燃气发电机组：原理、应用与维护全解析
燃气发电机组：原理、应用与维护全解析
燃气发电机组是适应世界环保要求和市场新环境而开发的新型发电机组。天然气发电机组主要分为两种，一种是联合循环燃气轮机，一种是燃气内燃机。燃气轮机功率比较大，主要用在大、中型电站，燃气内燃机功率比较小，主要用在小型的分布式电站。它是取代燃油、燃煤机组的新型绿色环保动力。
概述
燃气发电机组是适应世界环保要求和市场新环境而开发的新型发电机组。天然气发电机组主要分为两种，一种是联合循环燃气轮机，一种是燃气内燃机。燃气轮机功率比较大，主要用在大、中型电站，燃气内燃机功率比较小，主要用在小型的分布式电站。它是取代燃油、燃煤机组的新型绿色环保动力。充分利用各种天然气或有害气体作为燃料，变废为宝、运行安全方便，成本效益高，排放污染低，并适宜热、电联产等优点，市场前景十分广阔。
我国的天然气资源十分丰富，相对于我国丰富的天然气储量,天然气在我国一次能源消费中所占比例显得太小,未来具有大幅提高的潜力。
在我国，由于受到天然气供应的影响，天然气发电尚处于初始阶段。真正大面积的天然气发电作为分布能源站还要假以时日。现在的小规模天然气发电主要是在油田、气田以及机场、酒店、医院等。可以预计，随着天然气供应的愈加充足、供应范围的不断扩大，近几年天然气发电将会得到一个飞速的发展。
燃气发电机组具有输出功率范围广，启动和运行可靠高、发电质量好、重量轻、体积小、维护简单、低频噪声小等优点，一般它们具有以下四个优点：
一、发电质量好
由于发电机组工作时只有旋转运动，电调反应速度快，工作特别平稳，发电机输出电压和频率的精度高，波动小，在突加空减50%和75%负载时，机组运行非常稳定，优于柴油发电机组的电气性能指标。
二、启动性能好，启动成功率高
从冷态启动成功后到满负载的时间仅为30秒钟，而国际规定柴油发电机启动成功后3分钟带负载。燃气轮发电机组可以任何环境温度和气候下保证启动的成功率。
三、噪声低振动小
由于燃汽轮机处于高速旋转状态，它的振动非常小，而且低频噪声优于柴油发电机组。
四、采用的可燃性气体是清洁、廉价的能源
诸如：瓦斯气，桔梗气，沼气等，以它们为燃料的发电机组不仅运行可靠，成本低，而且能变废为宝，不会产生污染。
应用
电力应用方面的发展。近十年来,清洁煤技术、燃煤联合循环电站也获得巨大发展, IGCC和PFBC- CC电站也进入商业化运行阶段。可以预计,随着我国燃机技术的开发和应用,尤其是燃煤技术的开发,加上环保要求的日益关注,燃气轮机电站(包括热电联产装置),尤其是基于燃气轮机的联合循环电站将得到广泛的应用。因为燃机造价低、投资小、重量轻、尺寸小,所以国外广泛地把燃气轮机用于输气、输油管线,作为压缩机和泵站,用来泵送天然气和石油。随着国民经济的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高,我国对石油和天然气的需求日益增长。此外由于对环保的重视,在能源消费结构中,天然气的比重将会持续增长。这一切都表明燃气轮机的发展将会进入一个崭新的时期。
天然气输送。就西气东输管网主干管道而言，由新疆轮南气田到上海市区，全长4000公里，沿线需造约40个增压站。由此可见，天然气长距离输气管线将是燃气轮机的最大用户之一。这就要求有关方面应及早着手培养燃气轮机使用管理的工程技术人员。
天然气的利用。在城市天然气用户中，居民生活用气所占比例其实并不大，更多的天然气是供燃气轮机电站发电用。把燃气轮机的排气通到余热锅炉中，加热锅炉中的水产生蒸汽，再去驱动汽轮机做功，从而形成了由燃气到蒸汽的联合循环。联合循环机组的效率是目前各种热力机械中所能达到的最高效率值。
分类
天然气发电机组：是以天然气为燃料的发电机组。天然气的主要可燃成份为甲烷CH4，甲烷浓度一般为70%-97%。天然气主要产自天然气井或石油伴生气经过轻烃回收后的工艺尾气。天然气发电机组主要用于有天然气资源的气田、轻烃回收企业及天然气管线沿途可获得天然气使用权的企业。
