大力神130焦?fàn)t煤氣燃?xì)廨啓C(jī)熄火原因分析

朱大偉，楊玉明

(1.江蘇天裕集團(tuán)東方熱電有限公司，江蘇徐州 221011;2.山東濟(jì)礦民生熱能有限公司，山東濟(jì)寧 272211)

江蘇天裕集團(tuán)東方熱電有限公司的3臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和山東濟(jì)礦民生熱能有限公司的2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)都為美國(guó)索拉公司生產(chǎn)的大力神(Titan)130機(jī)組，為全國(guó)較早燒焦?fàn)t煤氣的雙燃料燃?xì)廨啓C(jī)，該機(jī)型運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)熄火停機(jī)。本文針對(duì)該機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的熄火進(jìn)行分析，總結(jié)出一些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

1 主要技術(shù)參數(shù)及工作流程

Titan130燃?xì)廨啓C(jī)為雙燃料系統(tǒng)(0#柴油和焦?fàn)t煤氣)，設(shè)計(jì)功率13 MW，冬季最大可達(dá)15 MW，效率為35%，額定狀況下排氣溫度496℃，壓比16。燃?xì)廨啓C(jī)配備21個(gè)雙燃料噴嘴，12個(gè)T5(三級(jí)渦輪噴嘴溫度)熱電偶，一個(gè)點(diǎn)火器，額定轉(zhuǎn)速11 197 r/min，經(jīng)過行星齒減速齒輪箱減速后轉(zhuǎn)速為1 500 r/min帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。氣體燃料為焦?fàn)t煤氣，壓力2.1～3.4 MPa。

正常工作過程為盤車在20%額定轉(zhuǎn)速時(shí)先吹掃10 min，然后進(jìn)入柴油點(diǎn)火，盤車在65%額定轉(zhuǎn)速時(shí)自動(dòng)脫扣，78%額定轉(zhuǎn)速后防喘閥關(guān)閉，升速到額定轉(zhuǎn)速，整個(gè)升速過程約3 min。達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后可手動(dòng)切換到氣體燃料系統(tǒng)運(yùn)行，然后并網(wǎng)升負(fù)荷。

2 故障概述

2012年8月5日該機(jī)組在正常運(yùn)行中出現(xiàn)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火)熄火停機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)復(fù)位后再次點(diǎn)火，機(jī)組運(yùn)行正常，之后幾天陸續(xù)出現(xiàn)該熄火停機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2012年8月5日某次停機(jī)數(shù)據(jù)見表1。

3 原因分析及處理

燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火)熄火停機(jī)事故，檢查與其相關(guān)的各管線系統(tǒng)(點(diǎn)火、霧化空氣、雙燃料、熄火等四個(gè)系統(tǒng))，通過對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的組成和實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，利用排除法逐個(gè)進(jìn)行排查，最終找到原因，進(jìn)行針對(duì)性的解決。

3.1 點(diǎn)火系統(tǒng)

該點(diǎn)火系統(tǒng)由高壓包、點(diǎn)火電纜及火花塞組成。燃?xì)廨啓C(jī)在10 min的吹掃結(jié)束后進(jìn)入一個(gè)點(diǎn)火階段，30 s后若T5平均溫度超過400℉(204℃)，燃料繼續(xù)加入，點(diǎn)火系統(tǒng)退出，并記錄一次成功啟動(dòng)。若達(dá)不到400℉則點(diǎn)火失敗報(bào)警或熄火報(bào)警。燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行中點(diǎn)火系統(tǒng)不工作，故可以排除。

表1 某次停機(jī)數(shù)據(jù)記錄表

圖2 氣體燃料系統(tǒng)圖

3.2 霧化空氣系統(tǒng)

