燃气轮机值班燃料替代技术
M701F4燃机燃烧调整关键技术分析
M701F4燃机燃烧调整关键技术分析摘要：本文从三菱M701F4燃机燃烧系统结构、燃烧控制逻辑、操作步骤，以及在调整过程中燃烧稳定性的变化规律这四个方面解析了三菱M701F4燃机燃烧调整关键技术。
M701F4燃机主要通过调整值班燃料流量和旁路空气流量来重新确认燃机在运行时的燃烧稳定性裕度，调整对象仍然是基准温控线。
燃调负荷点的确定原则是在常用负荷段以及高负荷段的间隔尽可能小。
值班燃料量的调整范围是±0.5%，旁路空气的调整范围是±5%。
在高负荷下，在旁路阀开度和值班阀开度下调的过程应缓慢操作。
前言：M701F4 型燃气轮机是三菱重工投入商业运行中先进的机型，具有热效率高、启停速度快、污染小、自动化程度高等特点。
为了使燃气轮机安全可靠运行，首先要确保燃烧室内燃烧的稳定[1]，若燃烧不稳定，轻则导致熄火跳机，重则会对燃烧室造成不同程度的损坏。
燃烧调整是保障燃烧稳定的一种调节手段[2-5]，通过调整各支路燃料流量，进而调整燃烧室内局部燃空比，达到平衡燃烧振动和NOx排放的关系。
本文在相关文献的基础上结合运行经验[6]，通过对燃烧调整涉及到的相关技术开展解析，为三菱燃机实施自主燃烧调整提供参考。
1、燃烧系统的结构M701F4燃机燃烧系统主要构成部分有喷嘴、内筒、尾筒、旁路阀等，从压气机扩压器出来的空气流入燃烧器，在燃烧室内与燃料混合后燃烧，燃烧后的高温燃气流入透平做功。
燃烧器属于环管布置方式，周向布置20个，燃料在燃烧器中先与空气均匀掺混后再进行燃烧，可有效降低燃烧温度，降低NOx排放。
旁路阀是三菱燃机特有的控制机构，可以控制燃烧室头部进气量，使燃烧进一步适应不同压气机进气流量，提高燃烧稳定性。
相比于M701F3，MF701F4采用了FMk-8燃烧室，在燃料分配方面，该燃烧室升级了旋流器喷嘴，增加了顶环端盖喷嘴，原来的8个主喷嘴被分为两组，由两路燃料调阀分别控制，因此燃料分配变为四路，分别是值班燃料、顶环燃料、主燃料A、主燃料B。
燃气轮机的热效率提升技术
燃气轮机的热效率提升技术在当今能源领域，燃气轮机作为一种重要的动力设备，其热效率的提升对于能源的高效利用和环境保护具有至关重要的意义。
燃气轮机广泛应用于发电、航空、船舶等领域，其性能的优劣直接影响着相关行业的发展和运营成本。
燃气轮机的工作原理是将燃料燃烧产生的热能转化为机械能。
在这个过程中，燃气轮机的热效率受到多种因素的影响。
要提升燃气轮机的热效率，需要从多个方面入手，包括改进燃烧技术、优化热力循环、提高部件性能以及采用先进的冷却技术等。
首先，改进燃烧技术是提高燃气轮机热效率的关键之一。
传统的燃烧方式往往存在燃烧不完全、污染物排放高等问题。
通过采用先进的燃烧技术，如贫燃预混燃烧、富氧燃烧等，可以提高燃料的燃烧效率，减少污染物的生成。
贫燃预混燃烧技术能够使燃料和空气在燃烧前充分混合，实现更加均匀的燃烧，从而提高燃烧效率。
富氧燃烧则是增加燃烧空气中的氧气含量，有助于燃料的充分燃烧，提高热效率的同时降低污染物排放。
优化热力循环也是提升燃气轮机热效率的重要途径。
目前常见的热力循环有简单循环、回热循环和联合循环等。
简单循环是燃气轮机最基本的工作模式，但其热效率相对较低。
回热循环通过回收排气中的余热来加热进入燃烧室的空气，从而提高热效率。
联合循环则是将燃气轮机与蒸汽轮机结合起来，利用燃气轮机的排气余热产生蒸汽，驱动蒸汽轮机做功，进一步提高了整个系统的热效率。
