TCG2032燃機運行常見問題及處理方法

＊王紹霞

（山西蘭花大寧發(fā)電有限公司 山西 048100）

1.引言

德國曼海姆（MWM）燃氣內(nèi)燃機由于其過硬的設備質(zhì)量及完善的控制和保護體系，目前在國內(nèi)瓦斯發(fā)電行業(yè)的各高濃電站內(nèi)裝機較多。山西蘭花大寧發(fā)電有限公司使用的是8 臺功率4 MW 的機型為TCG2032 的曼海姆（MWM）燃氣內(nèi)燃機，從投產(chǎn)運行到目前為止已運行了14 年，作為較早使用此機型的且擁有較高技術(shù)人才的燃氣內(nèi)燃機發(fā)電廠家，通過日常運行情況總結(jié)、分析及燃機E50、E60、E65 等大修保養(yǎng)，積累了很多此類型燃氣內(nèi)燃機組的故障分析技術(shù)和日常運行經(jīng)驗，現(xiàn)將TCG2032 型燃機運行中常見的問題及處理方法進行總結(jié)，希望能為其他同類型電廠的運行提供一些技術(shù)支持和幫助。

2.項目概況

由山西蘭花煤炭實業(yè)集團有限公司和山西華潤大寧能源有限公司共同出資籌建山西蘭花大寧發(fā)電有限公司，是一座裝機總量為35MW 的瓦斯發(fā)電廠，采用燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)工藝。裝設8 臺4MW 德國進口TCG2032 V16 型燃氣內(nèi)燃機組進行做功發(fā)電，之后尾氣進入余熱鍋爐產(chǎn)生過飽和蒸汽，經(jīng)主蒸汽母管輸送到蒸汽輪機進入二次循環(huán)做功，蒸汽輪機帶動發(fā)電機進行發(fā)電，實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。自作者2008 年建廠開始就參與燃機及其輔助系統(tǒng)的調(diào)試和工藝優(yōu)化。2013年公司組建設備部，對燃機系統(tǒng)及設備內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始研究，優(yōu)化了燃機保養(yǎng)維護內(nèi)容及維護時間，減少了人工和材料消耗。2015 年9 月開始研究燃機及其附屬系統(tǒng)、氣體預處理系統(tǒng)等運行操作和調(diào)整，保證了設備的穩(wěn)定運行，同時有效的減少了燃機保護跳機次數(shù)。目前對于日常運行中燃氣內(nèi)燃機常出現(xiàn)的問題研究其出現(xiàn)原理的較多，而對于同樣問題不同情況如何解決、處理的論述較少，為此作者根據(jù)調(diào)試、檢修、運行三個環(huán)節(jié)對燃氣內(nèi)燃機的學習和研究，結(jié)合日常經(jīng)常出現(xiàn)的故障進行分析和總結(jié)，制定出燃機日常問題處理方法、操作控制流程和小指標管控措施，在本單位進行試行兩年有余，發(fā)現(xiàn)不僅提高了單機負荷率，有效減少了燃機保護調(diào)劑，還節(jié)約了日常問題處理時間，提高了發(fā)電量，保證了設備的穩(wěn)定運行。

3.燃機運行中常見問題和處理方法

(1)燃機無法啟動

燃機無法啟動的原因比較多[1]，具體有：①燃機長時間停放，氣缸內(nèi)火花塞受潮嚴重，無法點火。這種情況可將火花塞拆下烤干里面水分后回裝啟動。②壓縮空氣不能滿足啟機要求。因壓縮空氣未調(diào)整好，燃機啟動馬達壓力不足或太高，燃機沖轉(zhuǎn)時間太短，還未點火就停轉(zhuǎn)。這需要調(diào)整啟動馬達壓力（注意調(diào)整時確保壓力表無損壞或無漏氣）。③由于煤層氣供氣調(diào)整幅度過大，造成濃度變化較大，啟機時風門開度不好掌握，造成氣缸內(nèi)空燃比不合適，不能點火，無法啟動。這時需要將預處理出口濃度測試并調(diào)整到穩(wěn)定值，根據(jù)實測濃度找到合適的風門開度，方可啟動點火。④燃機進氣管道上零壓力調(diào)節(jié)閥或電磁閥有損壞，造成漏氣或兩側(cè)進氣量不均，可通過檢修或更換零壓力調(diào)節(jié)閥或電磁閥來解決。⑤點火裝置故障也會造成燃機無法啟動，檢修或更換點火裝置即可。⑥燃機轉(zhuǎn)速傳感器損壞或有污垢，燃機沖轉(zhuǎn)點火正常，但轉(zhuǎn)速不正常導致無法并網(wǎng)，通過清理或更換轉(zhuǎn)速傳感器解決此故障。⑦燃濾、空濾堵塞或破損，軟連接破損、步進電機連桿有污垢等也會引起燃機一側(cè)缸溫啟機后不正常燃機無法啟動。可以通過清理或更換相關(guān)配件解決問題。

