MS6001FA燃氣輪機DLN2.6+燃燒系統分析

沈琪

摘 要：簡要介紹了MS6001FA型燃氣輪機的結構，DLN燃燒技術的由來及優、缺點，DLN2.6+燃燒室的結構、特點和燃燒過程。

關鍵詞：燃氣輪機；燃燒室；氮氧化物；軸流式壓氣機

中圖分類號：TK479 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0009-02

隨著環保要求的日益嚴格，燃氣輪機燃燒室的發展主要圍繞著“如何降低氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氫化合物（UHC）等燃燒污染物排放”的主題進行。經過2O多年的發展歷程，已經積累了大量的關于干式低NOX（簡稱“DLN”）燃燒室的成果和實際運行經驗，它已成為當今國際上普遍采用的較為成熟的技術。本文主要針對MS6001FA型燃氣輪機的燃燒系統，分析其燃燒過程和特點。

1 MS6001FA型燃氣輪機的結構概況

MS6001FA型燃氣輪機是由美國GE公司生產。燃氣輪機由1個17級的軸流式壓氣機、1個由6個DLN2.6+燃燒室組成的燃燒系統和1個3級透平轉子等組成。圖1所示為燃氣輪機的總體結構圖。

2 DLN燃燒系統介紹

從20世紀80年代開始，環保要求日益嚴格，GE公司不斷開發、改進了DLN燃燒技術，并于1991年初推出了燃燒天然氣的DLN燃燒系統。

“干式”是相對于注水、注蒸汽方式而言的。DLN燃燒技術是通過合理控制燃燒火焰溫度（低于1 650 ℃）而實現燃氣以低氮氧化物形式排放的技術。該技術主要是通過對燃氣輪機燃料的預混，實現對燃料、空氣摻混的合理控制，使燃料在火焰筒中處于“貧油”燃燒狀態，從而降低火焰的中心溫度，減少氮氧化物的生成。簡單來說，就是用貧預混方式的湍流火焰傳播燃燒方法取代傳統燃燒室中的擴散燃燒方式。

DLN燃燒系統是一個整體，包括分級或單級預混燃燒室、控制系統以及燃料系統和一些輔助系統。DLN燃燒技術的研究內容包括燃燒室的改進、燃料分配和運行方式的優化，目標是控制燃料空氣比和燃燒時間，獲得排放煙氣的低氮氧化物，同時降低燃燒噪聲，保證部分負荷燃燒的穩定性和足夠的燃氣停留時間，使一氧化碳完全燃燒。

2.1 DLN燃燒技術的優、缺點

DLN燃燒技術具有以下優、缺點：NOX、CO的排放量低，所以，DLN燃燒技術有利于環境保護；DLN燃燒室的分級燃燒方式使燃燒更加穩定，不易出現強烈的火焰脈動和熄火現象。其最大缺點是結構復雜、噴嘴的價格昂貴。

2.2 DLN2.6+燃燒室的結構及特點

DLN2.6+燃燒室的剖面圖見圖2. 該系統除了對燃料噴嘴的配置作了改進外，還采用了新型火焰筒﹑導流襯套﹑過渡段，同時對燃料輸送管路也作了相應的改動。

DLN2.6+燃燒室的主要特點是增加了第六個燃料噴嘴，安裝在現有DLN-2燃燒室的5個噴嘴中央。有了這個中央噴嘴，DLN-2.6能夠拓寬因9/9排放而降低的負荷，比5個噴嘴的DLN-2要好得多。外圍噴嘴分別向中央噴嘴噴射燃料，使得外圍噴嘴的燃料-空氣比得以調節，獲得大約比基本負荷降低了1 093 ℃的溫度，氮氧化物排放為9 ppm。減少中心燃燒室的燃料不會增加一氧化碳的生成。

除了增加了一個中央噴嘴外，沒有對DLN-2作其他任何改動，這種DLN2.6+燃燒室與DLN-2的不同之處在于沒有采用擴散燃燒模式，而是設計成只有預混合模式的燃燒室，帶4條母管，其中，3條預混合母管向6個燃燒室分段輸送燃料，第4條預混合母管用于噴射四級燃料消除動力擾動。前3條預混合母管分配給PM1、PM2和PM3，這樣配置可以在任何時候使用任意數量（1～6）的燃燒室。PM1母管向中央噴嘴輸送燃料，PM2母管向裝在聯焰管上的2個外圍噴嘴輸送燃料，而PM3則向其余3個外圍噴嘴輸送燃料。5個外圍噴嘴與DLN-2所使用的噴嘴是一樣的，而中央噴嘴也很類似的，只是為了能在可用空間內裝得下，對其幾何外型作了簡化。圖3所示為DLN2.6+燃料噴嘴配置圖。

