9FA燃機燃燒監(jiān)測系統(tǒng)介紹及案例分析

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310000）

0 引言

STAG 109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機組是當前世界上最先進的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)大型發(fā)電機組之一。它由PG9351FA型燃氣輪機（下簡稱9FA燃機）D10型三壓有再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機、390H型氫冷發(fā)電機和三壓有再熱但帶冷凝器除氧的自然循環(huán)余熱鍋爐組成。除余熱鍋爐由國內(nèi)成套外，其余均由美國通用電氣公司（簡稱GE公司）提供[1]。燃氣輪機、蒸汽輪機和發(fā)電機剛性的串聯(lián)在一根長軸上，軸配置形式為：GT—ST—GEN（燃機—汽機—發(fā)電機），轉速3 000 r/min，從發(fā)電機方向看軸按逆時針方向轉動。

1 燃燒監(jiān)測系統(tǒng)的介紹及分析

9FA燃機無法直接測量18個燃燒室的溫度，在排氣擴壓段均勻分布了31個排氣熱電偶，通過對這31個排氣溫度（高低）分散程度的實時監(jiān)測來判斷燃燒室是否工作在正常狀態(tài)。S1、S2、S3分別為分散度1、分散度2、分散度3，即31個排氣熱電偶中最高點排氣溫度與最低點、次低點、次次低點的差值，Sa為允許分散度，是一個計算值。一旦監(jiān)測到排氣分散度超過允許范圍，則控制系統(tǒng)會發(fā)出相應的報警甚至跳機信號，從而起到保護燃燒室、透平等高溫部件的作用。

允許排氣分散度＝TTXM×TTKSPL4－CTDA×TTKSPL3＋TTKSPL5。

穩(wěn)定工況下TTXSPL的上下限為170 ℉（94.4 ℃）和50 ℉（27.8 ℃），變工況過程中增加100 ℉（55.6 ℃），相當于退出燃燒檢測，以避免排氣分散度引起的報警或跳機。

平均排氣溫度TTXM是除去比31個排氣溫度測點中第2高點低500 ℉（277.8 ℃）的所有測點后，再除去剩下測點中的最高點與最低點，余下測點的算術平均值。

TTKSPL4＝0.145。

壓氣機排氣溫度CTDA的上下限為725 ℉（385 ℃）和300 ℉（148.9 ℃）。

TTKSPL3＝0.08。

TTKSPL5＝60 ℉。

1.1 報警和跳機信號情況

1.1.1 排氣分散度報警

（1）燃燒故障報警信號（COMBUSTION TROUBLE），產(chǎn)生原因是S1或S3/Sa≥1（即：分散度1或分散度3≥允許分散度），延時1 s。（2）熱電偶故障報警信號（EXHAUST THERMOCOUPLE TROUBLE），產(chǎn)生原因是S1/Sa≥5（即：分散度1≥允許5倍的允許分散度，說明某點排氣溫度異常偏高，壞點），延時4 s。

1.1.2 排氣分散度跳機

排氣溫度分散度大遮斷報警信號（HIGH EXHAUST TEMPERATURE SPREAD TRIP），產(chǎn)生原因是當L4置1且L14HS置1（即機組95%額定轉速以上）時，燃燒監(jiān)測保護起作用。在燃燒監(jiān)測保護起作用的情況下，出現(xiàn)下列情況中的任意一種時，排氣溫度分散度大跳機[2]。

（1）1≤S1/Sa＜5且S2/Sa≥0.8（即分散度1＜5倍的允許分散度，但≥允許分散度，且分散度2≥0.8倍的允許分散度）且S1最低排氣溫度點和S2次低排氣溫度點相鄰，延時2 s。（2）S1/Sa≥5且S2/Sa≥0.8（即分散度1≥5倍的允許分散度且分散度2≥0.8倍的允許分散度）且S2次低排氣溫度點和S3次次低排氣溫度點相鄰，延時2 s。（3）S3/Sa≥1（即分散度3≥允許分散度），延時2 s。

2 燃燒系統(tǒng)異常

某日中午，#1機負荷250 MW時出現(xiàn)排氣分散度增大的情況，當時平均排氣溫度TTXM為648 ℃，31個排氣溫度中最低的3個分別是第8、9、10點，允許排氣分散度Sa為80 ℃，最大分散度S1為25 ℃。至下午3點鐘，機組負荷為288 MW，排氣分散度增大的情況趨于嚴重，但未出現(xiàn)報警，當時的Sa為79 ℃， S1為55 ℃，TTXM為642 ℃，最低的3個排氣溫度分別為第6、7、8點。次日凌晨3點，機組負荷320 MW，S1接近Sa（Sa為76 ℃，S1為74 ℃），最低的3個排氣溫度分別為第5、6、7點。次日10點7分鐘，#1機負荷267 MW，Sa為88 ℃，S1、S2、S3分別為70 ℃、42 ℃、40 ℃，TTXM為647 ℃，當時最低點為8、9、7，分別為579 ℃、605 ℃、609 ℃，明顯形成低溫區(qū)。11點46分鐘因排氣分散度大機組從220 MW跳機，跳機前瞬間出現(xiàn)了#4火焰探頭無火、燃燒故障、火焰探測故障報警，之后出現(xiàn)排氣分散度大跳機、熄火、解列。當時最低的3個排氣溫度11點546 ℃，第10點573 ℃， 12點576 ℃，TTXM為648 ℃。

