MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)DLN1.0燃燒系統(tǒng)的典型故障分析與處理

胡雄偉 崔曉耘

摘 要：本文主要敘述了GE公司的MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)DLN1.0燃燒系統(tǒng)的基本原理，并結(jié)合調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的典型故障和處理方案，為DLN1.0燃燒系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);DLN1.0燃燒系統(tǒng);故障處理

1 概述

中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司氣電公司裝有兩套美國(guó)GE公司生產(chǎn)的MS6001B型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量97MW，兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)均是采用擴(kuò)散型燃燒系統(tǒng)。為減少氮氧化物排放，符合國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，電廠(chǎng)對(duì)兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了DLN 1.0燃燒系統(tǒng)升級(jí)改造。改造完成后，機(jī)組氮氧化物排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并在項(xiàng)目改造中積累了相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

2 DLN1.0燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)介

DLN（Dry Low NOx：干式低氮氧化物）燃燒系統(tǒng)技術(shù)的核心在于采用貧氣預(yù)摻混燃燒的方式取代傳統(tǒng)的擴(kuò)散燃燒方式降低燃燒區(qū)的溫度至1650℃以下，以此降低高溫型NOx的生成。

GE公司的MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)DLN1.0燃燒室有5個(gè)一級(jí)燃料噴嘴和1個(gè)二級(jí)燃料噴嘴，二級(jí)燃料噴嘴位于火焰筒中央，一級(jí)燃料噴嘴均勻分部在以二級(jí)噴嘴為中心的圓周上。

DLN燃燒系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)從啟動(dòng)點(diǎn)火、升速、到滿(mǎn)載運(yùn)行的過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)四種不同的燃燒模式轉(zhuǎn)換，從開(kāi)始的擴(kuò)散燃燒最終過(guò)渡到低NOx排放的貧氣預(yù)混燃燒。

3 DLN1.0燃燒系統(tǒng)故障處理

在DLN1.0燃燒系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行中出現(xiàn)了多次故障，典型的跳閘故障主要包括以下三種：

3.1 預(yù)混模式熄火跳閘

在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入預(yù)混穩(wěn)定模式運(yùn)行后，火焰只存在于二級(jí)燃燒區(qū)，其火焰探測(cè)器為E、F、G和H。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在剛切換到預(yù)混穩(wěn)定模式時(shí)，二級(jí)燃燒區(qū)火焰探測(cè)器G和H點(diǎn)火焰強(qiáng)度變化較大，其值從42%到18%之間波動(dòng)。

根據(jù)MARK VI控制系統(tǒng)設(shè)定，當(dāng)火焰探測(cè)器強(qiáng)度值低于20時(shí)為熄火狀態(tài)。根據(jù)燃燒室熄火控制邏輯，如火焰探測(cè)器G（L28FSDC）點(diǎn)熄火，其余三個(gè)火焰探測(cè)器任何一個(gè)出現(xiàn)熄火，燃?xì)廨啓C(jī)將發(fā)生火焰丟失跳閘（Loss of Flame Trip）。

二級(jí)火焰作為值班火焰（火種），如果燃料流量過(guò)小，會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定;但如果流量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致預(yù)混燃料占比減小，NOx排放量將增加。所以DLN燃燒調(diào)整的核心就是將進(jìn)入一級(jí)噴嘴和二級(jí)噴嘴的燃料比率控制在燃燒工況最佳和NOx排放量最小的平衡點(diǎn)。

解決方案：控制系統(tǒng)中原設(shè)定在1090℃≤TTRF1<1093℃時(shí)，一級(jí)燃料流量比率為74%，二級(jí)燃料流量26%。為保證燃燒穩(wěn)定性，將一級(jí)燃料比率調(diào)整至72%。此時(shí)，二區(qū)火焰探測(cè)器G和H點(diǎn)都趨于穩(wěn)定，NOx排放量為14ppm，符合國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 天然氣壓力波動(dòng)自動(dòng)停機(jī)

1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)天然氣壓力出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)，經(jīng)常造成機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。

控制閥間天然氣壓力P2的控制算法是根據(jù)P2實(shí)際壓力（FPG2）和P2要求壓力（FPCRIT）的邏輯關(guān)系確定的：

①0

②FPG2-FPCRIT=0時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)始降負(fù)荷;

③-5≤FPG2-FPCRIT<0時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)甩負(fù)荷至旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài);

④FPG2-FPCRIT<-6時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)觸發(fā)自動(dòng)停機(jī)。

因此由于天然氣壓力波動(dòng)造成的自動(dòng)停機(jī)，是由于天然氣壓力下降至上面第④中工況時(shí)，觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)停機(jī)。

解決方案：把P2實(shí)際壓力低于P2要求壓力6psi時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的控制方式由自動(dòng)停機(jī)修改成甩負(fù)荷至旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)，如天然氣壓力繼續(xù)降至P2壓力最小允許值時(shí)，再觸發(fā)自動(dòng)停機(jī)程序，避免由于天然氣壓力瞬間波動(dòng)，造成燃?xì)廨啓C(jī)非計(jì)劃停機(jī)。

3.3 高溫條件下預(yù)混模式切換失敗

2號(hào)燃機(jī)在DLN1.0燃燒系統(tǒng)改造完成后的運(yùn)行中，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到30℃時(shí)，無(wú)法從貧-貧模式切換至預(yù)混模式，根據(jù)模式切換時(shí)的數(shù)據(jù)記錄分析，造成切換失敗的原因：

①在DLN模式切換時(shí)TTRF1溫度較低，在GCV1關(guān)閉時(shí)，GCV3打開(kāi)開(kāi)度不能完全替代GCV1關(guān)閉提供的燃料，造成TTRF1溫度下降;

②在剛切換至預(yù)混穩(wěn)定模式時(shí)，由于環(huán)境溫度較高，在燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷溫度控制等溫線(xiàn)（550℃）控制下，IGV開(kāi)度增大，空氣流量增加，此時(shí)造成TTRF1溫度下降。當(dāng)其下降溫度達(dá)到預(yù)混穩(wěn)定模式溫度死區(qū)溫度（1065℃），DLN模式切換方向指令向下閉鎖（L3FXSX），進(jìn)入貧-貧模式，一區(qū)重新點(diǎn)火，燃燒系統(tǒng)退出預(yù)混穩(wěn)定模式。

解決方案：對(duì)于該故障的處理的原則就是提高TTRF1溫度，使轉(zhuǎn)換到預(yù)混穩(wěn)定模式的TTRF1溫度高于切換到貧-貧模式的死區(qū)溫度：

①提高貧-貧模式向二級(jí)轉(zhuǎn)換模式的溫度常數(shù)FXKTS1，由原來(lái)的1065℃（1950℉）提高到1076℃（1970℉）;

②提升部分負(fù)荷溫度控制等溫線(xiàn)溫度（即TTXM溫度基準(zhǔn)）TTK_I_PLD，由原來(lái)的550℃（1022℉）提升到555℃（1031℉）。

4 結(jié)語(yǔ)

DLN1.0燃燒系統(tǒng)不論是從設(shè)備結(jié)構(gòu)還是控制原理上，與擴(kuò)散型燃燒系統(tǒng)相比都更加精密和復(fù)雜，通過(guò)本次改造試運(yùn)過(guò)程，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)提供指導(dǎo)和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦樹(shù)建.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.