港公司有为做好电站燃机油改气工程服务的得天独厚的有利条件: 我们有南京汽轮电机集团为坚实后盾。南京汽轮电机集团公司从上世纪八十年代中期就开始与美国通用电气公司(下简称GE公司)建立了燃气轮机合作生产关系,与GE公司合作生产6B(42MW)系列燃气轮机。2004年6月,集团公司与GE公司签订了更高功率等级的9E(125MW等级)燃机技术转让协议。随后双方组成联合体参加国家燃气轮机电站项目招标并中标,开始了9E燃气轮机的生产和独立销售,(从而使集团公司跻身于国家重要发电设备行列,)成为我国目前生产9E燃气轮机的基地。 我们有曾经在燃气轮机—发电机组的产品设计工作中的机务、电气、控制以及辅机等专业岗位上工作多年的工程技术骨干;有在燃机产品制造过程中各个相关专业工种不可多得的熟练技术工人。这些技术骨干和技术工人不仅具有一定的燃机设计和制造技能,而且有对各种型号和复杂状况下数十台电站燃气轮机安装、大中小修、成功改造和调试、保运行的经验。 我公司具有建设部颁发的12万5千千瓦及以下的电站燃机安装资质证书。在燃机电站建设安装战线上多年奋斗的业绩,经电力和基建系统专家的共同考核评审,得到了充公肯定。 我公司多年以来在代理GE公司燃机产品备件的过程中,形成了一整套完善高效的备件进口流程,积累了大量经验,能够快速有效地满足电厂客户的需求。我们可以以优惠的价格、通畅的渠道得到供货商的高质量备件。必要时,也可以从我们多年运营建立的网络单位进行调济。
苏州高达燃机热电厂油改气调试燃料组合阀
苏州高达燃机热电厂油改气安装气体燃料分配环管
珠海洪湾燃机电厂油改气检查安装燃料环管
三. 电厂燃机实施油改气的效益 1. 油改气后节省了发电燃料成本 由于各地区、各电厂的燃料价格悬殊甚大,假设不同的液体燃料和气体燃料价格,根据手头现有的资料,我们分别对GE公司的6B和9E两种燃机进行了烧油改烧气后,节省的燃料费用计算。 在每吨液体燃料价格分别为2500元、3000元……5000元,气体燃料价格分别为1.25元/m3、1.50……2.50元/m3的6x6=36种情况下的计算结果表明,无论是对6B燃机或者9E燃机,当燃油价格为2500元/t(例如,烧重油)时,气体燃料的价格达到2.00元/m3时,油改气后每千瓦-小时电量节省的燃料费用已为负值,即从经济上讲,油改气已得不偿失;但当液体燃料价格达到4500元~5000元/t时,即使气体燃料的价格高达2.50元/m3,油改气也能取得明显节省燃料费用的经济效益。 2. 改烧天然气后,燃机功率增加、热耗率降低 改烧气体燃料后,机组功率有所提高,热耗率下降,也给业主带来直接经济效益。仍以PG6581B和PG9171E机型为例。从制造厂家给出数据看出,标准状况下,PG6581B型燃机从重油燃料改烧天然气后,功率提高4062kW,约提高10.7%;热耗率下降307kJ/kW.hr,降低约2.65%。排气温度提高25℃。对于联合循环运行的燃气轮机,烧重油改为烧天然气,透平排气温度提高,有利于提高蒸汽参数和汽轮机的出力。 PG9171E型燃机在环境温度20℃的情况下,从烧柴油改为烧天然气,功率也提高了3200kW,提高约2.7%;热耗率下降90kJ/kWhr,约下降0.83%。 燃机油改气后功率的提高以及热耗率的降低,在我们完成改造的工程中也有体现。例如,我们完成改造的三台PG5361燃机,根据四川电力公司测试院对改造前后机组性能测试的结果表明,改造后的功率分别提高5.755%、4.001%和1.175%;热耗率分别下降5.442%、3.336%和3.173%。当然,要说明的一点是这里边也含有对机组的中修使其性能改善的因素。 3. 零部件寿命延长、检修间隔周期延长、检修成本降低 使用不同的燃料,不仅对同一种零部件的寿命有很大差别,而且维修期也大不相同,例如,英国JB公司根据已生产的燃气轮机的运行经验,制定了高温部件的使用寿命和维修检查周期。对火焰筒而言,燃用天然气的寿命是烧重油的八倍、维修期是四倍。可见燃料种类不同,机组寿命差别很大。 燃料对燃气轮机维护保养的影响,GE公司用一个综合性的维修系数来表示。