MS6001FA型燃氣輪機裝有6個相同的燃燒室，機組配2個火花塞和4個火焰探測器，相鄰的燃燒室間用聯焰管相連，具體布置情況如圖4所示。

2.3 DLN2.6+燃燒系統運行模式

圖5展示了DLN2.6+燃燒室燃燒的5個階段，即擴散燃燒、亞先導預混燃燒、先導預混燃燒、亞預混燃燒和預混燃燒。與DLN2.0+燃燒系統相比，該系統增加了亞預混燃燒，并且在30%負荷時就開始進入亞預混燃燒，在40%負荷時開始進入預混燃燒，擴大了預混燃燒工作區間，可減輕啟動時的黃色污染排放。

2.4 DLN2.6+燃燒系統氣體燃料控制

圖6為DLN2.6+氣體燃料的控制系統，由1個燃料速比截止閥（SRV）和4個燃料控制閥（GCV）組成。

控制系統根據燃燒溫度和IGV的運行控制方式來調節天然氣的流量分配。速比截止閥的作用是調整進入氣體控制閥的天然氣壓力P2，使P2成為轉速的函數。此外，它還起到截止閥的作用，保證機組停機時，能夠既迅速又嚴密地切斷供向燃燒室的天然氣。氣體控制閥的作用是根據透平轉速和負荷變化的要求，不斷地改變閥門的開度，調整進入燃燒室的天然氣流量。DLN2.6系統最大的特點是在燃燒室中心軸方向增加了第六個較小的噴嘴（PM1）。該噴嘴的燃料流量和燃料空氣比可獨立調節，關閉該噴嘴也不會帶來額外一氧化碳的增加。另外的5個噴嘴分成2組，其中一組包括2個噴嘴（PM2），另一組包括剩余的3個噴嘴（PM3），5個噴嘴為雙通道，內通道D5的燃料流量由GCV4控制。

3 總結

MS6001FA型燃氣輪機在國內較少引進，對DLN2.6+燃燒室的了解也相對較少，但DLN2.6+燃燒室克服了DLN2.0+燃燒室因PM1噴嘴配置不當，在臨近該噴嘴的火焰筒處出現鼓包現象，影響火焰筒壽命的缺陷。DLN2.6+燃燒系統于2005年在9FA+e現場成功完成對PG9351FA的改進型燃燒系統的升級，2007年被正式用于9FA新機型中。針對此新型燃燒系統，我們還需要不斷地學習和交流，為今后國內的DLN2.0+燃燒系統的改造和DLN2.6+燃燒系統的運行積累寶貴的經驗。

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：簡要介紹了MS6001FA型燃氣輪機的結構，DLN燃燒技術的由來及優、缺點，DLN2.6+燃燒室的結構、特點和燃燒過程。

關鍵詞：燃氣輪機；燃燒室；氮氧化物；軸流式壓氣機

中圖分類號：TK479 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0009-02

隨著環保要求的日益嚴格，燃氣輪機燃燒室的發展主要圍繞著“如何降低氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氫化合物（UHC）等燃燒污染物排放”的主題進行。經過2O多年的發展歷程，已經積累了大量的關于干式低NOX（簡稱“DLN”）燃燒室的成果和實際運行經驗，它已成為當今國際上普遍采用的較為成熟的技術。本文主要針對MS6001FA型燃氣輪機的燃燒系統，分析其燃燒過程和特點。

1 MS6001FA型燃氣輪機的結構概況

MS6001FA型燃氣輪機是由美國GE公司生產。燃氣輪機由1個17級的軸流式壓氣機、1個由6個DLN2.6+燃燒室組成的燃燒系統和1個3級透平轉子等組成。圖1所示為燃氣輪機的總體結構圖。

