河南利源煤焦集团携手GE，采用航改型燃机高效利用焦炉煤气发电，为中国富余炼焦煤气的优化利用探索出一条好路子。
引言：焦炉煤气是煤炭炼焦的辅生产品，却可用于气电，它不仅蕴含着巨大的经济价值，还可以实现能源循环综合利用，节约一次能源消耗，减少二氧化碳和硫化物的排放。河南利源煤焦集团结合自身产业优势，采用燃气-蒸汽联合循环发电的方式，充分利用焦炉煤气的价值，在集团层面实现能源调度平衡，为中国富余炼焦煤气的优化利用探索出一条好路子。
因地制宜，变废为宝
所谓焦炉煤气（GOC），是原煤被加工成为焦炭过程中产生的副产品，以氢气为主，此外还包含甲烷、一氧化碳、乙烷等多种成分。早在20多年前，焦炉煤气常常没有被利用就直接燃烧排放到大气当中，造成大量的能源浪费。而事实上，焦炉煤气蕴含着巨大的经济价值，它可以用于城市煤气供应、发电，也可作为化工原料生产合成氨、甲醇等。
传统利用焦炉煤气发电的方法是蒸汽轮机发电，即将焦炉煤气在锅炉中燃烧产生蒸汽，再利用蒸汽推动蒸汽轮机发电。这一发电方式技术成熟，投资也较少，但根据机组容量及蒸汽参数不同，其发电效率仅有23%-27%左右。
另一种方式是燃气-蒸汽联合循环发电，也就是采用燃气轮机，通过压气机吸入空气压缩后送入燃烧室内，使焦炉煤气燃烧产生高温高压燃气，进入燃气轮机膨胀做功发电，再将燃气轮机排出的气体引入余热锅炉，作为锅炉的热源，利用锅炉产生的蒸汽进入蒸汽轮机再发电。这种方式可以充分利用焦炉煤气的热能。整个发电净效率可达47%，能源综合利用率更可高达57%，甚至更高（根据供热量的多少），二次发电后的蒸汽还可用于供热。这种方法既最大限度地利用了一次能源，节省工厂能源成本，又大大地减少了二氧化碳排放。
河南利源煤焦集团有限公司是河南省三大煤化工产业园区的骨干企业。集团公司旗下包括五个分公司，主营业务包括洗煤、炼焦、化工、发电、物流、铁合金、新能源等。
2009年，河南利源煤焦集团开始思考如何采用燃气-蒸汽联合循环发电模式，大力发展循环经济，加快转型升级的步伐。在燃机选型过程中，GE针对利源项目的需求，以GE生产的 LM 2500+燃机为基础，对其燃烧系统做出重新设计和改造，使其适应焦炉煤气含氢量比较高，杂质较多，热值较低的特点，为利源量身打造了全球第一款以焦炉煤气为燃料的航改型燃机用于发电。最终，这款LM2500+航改型燃机以保有量大、启动迅速、结构紧凑、占地面积少、单机功率明显大于竞争对手等优势，从候选燃机中脱颖而出。
图：GE LM2500+航改型燃气轮机
河南利源发电项目总装机容量约为62MW，年发电4-5亿度电。从2011年正式投入商运以来，河南利源的两套LM2500+燃机机组稳健运行，总体保持了平均98%以上的运转率。项目以本集团焦炉煤气量的多少来进行调峰，在高峰时段利用煤气发电，减少网上电使用，甚至向电网送电，实现能源利用平衡。
图：河南利源发电项目
继河南利源项目之后，江苏天裕能源化工集团有限公司、河北华丰煤化电力有限公司、江西九江等企业也上马了航改型燃机发电项目，安装了GE生产的 LM 2500系列的机组。
河南利源发电项目肩负着为集团供热和供电的重任，燃机的稳定性与可用率是保证集团各产业链生产稳定与盈利稳健的关键。但就像要让跑车一直跑得快，得需要精于维护一样，要想让燃机一直保持这样的高效率，优秀的发电服务必不可少。作为电厂的掌舵人，河南利源煤焦集团发电总厂厂长郭现增将自己对电厂日常运营维护的要求总结为五条：降低故障维修风险，提高设备稳定性和可用率，优化维修成本，及时准确的了解燃机健康状况，以及提高运营管理水平。
图：河南利源煤焦集团发电总厂厂长郭现增
航改技术，技“精”业“湛”
GE LM2500系列是GE 航改型燃气轮机中广受欢迎的产品。所谓“航改型燃气轮机”，是从航空发动机转型来，它将原来航空发动机产生推力的那一部分去掉，而由航空发动机带着发电机发电的设备。
航改型燃机采用“基于状态的维修CBM（Condition Based Maintenance）”，又称“视情维修（On-condition Maintenance）”的设备运维原则。这个原则假定燃机的故障不是突然发生的，而是随着时间变化逐渐形成。如果某些参数，如振动参数，温度参数等超过了预定值，就意味着燃机的状态需要进行维修。这样的判断方法，既可以避免过度维修带来的资源浪费，也可以防止不能及时维修导致非计划性停机的情况发生。