通过对这些热力循环的优化设计和合理组合，可以显著提升燃气轮机的热效率。
提高部件性能对于燃气轮机热效率的提升也起着重要作用。
燃气轮机的主要部件包括压气机、燃烧室和涡轮等。
压气机的性能直接影响着进入燃烧室的空气压力和流量，通过优化压气机的设计，如采用先进的叶片造型和多级压缩技术，可以提高压气机的效率。
燃烧室的设计需要考虑燃烧的稳定性、燃烧效率和污染物排放等因素，采用新型的燃烧器结构和耐高温材料，可以改善燃烧室的性能。
涡轮是将燃气的热能转化为机械能的关键部件，通过优化涡轮叶片的设计、提高材料的耐高温性能以及采用先进的冷却技术，可以提高涡轮的效率和工作寿命。
低热值煤气燃气轮机的技术挑战与解决方案
低热值煤气燃气轮机的技术挑战与解决方案引言：随着全球能源需求的增长和环境保护的要求，低热值煤气作为一种非常重要的能源资源，正逐渐得到广泛应用。
然而，由于低热值煤气中燃烧物质的组成复杂，其中包括大量的不稳定成分和杂质，低热值煤气的利用给燃气轮机带来了一系列的技术挑战。
本文将就低热值煤气燃气轮机的技术挑战进行分析，并提出相应的解决方案。
一、低热值煤气的技术挑战1.1 燃烧不稳定性低热值煤气中存在大量的低能量燃烧成分，如CO和H2，这些成分具有较高的点火温度和燃烧速度，容易引起燃烧的不稳定性问题。
燃烧不稳定性会导致火焰失稳、爆炸等安全隐患，同时也会降低燃烧效率。
1.2 高温腐蚀和积碳低热值煤气中的硫化氢、氯化物等有害气体和杂质，容易引发高温腐蚀和积碳现象，加速燃气轮机的磨损和老化。
腐蚀和积碳问题不仅会降低设备的寿命，还可能导致设备突发故障和停机维修。
1.3 气体净化难度大低热值煤气中含有多种杂质如颗粒物、硫化物等，这些杂质会对燃气轮机的正常运行产生不利影响。
净化低热值煤气的难度大，需要投入大量的净化设备和工序，增加了项目投资额和运行成本。
二、低热值煤气燃气轮机的解决方案2.1 燃烧控制技术的改进通过燃烧控制技术的改进，可以提高低热值煤气燃烧的稳定性。
采用适当的点火系统，优化燃烧室设计，并利用高效燃烧器，可显著减少低热值煤气燃烧时的不稳定现象。
此外，采用自适应控制算法能够实时监测燃烧状态，及时调整燃气轮机运行参数，保持燃烧的稳定性。
2.2 材料和涂层技术的优化为了解决低热值煤气引起的高温腐蚀和积碳问题，可以采用高温合金材料和耐腐蚀涂层技术进行优化。
高温合金材料具有出色的抗腐蚀和耐高温能力，能够延长设备使用寿命。
耐腐蚀涂层技术可以形成一层抗腐蚀和抗磨损的保护层，进一步保护设备不受低热值煤气的侵蚀。
2.3 完善气体净化系统为了有效净化低热值煤气中的杂质，可以增加气体净化系统的设备和工艺。
采用吸附剂、过滤器等多种净化设备，对低热值煤气进行多级过滤和吸附处理，以降低杂质浓度和保证燃气轮机的正常运行。
船用气体燃料发动机技术对比及应用
船用气体燃料发动机技术对比及应用引言：随着环保意识的不断增强，船用气体燃料发动机作为一种清洁能源技术，受到了越来越多的关注和应用。
本文将对船用气体燃料发动机技术进行对比，并探讨其在航运行业中的应用。
一、船用气体燃料发动机技术对比1. 液化天然气（LNG）发动机：液化天然气是目前应用最广泛的船用气体燃料，其主要成分是甲烷。
LNG发动机采用燃气混合式点火系统，具有高效率、低排放和低噪音的特点。
LNG作为一种清洁能源，其燃烧过程中几乎不产生硫氧化物和颗粒物，对环境污染较小。
2. 液化石油气（LPG）发动机：液化石油气是由丙烷和丁烷等石油气组成，与液化天然气类似，具有较高的能量密度和较低的排放特点。
