2024年2月25日发(作者:江梦桃)
第25卷第5期 2011年9月 发电没备 P0WER EQUIPMENT Vo1.25,No.5 Sep.2011 S1 09FA燃气轮机燃烧故障的分析与处理 刘惠明 (福建晋江天然气发电有限公司,晋江362251) 摘要:分析了S109FA单轴燃气一蒸汽联合循环发电机组在运行中出现的燃气轮机排气温度分散度大 故障和机组在燃烧模式切换时发生分散度大或熄火导致机组跳闸的原因,提出了故障处理方法,并对如何从 根本上解决燃气轮机运行的可靠性问题提出了一些建议。 关键词:燃气轮机;排气温度分散度;燃烧模式切换;火焰熄灭;NO 排放 中图分类号:TK477 文献标识码:A 文章编号:1671一O86X(2O11)05—0331—05 Analysis and Handling of the Combustion Fault in a S109FA Gas Turbine LIU Hui・ming (Jinjiang Natural Gas Power Generation Co.,Ltd.,Jinjiang 362251,China) Abstract:The fault of large temperature dispersion of exhaust gas from gas turbine and the reasons of unit tripping led by the large dispersion degree or flameout have been analyzed during combustion mode switching of a S109FA single-shaft gas—steam combined cycle generating unit.The handling ways have been put forward and some suggestions have been provided completely so as to raise the operational reliability of the gas turbine.Since the unit is a localized one of PG9351FA model,the suggestions will contribute to the development of localized gas turbines. Keywords:gas turbine;dispersion degree of exhausted temperature;switching over of combustion mode;flameout;NO emission 1 机组概况 某电厂一期项目安装4台S109FA单轴燃气 一本文介绍该电厂S109FA单轴燃气一蒸汽联 合循环发电机组在运行中出现的燃气轮机排气 温度分散度大和在升、降负荷过程中燃烧模式切 换时发生分散度过大或火焰熄火导致机组跳闸 的原因和处理方法。 蒸汽联合循环发电机组,其中燃气轮机为按GE 技术生产的PG9351FA型,采用DLN2.0+燃烧 室,是国产化后的首台机组。目前4台机组已经 全部顺利通过168 h满负荷试运行,进入商业运 行。机组采用日开夜停调峰运行方式,启动频 繁,运行数据见表1。 表1 4台机组运行概况 2燃烧故障情况 2.1燃气轮机排气温度分散度大 燃烧系统是燃气轮机(简称燃机)关键设备 之一,是燃机内部工作环境最为恶劣、工作温度 最高的部件,其可靠与否是影响燃机可靠运行的 最主要因素。在燃机运行时无法知道喷嘴、燃烧 室、过渡段或透平等热通道部件的工作状态如 何,对这些高温部件难以进行实时监测,只能通 过测量透平排气温度的间接方式来判断高温部 件的工作是否有异常。对于GE机组来说,唯一 (截止2010年12月31日J 可以用来判断的依据就是监视反映排气温度场 均匀程度的排气温度分散度,因此排气温度及分 收稿日期:201I-03—09 作者简介:刘惠明(1957一)。男,高级工程师,长期从事燃气一蒸汽联合循环发电厂生产技术管理工作。 E-mail:mslhming@163.corn