通常,以时间为基准时,维修间隔期等于推荐的检查间隔期除以维修系数。按照GE公司制作的图表,天然气燃料的燃气轮机维修系数为1,渣油燃机的维修系数为3,仅从这一点就可看出天然气燃机的维修间隔周期为烧渣油机组的3倍。 4. NOX的排放浓度降低,改善了生态环境 根据GE公司给出的数据,一台PG9171E燃机,在20℃环境温度下运行,烧天然气时NOX的排放浓度为140PPM(vd@15%O2),烧柴油时NOX的排放浓度为235PPM(vd@15%O2)。可见,烧天然气比烧柴油时NOX的排放浓度降低了40.43%,明显地改善了生态环境。 5. 其它好处 四. 电厂燃机油改气工作的主要内容、步骤和粗浅体会 1.油改气工作的主要内容 油改气工程的基本内容,对不同的电站不完全相同。对于燃气轮机部分,主要有: (1) 燃气轮机燃料系统改造: 根据用户提供的天然气成份分析和热值参数,确定双燃料喷嘴的型号、组合阀型号,并设计天然气分配管路和气体燃料控制阀模块。 气体燃料系统的主要部件是布置在气体燃料控制阀模块中的气体燃料速比阀和气体燃料控制阀、气体燃料辅助关断阀、有关的气体燃料进口管路、气体燃料滤清器、控制伺服阀、压力传感器、压力开关、压力表、气体燃料分配环管、通气阀及管路。对于烧气-液双燃料的机组,整个系统的设计要考虑到气/液两种燃料间的在线切换以及两种燃料按一定比例混合燃烧运行的要求。 (2) 雾化空气系统改造 (3) 液体燃料喷嘴清吹空气系统改造 设计和增加液体燃料喷嘴清吹气体管路及其控制阀模块。 (4).危险气体检测系统改造 因为天然气为易燃易爆气体,为保证电厂设备及人员安全,改造后的燃气轮机发电机组增设有危险气体检测系统。在燃气轮机间和气体燃料控制阀室等封闭间室分别设有相应的危险气体检测探头。 (5) 控制系统改造 因机组原为烧油,燃机的控制盘按烧液体燃料配置,现要将其改造成烧气体燃料或双燃料,必须对控制保护程序、卡件等进行改造及调试,以适应燃气轮机烧油、烧气和油/气双燃料混烧运行的要求。 (6) 增加仪表及阀门控制用的压缩空气站及其管路系统,保证机组安全可靠运行。 (7) 电气系统符合防爆要求 (8) 其它必要系统的改造 属于燃气轮机本身系统之外的,还有天然气燃料前置处理及输送管路建设。 根据 GE 公司燃气轮机启动、运行工况及燃气轮机对气体燃料气质的要求,天然气必须经过前置处理,使供到燃气轮机气体燃料控制阀模块前的天然气压力、温度、流量和气质完全符合 GE 燃机气体燃料规范的要求,并保证气体燃料流量和压力满足燃气轮机所有启动、运行工况及甩负荷工况的要求。主要包括以下模块: (1)天然气前置精细过滤分离模块,包括相应的排污罐(高压),彻底滤除和分离1μm左右的固体颗粒物和雾状液滴,保证机组连续安全运行。 (2)天然气压力调节模块。 设置天然气压力调节模块,使从前置精细过滤分离模块来的天然气经调压模块调压后,满足燃气轮机所有运行工况对天然气压力和流量的要求。 (3)天然气流量测量系统。 设置天然气流量测量模块,以测量实际进入燃气轮机的天然气流量。可作为燃气轮机性能测量和监控用。 (4)天然气加热模块。 如果天然气的压力低于燃气轮机要求的供应压力,则需要增建主要由活塞式压缩机或者离心式压缩机组成的压缩机站。 2. 燃气轮发电机组燃料油改气工程的实施步骤及其部分相关工作的主要阶段如下:
3.在改造过程中,我们还有以下几点粗浅体会: (1)天然气是易燃易爆气体,安全措施一定要到位:增加天然气漏气检测报警装置、防爆设施,通风设施,延长清吹时间,充分排除可能残存的天然气(但这又可能导致点火转速升高,必须采取其它相应措施予以解决); 对于安全问题,我们的一贯原则是:如果某一个隐患有可能出现,我们就按照它一定会出现来对待——采取有效措施,防患于未然,做到万无一失。 (2)燃气轮机是用气量大、增加或减小负荷的速率变化极快的用气设备。