LPG发动机可以直接替代柴油发动机，无需更改船舶的动力系统，具有较好的适应性。
3. 氢气发动机：氢气是一种理想的清洁能源，其燃烧产生的唯一副产品是水。
然而，氢气的储存和供应技术仍存在挑战，目前在船舶领域的应用较为有限。
二、船用气体燃料发动机的应用1. 船舶动力系统：船用气体燃料发动机可以直接替代传统的柴油发动机，成为船舶的主要动力系统。
通过使用清洁能源，可以减少船舶排放的二氧化碳、氮氧化物和颗粒物等有害物质，降低对海洋环境的污染。
2. 港口设施：船用气体燃料发动机技术也可以应用于港口设施，例如港口拖轮、起重机等。
这些设备在港口作业过程中通常需要长时间运行，使用清洁能源可以有效降低港口周边的噪音和空气污染。
3. 海上巡逻船和渔船：海上巡逻船和渔船长时间在海上工作，对燃油的需求量较大。
使用船用气体燃料发动机可以降低燃油成本，并减少对海洋环境的污染，符合可持续发展的要求。
4. 公共交通工具：船用气体燃料发动机技术还可以应用于公共交通工具，例如渡轮和观光船等。
这些船只通常在城市水域频繁运行，使用清洁能源可以改善城市空气质量，提高居民的生活质量。
结论：船用气体燃料发动机技术在航运行业中具有广阔的应用前景。
与传统的柴油发动机相比，船用气体燃料发动机具有更低的排放和噪音水平，有助于改善海洋环境和城市空气质量。
燃气轮机运行值班员(发电工)高级技能鉴定试题集(实操)
由于编者水平有限，疏漏、错误之处在所难免，恳请广大读者提出宝贵意见。
中国海洋石油职业技能鉴定指导中心
目录
高级考试内容层次结构表 ............................................................................... 2 高级技能操作鉴定要素细目表 ........................................................................ 3 高级技能操作试题 .......................................................................................... 4
008 燃机全氢冷发电机检修的隔离操作
001 给水泵检修隔离操作
002 凝结水泵检修隔离操作
003 凝汽器单侧解列操作
技能 鉴定 B A100%
机务系统操作
004 凝汽器真空严密性试验
25%
005 锅炉工作压力水压试验操作
006 低压汽包水位计冲洗操作
007 机组控制油系统停运操作
008 机组润滑油系统热工联锁试验操作
二、考核要点 序号 1 2 3 4
考核内容
考核要点
准备工作
①劳保佩戴 ②工器具准备
状态检查
①发电机状态检查 ②氢气系统检查
倒闸操作
①隔离措施 ②验电
其它 相关工作要求
AB001 给水泵泵体检修隔离操作
M251S型高炉煤气燃机零值班探析
空气导 致爆 炸 ， 增加 了低压 氮 气 吹扫 管 道 以及 相 应 的控制 阀。在每 次切 换到 零 值班 状 态 时 ， 控 制 阀会
自动控 制 开度 ， 对相 应 的管道 吹扫 氮气 防止爆 炸 。
４ Ｃ Ｏ Ｇ零值班改造的优点
１ ） 由于 不 再 需 要 Ｃ Ｏ Ｇ燃 料 的投 入 ， 所 以能 够
何通 过零值 班 改造 来解决 问题 ， 保 证燃机 的正常运行 。 关键词： 燃 气轮机 ； 高炉煤 气 ； 焦 炉煤 气； 零值班 ； 节能增效
０ 前 言
