PG9351FA燃機(jī)DLN燃燒模式切換過(guò)程遮斷原因分析

李 朋，王國(guó)鋒，馬成久

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179；

2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

PG9351FA燃機(jī)DLN燃燒模式切換過(guò)程遮斷原因分析

李 朋1，王國(guó)鋒1，馬成久2

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179；

2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

PG9351FA燃機(jī)是目前世界上先進(jìn)型燃機(jī)的代表，該型燃機(jī)采用干低式氮氧化物（DLN）燃燒模式；燃機(jī)通過(guò)擴(kuò)散燃燒（D5、1D、4D、6D）或預(yù)混燃燒（D5、1D、4D、4、6.3）2種途徑進(jìn)行增減負(fù)荷達(dá)到基本負(fù)荷狀態(tài)，在燃燒模式轉(zhuǎn)換和燃燒途徑切換過(guò)程中，多次出現(xiàn)機(jī)組遮斷情況，其影響遮斷的主要原因?yàn)镻2壓力高或低遮斷、燃?xì)獯祾吖收险跀唷⑴艢夥稚⒍雀哒跀啵⒕途唧w影響遮斷的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析。

燃燒模式；遮斷；P2壓力；吹掃故障；排氣分散度

某機(jī)組采用高效二拖一燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，該機(jī)組配有2臺(tái)GE公司設(shè)計(jì)的MS9001FA系列PG9351FA重型、雙軸燃?xì)廨啓C(jī)，該燃機(jī)采用干低式氮氧化物（DLN）燃燒模式［1］。燃機(jī)調(diào)試運(yùn)行期間出現(xiàn)多次機(jī)組遮斷情況，其中大部分遮斷發(fā)生在DLN燃燒模式切換過(guò)程中。本文對(duì)DLN燃燒模式切換過(guò)程中導(dǎo)致遮斷的原因進(jìn)行總結(jié)，并進(jìn)行原理分析。

1 燃燒模式

燃機(jī)采用的DLN燃燒系統(tǒng)共有6種DLN燃燒模式：D5、1D、4D、4、6.3和6D。運(yùn)行時(shí)各燃燒模式按所屬負(fù)荷區(qū)間進(jìn)行劃分，如表1所示，表1中同時(shí)列出了不同燃燒模式工況下燃料工作通道和吹掃系統(tǒng)工作通道。

表1 燃機(jī)點(diǎn)火升負(fù)荷過(guò)程燃?xì)夤艿来祾咔闆r

DLN燃燒系統(tǒng)可分別通過(guò)預(yù)混燃燒（即經(jīng)過(guò)D5、1D、4D、4、6.3 5種燃燒模式）和擴(kuò)散燃燒（即經(jīng)過(guò)D、1D、4D、6D 4種燃燒模式）2種途徑到達(dá)基本負(fù)荷狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行中不同途徑所經(jīng)燃燒模式如圖1所示。預(yù)混燃燒途徑作為常用工況下運(yùn)行方式，在邏輯中可以選擇預(yù)混模式閉鎖，也可以在HMI畫(huà)面中進(jìn)行手動(dòng)選擇預(yù)混燃燒途徑；而擴(kuò)散燃燒途徑則作為備用及保護(hù)途徑，當(dāng)吹掃系統(tǒng)發(fā)生吹掃故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將預(yù)混燃燒途徑切換到擴(kuò)散燃燒途徑，從而使燃機(jī)繼續(xù)維持穩(wěn)定負(fù)荷。

圖1 燃機(jī)啟動(dòng)加載到基本負(fù)荷過(guò)程中燃燒模式

2 主要遮斷原因

在燃機(jī)調(diào)試運(yùn)行期間，燃燒模式頻繁切換主要是由于燃機(jī)大幅度增減負(fù)荷造成的，有2個(gè)誘因?qū)е缕湄?fù)荷變動(dòng)劇烈：其一是該地區(qū)電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，變動(dòng)范圍超過(guò)49～50.5 Hz，控制系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)頻進(jìn)行自動(dòng)增減負(fù)荷；其二是天然氣氣源不穩(wěn)定，燃機(jī)運(yùn)行期間需要天然氣壓力通常維持在2.8～3.3 MPa范圍內(nèi)，當(dāng)天然氣壓力超出該范圍時(shí)，控制系統(tǒng)也將自動(dòng)進(jìn)行增減負(fù)荷，上述2種情況導(dǎo)致燃機(jī)在運(yùn)行調(diào)試期間DLN燃燒模式切換頻繁，從而導(dǎo)致燃機(jī)遮斷情況時(shí)常發(fā)生［2］。DLN燃燒模式切換過(guò)程中導(dǎo)致遮斷情況發(fā)生的原因如下。

