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近年来，我国火力发电对外总承包项目及出口项目逐渐增多，在许多发展中国家新建不少燃机电站，随着这些国家经济的发展，电力需求不断上升，电网供电可靠性要求不断提高。单一的燃料来源受价格和供给影响，难以很好地保障机组持续的稳定供电，故提供多样的燃机电站原料供应，对保障供电，平衡经济和环境具有重要意义。
本文以孟加拉某209 E双燃料燃气-蒸汽联合循环电站为例，详细介绍了多燃料供应系统的重要组成部分——重油处理及供应系统的设计方案。
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不同的燃机厂商对不同品质的油类有不同的处理需求。GE公司主要根据灰分含量分为True Distillate Fuels和Ash-Bearing Fuels两大类[1](大致相当于GB 12692.3的馏分燃料DST和残渣燃料RST)，针对不同类燃料的大致配套处理求。此外，出于保证燃烧效果、防止腐蚀和结垢、维持输送及处理设备正常工作、符合环保标准等方面的考虑，燃气轮机对燃料各项理化性质的要求，其中最重要的两方面指标是黏度和微量金属含量。
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本209 E双燃料燃气-蒸汽联合循环电站重油处理及供应系统流程示意图见图1。
图 1 重油处理及供应系统流程示意图
Figure 1. Processing Flow of Heavy Oil Treatment and Supply System
鉴于孟加拉业主方与孟加拉电网公司签订的供电协议(POWER PURCHASE AGREEMENT，简称“PPA”)中要求未处理的重油储量应满足15天机组80%负荷连续运行的消耗量。根据相关热平衡计算，两台燃机80%负荷时，15天连续运行的计算耗量约为20 000 m3，考虑设置3座重油罐，即每座重油储罐7 000 m3，这么大容量的重油储罐在国内的燃机电站是比较罕见的。此外，考虑到重油处理车间对重油温度的需求，在重油储罐底部设置了加热蒸汽盘管，油和蒸汽进行表面式换热，将油罐重油加热到50℃，以保证重油顺利供应至重油处理车间。重油经过静电处理车间，降低了重油中钠、钾、钒等金属离子、沉淀物、水等杂质的含量，经过处理后的净油油温约75～80℃。GE公司不建议经静电处理后的75～80℃的净油直接进入并储存在净油罐内，其原因是重油储存温度过高，会加速油品变质并易形成沥青，从而堵塞过滤器，造成流速不稳，卡泵甚至是离合器损坏。鉴于此，系统在静电处理后设置2×50%的管壳式重油冷却器，将净油从80℃降温至50℃后再进入净油储罐内。
净油经过供油母管进入GE供应的重油前置模块(包含过滤器和重油容积泵)，再经重油加热器将油温从50℃加热到110℃，再进入燃油过滤模块的重油过滤器，再次过滤后，满足燃机入口的流量、温度、压力、黏度要求后，通过重油/轻油切换三通阀选择后进入燃机。
根据整个重油处理及供应系统工艺流程的参数要求，项目对系统中主要设备进行了选型，重油处理及供应系统主要设备规范见表1。
表 1 重油处理及供应系统主要设备规范
Table 1.
Main Equipment Specification of Heavy Oil Treatment and Supply System 设备名称 技术规范 数量 单位 备注 重油储罐 固定顶式；有效容积Vn＝7 000 m3 3 座 重油储罐加热器 换热面积：S＝233 m2；油温加热至50℃ 3 套 重油静电处理系统 处理能力：V＝125m3/h 1 套 重油冷却器 换热面积：S＝320×2 m2；油温从80℃降至50℃ 2 台 2×50% 净油储罐 内浮顶式；有效容积Vn＝2 000 m3 3 座 净油储罐加热器 换热面积：S＝135 m2；油温加热至50℃ 3 套 重油前置模块 双联过滤器：380 μm；容积泵：最大流量＝45 m3/h，扬程＝8.5 bar (黏度380 cSt@50℃) 2 套 容积泵2×100% 重油加热器 换热面积：S＝108 m2；油温从50℃升至110℃ 3 台 3×100% 燃油过滤模块 过滤器：40 μm；涡轮流量计：精度±0.3%；三项切换阀及抑钒剂混合器 2 套 过滤器2×100% 回油冷却器 换热面积：S＝450×2 m2；油温从110℃降至50℃ 2 台 2×50% -
重油处理是重油供应系统中必不可少的重要环节，重油中的钒、钾、钠、铅是造成燃机腐蚀的主要元素，而钙、镁、铁是造成难以清除的积垢的主要元素[2-3]。因此，重油处理系统主要是降低重油中钠、钾、钒等金属离子、沉淀物、水等杂质的含量，以达到燃机对入口燃料的要求。本电站经静电处理后的重油杂质含量见表2。
表 2 静电处理后的重油杂质含量
Table 2.
