淺析西門子E級(jí)燃機(jī)分散度

王 輝

（江蘇華電儀征熱電有限公司，江蘇揚(yáng)州211400）

0 引言

燃?xì)廨啓C(jī)主要由三大主機(jī)組成：壓氣機(jī)、燃燒室、透平。壓氣機(jī)用于對(duì)進(jìn)氣增壓；燃燒室是通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)的壓縮空氣燃燒加熱，增加工質(zhì)的做功能力，增加比容（等壓、增容）；透平是通過(guò)膨脹做功，將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)燃機(jī)大軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)就像一把風(fēng)扇，將進(jìn)氣加壓、驅(qū)動(dòng)之后進(jìn)入燃燒系統(tǒng)；流體工質(zhì)在燃燒室中被燃燒加熱；透平則可看成是一個(gè)風(fēng)車，借助加熱的流體（燃?xì)猓?qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)壓氣機(jī)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸將多余的功輸出（帶動(dòng)發(fā)電機(jī)）。

（1）壓氣機(jī)：軸流式，帶一級(jí)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉（IGV），每一組動(dòng)葉和其后的一組靜葉組成壓氣機(jī)的一個(gè)級(jí)。IGV的作用：在啟、停機(jī)過(guò)程中，低轉(zhuǎn)速時(shí)，控制進(jìn)氣角度（降低進(jìn)氣功角，功角過(guò)大，易引起葉背面進(jìn)氣氣流旋轉(zhuǎn)脫離，壓氣機(jī)喘振），防止壓氣機(jī)喘振。用在部分燃機(jī)負(fù)荷帶聯(lián)合循環(huán)中，通過(guò)關(guān)小IGV角度，減小進(jìn)氣流量，提高燃機(jī)排氣溫度，從而提高整體聯(lián)合循環(huán)的熱效率。

（2）燃燒室（加熱系統(tǒng)）：燃燒室的作用是為壓氣機(jī)壓縮后的高溫高壓空氣提供一個(gè)穩(wěn)定燃燒的場(chǎng)所，燃燒后，增加工質(zhì)的焓，提高工質(zhì)的做功能力。

（3）透平：軸流式，每一組噴嘴（NOZZLE)及其后的一組動(dòng)葉（BUCKET)組成透平的一個(gè)級(jí)。在噴嘴中主要完成工質(zhì)的膨脹過(guò)程（熱能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)換過(guò)程），溫度降低，壓力降低，流速增加，完成焓降的過(guò)程，工質(zhì)的動(dòng)能增加；在透平動(dòng)葉中，主要完成由動(dòng)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，速度下降，壓力、溫度有小幅下降（視透平的反動(dòng)度）。

為了監(jiān)測(cè)燃機(jī)高溫部件工作是否正常，通過(guò)安裝在排氣通道圓周上的熱電偶測(cè)溫元件來(lái)獲取排氣溫度場(chǎng)的分布信息。理想工況下，這些熱電偶所測(cè)得的燃機(jī)排氣溫度數(shù)據(jù)應(yīng)該完全相同，但實(shí)際上總會(huì)存在一些偏差，這個(gè)偏差就是燃機(jī)排氣溫度分散度。

由于燃機(jī)是在高溫下連續(xù)工作的，燃燒器、火焰筒、熱燃?xì)夤艿赖炔考y免會(huì)出現(xiàn)氧化、裂紋、磨損、泄漏、堵塞甚至開裂等各種異常情況，而這些高溫部件在運(yùn)行中無(wú)法直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此只能采用測(cè)量燃機(jī)排氣溫度和壓氣機(jī)排氣溫度的方法，間接地來(lái)判斷這些部件的狀態(tài)是否正常。當(dāng)噴嘴堵塞、燃燒不正常時(shí)，會(huì)引起燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口流場(chǎng)和排氣溫度流場(chǎng)嚴(yán)重不均勻，而這些不均勻會(huì)反映到排氣溫度場(chǎng)的均勻程度，即排氣分散度的大小。

A公司3臺(tái)燃機(jī)為西門子SGT5-2000E型，燃燒室類型為筒形，共兩個(gè)，垂直安裝在透平兩側(cè)，每個(gè)燃燒室配8個(gè)燃燒器。外置筒形燃燒室的特點(diǎn)之一就是確保了均勻的燃?xì)鉁囟确植迹@就是為什么西門子溫度分布測(cè)試只被推薦為運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄的一個(gè)部分，而不像分管式燃燒器那樣有嚴(yán)格的分散度保護(hù)。即使如此，由于燃機(jī)排氣分散度異常變化能有效反映燃燒熱部件的問(wèn)題，所以，加強(qiáng)對(duì)燃機(jī)分散度的監(jiān)視仍然是運(yùn)行工作的重要內(nèi)容。

1 燃機(jī)排氣分散度大原因分析

根據(jù)西門子產(chǎn)品說(shuō)明書，如果代表兩個(gè)燃燒室的平均值相差40℃以上，可能是：（1）天然氣噴嘴堵塞；（2）某供氣管道堵塞（如因冷凝作用堵塞）；（3）燃燒器需更換。根據(jù)其他V94.2燃機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，單只溫度高于平均值60℃，或低于平均值100℃，是可以接受的，即（-100，+60）內(nèi)可視為正常。如果個(gè)別溫度變化超過(guò)30℃，可能是：（1）熱通道的間隙發(fā)生了變化；（2）燃料噴嘴不均勻磨損。

從以上分析可以看到，造成排煙溫度分散度大的原因很多，需要認(rèn)真分析、及時(shí)查找原因并消除缺陷，才能有效降低其對(duì)燃機(jī)熱部件壽命的影響。

