燃氣輪機燃燒器加速度振動大原因分析及排查方法

黃岳 周夢璐

摘? 要： 燃氣輪機燃燒過程極其復雜，燃氣輪機運行過程中若出現燃燒不穩定狀況，將會對燃氣輪機部件特別是燃燒內部造成結構性損壞。為了抑制燃燒振動增加，保持燃燒器最佳連續運行狀態，主機廠設計了由自動調整系統、壓力波動傳感器和加速度傳感器組成的燃燒振動自動調整系統。燃燒器加速度作為重要的監測數據進入燃機主保護，機組發生加速度振動大現象需要引起足夠重視。本文介紹了某電廠F級燃機燃燒器加速度振動大的現象、原因分析及排查處理過程。

關鍵詞：燃氣輪機;燃燒振動;加速度振動大

1概況

某電廠F級燃氣輪機，其燃燒振動自動調整系統由自動調整系統（A-CPFM）、20個壓力波動傳感器和4個燃燒振動檢測傳感器組成。燃機控制系統對燃燒器壓力波動傳感器和加速度傳感器檢測數據分為9個不同的頻段進行分析，分別為LOW（15-40 HZ），MID（55-95 HZ），H1（95-170 HZ），H2（170-290 HZ），H3（290-500 HZ），HH1（500-2000 HZ），HH2（2000-2800 HZ），HH3（2800-3800 HZ），HH4（4000-4750 HZ）。在不同頻段針對燃燒器壓力波動傳感器和加速度傳感器，分別設置了調整、預報警、降負荷、跳閘限值。其中，調整功能由A-CPFM系統完成;預報警、降負荷、跳閘功能由燃機控制系統實現。當24個傳感器中任意2個檢測數值超過降負荷限值時，觸發燃機降負荷;當24個傳感器中任意2個檢測數值超過跳閘限值時，燃燒器壓力波動大跳閘保護動作。

2018年11月開始，此機組#8燃燒器加速度傳感器HH4頻段出現振動大預報警，從只在高負荷階段增減負荷時出現，到不同負荷段頻繁出現，并帶有數值逐漸增大的趨勢（達到降負荷值），嚴重影響機組安全運行。

2燃燒振動產生機理

在燃燒室的火焰區域內，熱量以聲光的模式釋放，外界因素發生改變時，劇烈的聲光又會產生大量的熱，反過來加劇聲光的釋放，從而激發壓力波動的產生，造成燃燒振動。如果燃氣輪機的燃料與空氣的比例配合不好，即燃空比（F/A）若裕度不合適，則外界因素的輕微改變就容易出現燃燒不穩定，燃燒振動繼而產生。

3振動信號真假判斷

噪聲信號的特征一般有：1、不會波及附近的燃燒器;2、即使改變燃燒狀態，其水平也不會發生變化;3、沒有再現性。例如#8燃燒器振動值較高，而#7、#9燃燒器相同頻段也產生了峰值，#6、#10同頻段也產生了峰值，但數值偏低，根據此情況可判斷是真的發生了燃燒振動，也可發送運行數據給主機廠協助判斷。

4排查方法

若燃燒振動為真，說明燃燒室燃空比裕度不合適，超出了A-CPFM的調整范圍，需要從燃料、空氣兩方面分別進行排查，最后通過燃燒調整，修正燃空比來消除燃燒振動。具體可從以下方面排查：

1、檢查壓氣機進氣濾差壓，判斷空氣流量是否充足;

2、檢查進氣溫度是否符合當前負荷曲線，是否需要對控制信號進行溫度修正;

3、檢查燃燒器燃氣管道錐形濾網是否有堵塞情況;

4、檢測天然氣成分是否變化較大;

5、檢查天然氣溫度是否符合要求;

6、檢查燃料、空氣控制閥是否動作正常。

若振動信號為假，因燃燒器加速度振動保護屬于燃機主保護，即使判斷出振動報警為假信號，在強制#8燃燒器加速度振動主保護邏輯后，仍需要盡快排查出振動大原因并消除異常，確保主保護正常投入。以#8燃燒器加速度振動大異常為例，排查可從以下方面進行：

1、排查延伸電纜。將異常的#8燃燒器加速度傳感器與正常的#3燃燒器加速度傳感器延伸電纜進行對換，或更換新的延伸電纜。

2、排查VIM模塊。切換#8燃燒器加速度傳感器對應VIM模塊（例如將VIMMODULE-6從A SELECT切換至B SELECT ）。

3、排查加速度傳感器。檢查#8燃燒器加速度傳感器與安裝座接觸面是否平整，傳感器是否安裝牢固，鎖線有無松動;更換新的加速度傳感器。

4、排查加速度傳感器安裝座。檢查#8燃燒器加速度傳感器安裝座是否安裝牢固，鎖線有無松動跡象，檢查傳感器安裝座與燃燒器接觸面是否有雜物、臟污或不平整。

5處理過程

該電廠調取#8燃燒器加速度振動曲線，發現#8燃燒器加速度HH4頻段振動值最高達到3.1mm/s（超過降負荷值3mm/s）時， #8燃燒器CPFM壓力波動傳感器無異常（最大值0.07kPa），其相鄰的#6、#7、#8、#9、#10燃燒器CPFM壓力波動最大值分別0.07、0.08、0.13、0.11，均遠低于CPFM HH4頻段預報警值1.75kPa，判斷出#8燃燒器加速度振動大報警為虛假信號（主機廠根據運行數據分析得出同樣的結果）。

該電廠排查虛假信號按照延伸電纜→VIM模塊→加速度傳感器→加速度傳感器安裝座的順序進行，最后在打磨、清理安裝座接觸面及重新固定安裝座后，加速度振動大異常得到了消除。

測量加速度，目前主要是通過加速度傳感器，并配以適當的檢測電路進行的。而該電廠使用的是壓電式加速度傳感器，其原理為利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質量一定的情況下與加速度值成正比，當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，壓電晶體受力后產生的電荷量與所受到的加速度值成正比。

因此傳感器安裝座未安裝牢固、安裝接觸面有雜物、臟污或不平整都可能產生虛假的加速度振動值，此機組#8燃燒器加速度振動大異常正符合這個情況。

6結語

燃燒器加速度振動是反應燃燒穩定性的關鍵因素之一，一旦發生異常或報警，專業人員應先對振動大信號進行判斷，確認振動信號來自燃燒波動還是傳感器異常，確認信號真假后，再進行相應的處理。本文以某電廠F級燃機為例，對燃燒器加速度振動大的原因進行了分析，并將排查方法、結果進行了介紹，為其他燃氣輪機解決同類問題提供借鑒。

參考文獻

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