2.1 P2壓力高或低遮斷

DLN燃燒模式切換過(guò)程中，引起機(jī)組遮斷發(fā)生最主要原因是P2壓力的變化故障［3］。P2壓力是燃?xì)饬髁靠刂崎yGCV前的壓力，燃?xì)饽K內(nèi)的速比閥SRV根據(jù)速度反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫2的大小，并維持其穩(wěn)定。燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，實(shí)際所需P2壓力值可根據(jù)以下計(jì)算公式獲得：

式中：FPKGNG為燃?xì)鈮毫υ霰龋籘NH為速度反饋，取0.026 68 MPa／%；FPKGNO為補(bǔ)償壓力，取－0.132 4 MPa。

燃機(jī)點(diǎn)火至暖機(jī)結(jié)束期間，需要確保壓力P2在預(yù)定范圍內(nèi)，圖2給出了暖機(jī)期間P2壓力范圍，P2壓力上限為計(jì)算壓力的1.25倍即0.319 MPa，超出該壓力范圍，燃機(jī)會(huì)發(fā)生P2壓力高遮斷，P2壓力下限為計(jì)算壓力的0.8倍即0.204 MPa，當(dāng)進(jìn)氣低于該壓力時(shí)，燃機(jī)會(huì)發(fā)生P2壓力低遮斷，暖機(jī)期間P2壓力達(dá)到計(jì)算所需壓力范圍，如果該壓力高于或低于特定的點(diǎn)火時(shí)燃?xì)鈮毫Γ瑱C(jī)組發(fā)生遮斷。

圖2 燃機(jī)暖機(jī)期間P2壓力范圍

燃機(jī)從點(diǎn)火結(jié)束到滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)過(guò)程中，預(yù)混燃燒途徑和擴(kuò)散燃燒途徑所需P2壓力曲線(xiàn)值如圖3所示；同時(shí)在相同燃燒途徑所需P2壓力值又有高溫天氣和低溫天氣區(qū)分，具體情況如圖3所示。P2壓力上限同樣為計(jì)算壓力的1.25倍，超出該壓力范圍，燃機(jī)會(huì)發(fā)生P2壓力高遮斷，P2壓力下限為計(jì)算壓力的0.8倍，當(dāng)進(jìn)氣低于該壓力時(shí)，燃機(jī)會(huì)發(fā)生P2壓力低遮斷。

圖3 燃機(jī)加載負(fù)荷期間P2壓力曲線(xiàn)

2.2 排氣分散度高遮斷

燃燒模式進(jìn)行切換過(guò)程中，排氣分散度高也是導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生遮斷的一個(gè)主要原因［4］。燃機(jī)透平排氣分散度是反映燃燒室燃燒均勻程度的參數(shù)，MARK IVe系統(tǒng)采用燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況中的3個(gè)最大排氣分散度值與理論計(jì)算的3個(gè)最大允許分散度值進(jìn)行比較，以此確定當(dāng)前工況下燃燒室內(nèi)的燃燒狀態(tài)；其中3個(gè)最大排氣分散度值為：排氣最高溫?zé)崤寂c排氣最低溫?zé)崤紲囟炔钪捣Q(chēng)為排氣溫度分散度S1，排氣最高溫?zé)崤寂c排氣第二低溫?zé)崤紲囟炔钪捣Q(chēng)為排氣溫度分散度S2，排氣最高溫?zé)崤寂c排氣第三低溫?zé)崤紲囟炔钪捣Q(chēng)為排氣溫度分散度S3；最大允許排氣分散度值可通過(guò)壓氣機(jī)排氣的最大壓力和系統(tǒng)平均排氣溫度進(jìn)行計(jì)算獲得，其計(jì)算公式為

