西門子V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗原因分析及改進(jìn)措施

李華鋒

（浙江浙能長興天然氣熱電有限公司，浙江 湖州 313100）

0 引言

西門子V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)2006年首次在國內(nèi)投運(yùn)，機(jī)組總體設(shè)計(jì)性能良好，在滿足電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電需求、減少污染物排放和降低單位發(fā)電能耗等方面發(fā)揮了較大的作用。隨著多次技術(shù)升級(jí)，V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)同一型號(hào)出現(xiàn)了多個(gè)版本。在實(shí)際運(yùn)行中多臺(tái)該型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)生過點(diǎn)火失敗的故障，直接延誤機(jī)組的正常啟動(dòng)。目前浙江省內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠大多數(shù)采用日開夜停二班制運(yùn)行模式，機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)十分頻繁，發(fā)生點(diǎn)火失敗的概率和次數(shù)也隨之增加。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗將造成機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間延遲，發(fā)電氣耗和廠用電率上升，經(jīng)濟(jì)性下降。本文結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際運(yùn)行及檢修經(jīng)驗(yàn)，從影響點(diǎn)火成功率的外部原因和內(nèi)部原因展開分析，針對(duì)造成點(diǎn)火失敗的主要因素提出針對(duì)性的優(yōu)化改進(jìn)措施。

1 影響機(jī)組點(diǎn)火性能的外部原因

通過統(tǒng)計(jì)分析燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗故障事件，發(fā)現(xiàn)引起機(jī)組點(diǎn)火失敗的外部原因主要包括點(diǎn)火系統(tǒng)故障、火檢系統(tǒng)故障和天然氣燃料成分變化三個(gè)方面。

1.1 點(diǎn)火系統(tǒng)故障

1.1.1 工作機(jī)理

V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)配置24個(gè)混合燃燒器，每個(gè)燃燒器天然氣出口安裝2根電極。220 V廠用電分別經(jīng)24個(gè)微型整流變壓器整流升壓后產(chǎn)生±5 000 V的高壓接于燃燒器外部接線柱，燃燒室燃燒器布置如圖1所示。燃機(jī)啟動(dòng)過程中，點(diǎn)火系統(tǒng)接到邏輯指令后在電極末端間隙放電點(diǎn)火，過程持續(xù)9 s。在點(diǎn)火開始12 s內(nèi)火焰探測器監(jiān)測到火焰則點(diǎn)火成功，反之則點(diǎn)火失敗。

1.1.2 點(diǎn)火系統(tǒng)故障事件分析

2017年某發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組發(fā)生了12次點(diǎn)火失敗，打開燃燒室人孔后，實(shí)際打火檢查確認(rèn)共有8個(gè)燃燒器點(diǎn)火裝置失效，占總數(shù)1/3。對(duì)點(diǎn)火裝置實(shí)效原因進(jìn)行分類，其中4個(gè)為線路問題（7號(hào)、8號(hào)、19號(hào)、20號(hào)），3個(gè)為點(diǎn)火電極故障（9號(hào)、21號(hào)、22號(hào)），1個(gè)為放電部位間隙不當(dāng)（11號(hào)）。由于全面檢修條件不足，臨時(shí)檢修恢復(fù)了其中2個(gè)。后續(xù)15次點(diǎn)火均一次成功。

1.1.3 點(diǎn)火系統(tǒng)故障分析及檢查處理

圖1 燃燒室燃燒器布置

點(diǎn)火系統(tǒng)的常見故障主要包括點(diǎn)火變壓器故障、點(diǎn)火電極故障和放電部位間隙不當(dāng)三種。各類故障的故障現(xiàn)象、判定方法和處理措施見表1。

（1）整流變壓器故障。變壓器不工作或出線端升壓電壓不夠，需對(duì)整流變壓器進(jìn)行更換。

（2）點(diǎn)火電極故障。在燃燒器組裝過程中點(diǎn)火電極折斷或點(diǎn)火電極與其他導(dǎo)電體接觸造成短路或低電壓。建議通過改造加裝肋條以加強(qiáng)對(duì)電極的保護(hù)，改造前后對(duì)比如圖2所示。

（3）放電部位間隙不當(dāng)。放電部位電極間隙過大或過小導(dǎo)致電弧難以產(chǎn)生。在點(diǎn)火電極安裝完成和檢修結(jié)束后燃燒室人孔門封閉前，應(yīng)分別進(jìn)行放電試驗(yàn)，以排除因安裝不當(dāng)導(dǎo)致的電極折斷或放電部位間隙變化。