石油伴生气发电机组：是以石油伴生气为燃料的发电机组。石油伴生气的主要可燃成份为CH4、C2H6、C3H8、C4H10等，以甲烷CH4为主要成份，其含量一般在80%左右。石油伴生气产自油井，因此，石油伴生气发电机组主要用于有石油伴生气的油田。
发生炉煤气发电机组：是以发生炉煤气为燃料的发电机组。发生炉煤气是炭和水蒸气在少氧的炉膛中经氧化还原反应所得，发生炉煤气的主要可燃成份为CO、H2，另外有少量的甲烷CH4等，其中CO含量一般在25%-35%左右，H2含量一般在6%-10%左右，CH4含量一般在2%-6%左右，CnHm含量一般在0.5%-3%左右。一般在发生炉煤气中含有大量的硫、苯、奈、焦油、水份和一定的灰份，硫、苯、奈、焦油、水份和灰份对燃气发动机运行极为不利，发生炉煤气进入燃气发电机组前，必须进行预处理。
液化石油气发电机组：是以液化石油气为燃料的发电机组。液化石油气的主要成份为丙烷C3H8和丁烷C4H10，液化石油气主要产自轻烃回收企业。由于液化石油气便于储运，因此，液化石油气发电机组可广泛地用于气源价格较便宜的地区。
高炉煤气发电机组：利用炼钢厂和炼铁厂的焦化气、高炉煤气和转炉煤气经过除尘、脱硫和脱焦油处理净化处理后，通入高炉煤气发电机组燃烧做功发电。
煤层气瓦斯气发电机组：是以瓦斯气为燃料的发电机组。瓦斯气的主要成份为甲烷CH4，瓦斯气源于煤田，一般有两种获取方式，一是地面钻采，二是煤矿坑道抽排。地面钻采的瓦斯气其中甲烷含量较高，一般CH4含量为60%-95%，也称之为煤层气；煤矿坑道抽排的瓦斯气其中甲烷含量较低，主要是甲烷与空气的混合物，CH4含量一般为5%-50%。瓦斯气发电机组主要用于大、中、小型煤矿和煤气田。
沼气发电机组：是以沼气为燃料的发电机组。沼气的主要可燃成份为甲烷CH4，甲烷浓度一般为40%-65%。沼气是生物质经厌氧发酵产生的，其主要原料为：牲畜粪便、垃圾、污水、植物、动物脂肪和蛋白等有机物。沼气发电机组主要用于养殖场、垃圾填埋场、污水处理厂、食品厂、酒厂、发酵厂、柠檬酸厂和造纸厂等企业。
选型指南
- 根据沼气产量选择合适的装机容量，避免设备闲置或沼气浪费；
- 1000KW左右的机组市场占有率最高，性价比也是最高的，维护、维修、保养费用比较低；
- 多台机组时，宜选用1000KW左右的同一规格，以降低运行费用和备件储存。在台数较少时，选择一台功率较小的。比如一台1000KW加一台500KW，便于在气量变化较大时调节输出功率，保证机组在70%以上的功率下输出；
- 发电效率高意味着在消耗相同的燃气时能发出更多的电；
- 在线率高意味着停机时间少，浪费的沼气少，发电量多；
- 气体纯净时，或者气体处理得当时，机组一个大修期可达50000～60000小时，一般可达30000～40000小时。但有些机组只达10000～20000小时；
- 沼气中含有微量的腐蚀性成分，对机油造成污染，其消耗量比使用天然气时要大，机油是一种主要的消耗品，在运行成本中占有一定份额。而不同品牌机组的机油耗量差异较大；
- 零配件价格有数倍之差，特别注意耗材，比如火花塞价格。直接关系到运行费用；
- 齐全的零配件储备可大大缩短停机时间，增加发电量；
- 维修队伍能否短时间到达现场，对保证运行时间至关重要；
- 机组是一种大型贵重设备，应着重于长远的综合评估。综合性价比比价格更重要。
- 燃气的种类决定选择燃气发电机组的种类。天然气发电机组并不一定能够烧沼气或者瓦斯。
- 要了解气体的成份以及气体里的甲烷浓度。以便作下一步的燃气发电机组选型，特别是油田伴生气，瓦斯气。
维护保养
