论文部分内容阅读
【摘 要】从几次燃烧异常的情况可以看出，在平常运行时要对平均排气温度、排气温度分散度的内容要多分析、检查。当运行中如果排气温度分散度出现阶跃、或存在燃烧低温区，并且随着负荷增减而有规律地扭转时，应果断停机检查。本文分析了燃烧过程中燃料供给系统、燃烧部件和排气热电偶检测等问题；指出了9F燃气轮机排气温度场扭转规律；提出了加强9FA机组燃烧检测管理的建议。
【关键词】能源与动力工程;燃气轮机机组;燃烧检测
1.9F机组燃烧系统的监测
１．１热电偶故障报警
如果热电偶测量到的最高排气温度的分散度S1和允许分散度S之比超过了常数K2，则发出热电偶故障的报警信号，从而使燃气轮机发出报警。在正常情况下，排气温度的分散度S1应小于允许分散度S，当S1>S时说明燃烧不正常。但是S1>K2·S=5S，即排气温度的分散度是允许值的5倍以上显然是不可能的，所以认为这是热电偶出现故障而使测量失常，热电偶故障报警是合理的。
1.2燃烧故障报警
若燃烧不正常使排气温度的分散度S1超过了允许的分散度S，即S1/S大于K1的值，则产生燃烧故障（检测）报警。
1.3排气温度分散度过高而遮断燃烧不正常致使排气温度分散度过高时，需遮断机组
2.9F燃气轮机燃烧故障原因
燃气轮机燃烧监测是通过对排气温度分散度的变化来进行的。影响燃烧变化的因素很多，如燃料分配的均匀程度、燃烧室结构的差异、雾化情况、叶片结垢程度、燃料喷嘴工作情况等，分散度只是间接反应了燃气轮机、燃烧部件及燃料供给系统的工作状况。
２．１燃料供给系统的问题
燃气轮机在使用液体燃料时，喷嘴堵塞、流量分配器故障等均会引起燃烧异常。特别是由于燃油流量分配器的个别齿轮磨损较大，造成间隙偏大，以至供油不足，形成各燃油喷嘴的燃油量不同，从而造成燃气轮机进气温度场的不均匀，进而引起排气温度个别点偏低，分散度增大。但燃料供给系统的问题引起的燃烧故障有一个特点，即随着负荷上升，分散度会增大。
在使用气体燃料的9F燃气轮机中，流量分配器的故障不存在，但喷嘴堵塞的现象也出现过。例如1号机组在2010年4月因排气温度分散度大而跳机（当时的平均排气温度650°C，11号测点593°C，12号测点580°C，13号测点603°C）。此前已发现有2个相邻排气温度测点温度值与其它29个测点温度有偏差，但分散度S1有时超过允许值S，由于机组是以日开夜停方式运行，这种现象时有时无。以后又出现2个相邻排气温度测点温度偏低，且分散度S1和S2都超过了允许值引起跳机。事后根据跳机时的负荷利用GE公司的燃烧故障诊断软件判断，确定1号和18号燃烧室可能有异常现象，对2、1、18、17号燃烧喷嘴组进行内窥镜检查。
首先用内窥镜对PM4燃料通道进行检查、拍片、测量，PM4燃料气通过燃烧端盖外沿有2个环行通道，每个弧形通道布置有2只5孔的燃料喷口，喷口孔径为2mm，因此大于2mm的任何异物都会堵塞燃料喷口造成燃烧温度偏差。发现通道内条状物体宽3~4mm，长20~30mm；从物体的形状尺寸初步判断异物主要是管道法兰上的缠绕垫片的金属丝及石墨条。因此又对其它15只燃烧喷嘴的PM1、PM4、D5及燃料母管通道法兰密封垫进行检查，发现有部分金属缠绕垫的焊点松脱或断裂，其中4、5、6、7、12号5个燃烧室的PM4喷嘴通道中有异物存在，堵塞了喷嘴通道，造成燃烧不均匀。由于异物是管道法兰上的缠绕垫片的金属丝及石墨条，故利用吸尘器与内窥镜结合将其吸出。
２．２燃烧部件的问题