該機(jī)組霧化空氣系統(tǒng)見圖1。壓縮空氣經(jīng)過過濾器FS911-1后由關(guān)斷閥V2P935控制分兩路，一路經(jīng)過減壓閥PCV933，進(jìn)入噴嘴霧化空氣管，要求空氣壓力控制在172～207 kPa;另一路經(jīng)過減壓閥PCV933-1后進(jìn)入點(diǎn)火霧化空氣管，要求空氣壓力控制在261 kPa。霧化壓力的調(diào)整可以在PCV933和PCV933-1之后安裝一臨時(shí)壓力表，強(qiáng)制開啟V2P935，手動(dòng)調(diào)整PCV933和PCV933-1螺母即可。壓氣機(jī)排氣壓力提高后會(huì)經(jīng)過PCV933來代替壓縮空氣。由于是正常運(yùn)行中出現(xiàn)的熄火停機(jī)，故拆除噴嘴霧化空氣一路檢查，未見異常。

圖1 霧化空氣系統(tǒng)圖

3.3 雙燃料系統(tǒng)

由于該機(jī)組設(shè)定為柴油點(diǎn)火，F(xiàn)N_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW為正常運(yùn)行中出現(xiàn)的熄火，故液體燃料系統(tǒng)排除。氣體燃料(焦?fàn)t煤氣)系統(tǒng)見圖2。設(shè)計(jì)兩個(gè)環(huán)形分配管，焦?fàn)t煤氣通過EGF388-1和EGF388-2兩個(gè)主燃料閥控制，燃?xì)廨啓C(jī)熄火后主燃料閥會(huì)迅速關(guān)閉。檢查煤氣燃料管后發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部有黃色粘稠物，超聲波清洗干凈后恢復(fù)，初步懷疑煤氣中含水，導(dǎo)致瞬間熄火，要求定期排液。

3.4 熄火系統(tǒng)

由于焦?fàn)t煤氣中以H2和CH4為主，而H2爆炸極限范圍很廣(下限4%，上限75.9%)，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤ɑ鸨Ｗo(hù)至關(guān)重要，該機(jī)型共設(shè)計(jì)5個(gè)熄火停機(jī)保護(hù)。熄火壓力開關(guān)保護(hù)原理見圖3。

圖3 熄火開關(guān)原理圖

壓氣機(jī)出口的壓縮空氣壓力由壓力表TP349檢測(cè)，正常運(yùn)行中壓力HI=LO，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)熄火時(shí)壓氣機(jī)壓力會(huì)下降，此時(shí)LO處壓力迅速下降，而HI處因有節(jié)流孔板F0940(0.23 mm)，壓力緩慢下降，此時(shí) HI和 LO產(chǎn)生壓差(設(shè)計(jì)壓差大于13.8 kPa 延時(shí)10 s動(dòng)作，2.9 kPa復(fù)位)，若 S349 動(dòng)作后，超過30 s未復(fù)位(正常的復(fù)位時(shí)間應(yīng)小于2 s)，則會(huì)出現(xiàn)AL_S349_Fail(熄火開關(guān)開啟失敗報(bào)警)。檢查發(fā)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)時(shí)壓氣機(jī)壓力由1 444 kPa下降到1 396 kPa，且停機(jī)后出現(xiàn)AL_S349_Fail，拆除熄火開關(guān)檢查，并重新校驗(yàn)熄火開關(guān)，安裝后復(fù)位AL_S349_Fail消失。即使是熄火開關(guān)的問題也只會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，不會(huì)停機(jī)，故熄火開關(guān)只是次要原因。

該機(jī)型共設(shè)計(jì)5個(gè)熄火停機(jī)保護(hù):

1)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_CMD(由高燃料命令檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī));

2)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī));

3)FN_FLAMEOUT_KW(由逆功率檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī));

4)FN_FLAMEOUT_LOW_T5(由發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī));

5)FN_FLAMEOUT_UNDER_SPEED(發(fā)動(dòng)機(jī)欠速檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī))。

此次出現(xiàn)的熄火停機(jī)為FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī))。利用Rslogix5000打開該燃?xì)廨啓C(jī)程序，輸入FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW，程序見圖4。

