燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室部件故障研究

李德兵

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，晉江 362251)

S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)工況(ISO)下可輸出功率395.48 MW，其中燃?xì)廨啓C(jī)功率為255.6 MW，壓氣機(jī)壓比為15.4，配有18個干式低NOx分管燃燒室。在滿負(fù)荷工況下燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度可達(dá)605.5 ℃，而透平入口燃?xì)獬鯗乜蛇_(dá)1 327 ℃，控制系統(tǒng)MARK Ⅵ通過測量透平排氣溫度的間接監(jiān)測方法來判斷高溫部件的工作是否有異常?；诖耍肓伺艢夥稚⒍茸鳛榕袛嗳紵欠癞惓５囊罁?jù)。燃燒部件出現(xiàn)異?；蛉紵徽＃瑢?dǎo)致排氣溫度流場嚴(yán)重不均勻，排氣分散度大。因此運(yùn)行中時(shí)刻需要對排氣分散度進(jìn)行監(jiān)視[1]。

以往出現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室分散度大故障時(shí)，無法準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)，往往在分散度大導(dǎo)致跳閘后被迫進(jìn)行處理，處理時(shí)間長且低效，未能在故障初期提前預(yù)判。某電廠在運(yùn)行中發(fā)生一起分散度大故障，本文通過對分散度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，結(jié)合燃燒室結(jié)構(gòu)，建立三級預(yù)警機(jī)制，對燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室故障進(jìn)行精準(zhǔn)判斷。從本文實(shí)例可以看出，加強(qiáng)對燃?xì)廨啓C(jī)分散度的監(jiān)視及分析，對燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 DLN 2.0+燃燒室簡介

燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室是一種用高溫合金材料制作的燃燒設(shè)備，在整臺燃?xì)廨啓C(jī)中位于壓氣機(jī)與燃?xì)馔钙街g，主要作用是進(jìn)行有效的燃燒、控制燃燒初溫及控制NOx的生成[2]。

GE公司配套的F級燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室型號為干式低氮DLN 2.0+，燃燒室為分管逆流式結(jié)構(gòu)?？傆?jì)有18個燃燒室，每個燃燒室主要包括燃料噴嘴、聯(lián)焰管、火焰筒、過渡段等。DLN 2.0+燃燒室結(jié)構(gòu)見圖1。

2 分散度大事件經(jīng)過

2018年8月至2018年9月，3號機(jī)組負(fù)荷從280 MW升至滿負(fù)荷345 MW后，呈現(xiàn)幾個特點(diǎn)：

圖1 DLN 2.0+燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖

1)第一分散度由25 ℃升高至43 ℃，最低溫度點(diǎn)由TTXD1_13轉(zhuǎn)變?yōu)門TXD1_12；

2)TTXD1_11、TTXD1_12、TTXD1_13存在一個溫度比TTXM低約10 ℃左右的低溫區(qū)；

3)低溫區(qū)存在一定的偏轉(zhuǎn)規(guī)律[3]，符合升負(fù)荷時(shí)低溫區(qū)逆時(shí)針移動的規(guī)律，分散度數(shù)據(jù)見表1。

表1 機(jī)組變負(fù)荷期間分散度采樣數(shù)據(jù)

3 故障分析

機(jī)組分散度異常主要有幾點(diǎn)原因：(1)熱電偶故障；(2)燃燒噴嘴堵塞；(3)火焰筒空氣短路；(4)過渡段空氣短路；(5)火焰筒鼓包燒穿。根據(jù)3號機(jī)組分散度現(xiàn)狀進(jìn)行逐步排查及分析，過程如下：

1)排氣熱電偶低溫點(diǎn)隨負(fù)荷的增減有一定的偏轉(zhuǎn)規(guī)律，因此，熱電偶測點(diǎn)故障的可能性較小，可以排除。

2)機(jī)組燃燒切換前分散度良好，燃燒切換升負(fù)荷后，隨著D5的退出，PM4燃料加大，分散度逐漸加大。 PM4剛投入時(shí)分散度之所以未有明顯變化，可能原因是此時(shí)以D5擴(kuò)散燃燒為主。因此， 3號、4號、5號燃燒室的PM4燃料噴嘴存在異物或堵塞的可能性較大。

3)機(jī)組啟、停過程中在PM模式切換前分散度良好，切換后分散度快速上升，負(fù)荷穩(wěn)定后分散度緩慢下降至一穩(wěn)定值，因此，3號、4號、5號燃燒室的火焰筒空氣短路的可能性較大。