Impurity Content in Heavy Oil after Electrostatic Separator Treatment 杂质含量 含量 (钾＋钠)/ppm <0.7 水占体积百分比/% <0.5 沉淀物占质量百分比/% ≤0.5 钒/ppm ≤10 钙/ppm ≤10 常见的处理方法分为离心式处理和静电式处理。离心机主要是通过高速旋转产生的离心力来分离不同密度的油、水和杂质，适应范围广，杂质去除效果好[4-12]，但单线处理量较小。静电处理主要是通过高压电机产生的电场力使溶解盐分的水和杂质沉降，单线处理量大，运行噪音小，但启动时间较长。国内早期的燃油燃气轮机电站，多数都采用离心式处理重油。
由于本项目孟方对重油处理能力的要求很高，处理能力要求为燃机性能保证工况下燃料消耗量的2倍约125 m3/h。单线离心式最大处理重油能力约为22 m3/h，若采用离心式处理则需要上6条处理线(4运行2备用)，系统投资高，运行维护量大，占地较大。而采用静电处理方式，只需一条处理线即可，并在每台静电分离器，配备2台变压器，2台变压器互为备用。
重油静电处理的流程详见图2。简述为50℃重油自重油储罐区来，经重油泵加压后，进入净油/重油换热器换热至100℃，与一级注破乳剂及一级注脱金属剂泵来的破乳剂、脱金属剂汇合，然后经蒸汽加热器加热至135℃左右后，与一级注水泵来的热水混合，经静态混合器，混合阀充分混合后进入一级静电分离器。在一级重质燃料油静电处理器内进行脱水后的重油从重油出口集合管出一级静电处理器。一级静电分离器出来的重油与二级注水泵来的除盐水、二级注破乳剂泵和二级注脱金属剂泵来的破乳剂及脱金属剂汇合，经静态混合器及混合阀充分混合后进入二级静电分离器。在二级静电分离器内进行脱水后的重油经重油出口集合管出二级静电分离器，二级静电分离器出来的重油经与未处理重油换热，至80℃后，化验合格后出油经冷油器至净油罐，若不合格则出油至未处理油罐。
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重油系统需要测量的热工信号有：压力、温度、液位、流量。
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1)供油母管道上有压力测点。
2)经过重油处理车间处理后的重油温度较高，需要通过油冷却器进行冷却。在重油冷却器进出口各设有一个温度测点。其中出口的温度测点与冷却水管路上的调节阀进行连锁控制。
3)油罐设有两个液位测点，一个为雷达液位计，一个为翻板液位计。
4)油罐由于体积较大，设有多个温度测点，其中部分温度测点通过取平均值后送入PLC控制系统，同时与油罐加热器的蒸汽进口调节阀进行连锁控制。
5)进入燃气轮机的重油具有一定的温度、压力要求，管路上设置了加热器。在加热器进出口各设有一个温度测点，其中出口的温度测点与加热器蒸汽进口的调节阀进行连锁控制。在燃气轮机入口设有一个压力测点。
6)燃气轮机过滤模块的回油进入油罐，由于回油温度不能过高否则会发生油品变质，在回油管路上设置了冷油器。冷油器进出口管路上设置有温度测点，其中出口的温度测点与冷油器冷却水进口的调节阀进行连锁控制。
7)重油污油池设有一个温度测点，一个超声液位计。
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整个重油处理及供应系统采用PLC控制，在就地进行集中控制。为很好地实现整个重油系统的控制要求，重油处理及供应系统重要阀门控制联锁见表3。
表 3 重油处理及供应系统重要阀门控制联锁
Table 3.
