PG9351FA燃機DLN燃燒模式切換過程遮斷原因分析

李 朋，王國鋒，馬成久

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；

2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

PG9351FA燃機DLN燃燒模式切換過程遮斷原因分析

李 朋1，王國鋒1，馬成久2

（1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；

2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

PG9351FA燃機是目前世界上先進型燃機的代表，該型燃機采用干低式氮氧化物（DLN）燃燒模式；燃機通過擴散燃燒（D5、1D、4D、6D）或預混燃燒（D5、1D、4D、4、6.3）2種途徑進行增減負荷達到基本負荷狀態，在燃燒模式轉換和燃燒途徑切換過程中，多次出現機組遮斷情況，其影響遮斷的主要原因為P2壓力高或低遮斷、燃氣吹掃故障遮斷、排氣分散度高遮斷，并就具體影響遮斷的原因進行了系統的理論分析。

燃燒模式；遮斷；P2壓力；吹掃故障；排氣分散度

某機組采用高效二拖一燃氣—蒸汽聯合循環機組，該機組配有2臺GE公司設計的MS9001FA系列PG9351FA重型、雙軸燃氣輪機，該燃機采用干低式氮氧化物（DLN）燃燒模式［1］。燃機調試運行期間出現多次機組遮斷情況，其中大部分遮斷發生在DLN燃燒模式切換過程中。本文對DLN燃燒模式切換過程中導致遮斷的原因進行總結，并進行原理分析。

1 燃燒模式

燃機采用的DLN燃燒系統共有6種DLN燃燒模式：D5、1D、4D、4、6.3和6D。運行時各燃燒模式按所屬負荷區間進行劃分，如表1所示，表1中同時列出了不同燃燒模式工況下燃料工作通道和吹掃系統工作通道。

表1 燃機點火升負荷過程燃氣管道吹掃情況

DLN燃燒系統可分別通過預混燃燒（即經過D5、1D、4D、4、6.3 5種燃燒模式）和擴散燃燒（即經過D、1D、4D、6D 4種燃燒模式）2種途徑到達基本負荷狀態，實際運行中不同途徑所經燃燒模式如圖1所示。預混燃燒途徑作為常用工況下運行方式，在邏輯中可以選擇預混模式閉鎖，也可以在HMI畫面中進行手動選擇預混燃燒途徑；而擴散燃燒途徑則作為備用及保護途徑，當吹掃系統發生吹掃故障時，系統自動將預混燃燒途徑切換到擴散燃燒途徑，從而使燃機繼續維持穩定負荷。

圖1 燃機啟動加載到基本負荷過程中燃燒模式

2 主要遮斷原因

在燃機調試運行期間，燃燒模式頻繁切換主要是由于燃機大幅度增減負荷造成的，有2個誘因導致其負荷變動劇烈：其一是該地區電網頻率不穩定，變動范圍超過49～50.5 Hz，控制系統根據網頻進行自動增減負荷；其二是天然氣氣源不穩定，燃機運行期間需要天然氣壓力通常維持在2.8～3.3 MPa范圍內，當天然氣壓力超出該范圍時，控制系統也將自動進行增減負荷，上述2種情況導致燃機在運行調試期間DLN燃燒模式切換頻繁，從而導致燃機遮斷情況時常發生［2］。DLN燃燒模式切換過程中導致遮斷情況發生的原因如下。

2.1 P2壓力高或低遮斷

DLN燃燒模式切換過程中，引起機組遮斷發生最主要原因是P2壓力的變化故障［3］。P2壓力是燃氣流量控制閥GCV前的壓力，燃氣模塊內的速比閥SRV根據速度反饋信號來調節燃氣壓力P2的大小，并維持其穩定。燃機運行時，實際所需P2壓力值可根據以下計算公式獲得：

式中：FPKGNG為燃氣壓力增比；TNH為速度反饋，取0.026 68 MPa／%；FPKGNO為補償壓力，?。?.132 4 MPa。

燃機點火至暖機結束期間，需要確保壓力P2在預定范圍內，圖2給出了暖機期間P2壓力范圍，P2壓力上限為計算壓力的1.25倍即0.319 MPa，超出該壓力范圍，燃機會發生P2壓力高遮斷，P2壓力下限為計算壓力的0.8倍即0.204 MPa，當進氣低于該壓力時，燃機會發生P2壓力低遮斷，暖機期間P2壓力達到計算所需壓力范圍，如果該壓力高于或低于特定的點火時燃氣壓力，機組發生遮斷。

