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M701SDA高炉煤气燃机低热值试验研究 穆克进1，雍一正1,2，王泉荣1 （1.南京天菱能源技术有限公司，江苏 南京 210019 ; 2.东南大学，江苏 南京210096 ） 摘 要： 针对目前运行热值范围窄的不足，在国内某三菱M701SDA高炉煤气机组进行了低热值运行试验研究，内容包括在各种热值条件下的燃烧调整、负荷波动、急降负荷及甩负荷试验。试验结果表明在喷嘴及燃烧室不作改造的前提下，M701SDA高炉煤气燃机在3200kJ/Nm3-dry低热值时运行状态良好， 燃烧振动、BPT偏差及其它运行参数均正常。因此，机组的运行热值由以往的4400kJ/Nm3-dry扩展为3200~4400kJ/Nm3-dry，成功实现纯烧高炉煤气发电，极大地提高了M701SDA联合循环机组的燃料适应性，运行可靠性及经济性。 关键词： 高炉煤气；低热值；燃烧调整；燃烧振动 中图分类号： 文献标志码： 引言 高炉煤气（BFG）为低热值气体燃料，热值一般在3400kJ/Nm3左右，是钢铁企业高炉炼铁工艺的副产品，属于二次能源。目前钢厂富裕的高炉煤气大都利用常规锅炉或燃气-蒸汽联合循环发电以达到节能减排的目的[1]。近年来，燃用高炉煤气的联合循环发电技术依靠启停方便、效率高、以及用水量少等优点，在钢厂得到越来越多的应用，并为企业带来了良好的经济效益和社会效益[2][3][4]。 M701SDA高炉煤气燃机是三菱研发生产的150MW级别燃用高炉煤气发电机组，由于其高效率和可靠性，在国内已有多台运行业绩。M701SDA高炉煤气燃机最初是基于4400 kJ/Nm3-dry热值设计，除了在点火升速阶段，运行热值通过增加或减少焦炉煤 收稿日期： 作者简介：穆克进(1980-)，男，江苏南京人，工科硕士，南京天菱能源技术有限公司工程师，从事于燃气轮机调试和性能试验工作mukejin@。 试验准备 由于低热值运行涉及到热值调节控制、燃烧特性等，因此，试验前需准备的事项包括： （1）热值仪升级和重新标定，扩展热值仪的测量下限； （2）临时燃烧振动监测探头的安装，增加数只加速度振动探头，以全面监测燃烧振动； （3）增热COG和减热N2流量确认，以便确认试验时能达到的最低热值，图1是试验中各热值下的煤气组分情况。当试验热值低于高炉煤气热值时，需要掺入N2以进一步降低热值。因此，在3200 kJ/Nm3-dry热值时，煤气中N2含量增加，可燃组分如CO、H2含量降低； 图1 各热值条件下煤气组分含量 （4）试验项目的确定，试验项目需确认机组稳定运行的最小热值，需涵盖机组所有极端条件下的运行状况。具体的试验项目如表1所示。 低热值试验项目 试验项目 条件 （1）燃烧调整 空载无负荷时，3 40MW负荷时，3 75MW负荷时，3 115MW负荷时，3 145MW负荷时， （2）打闸停机试验 （3）负荷波动试验 （4）急降负荷试验 （5）甩负荷试验 试验内容及结果分析 燃烧调整 M701SDA高炉煤气燃机燃烧调整是通过调整热值和燃烧室旁通阀BV开度来优化燃烧状态。BV阀的开度直接决定着一次燃烧区的燃空比，当BV开度增加，进入一次燃烧区的空气量减少，燃空比增加；反之，燃空比减小。通过测量燃烧室燃烧振动和叶片通道BPT偏差来判断燃烧状态的好坏。机组运行中，燃烧振动变化最显著的是290~500Hz的H2波段以及500~2000Hz的HH1波段，各波段的燃烧振动压力幅值需控制在报警值以内。BPT偏差也必须尽可能的小，以免造成对透平过大的应力。燃烧状态差或者喷嘴损伤堵塞等情况会引起BPT偏差过大。试验中在空载~满负荷期间，分别在3200kJ/Nm3-dry、3600kJ/Nm3-dry和4000kJ/Nm3-dry三个热值条件下进行了燃烧调整，以判断燃烧振动的裕度。本文只列出40MW、3200kJ/Nm3-dry和145MW、3600kJ/Nm3-dry两种工况下的燃烧调整结果，见图2。从图中可以看出，在40MW低负荷段，低热值运行时，燃烧振动有较宽的裕度。H2波段燃烧振动约为0.5kPa，HH1波段燃烧振动约为0.25kPa，远小于各自的报警值（H2波段：8kPa；HH1波段：6kPa）。在145MW高负荷段，低热值运行时，BV阀开度的增加即一次燃烧区燃空比的增加有利于降低燃烧振动，但H2波段燃烧振动的最大幅值也控制在3kPa，HH1波段的幅值不超过1.5kPa，均小于报警值，在安全运行范围内。其他各负荷段的燃烧调整结果也同样显示机组在采用低热值运行时，燃烧振动没有明显变化，其振动幅值均控制在良好的范围内，燃烧状态良好。 图2 各负荷段燃烧振动裕度（左：40MW，3200kJ/Nm3-dry，右：145MW,