1.2 火檢系統(tǒng)故障

1.2.1 工作機(jī)理

火檢探頭透過火焰觀測孔石英玻璃捕捉燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生的可見光，通過凸透鏡聚光到光感元件上，光感元件轉(zhuǎn)化可見光，計(jì)算出火焰強(qiáng)度信號(hào)工作原因如圖3所示。

圖2 點(diǎn)火電極增加保護(hù)肋條改造前后對(duì)比

圖3 火檢探頭工作原理

1.2.2 火檢探頭故障事件分析

事件1：2015年1月某發(fā)電廠日常檢查中發(fā)現(xiàn)燃機(jī)一側(cè)火檢探頭窺視孔透光石英玻璃有一條永久貫穿性裂紋，特氟龍板自身也存在一定的變形，如圖4所示；檢查另一側(cè)火檢探頭，發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)石英玻璃有局部破損，且存在間隙0.75 mm。及時(shí)對(duì)兩組火檢系統(tǒng)進(jìn)行了維修，更換石英玻璃及特氟龍板，機(jī)組隨后的點(diǎn)火啟動(dòng)均正常。

事件2：某發(fā)電廠在2017年8月，發(fā)生一組火檢系統(tǒng)失效（每臺(tái)機(jī)組共2組），停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)表面積污較嚴(yán)重，如圖5所示，燃機(jī)火焰檢測探頭有三分之一區(qū)域有明顯的積灰，經(jīng)過清理，故障現(xiàn)象消失。

表1 點(diǎn)火系統(tǒng)故障檢查

圖4 火檢探頭窺視孔透光石英玻璃裂紋

圖5 火檢探頭窺視孔透光石英玻璃積灰照片

1.2.3 火檢系統(tǒng)的故障分析及檢查處理

火檢系統(tǒng)的常見故障主要有以下4種情況，見表2。

（1）外缸透光石英玻璃積污。外缸透光石英玻璃積污將引起透過的可見光過少或亮度過低，可見光難以被捕捉到。特別是點(diǎn)火階段，火焰自身就比較孱弱，積污嚴(yán)重可能導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。建議加強(qiáng)對(duì)火檢玻璃的巡檢和清理。

（2）特氟龍板安裝偏心。由于特氟龍板安裝不當(dāng)及自身嚴(yán)重變形，引起火檢探頭未正對(duì)石英玻璃，造成可見光從石英玻璃透出也無法被火檢探頭感知。建議安裝時(shí)用游標(biāo)卡尺測量好固定螺栓長度，日常運(yùn)維中加強(qiáng)巡檢。

（3）火檢探頭故障。內(nèi)部透鏡破裂或光感元件故障造成探頭對(duì)可見光的感知失效。建議及時(shí)更換故障探頭。

（4）光強(qiáng)度顯示靈敏度過低。在燃機(jī)點(diǎn)火過程中點(diǎn)火確實(shí)成功，但因?yàn)殪`敏度設(shè)置不當(dāng)，引起邏輯認(rèn)為點(diǎn)火失敗而停機(jī)。在正常情況下，用打火機(jī)正對(duì)火檢探頭時(shí)，光感強(qiáng)度顯示3格較適宜。

1.3 天然氣燃料成分改變

1.3.1 天然氣燃料成分改變的影響

V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)點(diǎn)火采取值班燃燒方式。由升速控制器、速度/負(fù)荷控制器、溫度控制器、負(fù)荷極限控制器、冷卻空氣極限控制器和壓氣機(jī)壓比極限控制器組成的中央最小值選擇邏輯電路完成選擇后，將所需天然氣需求量信號(hào)送入天然氣分配模塊，結(jié)合天然氣密度和閥門流量開度曲線進(jìn)行控制閥開度計(jì)算，計(jì)算完成后控制信號(hào)進(jìn)入值班閥門開度控制器通過伺服器和執(zhí)行器對(duì)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。在燃?xì)廨啓C(jī)新安裝機(jī)組調(diào)試時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的選擇依據(jù)之一是天然氣與空氣的配比[2]。天然氣成分是根據(jù)新機(jī)組調(diào)試時(shí)實(shí)際天然氣成分進(jìn)行設(shè)定的，在日常運(yùn)行中的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速下，如果天然氣成分發(fā)生較大變化，將引起天然氣熱值很難與該轉(zhuǎn)速下空氣量很好的匹配而建立穩(wěn)定的點(diǎn)火混合氣，造成點(diǎn)火失敗。

