MS6001B型燃氣輪機DLN1.0燃燒系統的典型故障分析與處理

胡雄偉 崔曉耘

摘 要：本文主要敘述了GE公司的MS6001B型燃氣輪機DLN1.0燃燒系統的基本原理，并結合調試和運行過程中出現的典型故障和處理方案，為DLN1.0燃燒系統運行維護提供經驗和參考。

關鍵詞：燃氣輪機;DLN1.0燃燒系統;故障處理

1 概述

中國石油集團電能有限公司氣電公司裝有兩套美國GE公司生產的MS6001B型燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，總裝機容量97MW，兩臺燃氣輪機均是采用擴散型燃燒系統。為減少氮氧化物排放，符合國家環保排放標準，電廠對兩臺燃氣輪機進行了DLN 1.0燃燒系統升級改造。改造完成后，機組氮氧化物排放達到國家標準，并在項目改造中積累了相關數據和經驗。

2 DLN1.0燃燒系統簡介

DLN（Dry Low NOx：干式低氮氧化物）燃燒系統技術的核心在于采用貧氣預摻混燃燒的方式取代傳統的擴散燃燒方式降低燃燒區的溫度至1650℃以下，以此降低高溫型NOx的生成。

GE公司的MS6001B型燃氣輪機DLN1.0燃燒室有5個一級燃料噴嘴和1個二級燃料噴嘴，二級燃料噴嘴位于火焰筒中央，一級燃料噴嘴均勻分部在以二級噴嘴為中心的圓周上。

DLN燃燒系統的燃氣輪機從啟動點火、升速、到滿載運行的過程中，需要經過四種不同的燃燒模式轉換，從開始的擴散燃燒最終過渡到低NOx排放的貧氣預混燃燒。

3 DLN1.0燃燒系統故障處理

在DLN1.0燃燒系統的調試和運行中出現了多次故障，典型的跳閘故障主要包括以下三種：

3.1 預混模式熄火跳閘

在燃氣輪機進入預混穩定模式運行后，火焰只存在于二級燃燒區，其火焰探測器為E、F、G和H。在運行過程中發現，在剛切換到預混穩定模式時，二級燃燒區火焰探測器G和H點火焰強度變化較大，其值從42%到18%之間波動。

根據MARK VI控制系統設定，當火焰探測器強度值低于20時為熄火狀態。根據燃燒室熄火控制邏輯，如火焰探測器G（L28FSDC）點熄火，其余三個火焰探測器任何一個出現熄火，燃氣輪機將發生火焰丟失跳閘（Loss of Flame Trip）。

二級火焰作為值班火焰（火種），如果燃料流量過小，會造成燃燒不穩定;但如果流量過大，會導致預混燃料占比減小，NOx排放量將增加。所以DLN燃燒調整的核心就是將進入一級噴嘴和二級噴嘴的燃料比率控制在燃燒工況最佳和NOx排放量最小的平衡點。

解決方案：控制系統中原設定在1090℃≤TTRF1<1093℃時，一級燃料流量比率為74%，二級燃料流量26%。為保證燃燒穩定性，將一級燃料比率調整至72%。此時，二區火焰探測器G和H點都趨于穩定，NOx排放量為14ppm，符合國家環保排放標準。

3.2 天然氣壓力波動自動停機

1號燃氣輪機運行過程中，當天然氣壓力出現大幅波動時，經常造成機組自動停機。

控制閥間天然氣壓力P2的控制算法是根據P2實際壓力（FPG2）和P2要求壓力（FPCRIT）的邏輯關系確定的：

①0

②FPG2-FPCRIT=0時，燃氣輪機開始降負荷;

③-5≤FPG2-FPCRIT<0時，燃氣輪機甩負荷至旋轉備用狀態;

④FPG2-FPCRIT<-6時，燃氣輪機觸發自動停機。

因此由于天然氣壓力波動造成的自動停機，是由于天然氣壓力下降至上面第④中工況時，觸發燃氣輪機自動停機。

解決方案：把P2實際壓力低于P2要求壓力6psi時燃氣輪機的控制方式由自動停機修改成甩負荷至旋轉備用狀態，如天然氣壓力繼續降至P2壓力最小允許值時，再觸發自動停機程序，避免由于天然氣壓力瞬間波動，造成燃氣輪機非計劃停機。

3.3 高溫條件下預混模式切換失敗

2號燃機在DLN1.0燃燒系統改造完成后的運行中，當環境溫度達到30℃時，無法從貧-貧模式切換至預混模式，根據模式切換時的數據記錄分析，造成切換失敗的原因：

①在DLN模式切換時TTRF1溫度較低，在GCV1關閉時，GCV3打開開度不能完全替代GCV1關閉提供的燃料，造成TTRF1溫度下降;

②在剛切換至預混穩定模式時，由于環境溫度較高，在燃氣輪機部分負荷溫度控制等溫線（550℃）控制下，IGV開度增大，空氣流量增加，此時造成TTRF1溫度下降。當其下降溫度達到預混穩定模式溫度死區溫度（1065℃），DLN模式切換方向指令向下閉鎖（L3FXSX），進入貧-貧模式，一區重新點火，燃燒系統退出預混穩定模式。

解決方案：對于該故障的處理的原則就是提高TTRF1溫度，使轉換到預混穩定模式的TTRF1溫度高于切換到貧-貧模式的死區溫度：

①提高貧-貧模式向二級轉換模式的溫度常數FXKTS1，由原來的1065℃（1950℉）提高到1076℃（1970℉）;

②提升部分負荷溫度控制等溫線溫度（即TTXM溫度基準）TTK_I_PLD，由原來的550℃（1022℉）提升到555℃（1031℉）。

4 結語

DLN1.0燃燒系統不論是從設備結構還是控制原理上，與擴散型燃燒系統相比都更加精密和復雜，通過本次改造試運過程，積累了寶貴的經驗和數據，對機組的運行維護提供指導和參考。

參考文獻：

[1]焦樹建.燃氣-蒸汽聯合循環[M].北京：機械工業出版社，2000.