PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)在貧貧燃燒模式下運(yùn)行的探究

馬永 富兆龍

摘要：對PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)在干式低氮燃燒系統(tǒng)（DLN1.0）貧貧燃燒模式（LL_POS）進(jìn)行研究，通過對LL_POS燃燒模式下燃燒室的工作環(huán)境的分析以及燃?xì)廨啓C(jī)在此模式下產(chǎn)生的高溫?fù)p耗進(jìn)行分析，提出了燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行中避免在LL_POS工況下長時間運(yùn)行對機(jī)組的措施。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；干式低氮燃燒；貧貧燃燒模式；

0.前言

天然氣作為清潔能源已經(jīng)成為燃?xì)廨啓C(jī)的主要燃料，在燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行中會產(chǎn)生大量的NOx而降低NOx排放量的最直接方法就是減少天然氣在燃燒時NOx的產(chǎn)生。大量的試驗研究，證實當(dāng)天然氣的火焰溫度低于1650℃時，燃燒產(chǎn)物中NOx的含量會很低。通過采用干式低氮燃燒技術(shù)（DLN）可以使天然氣的火焰溫度低于1650℃，而使NOx的生成得以控制。

1.DLN1.0燃燒室的介紹

該廠9E型燃?xì)廨啓C(jī)，于2011年通過改造使用了GE公司1990-1991年研制成功的兩級串聯(lián)式預(yù)混的干式低氮燃燒室（DLN1.0）。該機(jī)共有14個分管燃燒室，其中在12號、13號燃燒器裝有兩個點火器，燃燒室之間通過聯(lián)焰管實現(xiàn)著火燃燒。燃燒室分為兩級燃燒區(qū)，第一級燃燒室和第二級燃燒室，燃燒噴嘴分成三個，一級噴嘴、二級噴嘴和三級（切換）噴嘴。運(yùn)行時一級噴嘴的燃料進(jìn)入第一級燃燒室燃燒，二級噴嘴和三級噴嘴的燃料進(jìn)入第二級燃燒室燃燒。燃燒室的火焰筒筒體和中心體組件使用熱障涂層和氣膜冷卻技術(shù)以確保燃燒室高溫部件運(yùn)行溫度不超限。

2.貧貧燃燒模式對燃燒室的影響

經(jīng)過對擴(kuò)展貧貧燃燒模式（EXT_LL）的研究試驗可知，長時間處于擴(kuò)展貧貧燃燒模式下運(yùn)行，不僅在燃燒產(chǎn)物中產(chǎn)生大量的CO和NOx，而且文丘里組件出口的第二級燃燒室組件有燒壞變形的現(xiàn)象；此外，有經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明擴(kuò)展貧貧燃燒使燃燒室的維修系數(shù)是均相預(yù)混燃燒模式的10倍，大大縮短了燃燒部件的壽命，說明擴(kuò)展貧貧燃燒（EXT_LL）會對燃燒室的造成嚴(yán)重的危害，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中不允許停留在擴(kuò)展貧貧燃燒（EXT_LL）下運(yùn)行。

雖然燃燒室采用了先進(jìn)的隔熱涂層和氣膜冷卻技術(shù)，能在一定程度上保護(hù)燃燒室的高溫部件，但是氣膜冷卻在運(yùn)行中會受到燃燒脈動而失效，高達(dá)2000℃的擴(kuò)散燃燒溫度對隔熱涂層也是嚴(yán)峻的考驗。由于燃燒室的工作環(huán)境溫度較高，所采用的材料也十分昂貴，當(dāng)燃燒室長時間處于貧貧燃燒工況運(yùn)行時，會增加燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的維修及投資。可見避免燃?xì)廨啓C(jī)長時間在貧貧燃燒（LL_POS）模式下運(yùn)行也是非常必要的。

3.機(jī)組在貧貧燃燒（LL_POS）模式運(yùn)行的現(xiàn)狀

燃?xì)廨啓C(jī)在貧貧燃燒模式（LL_POS）時，70%的天然氣進(jìn)入一級噴嘴在燃燒器中進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，造成了不良影響。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動按汽輪機(jī)的啟動特性分為3種，分別是汽輪機(jī)冷態(tài)啟動，溫態(tài)啟動和熱態(tài)啟動。該廠汽輪機(jī)冷態(tài)和溫態(tài)啟動次數(shù)相對較少，而且需要停留在貧貧燃燒（LL_POS）模式運(yùn)行的時間也是機(jī)組啟動特性決定的，其運(yùn)行時間在20min左右，而在熱態(tài)啟動中機(jī)組在貧貧燃燒（LL_POS）模式運(yùn)行的時間也較長。