(2)燃機節(jié)氣閥開度大，影響燃機負荷

對于TCG2032 V16 型燃氣內(nèi)燃機，在進氣節(jié)氣閥開度超過90%時，燃機就會自動保護降負荷，而節(jié)氣閥開度的大小會隨著瓦斯進氣量及濃度的變化而變化。通過觀察、分析、總結(jié)發(fā)現(xiàn)進入缸體的純瓦斯量的多少會直接影響節(jié)氣閥開度的大小，而影響進入缸體內(nèi)純瓦斯量的因素有。

①接收器溫度偏高，即中冷器處換熱后混合氣溫度高，等體積下進入氣缸的純瓦斯偏少。中冷水泵、中冷臺散、中冷器、變頻器或中冷三通閥故障都會引起接收器溫度偏高，可以通過檢修、調(diào)整或更換相關(guān)設備以提高中冷系統(tǒng)的換熱降溫效率來解決。②進氣瓦斯?jié)舛鹊?，這種情況需要調(diào)整供氣濃度，使來氣濃度達到進氣要求。③混合器處空氣溫度低，在混合器步進數(shù)同等情況下進入的空氣量偏大，稀釋了瓦斯氣。此時需要開啟空氣預熱等加熱設備，或者調(diào)整混合器步進數(shù)，減少空氣的實際進入量。④中冷器后端的輸氣管路密封或設備存在泄漏等情況，如增壓器出口軟連接破損、法蘭連接處漏氣等，此時需要更換相關(guān)設備或管路密封。⑤由于渦輪增壓器相關(guān)設備故障引起壓氣端工作異常的，如燃機本身煙道漏煙氣、增壓器排氣背壓高、增壓器葉片、噴嘴環(huán)等損壞。對于這些問題的處理可通過檢修封堵進排氣管道的漏氣，更換破損葉片、噴嘴環(huán)等來保證渦輪增壓器工況，以及通過減小點火提前角，提高排煙溫度或者調(diào)整增壓器噴嘴環(huán)的角度，以增加增壓器轉(zhuǎn)速的辦法來解決。

(3)節(jié)氣閥卡澀問題

TCG2032 V16 型燃氣內(nèi)燃機正常運行時節(jié)氣閥會隨著負荷的變化自行調(diào)整。節(jié)氣閥卡澀是指在手動加減燃機負荷時節(jié)氣閥的開度不發(fā)生變化，從而造成燃機負荷不能調(diào)整，如強行操作時可能會出現(xiàn)燃機甩負荷現(xiàn)象，嚴重時可引起跳機。出現(xiàn)節(jié)氣閥卡澀時，燃機節(jié)氣閥出現(xiàn)“節(jié)氣閥電流減小”等報警，報警無法確認，燃機負荷無法調(diào)整或者節(jié)氣閥開度保持在某個固定數(shù)值。

