談燃機DLN—2.0+燃燒器燃燒調整

張莉

摘 要：本文以目前國內9F燃機使用最多DLN-2.0+燃燒系統為例，結合某電廠燃燒調整情況，詳細介紹下燃燒調整的過程和原理。

關鍵詞：燃氣輪機；DLN燃燒系統；DLN-2.0+型燃燒器；燃燒調整

現在國家對環境保護問題的愈發重視，燃氣-蒸汽聯合循環發電廠為了達到國家對于排放指標的要求，紛紛選擇干式低NOX燃燒系統，例如通用電氣公司為此研發出了DLN燃燒系統，包括DLN-1.0，DLN-2.0，DLN-2.0+，DLN-2.6，DLN-2.6+，DLN-2.5H，分別針對不同GE型號的燃氣輪機，其他燃機廠商也紛紛推出自己的低排放燃燒系統。該類燃燒系統的設計基礎都是采取貧氧-預混燃燒模式，這種燃燒模式的主要問題就是燃燒不穩定，對燃料量和氧量的配比有嚴格的要求，所以DLN燃燒系統在投產前或檢修后都要進行燃燒調整。

一、燃燒調整相關工作

（一）設備安裝

首先是燃燒調整試驗設備的安裝，該部分設備的核心是動態壓力傳感器，使用的是壓阻式傳感器，其由外殼、膜片和引線組成，膜片是核心，一般由硅材料組成，其上有4個相等的電阻連接而成的惠斯登電橋，再與外引線連接。膜片兩側分別是高、低壓腔，低壓腔通常與大氣相連。當膜片兩側的壓力差發生變化時，膜片上會產生應力，導致電阻發生變化，電橋失去平衡，輸出電壓，電壓大小反映了膜片兩側的壓差，從而測量出燃燒器內部因為燃燒而產生的脈動壓力。

（二）天然氣供給系統概述

DLN-2.0+燃氣系統有三條天然氣管路，分別由三個控制閥控制：擴散閥DGCV（簡稱D5）、預混閥PM4 GCV（簡稱PM4）、預混閥PM1 GCV（簡稱PM1），隨著燃機負荷的增加，在TTRF1（燃燒基準溫度）達到設定的定值時，三個控制閥相互配合打開或關閉，以達到所需要的燃燒模式，主要有五種燃燒模式：擴散燃燒模式（D5）、亞先導預混模式（D5+PM1，SPPM）、先導預混模式（D5+PM1+PM4，PPM）、預混模式（PM1+PM4，PM）、跳閘模式（PM1），這部分內容在很多書籍和文章中均有介紹，在此不再詳述。燃燒調整的手段就是在三個控制閥之間合理地分配燃料比，在滿足排放目標的前提下確保燃燒具有足夠的穩定性，換句話說是在機組安全性和低排放目標之間尋找一個合適的平衡點。

（三）燃料分配說明

SPPM時的D5擴散燃燒流量基準FXSG1_L、 PPM時的D5擴散燃燒流量基準FXSG1_H、 PPM時的PM1流量基準FXSG2_H、 PM時的PM1流量基準FXSG2_M（其余都分配給PM4，所以只調整PM1就可以了）。如PPM方式下（D5+PM1+PM4）：若D5占25%FSR，PM1與PM4的比例FXKSG2_H為20/80，則PM1=20*（100-25）=15%，PM4=100-25-15=60%。PM方式下（PM1+PM4）：若PM1與PM4比例FXKSG2_M為20/80，則PM1=20%，PM4=80%。

（四）燃燒調整控制指標

對于一個確定的燃燒系統，從燃燒調整的角度來看，我們只能在SPPM，PPM，PM的模式下進行燃料的調整分配，而觀察某個燃燒工況是否需要調整主要看2個指標，排放物（NOX、CO）和火焰筒的脈動壓力，火焰筒的脈動壓力是衡量燃燒穩定性的指標，GE的手冊中對這兩種指標有明確要求。

（五）采集數據處理

在試驗過程中，動態壓力傳感器采集的信號是時域信號，但時域信號用來表示信號的頻域結構和各頻率成分的幅值大小很困難（燃燒產生的是寬頻信號），一般在動態試驗的過程，多采用頻域表示方法，用頻率作為獨立變量，來表示幅值、相位和頻率三者之間的關系。所以在實際燃燒調整采集的信號都要進行數據處理，將采集的脈動壓力信號進行FFT（快速傅立葉變換）變換將時域信號轉換成頻域信號，燃燒調整軟件將燃燒信號分成了三個頻率段：PK1（低頻<100HZ）、PK2（中頻100-300HZ）、PK3（高頻300-450HZ），以下是某9F機組的燃燒壓力脈動信號處理過程，在處理過程中，通過設置軟件的參數，可以將某些高頻干擾信號剔除掉，保證信號分析的準確性。

二、燃燒調整實例

（一）試驗步驟

以某廠的設定參數為例，試驗分幾個階段，第一階段：首先手動逐漸增加負荷至基本負荷，在由先導預混模式（PPM）進入預混模式（PM）之前，通過強制L26FMX1為0，使機組不進入預混模式狀態，在先導預混模式狀態下進入基本負荷（BASE LOAD），使三個燃料噴嘴都參加燃燒，使整個燃燒系統能夠充分預熱，并通過采集的燃燒脈動壓力信號觀察燃燒穩定性。先導預混燃燒模式（PPM）是一種燃燒強度比較大的模式，穩定性較強，但這種模式的火焰長度較長，燃燒溫度較高，對火焰筒和透平的壽命損耗較大，所以盡量不要在這種模式下長時間運行。

第二階段：降負荷至預混模式切換點以下，解除L26FMX1強制，重新增/減負荷，觀察PPM模式和PM模式之間的切換是否正常，然后再升負荷至Base Load。

第三階段：選擇負荷點，記錄相關試驗數據，對照GE公司的技術規范，看是否滿足規范，不滿足則調整相應的燃料基準值，再重新記錄觀察，有時需要多次調整，以得到最佳燃燒工況。

（二）實際調整操作

下圖是燃燒調整前的某個點數據：

從上述數據可以看出來（Under 2psi=33%），多個點燃燒脈動壓力超限，需要進行燃燒調整，將該模式下D5的燃料基準FXKSG1_H_0[2]的設定值由56%改為58%，然后穩定燃燒10分鐘后的記錄試驗數據，通過兩組數據比較得出，經過燃燒調整后，燃燒脈動壓力超限的現象消失，說明燃燒情況比較穩定，燃燒調整是有效的。