作為調(diào)峰機(jī)組，該廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的啟動80%屬于熱態(tài)啟動，在熱態(tài)啟動中，燃?xì)廨啓C(jī)在負(fù)荷65MW維持貧貧燃燒（LL_POS）運(yùn)行的時間長達(dá)30min。為減少此模式運(yùn)行對機(jī)組造成的危害，最直接有效的方法就是減少熱態(tài)啟動過程中貧貧燃燒（LL_POS）運(yùn)行的時間。

4.減少熱態(tài)啟動中貧貧燃燒（LL_POS）時間的措施

該廠在調(diào)峰的運(yùn)行模式下，80%的熱態(tài)啟動過程中汽輪機(jī)從抽真空到帶滿負(fù)荷，總共需耗時50min，在此期間，燃?xì)廨啓C(jī)在貧貧燃燒（LL_POS）模式下運(yùn)行30min之久，主要取決于汽輪機(jī)在熱態(tài)啟動時的快慢。在汽輪機(jī)熱態(tài)啟動過程中，由于汽輪機(jī)汽缸溫度較高，汽輪機(jī)升負(fù)荷的速度可以適當(dāng)加快，減少熱態(tài)啟動中汽輪機(jī)的啟動時間，可以從根本上解決燃機(jī)在貧貧燃燒（LL_POS）的運(yùn)行時間長的問題。

根據(jù)機(jī)組啟動的特性，該廠從汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前的準(zhǔn)備階段、沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)階段、并網(wǎng)后升負(fù)荷階段三個階段對汽輪機(jī)熱態(tài)啟動過程進(jìn)行分析。從而找出影響燃?xì)廨啓C(jī)貧貧燃燒（LL_POS）模式運(yùn)行時間的因素。

4.1 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前的準(zhǔn)備階段

汽輪機(jī)啟動前準(zhǔn)備工作，主要是建立汽輪機(jī)真空，從而通過高壓蒸汽旁路進(jìn)行暖管和調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，以滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的條件。由于熱態(tài)啟動時鍋爐也處于熱態(tài)，在啟動前高壓主蒸汽的壓力還有2.0MPa左右，溫度約200℃左右。在這一階段，限制燃?xì)廨啓C(jī)升負(fù)荷的原因是利用鍋爐對空排氣不利于主蒸汽壓力的調(diào)整，不僅會造成大量的汽水損失而且主蒸汽壓力也不好調(diào)控。高壓蒸汽旁路具有100%的容量，即使鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，都能維持主蒸汽壓力在正常范圍內(nèi)。從記錄上可以看出，在高壓旁路投入后，主蒸汽的壓力可以得到很好的控制，并可以將鍋爐的蒸汽全部回收避免汽水浪費。

4.2 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)階段

在汽輪機(jī)熱態(tài)啟動中，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的升速率設(shè)定為500rpm/min，并且中間不停留，汽輪機(jī)滿速后即進(jìn)行并網(wǎng)操作這一期間需要維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定，所以燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷維持不變。在日常運(yùn)行中，加強(qiáng)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)同期裝置、勵磁系統(tǒng)的維護(hù)，確保設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。避免汽輪機(jī)升速并網(wǎng)時出現(xiàn)異常，即可在沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)階段預(yù)防燃?xì)廨啓C(jī)在貧貧燃燒（LL_POS）運(yùn)行時間過長。

4.3 汽輪機(jī)并網(wǎng)后升負(fù)荷階段

在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)啟動過程中，通過機(jī)組啟動前準(zhǔn)備工作的相關(guān)措施，在日常生產(chǎn)中加強(qiáng)機(jī)組設(shè)備的維護(hù)，并采取先升燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷后關(guān)汽輪機(jī)高壓旁路的措施，使汽輪機(jī)熱態(tài)啟動的時間從50多分鐘縮短到35min以內(nèi)，同時減少了約10min燃?xì)廨啓C(jī)在貧貧燃燒（LL_POS）運(yùn)行的時間。不僅在機(jī)組啟動中，將燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室在貧貧燃燒（LL_POS）擴(kuò)散火焰下的惡劣工況運(yùn)行的影響減輕，而且將整套機(jī)組的啟動時間有效的縮短了，實現(xiàn)了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的提高。

5.結(jié)束語

燃燒室是燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中重點監(jiān)控保護(hù)的對象。對燃燒室基本特性和運(yùn)行工況的研究。可以在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的過程中更好地保護(hù)價格昂貴燃燒室部件，確保燃機(jī)的安全高效運(yùn)行。對DLN1.0燃燒系統(tǒng)貧貧燃燒（LL_POS）作為燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中的一個特殊工況，由于不能實際測量其燃燒溫度，且其運(yùn)行的溫度范圍跨度較大，其危害性并不能夠得到定性的分析，但是基于擴(kuò)展貧貧燃燒（EXT_LL）對燃機(jī)燃燒室部件的危害，避免貧貧燃燒模式（LL_POS）長時間運(yùn)行是必要的。

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作者簡介：馬永（1983），男，廣西玉林，助理工程師，從事燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電工作.