发电堤务 第25卷 用氩弧焊,并未及时清理药皮,这是燃烧器PM4 通道异物的主要来源。 图2 6号燃烧器PM4通道喷嘴 2009年5月12日1号机组燃烧器检修后再 次启动,满负荷时排气温度分散度最大达19 K。 由此可断定,PM4通道存在异物甚至堵塞喷嘴影 响流量分配,为此次引起机组分散度大的根本原 因,处理后机组运行正常。 2.3燃烧室过渡段设备损坏形成燃烧低温区 3号机组2010年12月(运行时间2 800 h,总 计启动次数191次,点火启动次数173次)一直出 现排气温度分散度大的问题,启动过程中其值最 大达到57 K,同时存在13~15号燃烧器的高温 区,在280 MW时最严重。 根据3号燃机各个负荷点排气温度分散度的 分析,判断5号、6号和7号燃烧器有异常,应列为 重点检查对象。为此在2010年12月29日检查了 4~8号共5个燃烧器的PM4主路及支路管道,没 有发现异物堵塞喷嘴的情况;31日继续扩大检查 范围,也没有发现异常情况。打开压排缸上部人 孔门进入内部检查,发现9号及13号过渡段支架 螺栓各断裂一个,但是过渡段没有位移;4号过渡 段外侧浮动密封碎裂,碎裂部分已经缺失;5号、6 号和7号过渡段支架螺栓全部断裂,过渡段位移, 致4号和5号过渡段间的侧密封变形吹脱(见图 3),浮动密封处形成较大缝隙,冷空气从此大量进 入喷嘴,是造成燃烧低温区的主要原因。 图3 3号机组4号过渡段间的侧密封变形吹脱出现缺口
第5期 刘惠明:S109FA燃气轮机燃烧故障的分析与处理 4号、5号、6号、7号、9号和13号燃烧器 拆下之后检查发现,5号燃烧器3个喷嘴有积碳 情况,具体原因不明。在拆卸火焰筒时发现,5 号和6号燃烧器之间的连焰管插片脱落,连焰 管下坠,压气机排气会从此处大量进入火焰筒, 这也是导致分散度大的另一个原因。拆卸过渡 段后发现,6号过渡段外侧浮动密封裂成两半,5 号和7号过渡段外侧浮动密封变形且出现裂 纹,内侧浮动密封都有轻微变形,因而将4~7 号过渡段之间的3片侧密封和4套浮动密封全 部更换。 2011年1月5日3号机组点火运行,负荷 280 MW时最大排气温度分散度约3O K,运行至 下午其值有降低趋势,满负荷下最大值在25 K, 情况良好。随后在燃烧调整时发现其中2~5号 燃烧器在250~300 Mw阶段火焰脉动大。2011 年1月21日对2~5号燃烧器进行了检查,发现 2号燃烧器的PM4喷嘴处小孔被小块锡箔纸刚 好堵住,其余没有发现问题。处理后机组在满负 荷下最大排气温度分散度为19 K,运行情况良 好。因此可认为,2号燃烧器的PM4喷嘴处小块 锡箔纸是检查处理时掉下来的,经过一段时间的 运行后,小块锡箔纸刚好堵住PM4喷嘴处小孔。 自此3号燃机排气温度分散度大的原因基本 清楚。 2011年1月6日4号机组在停机过程中燃 烧切换时发生排气温度分散度大引发跳闸事件。 查曲线,排气温度最大分散度达161 K,低温区在 22 ̄25号热电偶间。2011年1月7日机组启动 在带50 MW负荷时,分散度最大58 K,低温区在 22 ̄25号热电偶之间,并持续到燃烧模式切换 时。随后至满负荷时,分散度最大到29 K,低温 区在7~9号热电偶之间,可认为与PM4有关。 经检查后发现,这一事故也是由于燃烧器设备损 坏所致。 