輕型燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料吹掃系統(tǒng)探討

程志剛

（中國航發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)有限公司， 遼寧 沈陽 110169）

引言

雙燃料燃?xì)廨啓C(jī)的吹掃系統(tǒng)并不復(fù)雜，它們都是燃?xì)廨啓C(jī)燃料系統(tǒng)的輔助部分[1]。吹掃應(yīng)用于大多數(shù)的常規(guī)和低排放機(jī)組的燃料系統(tǒng)，以確保燃機(jī)具有良好的燃燒性能和運(yùn)行可靠性，并延長燃機(jī)的使用壽命。用于吹掃的的介質(zhì)有多種，如外部供應(yīng)的壓縮空氣、凈化處理后的水、燃機(jī)壓氣機(jī)排氣（PCD 空氣）等。所有液體燃料回路和部分燃?xì)饣芈范紤?yīng)被吹掃，配置因機(jī)型和歷史原因而異，越是新型或近些年出產(chǎn)的燃機(jī)，吹掃凈化系統(tǒng)配置就越完善，這是燃?xì)廨啓C(jī)持續(xù)發(fā)展改進(jìn)的歷程和結(jié)果。

1 吹掃系統(tǒng)的目的

燃料系統(tǒng)的吹掃是為了避免燃料噴嘴結(jié)焦、串?dāng)_和燃料系統(tǒng)部件發(fā)生腐蝕。

1.1 結(jié)焦

噴嘴液體燃料通道積垢（通常稱為“結(jié)焦”）會導(dǎo)致噴嘴堵塞或損壞，從而引起燃燒室溫度場分布不均或噴嘴材料脫離，進(jìn)而導(dǎo)致渦輪硬件損壞。結(jié)焦的產(chǎn)生是在燃機(jī)停機(jī)或切換燃?xì)夂?，液體燃料管路中存有剩余的液體燃料，剩余液體燃料被加熱，從而產(chǎn)生結(jié)焦。燃料噴嘴結(jié)焦后，可能會導(dǎo)致氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）或未燃燒碳?xì)浠衔铮║HC）的排放增加、燃燒溫度場分布不均勻、啟動困難以及燃燒室噪聲或燃燒不穩(wěn)定等問題。同時，燃料噴嘴結(jié)焦可能會改變火焰輪廓，導(dǎo)致燃機(jī)燃燒室壁和燃機(jī)部件受損[1]。

1.2 串?dāng)_

燃料噴嘴之間的串?dāng)_會導(dǎo)致燃料進(jìn)入非活動或休眠液體燃料回路。這種交叉流動是由于燃燒室內(nèi)的微小壓力變化，導(dǎo)致高溫氣體從燃燒室通過燃料噴嘴流入休眠液體燃料歧管，然后通過其他燃料噴嘴流回燃燒室而產(chǎn)生的。這種交叉流動會夾帶燃料或燃燒產(chǎn)物，導(dǎo)致結(jié)焦、燃料管和燃料歧管過熱以及燃料系統(tǒng)部件腐蝕等情況發(fā)生。

將燃料或燃燒產(chǎn)物吸入休眠燃料通道，會導(dǎo)致燃料系統(tǒng)部件過熱和機(jī)械故障。吸入燃燒產(chǎn)物會導(dǎo)致燃料分配管過熱。吸入未燃燒的燃料在某些情況下還會導(dǎo)致燃料在分配管內(nèi)燃燒，也會導(dǎo)致燃料分配管嚴(yán)重過熱。這兩種過熱現(xiàn)象肉眼可見，但不會同時發(fā)生在燃機(jī)的所有燃料分配管中。長期的燃料分配管過熱，可導(dǎo)致管線產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。

1.3 腐蝕

如果現(xiàn)場使用的燃?xì)夂写罅苛蚧瘹洌℉2S）并被帶入交叉串?dāng)_流中，含有H2S 的燃?xì)饣亓鞯揭后w燃料通道并與來自燃燒產(chǎn)物或空氣中的水蒸氣的冷凝水混合時，會形成氫硫酸。此外，液體燃料中的元素硫可與夾帶水或冷凝水混合形成硫酸，這些情況都會導(dǎo)致后續(xù)的腐蝕發(fā)生。

在單液體燃料燃機(jī)上，在燃機(jī)停機(jī)后，吹掃系統(tǒng)用于清除燃料噴嘴中的殘余液體燃料，以防止燃料噴嘴通道中形成結(jié)焦。燃料噴嘴在工作期間暴露在PCD空氣的高溫下，此時液體燃料充當(dāng)冷卻液，以保持液體通道溫度較低。停機(jī)后，由于燃機(jī)整體的熱容量較大，燃料噴嘴就被動保持高溫狀態(tài)，并且在沒有液體燃料繼續(xù)冷卻的情況下，液體燃料通道溫度升高，在這些條件下，積留在燃料噴嘴中的液體燃料可能會形成結(jié)焦。

在雙燃料燃機(jī)液體燃料系統(tǒng)吹掃的主要目的：

1）從液體燃料系統(tǒng)中排出液體燃料（在某些情況下還提供冷卻），以防止發(fā)動機(jī)停機(jī)或燃料切換時結(jié)焦。

2）防止高溫氣體從燃燒室回流到休眠燃料回路（串?dāng)_）。

3）當(dāng)燃料中存在硫化氫（H2S）時，防止腐蝕。

燃機(jī)吹掃系統(tǒng)目前通常采用兩種流體介質(zhì)：空氣和水?？諝獯祾呦到y(tǒng)可使用冷卻或未冷卻的壓氣機(jī)出口排氣，或由撬外壓縮空氣供應(yīng)的設(shè)施空氣。水吹掃系統(tǒng)使用現(xiàn)場提供的凈化水。需根據(jù)燃機(jī)的工作條件和燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)來選擇適當(dāng)?shù)拇祾呦到y(tǒng)。