1.3.2 天然氣燃料成分改變故障分析及處理

排除上述兩個(gè)點(diǎn)火失敗外部原因后，需分析天然氣燃料成分改變的可能性。可通過將天然氣成分分析報(bào)告或在線分析儀數(shù)據(jù)與最近正常的天然氣成分分析數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷。確定因天然氣成本改變的原因引起的點(diǎn)火失敗，可適當(dāng)降低燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速來降低天然氣成分小幅改變的影響，同時(shí)降低點(diǎn)火轉(zhuǎn)速也可以減少對(duì)初始火焰的干擾，一般可從原先3.5 Hz左右按0.2 Hz的步長降至3.0 Hz左右，根據(jù)點(diǎn)火的實(shí)際情況進(jìn)行小幅度調(diào)整。

表2 火檢系統(tǒng)故障檢查

目前發(fā)電廠一般在天然氣母管上安裝了天然氣成分在線分析儀[3-7]，用于天然氣成分在線分析比對(duì)和運(yùn)行方式優(yōu)化。另外可在每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)前置模塊增裝天然氣成分在線分析儀，并將分析數(shù)據(jù)接入燃?xì)廨啓C(jī)燃料監(jiān)視系統(tǒng)，將該數(shù)據(jù)與天然氣建立函數(shù)關(guān)系，引入燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制系統(tǒng),在天然氣燃料成分發(fā)生改變時(shí)可進(jìn)行供應(yīng)量的實(shí)時(shí)調(diào)整。

2 影響機(jī)組點(diǎn)火性能的內(nèi)部原因

引起燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗的內(nèi)部原因主要有點(diǎn)火時(shí)IGV（壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉）開度較大漂移、值班閥開度設(shè)置漂移、天然氣環(huán)管堵塞以及其他硬件故障等[8-11]。

2.1 IGV開度較大漂移

IGV開度較大漂移會(huì)引起壓氣機(jī)的進(jìn)空氣量過大或過小，造成天然氣與空氣的配比發(fā)生較大改變而引起點(diǎn)火失敗。

通過現(xiàn)場實(shí)測IGV角度，并與系統(tǒng)顯示進(jìn)行比較判斷，出現(xiàn)較大偏移情況則應(yīng)重新調(diào)整IGV葉片角度。某機(jī)組原配置單個(gè)角度變送器，2017年發(fā)生IGV反饋異常引起系統(tǒng)判斷IGV開度發(fā)生較大漂移而點(diǎn)火失敗。通過加裝了兩個(gè)角度變送器構(gòu)成三取中冗余方式，測量準(zhǔn)確性提高后，運(yùn)行至今未發(fā)生類似問題。建議對(duì)單反饋信號(hào)配置進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 值班閥開度設(shè)置漂移

值班閥開度設(shè)置發(fā)生漂移引起天然氣與空氣的配比發(fā)生較大改變，造成點(diǎn)火失敗。需對(duì)各調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查校驗(yàn)，恢復(fù)至原設(shè)置位置。

2.3 天然氣環(huán)管堵塞

天然氣環(huán)管堵塞將引起進(jìn)入24個(gè)燃燒器的天然氣量大幅減少而引起點(diǎn)火失敗。需打開位于環(huán)管兩側(cè)的觀測孔，通過內(nèi)窺鏡檢查，清理堵塞物，保持流道暢通。

2.4 其他硬件故障

V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火須滿足燃機(jī)點(diǎn)火設(shè)定的21條允許啟動(dòng)點(diǎn)火條件，啟動(dòng)點(diǎn)火過程中出現(xiàn)某一條件不符合，則啟動(dòng)點(diǎn)火失敗。 系統(tǒng)監(jiān)控畫面自動(dòng)顯示出相應(yīng)的未滿足條件，需根據(jù)提示進(jìn)行相應(yīng)的故障排除。

3 結(jié)語

在燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)過程中多次發(fā)生點(diǎn)火失敗時(shí)，應(yīng)通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線和故障異?，F(xiàn)象，對(duì)常見的可能因素進(jìn)行快速排查，分析故障原因，及時(shí)找出故障點(diǎn)并修復(fù)，確保燃?xì)廨啓C(jī)盡快啟動(dòng)并網(wǎng)。同時(shí)根據(jù)各版本西門子燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際點(diǎn)火故障現(xiàn)象，有針對(duì)性的加強(qiáng)設(shè)備管理和設(shè)備改進(jìn)，提高燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火成功率。本文結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗總結(jié)出了以上這些解決方法，供同類型機(jī)組在解決類似故障時(shí)借鑒參考[12]。