管路系统设计要合理,不至于在起动加速或增加负荷时因供气压力明显降低(气量不足)而停机,或者突降负荷时供气压力升高而打开安全阀对空排气; (3)对于改造之后烧气、液双燃料的机组,要注意切换和混烧的问题; (4)配合好阀站及前置(包括天然气的预处理、加热等)系统的设计; (5)改造工程如能和机组的检修工作结合进行,则更为有利; (6)备品备件及时订货、适时到货,是保证改造工程顺利实施、如期完成的重要条件,必须足够重视,不可掉以轻心。五. 中国气体燃料的供应格局和前景 据报导,现已初步查明的我国内陆天然气资源储藏量约59万亿立方米。已初步形成川渝、陕甘宁、新疆、青海等四大气区。其中,新疆是我国天然气资源大区。预测天然气总资源量达到10万多亿立方米。截至2003年底,新疆的塔里木盆地已累计探明天然气地质储量7000多亿立方米。探明储量仅占天然气总资源量的7.8%。实现年输气200亿立方米、稳定供气30年有可靠的资源保证。至2004年底,西气东输的主力气源——塔里木盆地已建成年生产天然气76亿立方米的能力。已可完全满足西气东输首期供气的需要。其中,西气东输源头主力气田——塔里木克拉2气田探明储量为2500多亿立方米,已于2004年12月1日建成投产。其中央处理厂是亚洲目前最大的天然气处理厂。最大年处理能力120亿立方米。各套装置和设备运行安全平稳。迪纳二气田已累计探明天然气地质储量1700多亿立方米。据最新消息,日前探明的大北三井构造区天然气资源总储量达1300亿立方米。将与克拉二、迪纳二气田一起,为“西气东输”提供充足的气源保证。 鄂尔多斯盆地长庆气区此前的资源评价,天然气资源10.7万亿立方米。截至2003年底,已累计探明天然气地质储量11万亿立方米,可采储量7083亿立方米。天然气资源探明率仅有10.3%。截至2004年12月1日,长庆油田已向外安全供气48.65亿立方米。长庆气区已建成的采气一厂天然气年供气能力62.3亿立方米,年净化能力76亿立方米;以榆林气田为主的采气二厂已建成年产气能力15.1亿立方米。在保证京津冀鲁地区供气的同时,将作为西气东输的储备保安气源。 东海大陆架蕴藏着丰富的石油、天然气资源。我国东海油气勘探取得了很好的业绩,先后在中国东海大陆架发现了平湖、春晓、残雪、断桥、天外天等7个油气田和一批含油气构造。南海崖城气田也早已向香港、广东和海南供气。 同时,国家已经在或者即将在经济发展较快、天然气需要量较大、缺乏天然气资源的东海沿岸(广东、福建、浙江、上海、江苏、山东等省市)引进液化天然气。广东液化天然气输气干线及广州外围高压管线工程已开工建设并陆续投产。该管线起自深圳液化天然气接收站,经过深圳、东莞、惠州、广州和佛山,将接收站气化后的天然气送至各天然气电厂和城市燃气公司门站。输气干线包括惠州电厂支线、深圳支线和佛山支线全长379公里。福建液化天然气总体项目规模为500万吨/年,第一期260万吨/年。总投资240亿元人民币。按计划将于2007年底建成投产。中国海洋石油公司的四大液化天然气项目(广东、福建、浙江、上海)已经全部启动。 我国已建成多家烧低热值煤气(高炉煤气)的燃机发电厂。有的已投产多年。 继燃用高炉煤气之后,燃机燃用焦炉煤气的尝试也已经起步。焦炉煤气是煤炼焦过程中产生的可燃气体。其产率和组成因炼焦煤质和焦化过程条件不同而有所差别,一般每吨干煤可产焦炉煤气300~350m3(标准状态)。煤气组成(体积%)为:氢55-60%,甲烷23-27%,一氧化碳5-8%,C2以上不饱和烃2-4%,二氧化碳1.5-3%,氮3-7%,氧0.3-0.8%。+每Nm3热值约为17~19MJ(4000~4500大卡),属中热值气体燃料的范围。我国是世界上的炼焦大国。据统计,2003年全国炼焦产焦炉煤气760亿m3,年直接排空量达200亿m3以上,相当于“西气东输”的年输气量。焦炉煤气是有毒气体。排往空中,不仅浪费能源,也将使生态环境遭到破坏。使焦炉煤气变废为宝,最经济、最简便的利用方式就是发电。不久前,南港公司完成了一台5000系列燃机烧焦炉煤气的改造,目前正在调试过程中。另外,我们还与欧罗福国际集团正式签订2套PG6561B燃气轮发电机组拆迁、包装、运输、复装、调试合同。