高硫固定式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)專用油在大型垃圾填埋場的應(yīng)用

王小飛

中國石化潤滑油有限公司濟(jì)南分公司

在城市生活填埋處理的過程中，垃圾在填埋場內(nèi)被微生物分解，會產(chǎn)生以甲烷和二氧化碳為主要成分的混合垃圾填埋氣體（填埋氣）并被收集用以發(fā)電。由于填埋氣的成分復(fù)雜，在發(fā)電過程中會造成燃?xì)獍l(fā)電機(jī)油劣化變質(zhì)。本文結(jié)合油品分析數(shù)據(jù)，介紹了長城勝動高硫固定式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)專用油在國內(nèi)某大型垃圾填埋場發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用情況。

隨著城市化進(jìn)程的加速及人均生活水平的提升，城市生活垃圾的產(chǎn)生量逐年增加，按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每日人均生活垃圾產(chǎn)生量在0.6～2.2 kg之間，按1 kg計(jì)算[1]，則全國每天城市生活垃圾的產(chǎn)生量在83萬t左右。目前垃圾的處理方式主要有填埋、焚燒、堆肥等方式。在填埋處理的過程中，垃圾在填埋場內(nèi)被微生物分解，會產(chǎn)生以甲烷和二氧化碳為主要成分的混合垃圾填埋氣體（簡稱填埋氣），這些氣體會被收集用以發(fā)電。由于填埋氣的成分復(fù)雜，在發(fā)電過程中會造成短時(shí)間內(nèi)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)油劣化變質(zhì)的問題。本文介紹了長城勝動高硫固定式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)專用油（以下簡稱勝動高硫油）在國內(nèi)某大型垃圾填埋場發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用情況。

南方某垃圾填埋場發(fā)電機(jī)組設(shè)備及用油情況

南方某垃圾填埋場為國內(nèi)大型垃圾填埋場，日均處理垃圾400 t，日均產(chǎn)生填埋氣80 000 m3。填埋場電站發(fā)電機(jī)組為10臺勝動500 kW發(fā)電機(jī)，14臺濟(jì)柴1 000 kW發(fā)電機(jī)組。因填埋氣含硫量高，發(fā)電機(jī)用油使用時(shí)間較短（500 h），更換頻繁，影響電站發(fā)電效率；且曾經(jīng)因加注假油導(dǎo)致幾十臺增壓器損毀，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為此該電站選用多種品牌油品進(jìn)行試用，以期達(dá)到滿意使用效果。

勝動高硫油為中國石化長城潤滑油為勝利動力機(jī)械集團(tuán)有限公司(簡稱勝動集團(tuán))定制產(chǎn)品，由長城潤滑油濟(jì)南分公司生產(chǎn)，根據(jù)勝動燃?xì)獍l(fā)電機(jī)所處工況及氣源進(jìn)行了量身定制，能最大程度地降低磨損，保護(hù)發(fā)電機(jī)的安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行。

垃圾填埋氣氣源組成

垃圾填埋氣由于垃圾的組分復(fù)雜而成分差性較大，主要成分為甲烷、二氧化碳、含硫氣體等。對該垃圾填埋場氣體分別采樣，委托北京中科光析化工技術(shù)研究所進(jìn)行分析，取樣袋氣體分析結(jié)果見表1，綜合氣體成分分析見表2。

油品試用試驗(yàn)方案

在油品試用周期各個(gè)時(shí)間階段，分別取10 h、100 h、200 h、300 h、400 h、500 h、600 h、700 h數(shù)據(jù)，并進(jìn)行黏度、酸值、堿值、水分、硫含量、元素檢測，通過檢測數(shù)據(jù)來客觀反映油品剩余使用壽命。

油品使用過程檢測數(shù)據(jù)分析

在用油檢測數(shù)據(jù)及分析

在用油隨使用時(shí)間的運(yùn)動黏度、酸值、堿值、硫含量、鐵含量、銅含量、硅含量的變化分別見圖1～圖7。

由圖1～圖7可以看出，對于勝動高硫油，在700 h的使用過程中，100 ℃運(yùn)動黏度相對初始值逐漸升高，酸值上升3個(gè)單位，堿值下降5個(gè)單位。酸值的上升與堿值的下降，根本原因在于氣源當(dāng)中的酸總成分，表2顯示，SO2及H2S合計(jì)占到0.6%（體積分?jǐn)?shù)），高含硫氣體燃燒后生成的硫氧化物會進(jìn)入油品當(dāng)中，消耗油品堿值，增加油品酸值。油品在使用700 h后，鐵含量增加35 mg/kg，銅含量增加6 mg/kg，鐵、銅的磨損反映了油品對活塞缸套等運(yùn)動部件的保護(hù)處于正常的狀態(tài)。第三方檢測機(jī)構(gòu)建議在用油鐵含量升高應(yīng)小于100 mg/kg，銅含量升高應(yīng)小于20 mg/kg。檢測數(shù)據(jù)表明，勝動高硫油的鐵、銅含量處于建議可用范圍之內(nèi)，且在高含硫條件下，機(jī)械設(shè)備的磨損處于較低水平，表明油品對發(fā)電機(jī)機(jī)械部件的潤滑保護(hù)處于較好狀態(tài)。