Ｍ２ ５ １ Ｓ 型燃 气 轮 机 是 用 于 ５ ０ Ｍ Ｗ 等 级 的 高 炉
１ Ｍ ２ ５ １ Ｓ 机组 燃 烧 原 理
Ｍ ２ ５ １ Ｓ燃料需 求 的热 值 范 围在 ２ ８ ９ ０—３ ７ ７ ０ Ｌ １ ／
Ｎ ｍ ３ ， 主燃 料 为 热值 较 低 的 Ｂ Ｆ Ｇ， 燃 烧稳 定 性较 差 ，
煤 气联合 循 环装 置 的机 组 ， 通 过 燃 烧 高 炉煤 气 （ 以
下 简称 Ｂ Ｆ Ｇ ） 和焦炉 煤气 （ 以下 简称 Ｃ Ｏ Ｇ ） 可 以输 出
同时采用 热值 较 高 的 Ｃ Ｏ Ｇ用 作稳 定 火 焰 。机 组燃
烧 器采 用 Ｃ Ｏ Ｇ值班 喷 嘴 ＋Ｂ Ｆ Ｇ主喷 嘴 两套 喷 嘴 组 成， 均 采 用扩 散 燃 烧 方式 ， 即 空气 和 燃料 从 旋 流 器
３ ０ ＭＷ 功率 ， 尾 气 进 入 余 热 锅 炉 可 以带 一 台 ２ ０ ＭＷ
的汽轮 机发 电机 组 。该 机 组 设 备 一共 包括 燃 气 轮 机、 煤气 压缩 机 、 发电机 、 主齿 轮 箱 和启 动 装置 ５大
燃气轮机中的燃烧技术研究
燃气轮机中的燃烧技术研究燃气轮机是一种利用燃气驱动的轮机，其核心部件是燃气轮机发动机。
由于其具有高性能、高效率、低污染等优点，燃气轮机越来越受到广泛关注和应用。
而作为燃气轮机发动机的核心部件，燃烧技术对其性能和效率起着决定性的作用。
本文主要介绍燃气轮机中的燃烧技术研究。
一、燃烧技术的发展燃烧技术是指对燃料及其氧化剂进行充分混合，并在适当条件下进行反应，将化学能转化为热能和动能的技术。
燃气轮机作为一种高效率的动力装置，其燃烧技术一直是人们关注的焦点。
早期的燃气轮机采用的是平行管式燃烧器，其燃烧效率和排放指标都较低。
随着技术的不断进步，喷嘴式燃烧器逐渐成为主流，这种燃烧器具有燃烧效率高、排放指标低的特点，极大地提高了燃气轮机的性能和效率。
随着环保意识的不断增强，新型燃烧技术也不断涌现。
例如，环流式燃烧器、阻力式燃烧器等，这些燃烧器具有燃烧效率高、排放指标低、稳定性好的特点，已经被广泛应用于航空、船舶、汽车等领域。
二、燃烧技术的研究方向随着燃气轮机性能的不断提高以及运行环境的不断变化，燃烧技术的研究也进入了一个新的阶段，主要聚焦于以下几个方向：1. 燃烧效率的提高燃气轮机的燃烧效率是其性能和效率的重要指标之一，也是人们研究的重点之一。
在提高燃烧效率方面，主要采用以下方法：提高燃烧室温度、增加压缩比、优化燃烧器结构等。
为了实现高温高压的燃烧环境，燃烧器的材料必须具有高温强度和耐腐蚀性。
近年来，钨合金材料、陶瓷材料等新型材料被广泛应用于燃烧器的制造中，以提高其使用寿命和稳定性。
2. 污染排放的降低随着环保意识的不断提高，燃气轮机的污染排放也成为人们关注的焦点之一。
为降低污染排放，需要采用一系列措施，如：优化燃料供应系统、改善燃烧器结构、加装净化设备等。
燃气轮机发动机的污染排放主要包括氮氧化物、烟尘和二氧化碳等。
其中，氮氧化物作为一种有害气体，其排放量对环境和健康造成的影响尤为明显。
因此，在优化燃烧器结构方面，需要采用超细喷嘴、变频技术等，以提高燃烧效率，从而降低氮氧化物的排放。
燃气轮机燃烧调整和自动燃烧调整技术的探究
燃气轮机燃烧调整和自动燃烧调整技术的探究摘要：燃烧调整作为燃气轮机调试过程中的重要步骤，属于燃气轮机关键技术，是研究燃气轮机的重点。
本文研究燃气轮机燃烧调整和西门子、GE和三菱公司各自开发的燃气轮机在线自动燃烧调整技术及其应用。
