王晓华

(陕西未来能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

1 IGCC装置简介

陕西未来能源化工有限公司在煤制油系统正常生产过程中，会副产一定量低热值燃料气(合成驰放气)，部分燃料气经低压燃料气管网供生产系统使用，还有大量燃料气富余，如果不加以回收，直接排放火炬燃烧会造成能源极大浪费，为回收系统副产中压燃料气，实现整个系统节能降耗，煤制油项目配套一套燃气发电装置。发电装置燃气发电机组是采用美国GE公司技术制造的6B机组，型号PG6581B-M，采用MARK Vie控制系统。本机组以低热值的化工系统副产的费托合成驰放燃料气(热值在12.54～19.228 MJ/m3)为主燃料，拖动发电机进行发电。作功后的烟气，排向余热锅炉，副产70 t/h压力为4.2 MPa的中压过热蒸汽，再并入全厂蒸汽管网，为化工系统提供用汽或利用低压余热汽轮机进行发电。余热锅炉配套有SCR法脱硝装置，还原剂为氨气，脱硝SCR催化剂布置在余热锅炉中压蒸发器后，催化剂基材为TiO2，活性材料为V2O5/WO3，采用模块化，结构形式为波纹板式，共12个模块。

2 对机组进行燃烧系统改造，以适应低热值驰放气燃烧

2.1 6B燃机燃烧系统改造

燃烧室及燃料喷嘴的改造以GE公司6B燃机标准燃烧室及燃料喷嘴为基础进行适当改造，重新设计一套新的气体燃料控制阀站。以满足适应烧煤制油合成副产驰放气燃料的要求。改造后燃气轮机采用柴油燃料作为启停机及备用燃料，机组启机并网后带到约12 MW负荷后切换到气体燃料运行。

2.2 双燃料喷嘴密封性改造

运行中，燃气轮机两次出现燃烧室端盖烧红故障，拆检燃料喷嘴并打开燃烧室端盖检查，发现大部分燃料喷嘴旋流器尾部锁片烧蚀断裂，旋流器头部气体燃料出气孔附近存在程度不等的烧蚀，燃油喷嘴烧结毁坏情况。会造成中压燃料气成分及热值大幅波动，也会造成双燃料喷嘴内燃气压力与压气机排气压力差值较大，从而部分可燃气体自旋流器螺纹线处漏出，出现回火现象，进而造成燃料喷嘴旋流器出现烧蚀、燃油喷嘴烧结毁坏的情况，通过在安装旋流器时，将旋流器的螺纹线内涂满耐温600～800 ℃的汽缸密封胶，同时在螺纹牙尖部嵌入一道0.1～0.15 mm丝径的紫铜丝，增加其密封性，从而保证燃料喷嘴不烧蚀。

3 低热值燃料气燃气蒸汽联合循环运行优化

由于燃料气热值偏低，燃机低负荷约20 MW以下时运行，燃机排烟气温度约400 ℃，与设计值541.8 ℃偏差较大，造成中压余热锅炉无法投用，仅能实现燃气轮机简单循环，通过理论计算及实际检验，在燃机20 MW以下负荷时，运行模式改为IGV联合循环温度控制模式，将压气机可转角度IGV开度由84°降低至57°，提高燃机排气温度至500 ℃左右，使余热锅炉及脱硝装置投入运行，实现了热电联产，保证烟气达标排放。IGV模式运行时，需严密监控燃气轮机排烟温度分散度，保证分散度小于30 ℃，保证燃气轮机燃烧稳定。

为保证燃机负荷最大化，燃机燃料气压差低于4.0 kg/cm2时，燃机尽量增加负荷，保证燃机燃料气压差在4.0～4.3 kg/cm2之间，但燃机负荷在22 MW时，由于燃料气热值波动，增加负荷后，燃机排烟温度分散度波动较大，最高时可达60 ℃以上，容易造成燃机排烟分散度大跳机，因此在燃料气热值不稳定时以稳定燃机运行为主，尽量保证燃机燃料气压差低。

4 运行中烟气NOx升高原因分析及解决措施

燃气轮机运行负荷35 MW左右，NOx维持排放浓度在80 mg/m3左右，2020年12月份，由于费托合成系统的调整，燃料气组分及热值发生变化，余热锅炉排烟中NOx升高，通过提高氨气用量及降低燃气轮机负荷保证排烟中NOx指标在范围之内。费托合成系统调整完成后，燃料气热值恢复至17.138 MJ /m3左右，CO含量恢复至30%左右，燃气轮机负荷恢复至30～35 MW左右，余热锅炉排烟NOx基本维持在90～100 mg/m3之间，无法再降低至80 mg/m3左右。通过对脱硝催化剂前后烟气实测NOx数据对比，可以看出脱硝催化剂效率降低，催化剂效率下降是NOx浓度升高的主要原因，数据见表1。

表1 催化剂效率对比

余热锅炉催化剂2019年11月进行更换，更换后余热锅炉进口压力为2.0 kPa左右，运行后余热锅炉入口压力较稳定，2020年7月份为2.4 kPa左右，10月份为3.0 kPa左右，11月份压差为3.5 kPa左右。12月份为4.0 kPa左右，达到满量程。余热锅炉进口压力增加较大，出口压力变化不大，由于催化剂为波纹板式催化剂，催化剂节距为3.1 mm，余热锅炉烟道整体及催化剂前后压差增大，催化剂存在堵塞情况，为催化剂下降主要原因。

2021年1月26日，燃气轮机组停运对催化剂进行检查，发现催化剂前表面覆盖一层杂质，催化剂存在堵塞，对催化剂进行清理。由于余热锅炉烟道为内保温，对烟道内保温进行检查，由于保温棉固定爪处垫片脱落及保温棉压板缝隙密封不严，导致保温棉脱落，覆盖在催化剂表面，导致催化剂堵塞，降低了催化剂效率。

通过催化剂清理后，燃气轮机开车后余热锅炉入口压力降至1.5 kPa左右，NOx排放指标正常，相对清理前，每小时减少了液氨用量约60 kg，同时由于燃气轮机排烟阻力减小，燃机负荷平均每小时提高2 MW左右。

5 总 结

结合实际生产情况，通过对燃气轮机双燃料喷嘴进行改造，优化燃机低负荷下运行方式，同时通过余热锅炉SCR脱硝，保证了燃气轮机组在低热值燃料气波动情况下稳定运行，同时确保烟气达标排放，实现了燃气蒸汽联合循环，保证了IGCC长周期稳定运行，实现了费托合成驰放气回收利用。