摘要：煤气成分具有多样性，内部各种杂质对燃气轮机运行的影响是不一样的。所以，为了更好的保证燃气轮机安全稳定运行，对煤气内部杂质的研究是非常重要的。同时以包钢CCPP燃气轮机由于煤气管道及阀门内部结垢导致燃机多次跳车的事故进行分析，更直观的看出煤气内部杂质的危害性，以及需要进一步净化的迫切性。
关键词：燃气轮机、煤气成分
目前包钢动供总厂CCPP项目为两台M701S（DA）153MW燃气——蒸汽联合循环发电机组，所用燃料为高炉煤气和焦炉煤气。但由于煤气成分的多样性，在两台机组的调试和正常运行过程中，多次出现煤气管道、阀门内部结垢现象，严重时影响到机组的稳定运行，并要经常停机清理管道内部结垢，大大降低了燃气轮机的运行周期，影响其经济性。因此，对煤气主要成分和杂质进行分析是非常重要的。
一、煤气中所含杂质分析[1]
1、液态碳氢化合物
在进入燃气轮机燃料系统的煤气成分中，含有任何液态碳氢化合物会使煤气的热值发生很大的变化。严重情况下，燃烧中未燃尽的液滴在正常火焰区之外产生火焰，这将损坏燃烧室和透平等受热部件。
2、硫化氢
硫化氢对燃料系统中的某些金属具有腐蚀作用。在高压和有水的情况下，其腐蚀情况尤为严重。
3、有机硫化物
除含有硫化氢之外，还存在着有机硫化物（如二硫化碳、硫化碳酰、硫茂和硫醇等）。这些硫化物对某些金属，尤其是对铜有腐蚀作用。
4、气体燃料的水合物
在含水量很大而温度很低的煤气系统中，容易生成一种冰状的碳氢化合物结晶，这类沉淀物能造成燃料系统的堵塞。
5、萘
萘是一种芳香烃碳氢化合物，有特殊的气味，不溶于水，存在于煤气成分中。是一种极易升华的固态物质。含有气态萘的煤气在温度低的燃料系统中会生成固态萘的沉积物。
6、焦油
焦油是劣质碳氢化合物的黑色混合物。常温下，它们可以从煤气中凝析出来。
7、氨
煤气中所含的氨对铜合金具有腐蚀作用，在燃烧过程中能生成氧化氮，对环境会造成污染。
8、惰性固体颗粒
必须除掉煤气中的灰尘、细砂、碳黑和铁锈等，因为它们能引起煤气系统的堵塞。这些物质通常在燃气厂和焦化厂就应除掉。但是细小的颗粒常常被煤气带入煤气管道，所以对燃气轮机也是有一定危害的。
9、碱金属
在煤气中以及在燃气轮机进口的空气中，钠盐和钾盐的含量必须很低，因为在有水的情况下，它们对煤气系统中的金属有腐蚀作用。值得注意的是，燃烧时碱金属同气体燃料中的硫反应生成碱金属硫化物，对燃气轮机的燃气通道有热腐蚀作用。
二、煤气成分对燃气轮机运行影响分析
焦炉煤气是指用几种烟煤配成炼焦用煤，在炼焦炉中经高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体，是炼焦产品的副产品。高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，高炉煤气的着火点不高，燃烧稳定性不好。两种煤气在供出之前虽然经过脱硫、脱萘、除焦油和除尘装置，但供出的煤气还是含有少量杂质。其中萘和焦油的含量对燃气轮机稳定运行的影响尤为重要[2]。
包钢CCPP所用燃气轮机为日本三菱重工集团生产，燃气轮机要求焦炉煤气的含萘量控制在50 mg/m3 范围内，最高不大于200 mg/m3。而包钢焦炉煤气经除萘后的含萘量大约在800 mg/m3左右，远远高于设计要求。并且萘的结晶温度在40—80℃之间。焦炉煤气由焦化厂产出后直接经焦煤管道送入CCPP的焦煤加压机内，加压后送入混合室参与煤气热值的调节。因此，CCPP在运转过程中管道及阀门的结萘现象比较严重，尤其在冬季煤气温度只有零上几度，虽然已经对各个调节阀做了蒸汽伴热，但萘还是会大量结晶，经常出现阀门堵塞热值升不上去的事情。直接导致燃气轮机非正常运行，严重时必须停机清理结萘管道及阀门才可以正常生产。
2016年2月包钢CCPP 2号燃气轮机出现多次跳车事故，跳车的原因非常类似，都是焦煤A、B调阀瞬间开大，造成焦煤供应压力低跳车。如表1所示为跳车时焦煤A、B调阀开度变化曲线：
燃机正常运转时焦煤A、B调阀开度在20%—30%之间变化，由于每次变化比较缓慢，因此不易造成焦煤供应压力低。但从上表中可以看出，每次跳车时焦煤A、B调阀开度都是瞬间开大，这样就会使焦炉煤气供应压力瞬间降低，造成燃机跳车。所以，我们对焦煤管道及焦煤A、B调阀内部进行检查。检查后发现焦煤管道及焦煤A、B调阀内部结有大量的萘和其他固体颗粒杂质。可以看出萘和其他固体颗粒杂质对管道和阀门的危害是非常大的。尤其对调阀的堵塞，不仅使煤气的流通面积变小，而且会使调阀不好控制。积累的杂质越来越多，调阀开度也越来越大，开度越大越不好控制，最终控制失衡开度过大导致焦炉煤气供应压力低跳车。这一连串的连锁反映归根结底都是煤气内部杂质结垢所造成的。当我们对焦煤管道及阀门内部进行清理后，燃机运转正常，类似跳车事件没有再发生过。因此，去除或减少煤气内部有害杂质也是保证燃气轮机长时间正常稳定运行的重要因素。
三、针对煤气成分的解决思路
目前存在的最大问题就是焦煤管道及阀门的结萘问题，由于焦煤管道及阀门经常结萘，如果不及时清理，燃机将不能正常稳定运转，并对燃机的正常运转产生不安全因素。经常停机清理又会影响燃机的运行周期，非常的不经济。因此如何解决结萘问题已迫在眉睫。所以，为了确保煤气成分达到燃气轮机的使用要求，建议对其进行两个阶段的处理。第一阶段的处理是在焦化厂和燃气厂供出之前的煤气净化工序，经处理后的焦炉煤气和高炉煤气可用于加热炉加热、煤气锅炉燃烧等其他用途。第二阶段就是二级处理，进一步脱除焦炉煤气和高炉煤气中的硫、水、焦油、萘和其他有害物质。经过二级处理后的煤气成分可以作为燃气轮机的燃料使用。因此，从长远来看，我们下一步所做的工作就是最大限度的降低煤气燃料中杂质的含量，只有降低了杂质含量才可以保证燃气轮机的正常稳定运行，并能延长燃气轮机的使用寿命[3]。
参考文献：
[1]杨顺虎.燃气——蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2003：15-42.
[2]钟史明.燃气——蒸汽联合循环发电[M].北京：水利水电出版社，1995：47.
[3]徐明.燃气——蒸汽联合循环发电装置的热力特性及燃气轮机机组热经济性分析[J].能源技术，2003，24（3）：101.
论文作者:张凯博
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
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