式中：TTXSPL為允許最大分散度值，℃；TTXM為平均排氣溫度，℃；CTDA為最高的壓氣機(jī)排氣溫度，℃；TTKSPL5為壓氣機(jī)排氣溫度補(bǔ)償值，為60℃。

當(dāng)3個(gè)最大排氣分散度值與理論計(jì)算的3個(gè)最大允許分散度值進(jìn)行比較并且得到以下3種情況中任何1種時(shí)，延時(shí)2 s，燃機(jī)主保護(hù)遮斷。

a.分散度S1超過(guò)允許分散度值的1倍，分散度S2超過(guò)允許分散度值的0.8倍，并且分散度S1和S2發(fā)生在相鄰的溫度熱偶測(cè)點(diǎn)上。

b.分散度S1超過(guò)允許分散度值的5倍（壞偶），分散度S2超過(guò)允許分散度值的0.8倍，并且分散度S2和S3發(fā)生在相鄰的溫度熱偶測(cè)點(diǎn)上。

c.分散度S3超過(guò)允許分散度值1倍，并且分散度S2和S3同時(shí)超過(guò)允許分散度值。

而對(duì)于F級(jí)燃機(jī)，在機(jī)組啟動(dòng)、負(fù)荷設(shè)定值變化、FSR快切和排氣熱偶故障時(shí)，最大允許排氣分散度在計(jì)算出理論允許分散度值的基礎(chǔ)上額外增加一個(gè)10～76℃范圍內(nèi)的溫度偏置，以避免在機(jī)組燃燒模式變化時(shí)因?qū)嶋H分散度瞬間增大而誤跳機(jī)。

2.3 燃?xì)獯祾吖收险跀?/p>

在燃機(jī)采用燃?xì)饣蛉加瓦\(yùn)行過(guò)程中，為防止連接到燃燒室且未投入工作狀態(tài)的燃?xì)狻⑷加图皣娝ǖ腊l(fā)生燃料集聚及燃燒回流現(xiàn)象，利用壓氣機(jī)排氣對(duì)這些管道進(jìn)行吹掃［5］，其吹掃系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 燃機(jī)吹掃系統(tǒng)閥門(mén)控制圖

當(dāng)DLN燃燒模式進(jìn)行切換時(shí)，燃機(jī)吹掃系統(tǒng)需要根據(jù)不同燃燒模式，對(duì)燃?xì)馔ǖ肋M(jìn)行吹掃，不同燃燒模式時(shí)吹掃通道如表1所示。此時(shí)，吹掃閥門(mén)及安全閥根據(jù)系統(tǒng)指令進(jìn)行開(kāi)關(guān)，閥門(mén)開(kāi)關(guān)故障同樣是導(dǎo)致燃機(jī)遮斷情況發(fā)生的主要原因，具體故障現(xiàn)象及原因分析如表2所示。

表2 吹掃系統(tǒng)閥門(mén)故障及原因分析

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)燃燒模式切換過(guò)程中，導(dǎo)致機(jī)組遮斷的3個(gè)原因（P2壓力高或低、排氣分散度高及吹掃系統(tǒng)閥門(mén)故障）進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析，為同類(lèi)型機(jī)組發(fā)生類(lèi)似遮斷原因分析提供一定的借鑒和參考。

［1］姚 珺，黃紅艷.PG9351FA型燃?xì)馔钙郊夹g(shù)特點(diǎn)［J］.東北電力技術(shù)，2005，26（11）：44－46.

Analysis on Interrupt Reasons for DLN Combustion Mode Transfer Process of PG9351FA Gas Turbine

LI Peng1，WANG Guo?feng1，MA Cheng?jiu2
（1.Liaoning Dongke Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

PG9351FA gas turbine is the representative of advanced gas turbine in the world，dry low NOx（DLN）combustion mode is adopted by this gas turbine，two paths are used for gas turbine to reach the base load，one of the two paths is diffuse combustion mode including D5、1D、4D、6D，and the other path is premix combustion mode including D5、1D、4D、4、6.3.Multiple unit interrupt conditions happen in the process of the combustion mode transfer，main interrupt reasons are including pressure P2high or low trip，purge system valve fault trip，and high exhaust spread trip，the detail interrupt reasons are elaborated in this paper.

Combustion mode；Interrupt；P2pressure；Purge fault；Exhaust dispersity

TK477

A

1004－7913（2015）12－0044－03