2.4升降负荷时燃烧模式切换引起排气温度分 散度过大 2009年5月12日1号燃机停机过程中,在 1 221℃燃烧模式切换(预混模式一先导预混模 式,180 MW)时因排气温度分散度大而引起机组 跳闸;21日在升负荷过程中1 249℃燃烧模式切 换(先导预混模式一预混模式,200 Mw)过程中 又因排气温度分散度大而引起机组跳闸。 对比机组跳闸前后相关参数的变化,发现机 组在此前两次停机时负荷为180 MW,燃烧切换 处于正常的临界状态,但和2009年1月进行燃烧 调整时情况有所不同:(1)与168 h试运时相比, 环境温度升高了;(2)在进行性能试验前,性 ̄,JJn 热器至凝结器节流孔板于2009年5月l0日进行 了更换,孔径由13 mm增大至16 ITIITI;(3)天然气 温度从171℃提高至180℃;(4)与第一、二批引 进机组GE公司设定的燃烧模式切换温度区 (1 288~1 260℃)不同。由于出现了几次火焰筒 烧穿事故,GE公司在后续项目中将燃烧模式切 换温度改为1 249~1 233℃,1号燃机设置为 1 249~1 221℃,可见GE公司燃烧模式切换温 度区还处于探索期间。该燃机的停机燃烧模式 切换温度为1 221℃,在所有同类型机组中是最 低的,因此其设定的燃烧模式切换温度点处于引 起燃烧不稳定的临界状态。以上几个因素的共 同作用导致了机组跳闸。 2009年5月21日,GE公司技术保障部对1 号机进行了燃烧调整,根据华东地区燃烧室频繁 发生火焰筒烧穿的教训[3],将燃烧模式切换温度 区统一调整为1 260~1 233℃,即机组升负荷时 燃烧模式切换温度调整为1 260℃,停机降负荷 时燃烧模式切换温度调整为1 288℃。同时在先 导预混和纯预混燃烧模式下,将燃气温度设定在 180℃以上,这有利于保障燃机的燃烧脉动值处 于可接受范围,确保了燃烧模式切换时燃烧的稳 定性。经过一年多时间的运行,机组运行各燃烧 参数正常。 2.5降负荷至260 Mw的预混模式下发生熄火 2010年7月3日2号机组在降负荷至260 Mw预混模式下发生熄火跳闸;将燃烧模式切换 温度提高了12 K后在7月8日晚再次发生255 Mw预混模式下熄火跳闸,因而决定在查出问题 和GE正式明确处理方案之前,保持抬高燃烧模 式切换点温度,在270 Mw进行手动切换的方 法,确保机组不发生事故跳闸。 为此电厂进行了如下检查:(1)检查校调燃 气系统控制阀以及压力传感器,通过开启Y型过 滤器及燃气环管低点排水堵头,检查管道系统是 否有液体或固体杂物,检查滤芯的完整状况;(2) 检查校调压气机人口可转导叶IGV、进气加热控 制阀IBH及CEMS系统后发现IBH有较高误 差,收集和统计机组从满负荷降到270 MW过程 中IGV、IBH的动作变化情况;(3)对燃料喷嘴的 检查未发现异常,同时机组在升负荷及满负荷运 行时排气温度分散度很好,基本可以排除燃烧系
t心旋参 第25卷 燃烧调整工作是多个相互矛盾的参数进行 统硬件不完善的因素;(4)天然气环管压力波动 较大;(5)对天然气参数、华白指数、N 排放量 进行对比未发现异常波动;(6)对各台燃机不同 燃烧模式切换温度下PM1燃烧比例(PM1/ 全面综合考虑的过程,既要考虑火焰筒的可靠 性,又要考虑燃烧切换的稳定性_4]。因此,要在 下述方面进行工作: (PM1+PM4))中设定值进行了分析对比,见 表2。 表2不同燃烧模式切换温度下 PM1燃烧比例(2010—07—09) (1)将天然气的热值、密度、华自指数等参数 显示在DCS画面上;确定这些参数的正常变化范 围,并让运行人员清楚哪些参数发生多大变化时 会对火焰脉动、机组振动产生较大的影响;随时 跟踪这些参数的变化情况,在认为参数超出正常 范围时应手动调节天然气的温度,保持华白指数 的稳定,或提高启停机过程中燃烧模式切换温度 点。及时跟踪参数的变化情况,并与燃烧调整时 的参数值进行比较。 (2)把各台燃机在燃烧调整时的天然气品 通过对比,认为在预混方式下的1 288℃时, 质、设定值、切换点温度记录下来,并做成对照 表,以便进行横向对比。 (3)当发现天然气的热值、华白指数、N 2号机组的PM1比例偏大,造成在该点的预混燃 烧不稳定。2号机组2010年检修后的第一次燃 烧调整是2010年3月21—22 13。由于在2010 体积分数等条件变化大时就采取临时措施,临时 提高燃烧模式切换点基准温度。在较高负荷工 况下,由运行人员手动点击PPM BASE按钮,强 制进行燃烧切换,以确保机组不熄火跳闸。跳闸 年6月19 13和20 13两次停机过程中燃烧模式切 换时熄火跳闸,在6月21—22 El进行了第二次燃 烧调整,把燃烧切换点1 260℃时的PM1燃烧比 对机组的伤害远远大于切换点温度提高对机组 例从13 调整为1l ,而对预混燃烧时的值未调 、 燃烧部件寿命的影响。加之电监办“两个细则” 整。1 288℃对应的机组负荷大致为260 Mw, 的考核更加严厉,电厂更要千方百计减少跳闸 PM1燃烧比例过高可能是造成两次在250~260 次数。 MW点附近熄火跳闸的原因之一。 (4)如果PPM切到PM(预混模式)的 2010年7月23 13仅把1 287℃时PM1燃 TTRF1设定点偏低的话,在切换过程中容易造 烧比例值改为14 后,反复进行切换,情况均正 成机组熄火;但TTRF1设定点偏高,如果天气太 常。2010年7月25 13,2号机组燃烧调整,将 高负荷时PM1燃烧比例值减小,增加PM4燃烧 冷可能会引起燃烧模式不切换。根据电厂的实 比例值,此时火焰脉动与稳定性都得到改善,解 决了降负荷至26O Mw时出现燃烧故障的 问题。 践,偏向将TTRF1设定点适当地提高一点,以确 保机组不会熄火跳闸。 (5)停机过程中普遍的、较为典型的熄火是 火焰单薄吹灭现象(LBO)。排烟中NO 体积分 数的准确性是作为LBO判断的重要参考,如果 NO 排放体积分数偏低(小于6.5×10 ),LBO 跳闸的可能性增大。为此在DCS增设了一个此 数据的报警,要求运行人员在停机切换前注意 3提高燃机运行可靠性的分析 鉴于采用DLN2燃烧室的燃机频繁出现的 燃烧室故障,按照GE公司新的运行维护手册 3620L,DLN2.0+燃烧室在次先导预混和先导预 混模式下的运行,其等效运行时间应乘以1O,这 样对于频繁启停的调峰运行机组其检修间隔时 间明显缩短。GE公司燃烧调整的出发点是在保 证燃烧稳定性的前提下,先导预混和次先导预混 模式运行的时间越短越好,这是与燃烧模式切换 NO 体积分数的值。 3.2分析和建议 笔者根据多个电厂的实践经验提出以下 建议: (1)GE公司对9FA机组燃烧模式切换温 度点、对燃机处于PPM及PM燃烧模式下PM1 燃烧所占比例PM1/(PM1+PM4)还处于探索 的要求相互有矛盾的,因此只好找一个相对的平 衡点。 3.1燃烧调整的因素 期间,特别是对于13开夜停运行方式下的单轴
第5期 刘惠明:S1O9FA燃气轮机燃烧故障的分析与处理 联合循环发电机组,由于启动时间长,无法快速 通过次先导预混SPPM和先导预混PPM模式, 使得机组在SPPM和PPM模式下运行较长时 间,导致燃烧室部件很难达到GE公司规定的理 想燃烧检查时间,不得不对运行维护手册 3620K进行修订。GE公司新的运行维护手册 3620L中对于正常启动时的SPPM和PPM模 式下的等效运行时间如何计算比较含糊,虽说 为乘以5,但始终没有明确文件,反映在燃烧调 整上,就是尽量地降低燃烧模式切换温度,而燃 烧模式切换温度的降低导致了火焰不稳定,只 好加大PM1燃烧所占比例,甚至利用预混分配 偏置功能(即4 增强投入),结果又造成降负荷 过程中接近燃烧模式切换点时发生熄火或排气 温度分散度大引起跳闸。 (2)在正常的最小ICV开度和排气温度下, 预混燃烧模式只能发生负荷率在7O%以上的工 况。而目前的燃烧切换点是属于通过最小ICV 开度的降低和IBH进气加热扩展出来的预混燃 烧区域,可以扩展到更低的负荷率4O 。在这个 区域进行燃烧切换时,如IGV、IBH等参数稍有 偏离,就有可能引起燃烧不稳定。 (3)对于新建电厂的设备招标,建议采用 DLN2.6+燃烧室。DLN2.6+燃烧室(每一个燃 烧室有4条燃料管路D5、PM1、PM2、PM3)的关 键改进是在DLN2.0的基础上,在中心再多加了 一个值班预混火焰喷嘴PM1(该值班预混火焰喷 嘴从95 9,6转速开始到满负荷始终投入),从而可 以进一步扩大工作范围,燃烧更稳定,其对燃料 的适应范围广,拓展了部分负荷的运行空间,预 混燃烧的范围拓展到了负荷率35 ,华白指数的 适应范围拓展到了土2O ,N 体积分数在1.5 ×10 水平,较好地解决了既要扩大负荷变化范 围,且要满足低负荷时燃烧稳定性和高负荷时污 染物排放指标的目标。最近GE公司在国内的投 标就是采用DLN2.6+燃烧室。 (4)根据国内9FA机组几年来的运行实践 表明,S109FA单轴联合循环机组不适合调峰运 行,特别是不适合日开夜停方式的调峰运行(燃 烧切换仅仅是一个因素,但主要的因素还是压 气机的问题)。对于频繁启停的调峰运行,建议 采用多轴联合循环机组。2003年以后,香港龙 鼓滩电厂9F机组的每次平均运行时间由原来 的142 h降低到32 h左右,最低时仅仅21 h。频 繁启动对燃机产生了的很大影响,新发生的设 备缺陷明显增加。从GE公司新推出的24 K燃 烧室燃烧检查时间从累计运行8 000 h提高到 24 000 h(与热通道部件的检查时间一致),但是 点火启动次数还是维持450次不变,就可以看出 对频繁启停的机组来说,检修间隔时间取决于 点火启动次数,而不是运行时间。所以,对于第 一、二批引进的单轴机组时的专家组意见,应进 行一定的修正,以更好地指导下一阶段新建电 厂的设备招标工作,而不要继续产生误导。 (5)由于目前燃烧调整还是GE公司的垄 断技术,加之调试设备和人员少,当电厂跳闸需 要技术支持或需要燃烧调整时,GE公司的反应 很慢。为了避免再次出现跳闸,在升、降负荷燃 烧模式切换前,运行人员可进行人工干预,将燃 烧模式切换点温度提高12~25 K后进行手动 切换。 (6)考虑到以后天然气来源的多样化,各电 厂应配置一套GE公司的CDM燃烧室火焰脉动 连续动态特性监控与实时RDLN调节系统,以便 及时掌握燃烧室火焰脉动情况。对燃机进行燃 烧状态监控和处理对燃机的安全生产和状态检 修具有非常重要的价值。对于没有配置CDM系 统的电厂,建议各机组安装FQMS气体燃料质量 管理系统,通过闭环加热控制系统,将天然气的 当量华白指数调整到燃烧室设定点或上次燃烧 调整时的设定点。 4 结语 通过对PG9351FA燃机燃烧故障的分析及 判断,一方面可避免异常事故的扩大而导致燃烧 通道及部件的损坏;另一方面可掌握各台机组在 不同工况下排气温度的旋转角度,为准确地进行 故障处理指明方向,并积累经验,为机组的安全 运行提供保障。 参考文献: [1]姜焕农.燃机运行中对排气温度分散度监视的重要性[J]. 燃气轮机技术.2007,20(3):13—16. [2]俞立凡,金建荣.9FA燃机排气温度场偏转规律研究[J].电 力建设.2009,30(3):63—66. [3]赵丽娟,周晓宇.PG9351FA燃气轮机DLN2.0+燃烧室烧 穿故障分析[J].燃气轮机技术.2008,21(3):52—57. [4]刘惠明.提高S109FA单轴联合循环机缎运行可靠性的探索 [J].燃气轮机发电技术.2010,12(3-4):54—63.