圖4 邏輯程序控制圖

燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中當(dāng)壓力開關(guān)S349動(dòng)作后，且燃料控制信號(hào)大于當(dāng)前負(fù)荷最大燃料量的95%后燃?xì)廨啓C(jī)會(huì)出現(xiàn)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停機(jī))。該型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)從點(diǎn)火到滿負(fù)荷，燃料量有一定的限制(根據(jù)煤氣發(fā)熱量、機(jī)組負(fù)荷狀況計(jì)算最大量)，點(diǎn)火后的任何狀況下保證燃料的最大流量和壓氣機(jī)空氣比在爆炸下限內(nèi)，故熄火后燃料和空氣的混合比遠(yuǎn)離爆炸下限，以保證機(jī)組安全。

檢查停機(jī)前后各參數(shù)趨勢(shì)，見表1的某次停機(jī)數(shù)據(jù)記錄。9∶47∶48燃料控制需求量由41 968 kW上升到42 255 kW，且燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷設(shè)定值12 700 kW未變化，燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際負(fù)荷由12 445 kW瞬間下降到10 868 kW，燃料閥1和燃料閥2的命令開度和實(shí)際開度均比上一時(shí)刻大，且壓氣機(jī)壓力也出現(xiàn)下降，故初步懷疑故障由煤氣瞬間發(fā)熱量不足引起。微開燃?xì)廨啓C(jī)入口前緩沖罐，發(fā)現(xiàn)排水量比較多，因此在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行過程中要進(jìn)行定期排液，防止進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒的煤氣中含液，導(dǎo)致熄火故障的發(fā)生。

通過詳細(xì)排查、分析，發(fā)現(xiàn)2012年8月5日的故障原因是焦?fàn)t煤氣發(fā)熱量瞬間不足，這主要由于煤氣過濾器內(nèi)氮?dú)馕粗脫Q徹底及焦?fàn)t煤氣中含水量較多兩方面原因造成的。

4 結(jié)語

經(jīng)過以上分析，當(dāng)出現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火期間熄火或運(yùn)行中熄火，應(yīng)逐項(xiàng)排查檢查熄火原因。

若啟動(dòng)點(diǎn)火期間熄火，首先確認(rèn)點(diǎn)火器是否點(diǎn)著(點(diǎn)火器點(diǎn)著后T5平均溫度會(huì)上升，雖不一定達(dá)到400℉)，若點(diǎn)火器正常，則柴油霧化有可能有問題，應(yīng)從燃料系統(tǒng)和霧化空氣系統(tǒng)查找原因?；鸹ㄈ诙啻吸c(diǎn)火失敗或壓氣機(jī)水洗時(shí)應(yīng)拆除清理，防止積液受潮影響點(diǎn)火，同時(shí)定期做打火試驗(yàn);在燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行期間，柴油管道容易積水，再次啟動(dòng)點(diǎn)火前應(yīng)檢查放水;同時(shí)FS911-1過濾器及VCH932止回閥需定期檢查及清理或更換。

若運(yùn)行中燃?xì)廨啓C(jī)熄火，應(yīng)從控制邏輯程序中先找出熄火原因，再?gòu)娜剂舷到y(tǒng)中查找原因，該機(jī)型熄火保護(hù)很成熟，各個(gè)部分均有不同的延時(shí)，誤報(bào)的機(jī)率很小。從目前實(shí)際運(yùn)行中來看，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)熄火，主要都是因?yàn)檫\(yùn)行人員排污不及時(shí)、燃?xì)廨啓C(jī)噴嘴霧化不好及燃料供應(yīng)不足等原因引起。燃?xì)廨啓C(jī)熄火后會(huì)出現(xiàn)機(jī)組瞬間冷卻，高溫部分產(chǎn)生熱應(yīng)力，影響機(jī)組壽命，同時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的瞬間熄火也存在著爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)盡量減少熄火停機(jī)。

根據(jù)本次事故情況分析，燃料的處理尤為重要，要將煤氣過濾器排液工作列入定期工作計(jì)劃中，并嚴(yán)格執(zhí)行;在煤氣置換氮?dú)獾臅r(shí)候一定要置換徹底，防止煤氣中含有氮?dú)?，出現(xiàn)煤氣發(fā)熱量瞬間不足的現(xiàn)象。

［1］童可義.PG9171E燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗原因分析［J］.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2009(2):65-67.

［2］鄧建玲.張東曉.陳海斌，等.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù):控制系統(tǒng)分冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009:140-143.