从电厂机组实际运行情况可看出，在线自动燃烧调整技术能实现自动实时连续地对燃烧系统进行调整，确保机组的平稳可靠。
关键词：燃气轮机；燃烧调整；自动燃烧调整技术引言本文介绍了燃气轮机燃烧调整的目标，以西门子Ｆ级燃气轮机为例，说明燃烧调整的基本过程，针对环境条件和燃料组分等燃烧边界条件的变化，探讨燃气轮机在线自动燃烧调整技术及其应用。
电厂机组实际运行情况表明，目前采取的燃烧优化措施是有效的，自动燃烧调整技术能满足机组安全、平稳和可靠运行的要求，减小跳机次数。
一、燃气轮机燃烧调整燃气轮机的燃烧过程是在燃烧室中进行的。
按燃料与空气在到达火焰区之前的混合程度不同，分为扩散燃烧和预混燃烧。
扩散燃烧火焰稳定，但NOx排放大；预混燃烧火焰不太稳定，但NOx排放较小。
目前燃气轮机普遍采用干式低NOx燃烧技术，以预混燃烧为主，少量扩散燃烧作为值班火焰，能达到低于50mg／Nm3 NOx的排放目标。
但由于预混火焰对流场参数和化学当量比变化等非常敏感，容易在封闭的燃烧室内诱发热声耦合振荡，导致火焰发生燃烧动力学失稳，产生过大的燃烧脉动和燃烧室外壁振动，严重时会造成燃烧室部件损坏，机组跳机停运。
因此，燃烧稳定性是燃气轮机能否安全、平稳和可靠运行的关键因素。
燃烧调整的首要目标是保障燃气轮机燃烧稳定，在保证机组安全稳定运行的情况下，燃烧调整还要提高燃烧效率，减少NOx和CO等污染物的排放。
燃烧调整属于热态调试部分，调整进入燃烧室的燃料量和空气量配比，贯穿于机组从点火启动到满负荷运行的各负荷阶段。
燃烧调整需要寻找机组安全燃烧的稳定边界，将燃烧设定到安全燃烧稳定边界的中心区域，获得良好的稳定燃烧的裕度范围。
因此燃烧调整的效果直接关系到机组安全运行、燃烧效率及其污染物排放是否达标。
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一、技术名称：燃气轮机值班燃料替代技术
二、所属领域及适用范围：钢铁行业CCPP应用领域
三、与该技术相关的能耗及碳排放现状
近年来，燃气—蒸汽联合循环发电机组（CCPP）在钢铁企业得到广泛的应用。
通过燃用中、低热值煤气（以高炉煤气为主，掺入部分焦炉煤气和转炉煤气），将副产放散的工业煤气转化为电能，具有显著的高效节能和环保效果。
目前，国内钢铁企业在运的50MW级别燃气-蒸汽联合循环发电机组（CCPP）的热电转化效率普遍较低，其中GE 50MW级别机组热电转化效率约30%，三菱50MW 级别机组热电转化效率约37.6%。
国内大部分企业在运的机组效率还不能达到以上标准。
CCPP对燃料热值及质量要求较高，不能单独使用低热值的高炉煤气作为燃料，必须掺烧热值相对较高的焦炉煤气或转炉煤气等。
一方面，焦炉煤气价格远高于高炉煤气，造成燃料成本居高不下。
一般情况下，装机50MW的燃气轮机，作为值班燃料的焦炉煤气平均消耗量约为1000～1200m3/h，如果年运行小时按8000小时计算，每年值班燃料消耗量约为800～960万m3，造成优质能源的大量浪费；另一方面，焦炉煤气由于其自身特性，品质难以达到燃气轮机的燃料规范，很容易致使燃气轮机排气SO
2
超标，不仅达不到环保要求，而且会引起余热锅炉烟道酸露腐蚀，出现频繁爆管的现象。
四、技术内容
1.技术原理
该技术通过对燃气轮机燃烧室流体预混、扩散燃烧进行研究，建立燃烧计算模型，模拟燃烧室工况，调整过量空气系数，按《燃气轮机排放标准》计算燃料
更改后燃烧室燃烧温度，确保最佳过量空气系数，降低燃烧温度以及NO
x 、SO
2