燃烧部件能否正常工作直接关系到透平进气温度场的均匀性，从而可反映出透平排气温度场的均匀性。2号机组也曾经发生过因燃烧部件故障而引起的排气分散度大造成跳机的事故。例如一次2号机组排气分散度S1由34.8°C增至73.5°C；S2由34.3°C增至49.4°C；S3由34.9°C增至48.7°C；最低和次低温度出现在28号和29号排气热电偶上，但未出现燃烧故障报警，此时机组负荷340MW，减负荷后情况有所稳定。在停机后再次启动，并网9s后因燃烧故障、排气温度分散度高而跳机。
当燃烧部件有贯通性裂纹、破损后，必然会有过量的压气机排气进入有故障的火焰筒、过渡段，进而冷却了相应火焰筒、过渡段内的高温燃气，势必造成燃气轮机进气温度场不均匀，必然反映出排气分散度大。2号机组的这次故障就属这一情况。
２．３排气热电偶监测的问题
在9F燃气轮机中，如果S1/S超过了K2（5倍以上时），则发出热电偶故障的报警信号。但有时，热电偶损坏的情况是非常规性的开路或短路；也可能是热电偶的线性变坏，这样就不一定会触发热电偶的故障报警，反而可能触发燃烧故障报警。例如3号机组发生一次“燃烧故障”（排气分散度大）报警。当时的负荷为350MW，排气温度617°C，允许分散度95°C。其中27号测点温度在511°C，后在600°C左右波动。加负荷到365MW（基本负荷）时27号测点趋于稳定。以后又出现了类似情况，当时负荷从330MW加至基本负荷过程中，排气热电偶第27点波动较大，最低至480°C左右，排气分散度S1最高达140°C。至基本负荷后，排气热电偶第27点温度恢复正常。在更换了3号机组27点排气热电偶后，排气温度波动现象消除，“燃烧故障”也不再出现。
3.9F燃气轮机排气温度场扭转规律
由于在运行时转子是旋转的，第1级燃气轮机进口的高温燃气流到第3级出口存在一定的扭转，也就是说，燃气沿顺时针方向流动，它和排气测点间有一个夹角，这个角度称为扭转角Ω。随着N（负荷，指有功功率）增加和IGV（压气机进口可转导叶）角度的增加，扭转角变小。它们之间存在对应函数关系，Ω=f（N，IGV）。
不同类型的机组有着各自的对应关系。对于PG9351FA机组，对应关系可能是（仅供参考）：（1）在接近基本负荷的情况下，1号燃烧室出来的高温燃气经燃气轮机做功，大约顺时针扭转间隔2. 5个燃烧室的位置，即在TTXD-8的排气热电偶左右。（2）在全速空载的情况下， 1号燃烧室出来的高温燃气经燃气轮机做功，大约顺时针扭转间隔8个燃烧室的位置，即在TTXD-17的排气热电偶左右。
4.结论
建议9FA燃气轮机可增加GE公司的“燃烧动态监测系统（CDM）”。即利用9FA燃烧室已安装的18个压力探头，经透平间的“数据采集模块”由电缆送至MARKⅥ中的“音频卡（VAMB）”，经快速富里埃变换（FFT），再由MARKⅥ控制系统实时监测燃烧稳定性，以便较早地发现燃料控制阀（GCV1，GCV2，GCV3）的问题和燃烧脉动的状态，从而避免燃烧系统严重故障的发生。应当加强对燃烧系统进行实时连续地动态监控，通过动态监视燃烧状态的变化，在燃烧偏差值尚未達到报警或跳机前，及时调停机组对燃烧系统进行检查，使得该机组燃烧状况恢复到一个较好运行状态，实现对燃烧系统的状态检修。并在燃烧部件和热通道部件拆出或更换后针对硬件状况、燃料状况、环境状况或燃料/空气系统的变化，及时对机组的燃烧进行调节，实现对燃烧系统的状态检测及调整。■
【参考文献】
［１］朱达，周晓宇，潘勇进.9FA燃气轮机DLN-2. 0+燃烧室燃烧异常判断及处理[J].电力设备，2006，7（10）.