對機組排氣分散度大跳機前排氣溫度低溫區(qū)隨負荷變化的移動規(guī)律列表如表1所示。

表1 排氣溫度低溫區(qū)隨負荷變化的移動規(guī)律

停機后對燃燒室進行孔窺檢查時發(fā)現(xiàn)第18、1、2燃燒器噴嘴的PM4通道存在管道法蘭墊片碎屑的現(xiàn)象，進行更換后解決了機組運行中排氣分散度不正常的問題。

3 燃料通道進異物

某日，#2機正常運行中再因#18和#1燃燒器噴嘴的PM4通道工作異常，引起機組排氣分散度大跳機。之后對#1和#18的1、2燃燒器的PM4噴嘴進行孔窺檢查，同時吸岀了#18、#1燃燒器PM4通道內(nèi)的異物。機組重新啟動后恢復正常。

對機組排氣分散度大跳機前排氣溫度低溫區(qū)隨負荷變化的移動規(guī)律列表如表2所示。

表2 排氣溫度低溫區(qū)隨負荷變化的移動規(guī)律

通過兩次的排氣分散度總結可知，因為燃機的旋轉方向為順時針（從排氣擴壓段向壓氣機方向看），因此燃氣的氣流也將產(chǎn)生順時針方向的旋轉。當某一燃燒室出現(xiàn)故障無法正常燃燒時，反映到排氣溫度，低溫區(qū)將發(fā)生順時針偏移，負荷越高，偏轉角越小，負荷越低，偏轉角越大。

發(fā)現(xiàn)排氣溫度低溫區(qū)隨負荷變化的移動規(guī)律，從實際運行參數(shù)可以看出，一旦燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)異常，不僅排氣分散度將明顯增大，排氣溫度低溫區(qū)明顯形成，而且隨機組負荷的減小，排氣溫度低溫區(qū)將順時針方向偏移。

4 燃燒監(jiān)測系統(tǒng)異常

某日 7點42分#3機第二次CI后首次點火成功，8點55分投入溫度匹配，8點18分#3機排氣熱電偶第15點壞，直接開路。8點58分排氣熱電偶第24點開始大幅波動，9點20分徹底壞，當時第24點－57 ℉，第15點0 ℉，第16點613 ℉，TTXM700 ℉，滿足了S1/Sa≥5且S2/Sa≥0.8，且S2與S3低點相鄰的排氣分散度大跳機條件。停機后熱工更換了15、16、24、25、26、27、28共7個排氣溫度測溫元件。

5 預防措施

通過分析，我們知道了燃燒檢測系統(tǒng)對于機組安全運行，存在著重要的意義。工作在高溫區(qū)的燃機燃燒系統(tǒng)組件，出現(xiàn)各種的異常情況在所難免，為避免出現(xiàn)人為因素造成的燃燒系統(tǒng)事故擴大，我們應該注意以下幾方面。

（1）機組點火后及運行中，需要經(jīng)常觀察排氣分散度的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)有增大的趨勢，需要高度關注，并且立即檢查是否出現(xiàn)了明顯的排氣低溫區(qū)，且判斷低溫區(qū)是否隨負荷的變化而偏移。若僅僅是排氣熱電偶故障造成的排氣分散度增大，不會出現(xiàn)排氣低溫區(qū)隨負荷變化而偏移的情況[3]。

（2）機組運行中出現(xiàn)了排氣分散度明顯增大，且排氣低溫區(qū)明顯隨負荷變化時，建議及時停機，對燃燒系統(tǒng)進行孔窺檢查，發(fā)現(xiàn)并解決問題后再重新啟動機組，避免設備故障的擴大。

（3）一旦出現(xiàn)了因排氣分散度大造成的跳機，在分析清楚原因之前不能盲目重新啟動機組。因為機組的燃燒監(jiān)測保護只有在95%額定轉速以上才起作用，在點火后至全速前這段時間內(nèi)，即使因燃燒系統(tǒng)故障導致排氣分散度嚴重異常，也不會造成機組跳機。在未判斷清楚燃燒系統(tǒng)故障程度之前，盲目重新啟動機組很可能造成事故的擴大。

（4）機組啟動前若發(fā)現(xiàn)一點以上排氣溫度嚴重異常，應處理正常后再啟動機組，避免因排氣熱電偶異常導致無謂跳機。

（5）忽視排氣分散度增大趨勢，盲目運行將導致嚴重后果。

6 結束語

文章對9FA燃機燃燒監(jiān)測系統(tǒng)進行了簡單的介紹、案例分析以及注意事項，在以后的工作中要不斷的總結經(jīng)驗，將燃燒系統(tǒng)故障的發(fā)生熄滅于萌芽階段，保證安全生產(chǎn)。