良好的维护保养能保证机组可靠运行。正常使用情况下,保养工作应按规定的日保养、周保养、月保养要求进行。通过这些规定的保养,能及时发现机组是否存在声音异常、动作异常、外观异常、温度异常、压力异常和气味异常等故障现象,从而及时对机组进行检查和调整,进而有针对性的加以解决,确保机组运行在最佳状态。在这些保养要求中,要特别注意以下三个方面的检查和保养:
(1) 润滑系统的检查和保养。该种类型机组由于存在运转部件多,运转部件工作条件恶劣,大多处在高温、高冲击载荷状态下,需要润滑的部位较多,对润滑系统的可靠性要求较为苛刻,因此要注意检查润滑油系统的油质情况、油位情况、油温和油压情况,注意离心滤清器和机油滤清器的清洗,避免出现因润滑不良造成的机组零部件磨损加剧,缩短机组零部件的使用寿命,加大维护工作量;
(2) 空气过滤器的检查和保养。空气过滤器如果运转良好的话,将有效地避免因进气阻力大引起的增压压力下降过大,进而造成涡轮增压器出现漏油现象;还可避免因流量减少引起的涡轮增压器压气机喘振现象。因此要定期清理空气过滤器,必要时更换新滤芯。在潮湿地区可将纸质滤芯抽掉。
(3) 相关间隙和角度的检查和调整。主要是火花塞间隙、气门间隙和配气定时等的检查和调整。
机组运行一段时间后,火花塞的间隙会有所变大,这是正常现象。以泰州市兆航机电设备有限公司生产的设备为例当间隙增大到0. 89mm 时,火花塞将出现失火现象,造成机组运行不稳,甚至停车,所以应定期检查和调整,同时消除火花塞及其螺纹处出现的积炭,确保其好用。另外,机组经长时间运转后,由于配气机构的磨损和松动等原因,会引起气门间隙的变化,应定期检查并调整气门间隙。配气定时在正常情况下不需要进行调整,当机组各缸工作状态出现异常时,应首先检查指针上止点指示位置是否正确,检查传动系统各齿轮传动记号是否对准,整个系统的装配关系及气门间隙是否正确。若经检查调整后,仍与规定值差异较大时,则应考虑凸轮轴或齿轮传动件有无损坏现象,必要时进行修复或更换。
注意事项
- 燃气发电机组机房应远离明火区域；
- 燃气发电机组机房应宽敞、明亮且要求安装换气扇以保证良好的通风；
- 燃气发电机组安装时底盘与地基应用平垫铁找平。接触面积应在60%以上，且分布均匀；
- 室内安装照明、开关、线路及其电器应采用防爆措施,且固定牢固；
- 燃气发电机组机房内应符合消防要求，配备灭火器等消防器械；
- 燃气发电机组机房内安装可燃气体报警装置，可燃气体泄露时能及时发现；
- 60kw以下单台燃气发动机燃气管路的外部主要管道内径应不小于2吋，靠近发动机的部分内径应不小于1吋！60kw以上燃气发电机组则分别是3吋和两吋。且必须安装燃气阀门（不锈钢球阀）、型放水阀、防回火装置，燃气管路焊接完成应清理焊渣（用高压空气）；
- 燃气必须脱硫、脱水、除尘，其中含流量≤0.25Nm3，氢气≤10%。
故障排除
- 运行或加减负荷时油压低于0.15MPa，检查油面位置，看是否加油；
- 水温高于90°C,应检查水箱内水是否过少；
- 频率持续超过30秒高于52Hz，检查是否符合加、减负荷规律；
- 蓄电池电压低于24V，蓄电池需充电或若24小时充电后电池仍达不到24V,则须更换电池；
- 燃气发电机组无法启动，应检查以下各项：
- 是否旋开电钥匙过久（超过15秒）而没有按启动按钮；
- 检查各气路接头是否紧密连接；
- 检查各外部电路连接是否可靠，可切断蓄电池电源，再重新连接；
- 检查蓄电池电压是否正常，充电或更换电池；
- 检查进气管防爆阀是否关闭；
- 检查高压电火线是否有破损；
- 检查混合器与电调执行器是否连接可靠，重设保护装置。
- 燃气发电机组进气管发生放炮现象，应检查：
- 点火信号线是否在指定位置；
- 信号发生器内齿杯是否松动；
- 点火高压线是否破损；
- 是否可靠接地。
- 如遇到潍坊燃气发电机组功率不足，请检查：
- 调压阀各塞滤网是否堵；
- 空滤器是否堵塞；
- 排气管是否堵塞。