【关键词】能源与动力工程;燃气轮机机组;燃烧检测
1.9F机组燃烧系统的监测
１．１热电偶故障报警
如果热电偶测量到的最高排气温度的分散度S1和允许分散度S之比超过了常数K2，则发出热电偶故障的报警信号，从而使燃气轮机发出报警。在正常情况下，排气温度的分散度S1应小于允许分散度S，当S1>S时说明燃烧不正常。但是S1>K2·S=5S，即排气温度的分散度是允许值的5倍以上显然是不可能的，所以认为这是热电偶出现故障而使测量失常，热电偶故障报警是合理的。
1.2燃烧故障报警
若燃烧不正常使排气温度的分散度S1超过了允许的分散度S，即S1/S大于K1的值，则产生燃烧故障（检测）报警。
1.3排气温度分散度过高而遮断燃烧不正常致使排气温度分散度过高时，需遮断机组
2.9F燃气轮机燃烧故障原因
燃气轮机燃烧监测是通过对排气温度分散度的变化来进行的。影响燃烧变化的因素很多，如燃料分配的均匀程度、燃烧室结构的差异、雾化情况、叶片结垢程度、燃料喷嘴工作情况等，分散度只是间接反应了燃气轮机、燃烧部件及燃料供给系统的工作状况。
２．１燃料供给系统的问题
燃气轮机在使用液体燃料时，喷嘴堵塞、流量分配器故障等均会引起燃烧异常。特别是由于燃油流量分配器的个别齿轮磨损较大，造成间隙偏大，以至供油不足，形成各燃油喷嘴的燃油量不同，从而造成燃气轮机进气温度场的不均匀，进而引起排气温度个别点偏低，分散度增大。但燃料供给系统的问题引起的燃烧故障有一个特点，即随着负荷上升，分散度会增大。
在使用气体燃料的9F燃气轮机中，流量分配器的故障不存在，但喷嘴堵塞的现象也出现过。例如1号机组在2010年4月因排气温度分散度大而跳机（当时的平均排气温度650°C，11号测点593°C，12号测点580°C，13号测点603°C）。此前已发现有2个相邻排气温度测点温度值与其它29个测点温度有偏差，但分散度S1有时超过允许值S，由于机组是以日开夜停方式运行，这种现象时有时无。以后又出现2个相邻排气温度测点温度偏低，且分散度S1和S2都超过了允许值引起跳机。事后根据跳机时的负荷利用GE公司的燃烧故障诊断软件判断，确定1号和18号燃烧室可能有异常现象，对2、1、18、17号燃烧喷嘴组进行内窥镜检查。
首先用内窥镜对PM4燃料通道进行检查、拍片、测量，PM4燃料气通过燃烧端盖外沿有2个环行通道，每个弧形通道布置有2只5孔的燃料喷口，喷口孔径为2mm，因此大于2mm的任何异物都会堵塞燃料喷口造成燃烧温度偏差。发现通道内条状物体宽3~4mm，长20~30mm；从物体的形状尺寸初步判断异物主要是管道法兰上的缠绕垫片的金属丝及石墨条。因此又对其它15只燃烧喷嘴的PM1、PM4、D5及燃料母管通道法兰密封垫进行检查，发现有部分金属缠绕垫的焊点松脱或断裂，其中4、5、6、7、12号5个燃烧室的PM4喷嘴通道中有异物存在，堵塞了喷嘴通道，造成燃烧不均匀。由于异物是管道法兰上的缠绕垫片的金属丝及石墨条，故利用吸尘器与内窥镜结合将其吸出。
２．２燃烧部件的问题
燃烧部件能否正常工作直接关系到透平进气温度场的均匀性，从而可反映出透平排气温度场的均匀性。2号机组也曾经发生过因燃烧部件故障而引起的排气分散度大造成跳机的事故。例如一次2号机组排气分散度S1由34.8°C增至73.5°C；S2由34.3°C增至49.4°C；S3由34.9°C增至48.7°C；最低和次低温度出现在28号和29号排气热电偶上，但未出现燃烧故障报警，此时机组负荷340MW，减负荷后情况有所稳定。在停机后再次启动，并网9s后因燃烧故障、排气温度分散度高而跳机。