2024年2月25日发(作者:江梦桃)
第25卷第5期 2011年9月 发电没备 P0WER EQUIPMENT Vo1.25,No.5 Sep.2011 S1 09FA燃气轮机燃烧故障的分析与处理 刘惠明 (福建晋江天然气发电有限公司,晋江362251) 摘要:分析了S109FA单轴燃气一蒸汽联合循环发电机组在运行中出现的燃气轮机排气温度分散度大 故障和机组在燃烧模式切换时发生分散度大或熄火导致机组跳闸的原因,提出了故障处理方法,并对如何从 根本上解决燃气轮机运行的可靠性问题提出了一些建议。 关键词:燃气轮机;排气温度分散度;燃烧模式切换;火焰熄灭;NO 排放 中图分类号:TK477 文献标识码:A 文章编号:1671一O86X(2O11)05—0331—05 Analysis and Handling of the Combustion Fault in a S109FA Gas Turbine LIU Hui・ming (Jinjiang Natural Gas Power Generation Co.,Ltd.,Jinjiang 362251,China) Abstract:The fault of large temperature dispersion of exhaust gas from gas turbine and the reasons of unit tripping led by the large dispersion degree or flameout have been analyzed during combustion mode switching of a S109FA single-shaft gas—steam combined cycle generating unit.The handling ways have been put forward and some suggestions have been provided completely so as to raise the operational reliability of the gas turbine.Since the unit is a localized one of PG9351FA model,the suggestions will contribute to the development of localized gas turbines. Keywords:gas turbine;dispersion degree of exhausted temperature;switching over of combustion mode;flameout;NO emission 1 机组概况 某电厂一期项目安装4台S109FA单轴燃气 一本文介绍该电厂S109FA单轴燃气一蒸汽联 合循环发电机组在运行中出现的燃气轮机排气 温度分散度大和在升、降负荷过程中燃烧模式切 换时发生分散度过大或火焰熄火导致机组跳闸 的原因和处理方法。 蒸汽联合循环发电机组,其中燃气轮机为按GE 技术生产的PG9351FA型,采用DLN2.0+燃烧 室,是国产化后的首台机组。目前4台机组已经 全部顺利通过168 h满负荷试运行,进入商业运 行。机组采用日开夜停调峰运行方式,启动频 繁,运行数据见表1。 表1 4台机组运行概况 2燃烧故障情况 2.1燃气轮机排气温度分散度大 燃烧系统是燃气轮机(简称燃机)关键设备 之一,是燃机内部工作环境最为恶劣、工作温度 最高的部件,其可靠与否是影响燃机可靠运行的 最主要因素。在燃机运行时无法知道喷嘴、燃烧 室、过渡段或透平等热通道部件的工作状态如 何,对这些高温部件难以进行实时监测,只能通 过测量透平排气温度的间接方式来判断高温部 件的工作是否有异常。对于GE机组来说,唯一 (截止2010年12月31日J 可以用来判断的依据就是监视反映排气温度场 均匀程度的排气温度分散度,因此排气温度及分 收稿日期:201I-03—09 作者简介:刘惠明(1957一)。男,高级工程师,长期从事燃气一蒸汽联合循环发电厂生产技术管理工作。 E-mail:mslhming@163.corn