2 燃機(jī)排氣分散度大對(duì)燃機(jī)的影響

除了測(cè)量的原因以外，排煙溫度分散度大對(duì)燃機(jī)熱部件造成的影響是很大的。如果排煙溫度分散度大是由于噴嘴系統(tǒng)的故障造成，很可能會(huì)造成燃燒室中火焰偏離設(shè)計(jì)區(qū)域，直接造成火焰筒或過(guò)渡段燒蝕或變形，最終還會(huì)影響燃機(jī)透平部件的壽命。其次，排煙溫度分散度大所造成的局部超溫對(duì)燃機(jī)熱部件的影響是致命的。透平部件是在高溫下運(yùn)行的，雖然有冷卻但仍然承受著很大的熱負(fù)荷。當(dāng)燃機(jī)進(jìn)入OTC控制后，透平進(jìn)氣初溫達(dá)到了允許的最高值527℃，如果溫度超過(guò)允許值，將大大影響其壽命，甚至是造成嚴(yán)重?fù)p壞。

3 燃機(jī)排氣分散度的監(jiān)視與保護(hù)

A公司3臺(tái)燃機(jī)透平出口排氣擴(kuò)壓段的周向上布置有6個(gè)雙重NiCrNi熱電偶（MBA22CT102、MBA22CT103、MBA22CT104、MBA22CT106、MBA22CT107、MBA22CT108），每個(gè)熱電偶有兩個(gè)輸出值：A和B。A元件的溫度讀數(shù)傳送給溫度控制器用于控制，B元件的溫度讀數(shù)用于當(dāng)排氣溫度過(guò)高時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)和跳機(jī)指令。

為保護(hù)燃機(jī)熱通道部件不因超溫?fù)p壞，根據(jù)西門子燃機(jī)保護(hù)配置，當(dāng)任一燃燒室的三個(gè)透平出口溫度值達(dá)594℃時(shí)，三取一報(bào)警；達(dá)620℃時(shí)，三取二燃機(jī)跳閘。

當(dāng)排煙溫度顯示某些點(diǎn)超溫報(bào)警甚至達(dá)到跳機(jī)值時(shí)，說(shuō)明上游很可能出現(xiàn)溫度場(chǎng)不均勻情況。從保護(hù)熱通道部件的角度出發(fā)，應(yīng)盡量避免在該情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，最好的方法是降低負(fù)荷，待以后查找原因，消除故障。

當(dāng)短時(shí)期內(nèi)排煙溫度分散度有較大的變化時(shí)，說(shuō)明有新的故障產(chǎn)生，應(yīng)認(rèn)真分析，盡早排除故障，使排煙溫度分散度恢復(fù)正常。

4 對(duì)A公司燃機(jī)排氣分散度的分析

統(tǒng)計(jì)A公司2015年6月—8月3臺(tái)燃機(jī)排氣溫度并對(duì)比分析，得出結(jié)論如下：

4.1 #1燃機(jī)分散度分析

#1燃機(jī)#4測(cè)點(diǎn)溫度與總平均值偏差最大，左右側(cè)均差接近40℃的極限值。剔除#4溫度測(cè)點(diǎn)后，重新計(jì)算左右燃燒室平均溫度差值，發(fā)現(xiàn)差值降低明顯。而#5、#6溫度測(cè)點(diǎn)和#1、#2、#3溫度測(cè)點(diǎn)溫度情況相差不大，右側(cè)燃燒室故障可能性小，故#4溫度測(cè)點(diǎn)故障的可能性大。

4.2 #3燃機(jī)分散度分析

#3燃機(jī)#4溫度測(cè)點(diǎn)偏差也很大，剔除#4溫度測(cè)點(diǎn)重新計(jì)算，左右側(cè)均差依舊超過(guò)40℃，故#4熱電偶故障可能性不大。根據(jù)西門子產(chǎn)品說(shuō)明書，分析發(fā)現(xiàn)，隨著燃機(jī)負(fù)荷的增加，此溫差也相應(yīng)增大。與#4測(cè)溫點(diǎn)相關(guān)的管道或噴嘴堵塞的可能性較大，停機(jī)后需重點(diǎn)檢查噴嘴及供氣管道。

4.3 #5燃機(jī)分散度分析

#5燃機(jī)左右側(cè)均差、6個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)變化均在允許范圍內(nèi)，且各偏差值較小。#5燃機(jī)透平出口溫度分布情況好，變化小，較穩(wěn)定。可能是因?yàn)?5燃機(jī)EOH運(yùn)行小時(shí)數(shù)最少，各燃燒室磨損小，情況較好。

為防止因排氣溫度過(guò)高危及燃機(jī)熱部件的壽命，避免因過(guò)熱造成的跳閘事故，除在運(yùn)行時(shí)監(jiān)視排氣分散度外，在燃機(jī)停機(jī)后，可加強(qiáng)燃燒室、燃燒器組件等重點(diǎn)部位的檢查，如檢查熱電偶端子排接觸情況、燃料噴嘴法蘭及軟管情況、燃燒室外杠情況、火焰檢測(cè)器及火花塞情況、透平一級(jí)噴嘴情況等等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并加以消除，從而有效控制排氣分散度在允許范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

燃機(jī)溫度分散度的監(jiān)視是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，必須將收集的數(shù)據(jù)妥善保存，不斷分析比較，特別是隨著燃機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加，通過(guò)對(duì)分散度的監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)運(yùn)行狀況的有效監(jiān)控，以期及時(shí)發(fā)現(xiàn)燃燒室、熱通道部件的異常隱患，及時(shí)進(jìn)行檢查，避免較大燃機(jī)事故的發(fā)生。