GEI 41040G 重型燃气轮机燃气规范

54 +5% 见注释 9
40 -5% 2.2:1 ÁÁÁÁÁ
100 ÁÁ 15 ÁÁÁÁÁÁÁ 15 ÁÁÁÁÁÁÁ 5 微量 微量 微量 15 报告 报告
85 0 ÁÁ 0 0 0 0ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0 0 0 0
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
表2b 允许的气体燃料杂质等级 透平入口限额 Xe ppbw 等价含量，十亿分之一 燃机型号 MS3000 MS5000 B、E 和 F级 微量金属 20 铅 10 钒 40 钙 40 镁 钠+钾见注释14 (Na/K)=28 (Na/K)=3 (Na/K)=<1 颗粒见注释15 总量 10微米以上 600 6 400 4 30 0.3 7.2 .072 2.4 .024 颗粒限额与GE公司 协商 20 10 6 3 3 3 1.00 .50 .30 .24 .12 .072 .080 .040 .024 碱金属的限额（钠 和 钾 ） 见 GEI 107230（1） 40 2.0 .480 .160 40 2.0 .480 .160 10 .5 .120 .040 20 FB、H级 燃料等价限额，等价杂质含量， 见注释13 ppmw百万分之一 燃机型号 MS3000 MS5000 B,、E 和 F级 透平入口流量/燃料 流量(E/F) 50 1.00 12 .240 4 .080 FB、H级
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I、概述 GE公司生产的重型燃气轮机能够燃烧种类广泛的气体燃料，如表1所示。由于这些气体 燃料中含有活泼的或惰性成分， 从而使这些气体燃料具有较宽的特性范围。 为使燃气轮机能 够安全可靠地燃用这些燃料，本规范对气体燃料的物理特性、成分及杂质的范围做了限定。 表2a规定了这些燃料特性和成分所允许的极限， 表2b列出了对杂质的限额。 这些表格列 出了适用于所有系列燃气轮机和各种类型燃烧室的燃料。 超出这些限额的燃料可以用在特定 的场合，例如在大多数情况下，氢含量高的燃料可以用于标准燃烧室。想获得这些燃料更详 细的资料可与GE公司联系。 表3区别了表2a和表2b中用来确定气体燃料特性所采用的试验方法。ÁÁÁÁÁ 表1 气体燃料分类 燃料 天然气和液化天然气 液化石油气 气化气体燃料 -鼓风气化 -吹氧气化 过程气体燃料 低位发热值 Btu/scft 800-1200 2300-3200 100-150 200-400 300-1000 ÁÁÁÁÁÁÁ 主要成分 甲烷 丙烷，丁烷 一氧化碳、氢气、氮气、水蒸气 一氧化碳、氢气、水蒸气 甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳
表2a 气体燃料规范(见注释1和2) 燃料特性 气体燃料压力 气体燃料温度 F 低位发热值，Btu/标准立 方英尺 修正的Wobbe指数(MWI) - 绝对限额 - 限额范围 可燃比 成分限额,摩尔% 甲烷 乙烷Á 丙烷 丁烷+石蜡 (C4+) 氢 一氧化碳 氧 惰 性 气 体 总 量 (N2+CO2+Ar) 芳烃(苯、甲苯等) 硫 最大 随机组和燃烧 室类型而变化 见注释4 没有 最小 随机组和燃烧 室类型而变化 随气体燃料压 力而变化 100-300 注释 见注释 3 见注释 4 见注释 5 见注释6 见注释7 见注释8 富:贫燃料/空气容积比 见注释10 组成成分的百分数 组成成分的百分数 组成成分的百分数 组成成分的百分数 组成成分的百分数 组成成分的百分数 组成成分的百分数 (成分+惰性气体)总量的百 分数 见注释 11 见注释 12