基于这一原则，GE制定了详细的燃机检测方案。一般来说，每运行4,000小时，进行一次机组例行检查和孔探检查；每8,000小时，进行一次总体检查，除孔探检查外，对整个燃机的传感器进行校验；每25,000小时，进行一次中修，对热部件进行更换；每50,000小时，进行一次机组大修。
2018年，按照设备投运5万小时，需要进行大修的惯例，河南利源与GE签订大修合同。不同于重型燃机在现场实施维护工作，航改型燃机的大修主要采用“交换”和“返厂维修”两种方式。采用“交换”的方式就是用修好的发动机替换待修的发动机。这种方式的优点在于维护效率高、停机时间短。因为航改型燃气轮机是基于航空发动机的模块化设计，一般来说，连拆带装只需十天左右的时间。类似于如果首发球员在比赛过程中太过疲劳，教练可以先让替补上场。首发球员在状态充分恢复后再返回赛场。如采取“返厂维修” 的方式则需将发动机运至GE位于美国休斯顿的工厂进行维修，修好后再运回安装。
在最初签订合同时，GE与河南利源商定采用一台交换，一台维护的方式。但客户现场情况发生变化，需要尽可能保证机组可用率。根据客户需求，GE灵活变更原有解决方案，将两台燃机都改成交换模式，帮助客户实现“大修不停产”。
目前两个机组的大修已于2018年3月和8月进行。“由于良好的产品质量和得当的设备维护措施，用于交换的已经运行5万多小时的旧机组非常好，压气机和压片还有金属光泽。采用交换的方式不仅控制了服务成本价格，而且最大限度保障了生产的持续性。”郭现增说。
在实际操作中，GE又加快进度，原本需要十天左右的交换流程，最后用了不到一个礼拜的时间就完成了，将大修对客户生产的影响降到了最低。
“GE发电在中国已经进入了‘本土化2.0’的时代。服务中，我们不是将已有方案进行简单移植，而是根据客户需求量身定制，提高客户的经营灵活性，降低实际维修停机时间。”GE发电服务中国区总经理许欣表示。
本土服务，解决最后一公里的“瓶颈”
GE已经建立了对航改型燃机的本地服务能力，可以基于客户需求，联合全球检修网络，结合计划性维护和视情况维护，以最低的成本帮助客户实现最高的可用性和可靠性。
同时，GE为客户提供了“交易式”与“合约式”两种服务模式，供客户根据自身情况自由选择。无论客户选择哪种服务模式，GE都会与客户建立起定期沟通机制，根据客户提出的需求共同商讨解决方案，并定期组织客户参加技术分享会，将最新的技术动态分享给客户，与客户一起走在技术的前沿。
在河南利源项目具体技术执行过程中，GE发电服务派出的本土商务团队得到了利源的高度认可。商务团队核心人员都是工程背景出身，单兵作战能力强，在现场独当一面，还可以很顺畅地调动美国、新加坡等不同地区的工程资源，及时解决现场可能遇到的问题。因为都是本土团队，就避免了时区、语言，以及文化差异等不利因素，使得客户的需求得以快速响应，项目进度得以快速推进。
河南利源项目现场燃机采用的是双燃料系统：首先通过柴油点火、启动机组；待机组运行到五千负荷，煤气条件具备切气条件之后，燃机运行人员执行手动燃料切换程序，将柴油切换为焦炉煤气。项目投产初期，由于焦炉煤气的杂质较多，而燃料喷嘴设备内部燃料管路又非常精密、细窄，常常发生杂质积结、堵塞的现象，导致机组无法连续正常运转，非计划停机频繁。
GE公司会同利源项目工程技术人员，集结了工艺、设备、控制等各方面的专家，共同提出以下方案，攻克了这一难题：首先，在供气管路上增加了煤气预过滤系统，增加煤气预处理强度；其次，在油切气的燃料转换过程中，使用氮气进行缓冲，有效改善喷嘴管路堵塞的情况。“当时我们调集了很多专家会同河南利源现场技术人员，在反复会商之后，共同拟定了这个方案，”GE发电航改型燃机高级服务经理赵永生说，“将这个方案付诸实施之后，喷嘴的问题就解决了。客户对GE的本土技术能力、服务能力十分赞赏。”
“如果满分是10分，我可以给12分，”郭现增说，“GE随时能够进行沟通，而且服务态度好。有的时候非工作时间有事情，发个微信，邮件也能解决问题。这些年随着GE发电服务团队本土化能力的增强，本土团队的成熟，给我们带来了更多的便利。”
原文刊载在9月17日出版的《机电商报》。