燃機長期停運時，啟動前應活動節(jié)氣閥，防止其生銹卡澀燃機運行時出現(xiàn)節(jié)氣閥卡澀故障的原因較多。

①機械原因引起的卡澀，此情況多發(fā)生在夏季高溫高濕環(huán)境。當預處理后的燃氣濕度大于40%，同時混合器處的冷卻溫度設置較低，低于35 ℃時，進氣管路上容易產(chǎn)生冷凝水，從而在設備內(nèi)壁出現(xiàn)鐵銹等，隨著進氣附著到節(jié)氣閥表面，致使節(jié)氣閥轉(zhuǎn)動受阻出現(xiàn)卡澀，在負荷波動或變化時，執(zhí)行器執(zhí)電流增加但節(jié)氣閥卡死不動，出現(xiàn)這種原因的故障，需進行節(jié)氣閥清理、潤滑等處理，并根據(jù)工藝設計降低燃氣濕度，調(diào)整中冷器冷卻溫度等。②電氣、信號傳輸?shù)纫鸬墓?jié)氣閥卡澀，節(jié)氣門執(zhí)行器電機老化或受熱損壞造成出力不足及通訊或其元器件損壞導致節(jié)氣門卡澀，出現(xiàn)此種故障，需更換相應的電氣控制原件或信號傳輸線等。③節(jié)氣閥周圍工作環(huán)境溫度過高引起的節(jié)氣閥卡澀，處理此種故障應隔離熱源、改善通風散熱條件。④燃機長時間穩(wěn)定在一個運行負荷，節(jié)氣閥的開度也長期處于一個位置時容易出現(xiàn)卡澀情況，此時可在保證燃機運行穩(wěn)定的情況下，可以隔一段時間調(diào)整一下燃機運行負荷，從而調(diào)整節(jié)氣閥開度大小，避免節(jié)氣閥長期處于一個位置造成卡澀。⑤來氣濃度偏高，節(jié)氣閥開度小于60%或者充氣壓力與接收器壓力差值大于0.6，容易發(fā)生卡澀。運行過程中可以調(diào)低來氣濃度、調(diào)小步進數(shù)或者開大空氣預熱，從而保證節(jié)氣閥變大，充氣壓力與接收器壓力差值變小，以解決節(jié)氣閥卡澀問題。

(4)濃度較低時燃機缸溫波動導致混合器步進數(shù)變大

在燃機正常運行時混合器執(zhí)行器的步進數(shù)應控制在-400～300 steps，以保證濃度變化時有可調(diào)整的空間，從而降低跳機風險。當來氣濃度降低時，會引起燃機平均缸溫持續(xù)偏低導致混合器步進數(shù)自動調(diào)節(jié)增大，直至達到混合器步進數(shù)的上限無法自動調(diào)整并引起燃機保護跳機。此時，如果直接調(diào)整空氣門可能會因濃度突變導致缸溫高跳機，所以需要先降低燃機負荷，并將下一級的空氣門設置小一些，觀察若缸溫沒有變化，繼續(xù)降低負荷，調(diào)整空氣門，在低負荷時調(diào)整空氣門，缸溫變化可能小一點。

(5)燃機振動大

燃機正常運行時，機組振動均勻且有規(guī)律，每臺機組的振動值各不相同，一般都在100μm 以內(nèi)，在燃機振動突然增大時，需要及時檢查處理，以防止大的設備損壞或事故。燃機振動大一般分為兩大類，一類是振動異常，一類是燃機喘振。

①振動異常的原因有：點火異常[2]，主要表現(xiàn)有單個或多個火花塞點火能量異常，或點火裝置故障或點火提前角異常，出現(xiàn)這種情況時，需要檢查點火能量、點火提前角及點火裝置，根據(jù)檢查結(jié)果更換相應火花塞、點火裝置或調(diào)整點火提前角；發(fā)電機和發(fā)動機間的聯(lián)軸器出現(xiàn)裂紋，此時更換聯(lián)軸器即可；硅油減震器、渦輪增壓器異常、地腳減震器損壞，燃機基座不在一個水平面上時燃機振動也會突然增大，此時，需要根據(jù)檢查情況更換硅油減震器、渦輪增壓器或地腳減震器等；中冷器堵塞或空濾、燃濾臟此時則需要清理或更換中冷器、空濾或燃濾等配件；發(fā)電機軸承故障，需要檢查發(fā)電機軸承并進行更換；發(fā)動機積碳過多，會在積碳表面產(chǎn)生高溫熱點，使發(fā)動機出現(xiàn)較大振動，此情況需要清理缸內(nèi)積碳以解決振動大問題[3]；發(fā)動機溫度過高也會引起發(fā)動機振動變大，此時需要檢查發(fā)動機缸套水系統(tǒng)是否運行正常，散熱風扇是否都正常工作，散熱翅片是否堵塞需要清理，是否缺冷卻液等，根據(jù)檢查情況更換散熱風扇、清理散熱翅片或補充冷卻液即可。