2 DLN燃燒系統介紹

從20世紀80年代開始，環保要求日益嚴格，GE公司不斷開發、改進了DLN燃燒技術，并于1991年初推出了燃燒天然氣的DLN燃燒系統。

“干式”是相對于注水、注蒸汽方式而言的。DLN燃燒技術是通過合理控制燃燒火焰溫度（低于1 650 ℃）而實現燃氣以低氮氧化物形式排放的技術。該技術主要是通過對燃氣輪機燃料的預混，實現對燃料、空氣摻混的合理控制，使燃料在火焰筒中處于“貧油”燃燒狀態，從而降低火焰的中心溫度，減少氮氧化物的生成。簡單來說，就是用貧預混方式的湍流火焰傳播燃燒方法取代傳統燃燒室中的擴散燃燒方式。

DLN燃燒系統是一個整體，包括分級或單級預混燃燒室、控制系統以及燃料系統和一些輔助系統。DLN燃燒技術的研究內容包括燃燒室的改進、燃料分配和運行方式的優化，目標是控制燃料空氣比和燃燒時間，獲得排放煙氣的低氮氧化物，同時降低燃燒噪聲，保證部分負荷燃燒的穩定性和足夠的燃氣停留時間，使一氧化碳完全燃燒。

2.1 DLN燃燒技術的優、缺點

DLN燃燒技術具有以下優、缺點：NOX、CO的排放量低，所以，DLN燃燒技術有利于環境保護；DLN燃燒室的分級燃燒方式使燃燒更加穩定，不易出現強烈的火焰脈動和熄火現象。其最大缺點是結構復雜、噴嘴的價格昂貴。

2.2 DLN2.6+燃燒室的結構及特點

DLN2.6+燃燒室的剖面圖見圖2. 該系統除了對燃料噴嘴的配置作了改進外，還采用了新型火焰筒﹑導流襯套﹑過渡段，同時對燃料輸送管路也作了相應的改動。

DLN2.6+燃燒室的主要特點是增加了第六個燃料噴嘴，安裝在現有DLN-2燃燒室的5個噴嘴中央。有了這個中央噴嘴，DLN-2.6能夠拓寬因9/9排放而降低的負荷，比5個噴嘴的DLN-2要好得多。外圍噴嘴分別向中央噴嘴噴射燃料，使得外圍噴嘴的燃料-空氣比得以調節，獲得大約比基本負荷降低了1 093 ℃的溫度，氮氧化物排放為9 ppm。減少中心燃燒室的燃料不會增加一氧化碳的生成。

除了增加了一個中央噴嘴外，沒有對DLN-2作其他任何改動，這種DLN2.6+燃燒室與DLN-2的不同之處在于沒有采用擴散燃燒模式，而是設計成只有預混合模式的燃燒室，帶4條母管，其中，3條預混合母管向6個燃燒室分段輸送燃料，第4條預混合母管用于噴射四級燃料消除動力擾動。前3條預混合母管分配給PM1、PM2和PM3，這樣配置可以在任何時候使用任意數量（1～6）的燃燒室。PM1母管向中央噴嘴輸送燃料，PM2母管向裝在聯焰管上的2個外圍噴嘴輸送燃料，而PM3則向其余3個外圍噴嘴輸送燃料。5個外圍噴嘴與DLN-2所使用的噴嘴是一樣的，而中央噴嘴也很類似的，只是為了能在可用空間內裝得下，對其幾何外型作了簡化。圖3所示為DLN2.6+燃料噴嘴配置圖。

MS6001FA型燃氣輪機裝有6個相同的燃燒室，機組配2個火花塞和4個火焰探測器，相鄰的燃燒室間用聯焰管相連，具體布置情況如圖4所示。

2.3 DLN2.6+燃燒系統運行模式

圖5展示了DLN2.6+燃燒室燃燒的5個階段，即擴散燃燒、亞先導預混燃燒、先導預混燃燒、亞預混燃燒和預混燃燒。與DLN2.0+燃燒系統相比，該系統增加了亞預混燃燒，并且在30%負荷時就開始進入亞預混燃燒，在40%負荷時開始進入預混燃燒，擴大了預混燃燒工作區間，可減輕啟動時的黃色污染排放。