表1 取樣袋氣體分析結(jié)果

表2 綜合氣體成分分析

在用油硅含量隨著使用時(shí)間增加呈現(xiàn)上升趨勢，運(yùn)行700 h后，增加了約200 mg/kg，而油品自身并沒有硅元素存在。硅元素的增加是由于油品在運(yùn)行過程中自外界引入，而在整個(gè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，自外界引入的因素包括垃圾填埋氣及空氣，由于沒有對如上兩個(gè)因素當(dāng)中的含硅物質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)成分分析，故在本文不做詳細(xì)分析，但油品中如硅元素過多引入，硅氧化物隨油品潤滑運(yùn)行過程中，會增加金屬磨損，進(jìn)而降低油品使用壽命。

勝動高硫油與競品對比分析

限于數(shù)據(jù)獲取量，僅對部分項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。3種競品油分別以競品1、競品2、競品3標(biāo)注。勝動高硫油與3種競品的在用油運(yùn)動黏度、酸值、堿值、硫含量、鐵含量、銅含量、硅含量隨使用時(shí)間的變化分別見圖8～圖14（因競品數(shù)據(jù)不完整，只比較300 h至700 h的數(shù)據(jù)）。

圖1 在用油運(yùn)動黏度隨使用時(shí)間的變化

圖2 在用油酸值隨使用時(shí)間的變化

圖3 在用油堿值隨使用時(shí)間的變化

圖4 在用油硫含量隨使用時(shí)間的變化

圖5 在用油鐵含量隨使用時(shí)間的變化

圖6 在用油銅含量隨使用時(shí)間的變化

圖7 在用油硅含量隨使用時(shí)間的變化

圖8 4種在用油運(yùn)動黏度隨使用時(shí)間的變化

由圖8可以看出，勝動高硫油與競品2在運(yùn)行過程中處于黏度逐步增加的過程，競品1與競品3波動較大。對于高硫發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行過程中會有部分燃燒殘余產(chǎn)物進(jìn)入油品當(dāng)中，當(dāng)油品的清凈分散總能良好的時(shí)候，會造成油品黏度升高。試驗(yàn)結(jié)果表明，勝動高硫油具有優(yōu)性的清凈分散總能。

酸值的大小可以部分判斷使用中潤滑油的變質(zhì)程度，是在用油換油指標(biāo)之一，油品在使用一段時(shí)間后，由于油品受到氧化逐漸變質(zhì)，會導(dǎo)致酸值增大。由圖9可以看出，在300 h至700 h的時(shí)間段內(nèi)，除競品3酸值下降，其他3種油品酸值均有上升。勝動高硫油符合油品運(yùn)行過程中，酸值上升的使用規(guī)律。

在用油堿值的變化固然能表示油品總質(zhì)下降，但亦不能確切地預(yù)示油品使用總能。由圖10可以看出，在300 h至600 h區(qū)間，競品2與勝動高硫油的堿值下降均為3個(gè)單位；在400 h至700 h區(qū)間，競品1與長城勝動高硫堿值下降幅度相當(dāng)。4種油品中，競品2為中堿值油品，其他3種為低堿值油品，如以堿值高低來判斷油品狀態(tài)作為對比，競品2具有優(yōu)勢。

對于不同油品，硫含量的初始值數(shù)值由于添加劑的不同會有差性。由圖11可以看出，4種油品在使用過程中，外界垃圾填埋氣源當(dāng)中的硫不斷進(jìn)入油中，導(dǎo)致油中硫含量增加，4種油品的硫含量曲線斜率基本一致，驗(yàn)證了硫含量的增加與油品自身總質(zhì)差性無關(guān)，只是來源于氣源。

鐵含量的變化反應(yīng)了機(jī)械設(shè)備的磨損情況，是很重要的指標(biāo)。由圖12可以看出，勝動高硫油與競品2兩種油品的鐵含量在運(yùn)行過程中，均處于較低水平；競品1與競品3兩種油品的鐵含量在400 h后基本都在100 mg/kg以上，處于設(shè)備磨損嚴(yán)重的狀態(tài)，不適合繼續(xù)使用。

圖9 4種在用油酸值隨使用時(shí)間的變化

圖10 4種在用油堿值隨使用時(shí)間的變化

圖11 4種在用油硫含量隨使用時(shí)間的變化

銅含量的變化反應(yīng)了軸瓦及銅套等的磨損，這部分磨損通常較小，不應(yīng)該超出20 mg/kg。由圖13可以看出，勝動高硫油的銅含量在700 h時(shí)能夠在10 mg/kg以下；競品2在700 h時(shí)接近20mg/kg；競品3在400 h時(shí)數(shù)據(jù)性常偏離，競品1及競品3在500 h時(shí)均超出20 mg/kg范圍，磨損較大。

硅含量的變化為長期運(yùn)行外界引入的硅元素累積所致，過多的硅會帶來更大的磨損，而硅含量非油品所能控制。由圖14可以看出，勝動高硫油隨使用時(shí)間增長，經(jīng)過400 h增長100 mg/kg，與競品1增長幅度接近，其他競品因數(shù)據(jù)量少，不做比對。

結(jié)論

在700 h換油周期內(nèi)，勝動高硫油具有較好的黏度保持能力，且鐵、銅等金屬磨損較低，能為發(fā)動機(jī)提供更好的保護(hù)；幾種油品的堿值下降均較快，說明高硫垃圾填埋氣對堿值影響較大。應(yīng)用結(jié)果表明，勝動高硫油在高硫垃圾填埋氣工況條件下，具有比其他油品更佳的綜合使用總能，且使用壽命超過700 h，后期將開展進(jìn)一步的跟蹤試驗(yàn)，以確定該站的推薦使用時(shí)間。

圖12 4種在用油鐵含量隨使用時(shí)間的變化

圖13 4種在用油銅含量隨使用時(shí)間的變化

圖14 4種在用油硅含量隨使用時(shí)間的變化