②TCG2032 V16 型燃氣內(nèi)燃機喘振表現(xiàn)有：節(jié)氣門開度小于50%；渦輪增壓器轉(zhuǎn)速高；增壓器出口壓力大于3.5 bar?？赡芤鹑紮C喘振的原因有。

A.功率調(diào)節(jié)器故障，導致功率波動引起喘振，此時更換功率調(diào)節(jié)器即可消除燃機喘振。

B.節(jié)氣閥執(zhí)行器故障，導致節(jié)氣門開關(guān)狀態(tài)出現(xiàn)問題所致，此種情況更換節(jié)氣閥執(zhí)行器后設備可運行正常。

C.增壓器出口受阻所致，如中冷器污堵、阻火器堵塞等原因，則需清理中冷器、阻火器以解決此問題。

D.增壓器故障，可通過更換增壓器來解決。

E.燃氣、空氣流量波動大，如供氣系統(tǒng)受阻，比如，管道內(nèi)有水或濾網(wǎng)臟污，可通過清理積水和濾網(wǎng)來解決。

總之，如因燃機或空氣流量波動引起燃機喘振，可以通過在增壓器前后安裝直徑18 mm 的旁通管，以解決喘振問題。

(6)高濃供氣波動，導致運行燃機缸溫突變

TCG2032 V16 型燃氣內(nèi)燃機正常運行過程中，高濃供氣量突然增多或減少，導致來氣濃度變化較大時，會引起運行機組缸溫突變，甚至跳機。這需要根據(jù)來氣濃度的變大變小分情況處理：當高濃供氣突然增大時，來氣濃度會突升，使運行燃機缸溫突升，運行過程中需加強監(jiān)盤，發(fā)現(xiàn)缸溫有上升趨勢或煤層氣供氣壓力上升，立即開燃機放散，開燃機放散后缸溫仍然繼續(xù)上升，通知預處理開子系統(tǒng)出口放散，控制缸溫升高。同時聯(lián)系供氣情況，如果高濃供氣增量，調(diào)整增加燃機負荷，之后根據(jù)缸溫波動情況緩慢關(guān)閉放散；當高濃供氣突然減少時，來氣濃度突降，引起燃機缸溫突降，這時需要立即減低燃機負荷，燃機降負荷后缸溫恢復不明顯時，需要在HAS 室內(nèi)手動點停一臺燃機，讓燃機總負荷快速下降，之后通過放散調(diào)整供氣壓力和缸溫，穩(wěn)定后再緩慢加負荷關(guān)閉放散。

(7)發(fā)動機個別缸溫偏低

TCG2032 V16 型燃氣內(nèi)燃機在正常運行過程中，所有缸溫均在設置缸溫附近上下波動。因單缸溫度低于平均值100 ℃，燃機就會跳機。引起單缸溫度偏低的因素有。

①火花塞損壞，即火花塞的點火出現(xiàn)異常，可以通過更換火花塞來解決；②缸溫傳感器損壞，顯示缸溫異常，檢修通過更換缸溫傳感器解決；③氣門間隙不正常，即進氣門、排氣門氣門間隙偏離要求范圍，造成進氣量偏少或排氣門關(guān)不嚴，燃燒做功不足造成缸溫偏低，此種情況需要停機進行氣門間隙調(diào)整來處理；④燃機缸體內(nèi)部進氣阻火器堵塞，影響單缸進氣量，從而影響燃燒做功造成缸溫偏低，此時需要對進氣阻火器進行拆除清理以保證單缸進氣量。

4.結(jié)論

本文將德國曼海姆TCG2032 型燃機比較常出現(xiàn)的控制問題進行了匯總，并將現(xiàn)在運用于生產(chǎn)運行的調(diào)整、控制辦法進行總結(jié)，在該廠試運兩年有余取得了較好的效果。曼海姆的不同型號的內(nèi)燃機及其他廠家的燃機在控制原理和設備結(jié)構(gòu)上都是相通的，希望通過上述研究總結(jié)，能為其他內(nèi)燃機電廠的運行控制提供一定的參考。