当燃烧部件有贯通性裂纹、破损后，必然会有过量的压气机排气进入有故障的火焰筒、过渡段，进而冷却了相应火焰筒、过渡段内的高温燃气，势必造成燃气轮机进气温度场不均匀，必然反映出排气分散度大。2号机组的这次故障就属这一情况。
２．３排气热电偶监测的问题
在9F燃气轮机中，如果S1/S超过了K2（5倍以上时），则发出热电偶故障的报警信号。但有时，热电偶损坏的情况是非常规性的开路或短路；也可能是热电偶的线性变坏，这样就不一定会触发热电偶的故障报警，反而可能触发燃烧故障报警。例如3号机组发生一次“燃烧故障”（排气分散度大）报警。当时的负荷为350MW，排气温度617°C，允许分散度95°C。其中27号测点温度在511°C，后在600°C左右波动。加负荷到365MW（基本负荷）时27号测点趋于稳定。以后又出现了类似情况，当时负荷从330MW加至基本负荷过程中，排气热电偶第27点波动较大，最低至480°C左右，排气分散度S1最高达140°C。至基本负荷后，排气热电偶第27点温度恢复正常。在更换了3号机组27点排气热电偶后，排气温度波动现象消除，“燃烧故障”也不再出现。
3.9F燃气轮机排气温度场扭转规律
由于在运行时转子是旋转的，第1级燃气轮机进口的高温燃气流到第3级出口存在一定的扭转，也就是说，燃气沿顺时针方向流动，它和排气测点间有一个夹角，这个角度称为扭转角Ω。随着N（负荷，指有功功率）增加和IGV（压气机进口可转导叶）角度的增加，扭转角变小。它们之间存在对应函数关系，Ω=f（N，IGV）。
不同类型的机组有着各自的对应关系。对于PG9351FA机组，对应关系可能是（仅供参考）：（1）在接近基本负荷的情况下，1号燃烧室出来的高温燃气经燃气轮机做功，大约顺时针扭转间隔2. 5个燃烧室的位置，即在TTXD-8的排气热电偶左右。（2）在全速空载的情况下， 1号燃烧室出来的高温燃气经燃气轮机做功，大约顺时针扭转间隔8个燃烧室的位置，即在TTXD-17的排气热电偶左右。
4.结论
建议9FA燃气轮机可增加GE公司的“燃烧动态监测系统（CDM）”。即利用9FA燃烧室已安装的18个压力探头，经透平间的“数据采集模块”由电缆送至MARKⅥ中的“音频卡（VAMB）”，经快速富里埃变换（FFT），再由MARKⅥ控制系统实时监测燃烧稳定性，以便较早地发现燃料控制阀（GCV1，GCV2，GCV3）的问题和燃烧脉动的状态，从而避免燃烧系统严重故障的发生。应当加强对燃烧系统进行实时连续地动态监控，通过动态监视燃烧状态的变化，在燃烧偏差值尚未達到报警或跳机前，及时调停机组对燃烧系统进行检查，使得该机组燃烧状况恢复到一个较好运行状态，实现对燃烧系统的状态检修。并在燃烧部件和热通道部件拆出或更换后针对硬件状况、燃料状况、环境状况或燃料/空气系统的变化，及时对机组的燃烧进行调节，实现对燃烧系统的状态检测及调整。■
【参考文献】
［１］朱达，周晓宇，潘勇进.9FA燃气轮机DLN-2. 0+燃烧室燃烧异常判断及处理[J].电力设备，2006，7（10）.