发电堤务 第25卷 用氩弧焊,并未及时清理药皮,这是燃烧器PM4 通道异物的主要来源。 图2 6号燃烧器PM4通道喷嘴 2009年5月12日1号机组燃烧器检修后再 次启动,满负荷时排气温度分散度最大达19 K。 由此可断定,PM4通道存在异物甚至堵塞喷嘴影 响流量分配,为此次引起机组分散度大的根本原 因,处理后机组运行正常。 2.3燃烧室过渡段设备损坏形成燃烧低温区 3号机组2010年12月(运行时间2 800 h,总 计启动次数191次,点火启动次数173次)一直出 现排气温度分散度大的问题,启动过程中其值最 大达到57 K,同时存在13~15号燃烧器的高温 区,在280 MW时最严重。 根据3号燃机各个负荷点排气温度分散度的 分析,判断5号、6号和7号燃烧器有异常,应列为 重点检查对象。为此在2010年12月29日检查了 4~8号共5个燃烧器的PM4主路及支路管道,没 有发现异物堵塞喷嘴的情况;31日继续扩大检查 范围,也没有发现异常情况。打开压排缸上部人 孔门进入内部检查,发现9号及13号过渡段支架 螺栓各断裂一个,但是过渡段没有位移;4号过渡 段外侧浮动密封碎裂,碎裂部分已经缺失;5号、6 号和7号过渡段支架螺栓全部断裂,过渡段位移, 致4号和5号过渡段间的侧密封变形吹脱(见图 3),浮动密封处形成较大缝隙,冷空气从此大量进 入喷嘴,是造成燃烧低温区的主要原因。 图3 3号机组4号过渡段间的侧密封变形吹脱出现缺口
第5期 刘惠明:S109FA燃气轮机燃烧故障的分析与处理 4号、5号、6号、7号、9号和13号燃烧器 拆下之后检查发现,5号燃烧器3个喷嘴有积碳 情况,具体原因不明。在拆卸火焰筒时发现,5 号和6号燃烧器之间的连焰管插片脱落,连焰 管下坠,压气机排气会从此处大量进入火焰筒, 这也是导致分散度大的另一个原因。拆卸过渡 段后发现,6号过渡段外侧浮动密封裂成两半,5 号和7号过渡段外侧浮动密封变形且出现裂 纹,内侧浮动密封都有轻微变形,因而将4~7 号过渡段之间的3片侧密封和4套浮动密封全 部更换。 2011年1月5日3号机组点火运行,负荷 280 MW时最大排气温度分散度约3O K,运行至 下午其值有降低趋势,满负荷下最大值在25 K, 情况良好。随后在燃烧调整时发现其中2~5号 燃烧器在250~300 Mw阶段火焰脉动大。2011 年1月21日对2~5号燃烧器进行了检查,发现 2号燃烧器的PM4喷嘴处小孔被小块锡箔纸刚 好堵住,其余没有发现问题。处理后机组在满负 荷下最大排气温度分散度为19 K,运行情况良 好。因此可认为,2号燃烧器的PM4喷嘴处小块 锡箔纸是检查处理时掉下来的,经过一段时间的 运行后,小块锡箔纸刚好堵住PM4喷嘴处小孔。 自此3号燃机排气温度分散度大的原因基本 清楚。 2011年1月6日4号机组在停机过程中燃 烧切换时发生排气温度分散度大引发跳闸事件。 查曲线,排气温度最大分散度达161 K,低温区在 22 ̄25号热电偶间。2011年1月7日机组启动 在带50 MW负荷时,分散度最大58 K,低温区在 22 ̄25号热电偶之间,并持续到燃烧模式切换 时。随后至满负荷时,分散度最大到29 K,低温 区在7~9号热电偶之间,可认为与PM4有关。 经检查后发现,这一事故也是由于燃烧器设备损 坏所致。 