的生成量；同时，通过焦炉煤气（COG）及高炉煤气（BFG）联动逻辑系统研究，将值班燃料切换过程中及切换后的燃烧波动偏差控制在合理范围之内，实现对热值范围的相应修改，增强燃气轮机对燃料的适应性，增加高炉煤气用量，提高联合循环发电机组出力。
在极限工况下，如燃气轮机负荷小于5MW，热值低于2990kJ/Nm3-wet，大气温度低于-12℃等情况下，需增加相应保护连锁，防止回火、熄火等事故发生，保证安全运行。
2.关键技术
（1）基于燃烧及流场分析的建模技术；
（2）燃气轮机燃烧稳定技术；
（3）燃气轮机低氮燃烧技术；
（4）焦炉煤气（COG）及高炉煤气（BFG）联动系统技术；
（5）变几何低氮燃烧技术；
（6）燃烧室压力波动及加速度监测技术。
3.工艺流程
燃气轮机值班燃料替代技术的工艺流程见图1和图2。
图1燃气轮机值班燃料替代技术工艺流程图
图2 值班燃料替代技术对比图
五、主要技术指标
按单套50MW联合循环CCPP计算：
（1）联合循环效率提高0.5%，增加发电量1200万kWh；
（2）提高了燃气轮机燃料热值允许范围，从3090～3650 kJ/Nm3-Wet改为2890～3770 kJ/Nm3-Wet；
（3）减少氮气消耗1600万m3；
（4）平均减少燃气轮机非计划停机60次/年，年利用小时数超过8000小时；
（5）减少厂用电消耗568万kWh。
六、技术应用及产业化情况
近年来，新型高效的燃气—蒸汽联合循环发电技术（CCPP）广泛应用于各大型钢铁企业，因其热效率高、节能环保效果显著，受到各钢铁企业的青睐，目前全国大型钢铁企业的CCPP数量已达约30余台套。
CCPP发电厂虽工艺先进、热效率高，但生产、维护费用高，且对系统要求苛刻，常常制约自备电厂的稳定运行。
其中，最大的制约因素就是煤气质量，尤其是焦炉煤气质量达不到燃气轮机的要求，导致设备事故频繁发生。
燃气轮机值班燃料替代技术从根本上解决了焦炉煤气质量差引起设备事故的问题，可保证系统稳定、高效运行。
目前，已经在涟钢、沙钢等得到应用。
该技术获得国家发明专利1项，并于2013年2月获得“中国资源综合利用协会”科学技术二等奖。
七、典型用户及投资效益
典型用户：涟钢动力厂、沙钢能源中心、太钢热电厂。
典型案例1
案例名称：涟钢燃气—蒸汽联合循环发电项目燃机值班燃料技术改造
建设规模：4×50MW燃气—蒸汽联合循环发电机组改造。
建设条件：具备燃气-蒸汽联合循环发电机组。
主要技改内容：取消值班燃料，应用零值班燃料技术。
主要设备为吹扫BFG供应阀、吹扫BFG切断阀、高压氮气密封阀、吹扫过滤器、差压变送器等。
技改投资额1080万元，建设期2个月。
年节能量19605tce/a，/a，年增加发电经济效益2566万元,投资回收期约4个月。
年减排量51757tCO
2
典型案例2
案例名称：沙钢燃气-蒸汽联合循环发电项目燃机值班燃料技术改造
建设规模：3×50MW燃气—蒸汽联合循环发电机组改造。
建设条件：具备燃气-蒸汽联合循环发电机组。
主要技改内容：取消值班燃料，应用零值班燃料技术。
主要设备为吹扫BFG供应阀、吹扫BFG切断阀、高压氮气密封阀、吹扫过滤器、差压变送器等。
技改投资额870万元，建设期2个月。
年节能量14704tce/a，
/a，年增加发电经济效益1900万元,投资回收期约5个月。
年减排量38818 tCO
2
八、推广前景和节能减排潜力
到2015年，预期推广比例可达20%，可形成年节能能力47万tce，碳减排潜力约124万tCO。
2。