GEI 41040G GE动力系统
重型燃气轮机气体燃料规范
南京燃气轮机研究所 翻译：黄雪忠 校对：孟广太 2003年7月13日
I. II. A. B. C. III. A. B. C. D. E. F. G. H. IV. A. B. C. D. V. A. B. C. D. E. F. G. H.
ÁÁÁÁÁÁÁ 试验方法注释：A.测试方法注释 1、碳氢化合物和水的露点应由露点测量器（冷镜仪）直接测定。如果露点无法测量，应采 用其它的对碳氢化合物的成分从C1到C14进行鉴定的气体分析方法。 这种分析方法的精确 度必须大于10ppmv。 如果没有出现较重的碳氢化合物， 到C6+的标准的气体分析通常不适 用于露点计算，大多数液化天然气都是这种情况。 2、本试验方法不能检测到可冷凝的硫蒸发物。必须采用专门的过滤设备以测量硫蒸发物的 浓度。向GE公司咨询以获得更详细的资料。 II. 气体燃料分类 A. 天然气、液化天然气和液化石油气 天然气中的主要成分是甲烷以及极少量的较重的碳氢化合物，如乙烷、丙烷和丁烷。液 化石油气的主要成分是丙烷和丁烷以及微量的较重的碳氢化合物。 1、天然气 天然气的热值通常在800到1200 Btu/标准立方英尺范围之间。实际的热值取决于气体中
附 录 附录1 附加定义……………………………………………………………………12 附录2 颗粒尺寸限额………………………………………………………………13 附录3 等价的杂质关系式（除FB、H级外的所有燃机）………………………13 附录4 气体燃料最低温度要求计算………………………………………………14 附录5 参考文献……………………………………………………………………14 列表 表1. 气体燃料分类………………………………………………………………2 表 2a. 气体燃料规范……………………………………………………………2-3 表2b. 气体燃料杂质等级…………………………………………………………3 表3. 气体燃料试验方法………………………………………………………………4 列图 图1. 氢气和湿气的过热要求……………………………………………………8 图2. 湿气的露点——典型的天然气浓度和压力函数…………………………8
目 录 概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .…2 气体燃料分类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .…5 天然气、液化天然气和液化石油气………………………………………5 气化燃料……………………………………………………………………5 过程气体燃料………………………………………………………………6 燃料特性……………………………………………………………………6 热值…………………………………………………………………………6 修正的Wobbe指数…………………………………………………………6 过热要求……………………………………………………………………7 碳氢化合物的露点…………………………………………………………8 湿气的露点………………………………………………………………… 8 可燃性比率…………………………………………………………………9 气体燃料成分限额…………………………………………………………9 气体燃料的供给压力………………………………………………………9 杂质…………………………………………………………………………9 颗粒…………………………………………………………………………9 液体…………………………………………………………………………9 硫……………………………………………………………………………9 微量金属……………………………………………………………………10 杂质的来源…………………………………………………………………10 颗粒…………………………………………………………………………10 液体. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 硫……………………………………………………………………………11 微量金属……………………………………………………………………11 空气…………………………………………………………………………11 蒸汽…………………………………………………………………………12 水……………………………………………………………………………12 燃料…………………………………………………………………………12
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10、不满足这些限额的备用燃料应告知GE公司以便进一步审查。GE公司会对所有的燃料根 据实际情况进行审查。 （见第III章G） 11、为提高热效率而加热燃料时（例如：燃气温度Tgas > 300F） ，如果出现过量的芳烃就有 可能形成焦油。向GE公司咨询以获得更详细的资料。 12、本规范对气体燃料中硫的含量不做限制。经验表明燃料中硫的容积含量达到1%时，对 氧化/腐蚀的速率影响并不大。高温燃气通道部件的高温腐蚀是通过规定微量金属的限 额来控制的。 当提及余热锅炉腐蚀、 选择性催化还原剂沉淀物、 排放物、 系统材料要求、 单质硫沉积和硫化铁时应考虑硫的含量。 （参见第IV章D） 13、 标出的杂质限额表示透平进口部分所允许的总限额。 如果类似的杂质出现在压气机进气 和燃烧室注汽/水中时，那么这些限额要降低。具体应用限额可与GE公司协商。 14、 盐水中的钠和钾是通常存在于天然气中仅有的腐蚀性微量金属杂质。 Na/K =28是海水中 标称的含盐率。在气化气体燃料和过程气体燃料中也会发现其他微量金属杂质。