所有吹掃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都要求現(xiàn)場提供的燃料滿足燃機(jī)廠家燃料系統(tǒng)規(guī)范的要求。任何吹掃系統(tǒng)都無法克服燃料質(zhì)量差的缺點(diǎn)。因此，客戶必須使用滿足燃料系統(tǒng)規(guī)范的燃?xì)饣蛞后w燃料。

2 吹掃方式

燃機(jī)為了適應(yīng)不同的運(yùn)行模式：啟動、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、燃料切換和停機(jī)，通常在任何給定機(jī)組上使用多個吹掃子系統(tǒng)。表1 和表2 匯總了不同的吹掃子系統(tǒng)，其中，三種比較常用的吹掃方式為：PCD 液體燃料反向吹掃、液體燃料模式運(yùn)行時對燃?xì)庀到y(tǒng)熱PCD 正向持續(xù)吹掃和燃?xì)饽Ｊ竭\(yùn)行冷卻PCD 對液體燃料系統(tǒng)正向持續(xù)吹掃。

表1 燃機(jī)吹掃方式匯總

表2 不同狀態(tài)下吹掃方式

2.1 液體燃料系統(tǒng)PCD 反向吹掃

所有運(yùn)行液體燃料的機(jī)組都有一個反向吹掃閥，該閥組設(shè)置在燃料隔離單向閥和液體燃料噴嘴與撬塊邊緣連接之間。排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須盡可能地減少液體燃料管線上的低凹設(shè)計(jì)，便于液體燃料可以靠壓力和自重順利流到撬塊外。在液體燃料運(yùn)行期間，閥門通常關(guān)閉。

反吹掃主要用于以下兩種情況下：1）液體燃料啟動失敗或液體燃料模式下停機(jī)。2）氣切換后的反吹掃。

2.2 燃料系統(tǒng)正向吹掃

2.2.1 燃?xì)饪偣艿倪B續(xù)PCD 正向吹掃（熱前吹）

當(dāng)燃機(jī)使用液體燃料運(yùn)行時，熱前吹可防止液體燃料被吸入到休眠的氣體燃料系統(tǒng)通道。該子系統(tǒng)由兩個高溫吹掃關(guān)斷閥、一個排氣阻尼孔和一個壓力變送器組成。PCD 吹掃空氣通過吹掃關(guān)斷閥輸送至氣體燃料總管。燃機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较逻\(yùn)行時，這些閥門關(guān)閉（不需要吹掃）。

2.2.2 液體燃料總管及噴嘴等的連續(xù)PCD 正向吹掃（冷前吹）

冷卻后PCD 吹掃系統(tǒng)被用于燃機(jī)運(yùn)行于氣體燃料時，在不超過204 ℃的溫度下，用冷卻后PCD 空氣吹掃處于休眠狀態(tài)的液體燃料分配塊或液體燃料總管、尾管和噴油器。吹掃氣流由PCD 和燃燒室壓力之間的壓差驅(qū)動。系統(tǒng)必須產(chǎn)生足夠的流量，使液體燃料總管壓力至少比燃燒室壓力高1 psi。

該吹掃子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成通常包括冷卻器、疏水閥、吹掃關(guān)斷閥、排氣閥、RTD 和壓力變送器等。在燃機(jī)于液體燃料模式下運(yùn)行時，吹掃閥關(guān)閉（不需要吹掃），閥門之間的壓力受到監(jiān)控，必要時，通過一個小型排氣閥排放至撬塊邊緣外連接處。

2.3 外接低壓空氣吹掃

僅用于小功率的低排放燃?xì)廨啓C(jī)。低壓空氣吹掃系統(tǒng)由一個關(guān)斷閥和兩個隔離止回閥組成，均位于撬塊上。客戶需要按照燃機(jī)對空氣的要求標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)壓縮空氣，并將壓力調(diào)節(jié)至廠商規(guī)定壓力范圍。通常在液體燃料關(guān)閉或熄火后使用正向吹掃，不在液體燃料到燃?xì)馊剂锨袚Q期間使用。在液體燃料停機(jī)后，以及在初始反吹掃，清除歧管中剩余的大部分液體燃料后，使用空氣迫使剩余的液體燃料進(jìn)入燃燒室。

外接壓力要求和流量要求取決于廠家要求。

2.4 水吹掃

在油切氣或液體燃料狀態(tài)停機(jī)后，水用于將殘余液體燃料吹掃至燃燒室。此外，在從氣體燃料切換為液體燃料之前，水用于降低噴嘴液體燃料通道的壁溫。如果沒有這種初始水吹掃，液體燃料在第一次進(jìn)入噴嘴時可能會形成焦炭，從而導(dǎo)致噴嘴結(jié)焦。

水吹掃系統(tǒng)由安裝在燃機(jī)撬內(nèi)的部件和一個單獨(dú)的水泵撬塊組成。水泵撬塊包括泵和電機(jī)總成、吸濾器、安全閥、壓力變送器、水電導(dǎo)率傳感器和分析儀。泵電機(jī)可由變頻驅(qū)動器（VFD）驅(qū)動，相關(guān)VFD 必須位于安全（非危險）區(qū)域。該系統(tǒng)滿足NEC 或ATEX應(yīng)用的認(rèn)證。

在提供水處理系統(tǒng)時，客戶應(yīng)考慮燃機(jī)廠家對燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)清洗水和吹掃水的要求。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述了輕型雙燃料燃機(jī)常用的幾種燃料系統(tǒng)吹掃吹掃工作方式，希望能對提高燃?xì)廨啓C(jī)輔助系統(tǒng)的認(rèn)識有所裨益。