Main Valves Control Interlock of Heavy Oil Treatment and Supply System 阀门名称 类型 介质 位置 运行模式 开启条件 关闭条件 电动截止阀 供油管路 重油 1号或2号或3号重油储罐供油管至重油静电处理车间 3个重油储罐不同时出油 远方控制 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 重油静电处理系统后冷却器至1号或2号或3号净化油罐 3个净油储罐分别注满 远方控制 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号或3号净油储罐至前置模块 3个净油储罐分别使用 远方控制 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号前置模块至1号或2号重油加热器 3台加热器1个公共备用 远方控制 1号或2号重油加热器事故状态 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号前置模块至备用重油加热器 远方控制 远方控制 —— 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号及备用重油加热器进口联络管 备用加热器启动时使用 1号或2号重油加热器事故状态 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号重油加热器至1号或2号燃机过滤模块 3台加热器其中1个公共备用 与加热器进口电动门开启条件一致 与加热器进口电动门关闭条件一致 电动截止阀 供油管路 净重油 备用重油加热器至1号或2号燃机过滤模块 电动截止阀 回油管路 处理后不合格的重油；重油 重油静电处理系统至1号或2号或3号重油储罐回油管路 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 电动截止阀 回油管路 处理后的重油 水工废液处理来油至1号或2号或3号重油储罐 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 电动截止阀 回油管路 油循环时的净重油 前置模块至1号或2号或3号净油储罐回油管路 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 电动截止阀 回油管路 过滤后不合格的重油；净重油 燃机过滤模块回油冷却器至1号或2号或3号重油储罐 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 气动调节阀 辅汽管路 过热蒸汽 辅助蒸汽至1号或2号或备用重油加热器 与加热器同步运行 加热器进口电动阀开启时 加热器进口电动阀关闭时 气动调节阀 辅汽管路 过热蒸汽 辅助蒸汽至1号或2号或3号重油油罐加热蒸汽盘管 提前48小时将油加热至50℃ 远方控制 远方控制 气动调节阀 辅汽管路 过热蒸汽 辅助蒸汽至1号或2号或3号重油净油储罐加热蒸汽盘管 提前4小时将油加热至50℃ 远方控制 远方控制 -
本文以孟加拉某209 E双燃料系统中重油处理及供应系统为例，针对GE公司燃机对重油燃料的理化性质的要求，研究了重油系统工艺流程及重要参数的确定，重点介绍了重油静电处理系统，并详细介绍了系统主要设备参数。重油处理及供应系统整体采用了PLC控制，通过对系统中重要控制阀门的联锁逻辑设定，使整套系统达到预期效果，很好地满足了燃气轮机对重油燃料品质的要求，并有效地保证燃烧效果，为机组安全稳定运行提供了有力保障。
Study on the Heavy Oil Treatment and Supply System of Gas Turbine Power Plant in Bangladesh
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摘要:
以孟加拉某209E双燃料燃气-蒸汽联合循环电站为例，研究了重油处理及供应系统的工艺流程设计及控制逻辑设计方案。研究表明：整套系统达到预期效果，且很好地满足了燃气轮机对重油燃料的理化性质要求，有效地保证燃烧效果，为机组安全稳定运行提供了有力保障，为同类型的海外燃气轮机电站提供一些借鉴和指导。 Abstract:Taking a Bangladeshi 209E Dual Fuel gas turbine combined cycle power plant as an example, studied on the process design and control logic design of heavy oil treatment and supply system.The research shows that the entire system achieves the desired effect, and well positioned to meet the gas turbine fuel for heavy oil physical and chemical nature of the request, effectively ensure the burning effect, safe and stable operation of the power plant to provide a strong guarantee to provide some reference and guidance for the same type of gas turbine power plants overseas. -
Key words:
- gas turbine /
- heavy oil /
- electrostatic separator treatment /
- supply
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表 1 重油处理及供应系统主要设备规范
Tab. 1.