圖2 燃機暖機期間P2壓力范圍

燃機從點火結束到滿負荷狀態過程中，預混燃燒途徑和擴散燃燒途徑所需P2壓力曲線值如圖3所示；同時在相同燃燒途徑所需P2壓力值又有高溫天氣和低溫天氣區分，具體情況如圖3所示。P2壓力上限同樣為計算壓力的1.25倍，超出該壓力范圍，燃機會發生P2壓力高遮斷，P2壓力下限為計算壓力的0.8倍，當進氣低于該壓力時，燃機會發生P2壓力低遮斷。

圖3 燃機加載負荷期間P2壓力曲線

2.2 排氣分散度高遮斷

燃燒模式進行切換過程中，排氣分散度高也是導致機組發生遮斷的一個主要原因［4］。燃機透平排氣分散度是反映燃燒室燃燒均勻程度的參數，MARK IVe系統采用燃機實際運行工況中的3個最大排氣分散度值與理論計算的3個最大允許分散度值進行比較，以此確定當前工況下燃燒室內的燃燒狀態；其中3個最大排氣分散度值為：排氣最高溫熱偶與排氣最低溫熱偶溫度差值稱為排氣溫度分散度S1，排氣最高溫熱偶與排氣第二低溫熱偶溫度差值稱為排氣溫度分散度S2，排氣最高溫熱偶與排氣第三低溫熱偶溫度差值稱為排氣溫度分散度S3；最大允許排氣分散度值可通過壓氣機排氣的最大壓力和系統平均排氣溫度進行計算獲得，其計算公式為

式中：TTXSPL為允許最大分散度值，℃；TTXM為平均排氣溫度，℃；CTDA為最高的壓氣機排氣溫度，℃；TTKSPL5為壓氣機排氣溫度補償值，為60℃。

當3個最大排氣分散度值與理論計算的3個最大允許分散度值進行比較并且得到以下3種情況中任何1種時，延時2 s，燃機主保護遮斷。

a.分散度S1超過允許分散度值的1倍，分散度S2超過允許分散度值的0.8倍，并且分散度S1和S2發生在相鄰的溫度熱偶測點上。

b.分散度S1超過允許分散度值的5倍（壞偶），分散度S2超過允許分散度值的0.8倍，并且分散度S2和S3發生在相鄰的溫度熱偶測點上。

c.分散度S3超過允許分散度值1倍，并且分散度S2和S3同時超過允許分散度值。

而對于F級燃機，在機組啟動、負荷設定值變化、FSR快切和排氣熱偶故障時，最大允許排氣分散度在計算出理論允許分散度值的基礎上額外增加一個10～76℃范圍內的溫度偏置，以避免在機組燃燒模式變化時因實際分散度瞬間增大而誤跳機。

2.3 燃氣吹掃故障遮斷

在燃機采用燃氣或燃油運行過程中，為防止連接到燃燒室且未投入工作狀態的燃氣、燃油及噴水通道發生燃料集聚及燃燒回流現象，利用壓氣機排氣對這些管道進行吹掃［5］，其吹掃系統如圖4所示。

圖4 燃機吹掃系統閥門控制圖

當DLN燃燒模式進行切換時，燃機吹掃系統需要根據不同燃燒模式，對燃氣通道進行吹掃，不同燃燒模式時吹掃通道如表1所示。此時，吹掃閥門及安全閥根據系統指令進行開關，閥門開關故障同樣是導致燃機遮斷情況發生的主要原因，具體故障現象及原因分析如表2所示。

表2 吹掃系統閥門故障及原因分析

3 結束語

對燃燒模式切換過程中，導致機組遮斷的3個原因（P2壓力高或低、排氣分散度高及吹掃系統閥門故障）進行了系統的理論分析，為同類型機組發生類似遮斷原因分析提供一定的借鑒和參考。

［1］姚 珺，黃紅艷.PG9351FA型燃氣透平技術特點［J］.東北電力技術，2005，26（11）：44－46.

Analysis on Interrupt Reasons for DLN Combustion Mode Transfer Process of PG9351FA Gas Turbine

LI Peng1，WANG Guo?feng1，MA Cheng?jiu2
（1.Liaoning Dongke Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

PG9351FA gas turbine is the representative of advanced gas turbine in the world，dry low NOx（DLN）combustion mode is adopted by this gas turbine，two paths are used for gas turbine to reach the base load，one of the two paths is diffuse combustion mode including D5、1D、4D、6D，and the other path is premix combustion mode including D5、1D、4D、4、6.3.Multiple unit interrupt conditions happen in the process of the combustion mode transfer，main interrupt reasons are including pressure P2high or low trip，purge system valve fault trip，and high exhaust spread trip，the detail interrupt reasons are elaborated in this paper.

Combustion mode；Interrupt；P2pressure；Purge fault；Exhaust dispersity

TK477

A

1004－7913（2015）12－0044－03