2.4 DLN2.6+燃燒系統氣體燃料控制

圖6為DLN2.6+氣體燃料的控制系統，由1個燃料速比截止閥（SRV）和4個燃料控制閥（GCV）組成。

控制系統根據燃燒溫度和IGV的運行控制方式來調節天然氣的流量分配。速比截止閥的作用是調整進入氣體控制閥的天然氣壓力P2，使P2成為轉速的函數。此外，它還起到截止閥的作用，保證機組停機時，能夠既迅速又嚴密地切斷供向燃燒室的天然氣。氣體控制閥的作用是根據透平轉速和負荷變化的要求，不斷地改變閥門的開度，調整進入燃燒室的天然氣流量。DLN2.6系統最大的特點是在燃燒室中心軸方向增加了第六個較小的噴嘴（PM1）。該噴嘴的燃料流量和燃料空氣比可獨立調節，關閉該噴嘴也不會帶來額外一氧化碳的增加。另外的5個噴嘴分成2組，其中一組包括2個噴嘴（PM2），另一組包括剩余的3個噴嘴（PM3），5個噴嘴為雙通道，內通道D5的燃料流量由GCV4控制。

3 總結

MS6001FA型燃氣輪機在國內較少引進，對DLN2.6+燃燒室的了解也相對較少，但DLN2.6+燃燒室克服了DLN2.0+燃燒室因PM1噴嘴配置不當，在臨近該噴嘴的火焰筒處出現鼓包現象，影響火焰筒壽命的缺陷。DLN2.6+燃燒系統于2005年在9FA+e現場成功完成對PG9351FA的改進型燃燒系統的升級，2007年被正式用于9FA新機型中。針對此新型燃燒系統，我們還需要不斷地學習和交流，為今后國內的DLN2.0+燃燒系統的改造和DLN2.6+燃燒系統的運行積累寶貴的經驗。

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：簡要介紹了MS6001FA型燃氣輪機的結構，DLN燃燒技術的由來及優、缺點，DLN2.6+燃燒室的結構、特點和燃燒過程。

關鍵詞：燃氣輪機；燃燒室；氮氧化物；軸流式壓氣機

中圖分類號：TK479 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0009-02

隨著環保要求的日益嚴格，燃氣輪機燃燒室的發展主要圍繞著“如何降低氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氫化合物（UHC）等燃燒污染物排放”的主題進行。經過2O多年的發展歷程，已經積累了大量的關于干式低NOX（簡稱“DLN”）燃燒室的成果和實際運行經驗，它已成為當今國際上普遍采用的較為成熟的技術。本文主要針對MS6001FA型燃氣輪機的燃燒系統，分析其燃燒過程和特點。

1 MS6001FA型燃氣輪機的結構概況

MS6001FA型燃氣輪機是由美國GE公司生產。燃氣輪機由1個17級的軸流式壓氣機、1個由6個DLN2.6+燃燒室組成的燃燒系統和1個3級透平轉子等組成。圖1所示為燃氣輪機的總體結構圖。

2 DLN燃燒系統介紹

從20世紀80年代開始，環保要求日益嚴格，GE公司不斷開發、改進了DLN燃燒技術，并于1991年初推出了燃燒天然氣的DLN燃燒系統。

“干式”是相對于注水、注蒸汽方式而言的。DLN燃燒技術是通過合理控制燃燒火焰溫度（低于1 650 ℃）而實現燃氣以低氮氧化物形式排放的技術。該技術主要是通過對燃氣輪機燃料的預混，實現對燃料、空氣摻混的合理控制，使燃料在火焰筒中處于“貧油”燃燒狀態，從而降低火焰的中心溫度，減少氮氧化物的生成。簡單來說，就是用貧預混方式的湍流火焰傳播燃燒方法取代傳統燃燒室中的擴散燃燒方式。

DLN燃燒系統是一個整體，包括分級或單級預混燃燒室、控制系統以及燃料系統和一些輔助系統。DLN燃燒技術的研究內容包括燃燒室的改進、燃料分配和運行方式的優化，目標是控制燃料空氣比和燃燒時間，獲得排放煙氣的低氮氧化物，同時降低燃燒噪聲，保證部分負荷燃燒的穩定性和足夠的燃氣停留時間，使一氧化碳完全燃燒。

2.1 DLN燃燒技術的優、缺點

DLN燃燒技術具有以下優、缺點：NOX、CO的排放量低，所以，DLN燃燒技術有利于環境保護；DLN燃燒室的分級燃燒方式使燃燒更加穩定，不易出現強烈的火焰脈動和熄火現象。其最大缺點是結構復雜、噴嘴的價格昂貴。