该合同是欧罗福集团焦炉煤气综合利用的重要组成部分。欧罗福国际集团山西欧罗福环保能源有限公司委托GE公司对这2套燃机进行烧油改烧焦炉煤气改造。拆迁、运输和燃机在新建电站内的安装、调试,则由我们完成。 国家统计局的经济信息绿皮书预计2006年我国天然气产量595亿立方米。此外,珠三角引进国外液化天然气LNG一期工程370万吨(约50亿立方米)在2006年年中供气。 我们还想提到的一点就是,我国煤层气资源丰富。煤层气是一种以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气,也称“煤矿瓦斯”,其主要成分是甲烷。当其空气浓度达到5%—16%时,遇明火就会爆炸。这是我国煤矿事故的罪魁祸首。直接排放到大气中,其温室效应约为二氧化碳的21倍,对生态环境破坏性极强;而如果把它利用起来,用于发电等领域,就能成为一种热值高的洁净能源和重要原料。我国煤层气的资源总量约30万亿~35万亿立方米,是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三大煤层气储藏国,能够形成独立的产业,成为天然气工业的重要补充。 2006年,我国首次将煤层气开发列入“十一五”能源发展规划,计划到2010年开采保护层比例达到90%以上,煤炭瓦斯采率达50%以上,瓦斯抽采量100亿立方米,全国矿井瓦斯利用总量达到50亿立方米,瓦斯发电装机容量达150万千瓦。 技术上的突破,已为煤层气开发基本扫除了技术障碍。目前我国已形成中联公司、中石化、中石油及各地煤炭大型企业参与,海外军团与国内外科研院所共同合作开发煤层气资源的格局,这些企业不仅掌握了煤层气开发利用的关键技术,而且拥有雄厚的资金实力,积累了十几年煤层气开发利用的经验,掌握了数目可观的煤层气矿权。此前,国家虽然也出台了诸多优惠政策,但由于市场准入、发电上网、基础设施等方面配套政策跟不上,使利用煤层气经济效益不明显,影响了煤层气开发企业的热情,一旦优惠政策和配套措施到位,规模化开发便会展开。而能否实现规模化开发,恰是煤层气能否实现商业化运营的关键。当然,煤层气应用还有不少工作要做。但总的来说,我国煤层气的有效利用已为期不远,指日可待。 输气管网的建设已初具规模。目前我国已建成包括西气东输、陕京二线、忠武线、涩宁兰线、冀宁联络线五条输气干线,(不包括紧锣密鼓建设中的液化天然气输气干线在内)天然气输送管道全长2.62万千米。 据报道,备受关注的第二条西气东输管线的走向方案已基本确定,计划2008年初或2007年底开工,2010年建成通气。西气东输二线干线管道设计输气规模300亿m3 /年,该管线将从新疆输送主要来自中亚的天然气,以满足珠三角和长三角地区的能源需求。管道西起新疆的霍尔果斯,经西安、南昌,南下广州,东至上海,途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽、湖北、湖南、江西、广西、广东、浙江和上海13个省、自治区、直辖市。干线全长4895千米,加上若干条支线,管道总长度超过7000千米。这对改善中国能源结构、保障天然气供应意义重大。将大大有助于满足东部地区尤其是燃气电厂日益增长的天然气需求,有助于燃气电厂的正常运行。 西气东输、海气登陆、北气南下、川气东送、增加引进国外(液化和管道)天然气资源、高炉煤气和焦炉煤气的开发利用等资源多样化以及输送管道网络的快速敷设和日益健全,为我国的气体燃料供应展现了有力的保障和诱人的前景。 燃机油改气后能够明显提高经济效益、降低能源消耗、减轻劳动强度、改善生态环境,对企业有利、对社会有利、对国家有利。真是一举数得,何乐而不为也!我南港公司在众多燃机电厂的大力支持下,通过近年来对十多台各种型号的燃气轮机油改气工程实践摸索到了一些经验,形成了我公司一定的技术优势。我们有信心继续为电厂燃气轮机油改气做好各项服务,为电厂的节能减排、提高经济效益做出应有贡献!
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