4)3號機(jī)組啟動至280 MW負(fù)荷時(shí)分散度突升，因啟動時(shí)加載較快，當(dāng)負(fù)荷趨于穩(wěn)定時(shí)，分散度也下降，高負(fù)荷時(shí)分散度逐漸增大。

5)根據(jù)偏轉(zhuǎn)角的偏轉(zhuǎn)規(guī)律[3]，3號、4號燃燒室故障的概率大，但其脈動正常。

6)從3號機(jī)組滿負(fù)荷的玫瑰圖(見圖2)可以發(fā)現(xiàn)一處存在明顯的低溫點(diǎn)。

圖2 3號機(jī)組滿負(fù)荷玫瑰圖

4 分散度異常處理經(jīng)過

針對3號機(jī)組分散度大的問題，其處理方案主要結(jié)合機(jī)組運(yùn)行方式，見縫插針地進(jìn)行針對性的檢查，主要檢查及處理工作如下：

1)9月份對3號機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行壓排缸及燃燒室檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，機(jī)組開機(jī)后分散度與檢查前一致，未改善。

2)11月份利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會再次對3號機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行孔探檢查，重點(diǎn)檢查2號、3號、4號、5號燃燒器PM1、PM4內(nèi)外通道，發(fā)現(xiàn)5號燃燒器中有少許石墨碎片，遂將碎片吸出。機(jī)組開機(jī)后分散度與檢查前一致，未改善。

3)12月份結(jié)合機(jī)組D級檢修，第三次對3號機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行孔探檢查，并擴(kuò)大排查范圍，檢查發(fā)現(xiàn)4號燃燒器火焰筒密封圈缺失(見圖3)，加裝密封圈后，機(jī)組開機(jī)后分散度最大為25 ℃，分散度正常。

圖3 缺失密封圈的火焰筒

通過檢查、分析認(rèn)為，引起3號機(jī)組分散度異常的主要原因?yàn)榛鹧嫱裁芊馊θ笔А?/p>

5 分散度異常小結(jié)

燃燒部件故障產(chǎn)生原因復(fù)雜，但其共同的特征是產(chǎn)生低溫區(qū)或高溫區(qū)，同時(shí)低溫區(qū)或高溫區(qū)的分布會隨著負(fù)荷的變化而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。不同的燃燒故障表現(xiàn)出來的特征略有區(qū)別，可能同時(shí)呈現(xiàn)不同的故障特征，只有通過大量、細(xì)致的數(shù)據(jù)觀察和分析，才能作出合理的判斷。根據(jù)近年來的DLN 2.0+燃燒故障，不同燃燒故障引起的分散度異常快速判斷及特征總結(jié)見表 2。

表2 分散度異常快速判斷及特征

6 防范措施

為避免分散度大影響機(jī)組正常啟停，建議采取以下防范措施：

1)建立合理的壓排缸檢查及燃燒室孔探周期，提前發(fā)現(xiàn)燃燒部件異常。

2)機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)對分散度的監(jiān)視、分析，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立DLN 2.0+燃燒室穩(wěn)定工況時(shí)的分散度三級預(yù)警、跟蹤、處理機(jī)制，以機(jī)組C級及以上檢修后首次啟動后正常的第一分散度為基準(zhǔn)：(1)設(shè)立第一分散度增加10 ℃的報(bào)警機(jī)制，此時(shí)為故障的初期階段，常規(guī)檢查一般很難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視；(2)設(shè)立第一分散度增加15 ℃的分析、跟蹤機(jī)制，此時(shí)為故障的發(fā)展階段，各級專業(yè)人員應(yīng)加強(qiáng)分析、跟蹤、對比，為機(jī)組停機(jī)后檢查做好檢查方向的判斷；(3)第一分散度增加25 ℃的處理機(jī)制，此時(shí)為故障的快速惡化階段，應(yīng)結(jié)合機(jī)組運(yùn)行方式盡快停機(jī)檢查。

3)機(jī)組檢修期間應(yīng)加強(qiáng)對天然氣管道及燃燒室燃料環(huán)管的清潔度監(jiān)督，防止異物進(jìn)入管道引起分散度異常。

7 結(jié) 論

本文針對燃燒室部件故障引起的分散度大的問題，對其處理過程進(jìn)行了分析、提煉，為同類型電廠的燃燒室部件故障分析提供了快速判斷的簡便方法。本文針對分散度大的問題提出經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和措施，研究成果可為F級燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的安全運(yùn)行提供一定的借鑒。