Main Equipment Specification of Heavy Oil Treatment and Supply System 设备名称 技术规范 数量 单位 备注 重油储罐 固定顶式；有效容积Vn＝7 000 m3 3 座 重油储罐加热器 换热面积：S＝233 m2；油温加热至50℃ 3 套 重油静电处理系统 处理能力：V＝125m3/h 1 套 重油冷却器 换热面积：S＝320×2 m2；油温从80℃降至50℃ 2 台 2×50% 净油储罐 内浮顶式；有效容积Vn＝2 000 m3 3 座 净油储罐加热器 换热面积：S＝135 m2；油温加热至50℃ 3 套 重油前置模块 双联过滤器：380 μm；容积泵：最大流量＝45 m3/h，扬程＝8.5 bar (黏度380 cSt@50℃) 2 套 容积泵2×100% 重油加热器 换热面积：S＝108 m2；油温从50℃升至110℃ 3 台 3×100% 燃油过滤模块 过滤器：40 μm；涡轮流量计：精度±0.3%；三项切换阀及抑钒剂混合器 2 套 过滤器2×100% 回油冷却器 换热面积：S＝450×2 m2；油温从110℃降至50℃ 2 台 2×50% 
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表 2 静电处理后的重油杂质含量
Tab. 2.
Impurity Content in Heavy Oil after Electrostatic Separator Treatment 杂质含量 含量 (钾＋钠)/ppm <0.7 水占体积百分比/% <0.5 沉淀物占质量百分比/% ≤0.5 钒/ppm ≤10 钙/ppm ≤10
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表 3 重油处理及供应系统重要阀门控制联锁
Tab. 3.
Main Valves Control Interlock of Heavy Oil Treatment and Supply System 阀门名称 类型 介质 位置 运行模式 开启条件 关闭条件 电动截止阀 供油管路 重油 1号或2号或3号重油储罐供油管至重油静电处理车间 3个重油储罐不同时出油 远方控制 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 重油静电处理系统后冷却器至1号或2号或3号净化油罐 3个净油储罐分别注满 远方控制 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号或3号净油储罐至前置模块 3个净油储罐分别使用 远方控制 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号前置模块至1号或2号重油加热器 3台加热器1个公共备用 远方控制 1号或2号重油加热器事故状态 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号前置模块至备用重油加热器 远方控制 远方控制 —— 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号及备用重油加热器进口联络管 备用加热器启动时使用 1号或2号重油加热器事故状态 远方控制 电动截止阀 供油管路 净重油 1号或2号重油加热器至1号或2号燃机过滤模块 3台加热器其中1个公共备用 与加热器进口电动门开启条件一致 与加热器进口电动门关闭条件一致 电动截止阀 供油管路 净重油 备用重油加热器至1号或2号燃机过滤模块 电动截止阀 回油管路 处理后不合格的重油；重油 重油静电处理系统至1号或2号或3号重油储罐回油管路 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 电动截止阀 回油管路 处理后的重油 水工废液处理来油至1号或2号或3号重油储罐 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 电动截止阀 回油管路 油循环时的净重油 前置模块至1号或2号或3号净油储罐回油管路 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 电动截止阀 回油管路 过滤后不合格的重油；净重油 燃机过滤模块回油冷却器至1号或2号或3号重油储罐 间断式回油；不同时回油至3个油罐 远方控制 远方控制 气动调节阀 辅汽管路 过热蒸汽 辅助蒸汽至1号或2号或备用重油加热器 与加热器同步运行 加热器进口电动阀开启时 加热器进口电动阀关闭时 气动调节阀 辅汽管路 过热蒸汽 辅助蒸汽至1号或2号或3号重油油罐加热蒸汽盘管 提前48小时将油加热至50℃ 远方控制 远方控制 气动调节阀 辅汽管路 过热蒸汽 辅助蒸汽至1号或2号或3号重油净油储罐加热蒸汽盘管 提前4小时将油加热至50℃ 远方控制 远方控制
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