GE公 司将会根据实际情况进行审查。 15、 设计气体燃料输送系统用来防止固体颗粒产生或进入燃气轮机气体燃料系统。 这将包括 但不局限于颗粒过滤器和从颗粒过滤器到燃气轮机设备进口的无腐蚀（例如：不锈钢） 管道。在燃气轮机运行之前，气体燃料管道系统要彻底清扫、冲洗和保养。 （见第IV章 A） 16、 供给的气体燃料应完全不含液体。 液体的进入会造成燃烧室或高温燃气通道部件的损坏。 （见第III章C） ÁÁÁÁÁ 表3 特性 气体取样程序 到C6+的气体成分（气体色谱法） 扩展到C14的气体成分 热值 比重 压缩性系数 露点（见试验方法注释1） 硫（见试验方法注释2） 气化燃料的试验方法 方法 GPA 2166(3) ASTM D 1945 GPA 2286(4) ASTM D 3588 ASTM D 3588 ASTM D 3588 ASTM D 1142 ASTM D 3246
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碳氢化合物和惰性气体含量的百分数。 天然气是从地下气田中开采出来的。 这些原始气中可 能含有不同含量的氮气、二氧化碳、硫化氢以及盐水、沙、泥土等各种杂质。天然气供应商 通常在输送天然气之前， 已降低或除去了这些有害成分和杂质。 为了确保供给燃气轮机的燃 料能够满足本规范的要求，必须对气体燃料进行分析。 2、液化天然气 液化天然气是对天然气进行干燥、压缩、冷却并膨胀到-260F，14.7 磅/英寸2压力下制 成的。该产品以液态形式运输，在加压并加热到大气温度后可以以气态形式输送。该成分中 不含惰性气体和湿气，可看作是优质天然气。液化天然气可以吸收管道中的湿气，但并非湿 气源。 在500磅/英寸2压力下碳氢化合物的露点通常是低于-10F的。但是，根据处理步骤和储 存容器的大小，如果在输送过程中不断地气化，那么露点可能会提高。对蒸发物进行冷却、 再压缩可以避免这种隐患。 应从气体燃料供应商处获取成分含量的预计变化范围， 以便确定 露点的潜在变化。 3、液化石油气 液化石油气的热值通常在2300到3200 Btu/标准立方英尺范围之间（低位发热值） 。由于 液化石油气有较高的商用价值，这些燃料通常作为燃气轮机主要气体燃料以外的备用燃料。 由于液化石油气通常以液态储存， 因此在气化过程和气体供应系统中使燃料温度保持在最低 过热度以上尤为重要。为满足这些要求，需要对燃料加热并进行伴热。 B. 气化燃料 气化燃料是由吹氧气化或鼓风气化而产生的， 并且是用煤、 石油焦或重液体燃料作原料。 通常， 气化燃料的热值明显低于其它气体燃料。 这些低热值的气化燃料使燃料喷嘴的有效面 积大于烧天然气的燃料喷嘴面积。 1、吹氧气化 吹氧气化的气体燃料热值在200到400 Btu/标准立方英尺范围之间。 这些燃料中氢的容积 含量通常在30%以上，H2/CO的摩尔比在0.5到0.8之间。吹氧气化燃料经常混入蒸汽以控制 热氮氧化物以改善循环效率和增加功率。 由于这些燃料中氢含量很高， 干式低氮氧化物燃烧 室（DLN）通常不宜使用吹氧气化燃料（见表2a） 。氢含量高的燃料的火焰速度快，会引起 逆燃或使DLN预混合燃烧系统前部区域熄火。使用这些燃料时需要由GE公司来评估。 2、鼓风气化 由鼓风气化而产生的气体燃料热值通常在100到150 Btu/标准立方英尺之间。 这些燃料中 氢的容积含量在8% 到20%范围之间， H2/CO的摩尔比在0.3到3.1。这些燃料的使用和处理 与吹氧气化燃料的使用和处理相类似。 就气化燃料而言， 透平总的质量流量中有相当一部分来自燃料。 使用吹氧气化燃料还需 要加入稀释剂（通常为氮）这也有助于控制氮氧化物。为确保系统的可操作性，需要对燃气 轮机和气化设备进行仔细地匹配。 由于吹氧气化和鼓风气化燃料的容积热值都很低， 因此需 要特殊的燃料系统和燃料喷嘴。 C. 过程气体燃料 在许多化学过程中产生的过剩气体可用作燃气轮机的燃料（例如尾气和伴生气） 。这些 气体通常是提取石油化学产品之后的副产品， 其成分主要是甲烷、 氢、 一氧化碳和二氧化碳。 含有氢和一氧化碳成分的这些燃料有较高的贫/富可燃性极限。这些类型的燃料常常需要加 入惰性气体并利用机组停机时对燃气轮机气体燃料系统进行清吹或者切换到常规燃料。 当过 程气体燃料具有极端的可燃性极限时， 会使燃料在透平排气条件下爆燃， 因此需要一种更常 规的起动燃料。用作燃气轮机燃料的其他过程气体燃料是炼钢时的副产品。它们是：
FB 、 H 级燃气轮机 的铅、钒、钙、镁 的限额与其他型号 燃机的限额相同
液体：不允许含有液体，气体燃料必须过热。见注释16 燃料特性和杂质注释： 1、所有燃料的特性必须满足从点火到带基本负荷的要求，除非另有规定。 2、数值和限额适用于气体燃料控制模块的入口，一般为买方的接口，图1。 3、最低和最高的气体燃料供应压力要求由GE公司提供，作为机组建议的一部分。 4、气体燃料的最低温度必须满足第III章C所述的过热度要求。包括对碳氢化合物和湿气过 热度的单独要求。燃料的最高允许温度在GEK 4189(2) 中有规定。 5、所示热值范围仅供参考。具体的燃料分析必须提供给GE公司以便正确分析。 （见第III章 A） 6、修正的Wobbe指数（MWI）的定义见第III章B。 7、所示MWI的上下限是在标准干式低氮氧化物燃料（燃烧）系统设计中提供的。超出此范 围的燃料需要另外的设计和研制。 仅对高惰性气体含量的燃料才需进行燃料加热， 使之 保持在最小MWI限额之上。 8、在某些情况下MWI的变化超过+5%或-5%也是可以接受的， （例如：与气体燃料加热一体 化的机组） 。当变化超过+5%时，GE公司必须对所有的条件加以分析和认可。 9、没有规定最大可燃比极限。可燃比明显超出天然气的燃料，需要采用一种起动燃料。