DLN1.0燃燒系統(tǒng)模式切換過程中負(fù)荷波動分析

孟 浩，潘 福

（無錫藍(lán)天燃機熱電有限公司，江蘇無錫 214112）

0 引言

為降低燃?xì)廨啓CNOx排放，滿足國家環(huán)保要求，現(xiàn)代燃?xì)廨啓C大多數(shù)采用了干式低氮燃燒技術(shù)。GE公司9E型燃?xì)廨啓C采用了DLN1.0燃燒系統(tǒng)，正常運行工況下為預(yù)混模式，降低燃燒溫度，減少NOx的產(chǎn)生。燃?xì)廨啓C自啟動到滿負(fù)荷運行過程中，對應(yīng)不同負(fù)荷點進(jìn)行燃燒模式切換，以保證燃燒穩(wěn)定和最終的排放達(dá)標(biāo)，但在切換至預(yù)混過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定、負(fù)荷波動大等現(xiàn)象。針對某電廠的9E型燃?xì)廨啓C燃燒調(diào)試過程中，在燃料閥均切換完成后出現(xiàn)負(fù)荷波動大、部分燃燒室熄火后再爆燃的現(xiàn)象進(jìn)行分析、處理，保證了機組設(shè)備的安全運行。

1 電廠基本情況說明及問題

某電廠建設(shè)有2×180 MW級燃?xì)狻?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組“1拖1”配置，燃?xì)廨啓C型號為GE公司生產(chǎn)的PG9171E型，采用AGP（先進(jìn)熱通道）最新技術(shù)。燃用西二線天然氣，配置DLN1.0燃燒系統(tǒng)和進(jìn)氣加熱系統(tǒng)IBH。2015年10月，現(xiàn)場進(jìn)行DLN系統(tǒng)調(diào)試和燃燒調(diào)整。

在調(diào)試過程中，燃燒模式切換時，三路燃料控制閥均正常，燃料閥動作平穩(wěn)，排煙溫度分散度及負(fù)荷均穩(wěn)定，但隨后發(fā)生負(fù)荷大幅波動，波動5 s后再恢復(fù)正常，最大波動值從59 MW突升至97 MW，波動幅值達(dá)到38 MW，排煙溫度分散度變化幅值達(dá)到180℃，穩(wěn)定后NOx排放的質(zhì)量濃度為18 mg/m3。

2 DLN系統(tǒng)簡要介紹

DLN（dry low NOx）燃燒系統(tǒng)是為降低燃燒過程中熱力NOX而設(shè)計的，當(dāng)燃燒溫度在1650℃以上（甲烷的理論燃燒溫度通常約為1970℃）時，空氣中的氮在高溫條件下被氧化而形成高溫氮氧化物，NOx產(chǎn)生量將大幅增加。而GE公司設(shè)計的DLN燃燒系統(tǒng)通過將原擴(kuò)散燃燒改為預(yù)混燃燒方式，降低燃燒溫度，減少NOx生成，再通過文丘里組件和值班火焰保證燃燒的穩(wěn)定性[1]。

燃料氣通過天然氣管道經(jīng)速比閥（SRV-1，其開度為燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)速函數(shù)，控制閥后壓力）[2]和3個燃料控制閥（GCV-1/2/3）分3個管路和環(huán)管分別接入至14個環(huán)形燃燒室（圖1）。