2.2 DLN2.6+燃燒室的結構及特點

DLN2.6+燃燒室的剖面圖見圖2. 該系統除了對燃料噴嘴的配置作了改進外，還采用了新型火焰筒﹑導流襯套﹑過渡段，同時對燃料輸送管路也作了相應的改動。

DLN2.6+燃燒室的主要特點是增加了第六個燃料噴嘴，安裝在現有DLN-2燃燒室的5個噴嘴中央。有了這個中央噴嘴，DLN-2.6能夠拓寬因9/9排放而降低的負荷，比5個噴嘴的DLN-2要好得多。外圍噴嘴分別向中央噴嘴噴射燃料，使得外圍噴嘴的燃料-空氣比得以調節，獲得大約比基本負荷降低了1 093 ℃的溫度，氮氧化物排放為9 ppm。減少中心燃燒室的燃料不會增加一氧化碳的生成。

除了增加了一個中央噴嘴外，沒有對DLN-2作其他任何改動，這種DLN2.6+燃燒室與DLN-2的不同之處在于沒有采用擴散燃燒模式，而是設計成只有預混合模式的燃燒室，帶4條母管，其中，3條預混合母管向6個燃燒室分段輸送燃料，第4條預混合母管用于噴射四級燃料消除動力擾動。前3條預混合母管分配給PM1、PM2和PM3，這樣配置可以在任何時候使用任意數量（1～6）的燃燒室。PM1母管向中央噴嘴輸送燃料，PM2母管向裝在聯焰管上的2個外圍噴嘴輸送燃料，而PM3則向其余3個外圍噴嘴輸送燃料。5個外圍噴嘴與DLN-2所使用的噴嘴是一樣的，而中央噴嘴也很類似的，只是為了能在可用空間內裝得下，對其幾何外型作了簡化。圖3所示為DLN2.6+燃料噴嘴配置圖。

MS6001FA型燃氣輪機裝有6個相同的燃燒室，機組配2個火花塞和4個火焰探測器，相鄰的燃燒室間用聯焰管相連，具體布置情況如圖4所示。

2.3 DLN2.6+燃燒系統運行模式

圖5展示了DLN2.6+燃燒室燃燒的5個階段，即擴散燃燒、亞先導預混燃燒、先導預混燃燒、亞預混燃燒和預混燃燒。與DLN2.0+燃燒系統相比，該系統增加了亞預混燃燒，并且在30%負荷時就開始進入亞預混燃燒，在40%負荷時開始進入預混燃燒，擴大了預混燃燒工作區間，可減輕啟動時的黃色污染排放。

2.4 DLN2.6+燃燒系統氣體燃料控制

圖6為DLN2.6+氣體燃料的控制系統，由1個燃料速比截止閥（SRV）和4個燃料控制閥（GCV）組成。

控制系統根據燃燒溫度和IGV的運行控制方式來調節天然氣的流量分配。速比截止閥的作用是調整進入氣體控制閥的天然氣壓力P2，使P2成為轉速的函數。此外，它還起到截止閥的作用，保證機組停機時，能夠既迅速又嚴密地切斷供向燃燒室的天然氣。氣體控制閥的作用是根據透平轉速和負荷變化的要求，不斷地改變閥門的開度，調整進入燃燒室的天然氣流量。DLN2.6系統最大的特點是在燃燒室中心軸方向增加了第六個較小的噴嘴（PM1）。該噴嘴的燃料流量和燃料空氣比可獨立調節，關閉該噴嘴也不會帶來額外一氧化碳的增加。另外的5個噴嘴分成2組，其中一組包括2個噴嘴（PM2），另一組包括剩余的3個噴嘴（PM3），5個噴嘴為雙通道，內通道D5的燃料流量由GCV4控制。

3 總結

MS6001FA型燃氣輪機在國內較少引進，對DLN2.6+燃燒室的了解也相對較少，但DLN2.6+燃燒室克服了DLN2.0+燃燒室因PM1噴嘴配置不當，在臨近該噴嘴的火焰筒處出現鼓包現象，影響火焰筒壽命的缺陷。DLN2.6+燃燒系統于2005年在9FA+e現場成功完成對PG9351FA的改進型燃燒系統的升級，2007年被正式用于9FA新機型中。針對此新型燃燒系統，我們還需要不斷地學習和交流，為今后國內的DLN2.0+燃燒系統的改造和DLN2.6+燃燒系統的運行積累寶貴的經驗。

〔編輯：劉曉芳〕