圖1 DLN閥站

燃?xì)廨啓C從啟動點火后至帶滿負(fù)荷過程中，通過燃料控制閥（GCV-1/2/3）的切換實現(xiàn)擴(kuò)散燃燒與預(yù)混燃燒的轉(zhuǎn)換以及對燃空比的控制，最終實現(xiàn)低NOx排放。燃?xì)廨啓C在360 r/min時點火，僅通過開啟第一路燃料閥（GCV-1）控制燃料量以實現(xiàn)燃?xì)廨啓C暖機、升速、并網(wǎng)以及低負(fù)荷運行，此階段為初級模式（Primary Mode），燃燒方式為擴(kuò)散燃燒，火焰筒中僅在燃燒一區(qū)有火焰，二區(qū)無火焰。在燃燒溫度基準(zhǔn)（TTRF1）升至898℃，負(fù)荷約為45%額定負(fù)荷時，開啟第二路燃料控制閥，此時燃燒模式為貧貧模式（Lean-Lean Mode），仍為擴(kuò)散燃燒，火焰筒中燃燒一區(qū)和二區(qū)均有火焰；當(dāng)燃燒溫度基準(zhǔn)升至1077℃（負(fù)荷為75%額定負(fù)荷），即進(jìn)行預(yù)混模式切換，穩(wěn)定后僅在燃燒二區(qū)有火焰，一區(qū)只均勻滲混燃料與空氣[3]。

3 負(fù)荷波動現(xiàn)象和原因分析

在該電廠進(jìn)行調(diào)試過程中，燃?xì)廨啓C在切換至預(yù)混模式后，燃?xì)廨啓C負(fù)荷瞬間大幅波動，在2 s內(nèi)負(fù)荷從86 MW 升至94 MW，再突降至59 MW，再突升至97 MW，同時燃?xì)廨啓C排煙溫度分散度由原來的35℃突升至180℃以上，表明14個燃燒室中有部分燃燒室熄火。負(fù)荷在0.5 s內(nèi)最大突升38 MW，表明熄火后燃燒室中積聚的天然氣，被瞬間點燃（爆燃），嚴(yán)重威脅機組安全運行。

經(jīng)對工況參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷大幅波動前，負(fù)荷先從86 MW升至94 MW，而當(dāng)時的燃料控制閥并沒有突然開大現(xiàn)象，此時排煙溫度分散度等參數(shù)均正常，不存在燃燒不完全問題，表明這部分的燃料不是從控制閥后正常供給的；進(jìn)一步分析，該部分燃料實為第三路燃料閥關(guān)閉后的管內(nèi)存氣，而該部分氣會在燃料清吹閥開啟時進(jìn)入到燃燒室進(jìn)行燃燒。而且該負(fù)荷開始上升時間為第一級燃料噴嘴關(guān)閉時整30 s，檢查控制邏輯（K3FGTOX為30 s），確認(rèn)負(fù)荷上升與清吹閥開啟時間一致。燃料清吹閥開啟時間應(yīng)為35 s，緩慢開啟，不應(yīng)使負(fù)荷突然上升。只有該閥瞬間打開才會造成負(fù)荷明顯上升，并吹熄部分燃燒室火焰，在燃料積聚后由燃燒室高溫再次引燃，引起爆燃和負(fù)荷急劇上升。

4 處理措施

根據(jù)上述分析，立即決定在問題處理前機組不得再進(jìn)行切換。并在次日機組停機后對2個清吹閥現(xiàn)場進(jìn)行啟閉試驗，發(fā)現(xiàn)清吹閥開啟時間僅為（1～2）s，也就證明了分析故障原因是準(zhǔn)確的。對2個清吹閥均重新整定開啟時間為35 s。機組在后續(xù)再次啟動及燃燒模式切換過程，負(fù)荷變化平穩(wěn)，保障了燃?xì)廨啓C的安全運行。

5 結(jié)語

DLN1.0燃燒系統(tǒng)設(shè)計的初衷是保證在燃燒穩(wěn)定的前提下降低NOx的排放，而模式切換是預(yù)混穩(wěn)定燃燒的必須過程，其切換過程有可能因為安裝、設(shè)計的缺陷出現(xiàn)熄火、爆燃、振動異常、負(fù)荷波動等不正?，F(xiàn)象，增加了機組運行的風(fēng)險。該電廠機組現(xiàn)場調(diào)試期間，燃燒模式切換過程中出現(xiàn)的負(fù)荷波動及爆燃現(xiàn)象通過調(diào)整清吹閥的開啟時間后恢復(fù)正常，保障了機組的安全運行。

［1］楊順虎.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運行［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［2］GE MKVIe Control Settings Specification［Z］.

［3］焦樹建.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.