2.4升降负荷时燃烧模式切换引起排气温度分 散度过大 2009年5月12日1号燃机停机过程中,在 1 221℃燃烧模式切换(预混模式一先导预混模 式,180 MW)时因排气温度分散度大而引起机组 跳闸;21日在升负荷过程中1 249℃燃烧模式切 换(先导预混模式一预混模式,200 Mw)过程中 又因排气温度分散度大而引起机组跳闸。 对比机组跳闸前后相关参数的变化,发现机 组在此前两次停机时负荷为180 MW,燃烧切换 处于正常的临界状态,但和2009年1月进行燃烧 调整时情况有所不同:(1)与168 h试运时相比, 环境温度升高了;(2)在进行性能试验前,性 ̄,JJn 热器至凝结器节流孔板于2009年5月l0日进行 了更换,孔径由13 mm增大至16 ITIITI;(3)天然气 温度从171℃提高至180℃;(4)与第一、二批引 进机组GE公司设定的燃烧模式切换温度区 (1 288~1 260℃)不同。由于出现了几次火焰筒 烧穿事故,GE公司在后续项目中将燃烧模式切 换温度改为1 249~1 233℃,1号燃机设置为 1 249~1 221℃,可见GE公司燃烧模式切换温 度区还处于探索期间。该燃机的停机燃烧模式 切换温度为1 221℃,在所有同类型机组中是最 低的,因此其设定的燃烧模式切换温度点处于引 起燃烧不稳定的临界状态。以上几个因素的共 同作用导致了机组跳闸。 2009年5月21日,GE公司技术保障部对1 号机进行了燃烧调整,根据华东地区燃烧室频繁 发生火焰筒烧穿的教训[3],将燃烧模式切换温度 区统一调整为1 260~1 233℃,即机组升负荷时 燃烧模式切换温度调整为1 260℃,停机降负荷 时燃烧模式切换温度调整为1 288℃。同时在先 导预混和纯预混燃烧模式下,将燃气温度设定在 180℃以上,这有利于保障燃机的燃烧脉动值处 于可接受范围,确保了燃烧模式切换时燃烧的稳 定性。经过一年多时间的运行,机组运行各燃烧 参数正常。 2.5降负荷至260 Mw的预混模式下发生熄火 2010年7月3日2号机组在降负荷至260 Mw预混模式下发生熄火跳闸;将燃烧模式切换 温度提高了12 K后在7月8日晚再次发生255 Mw预混模式下熄火跳闸,因而决定在查出问题 和GE正式明确处理方案之前,保持抬高燃烧模 式切换点温度,在270 Mw进行手动切换的方 法,确保机组不发生事故跳闸。 为此电厂进行了如下检查:(1)检查校调燃 气系统控制阀以及压力传感器,通过开启Y型过 滤器及燃气环管低点排水堵头,检查管道系统是 否有液体或固体杂物,检查滤芯的完整状况;(2) 检查校调压气机人口可转导叶IGV、进气加热控 制阀IBH及CEMS系统后发现IBH有较高误 差,收集和统计机组从满负荷降到270 MW过程 中IGV、IBH的动作变化情况;(3)对燃料喷嘴的 检查未发现异常,同时机组在升负荷及满负荷运 行时排气温度分散度很好,基本可以排除燃烧系
t心旋参 第25卷 燃烧调整工作是多个相互矛盾的参数进行 统硬件不完善的因素;(4)天然气环管压力波动 较大;(5)对天然气参数、华白指数、N 排放量 进行对比未发现异常波动;(6)对各台燃机不同 燃烧模式切换温度下PM1燃烧比例(PM1/ 全面综合考虑的过程,既要考虑火焰筒的可靠 性,又要考虑燃烧切换的稳定性_4]。因此,要在 下述方面进行工作: (PM1+PM4))中设定值进行了分析对比,见 表2。 表2不同燃烧模式切换温度下 PM1燃烧比例(2010—07—09) (1)将天然气的热值、密度、华自指数等参数 显示在DCS画面上;确定这些参数的正常变化范 围,并让运行人员清楚哪些参数发生多大变化时 会对火焰脉动、机组振动产生较大的影响;随时 跟踪这些参数的变化情况,在认为参数超出正常 范围时应手动调节天然气的温度,保持华白指数 的稳定,或提高启停机过程中燃烧模式切换温度 点。及时跟踪参数的变化情况,并与燃烧调整时 的参数值进行比较。 (2)把各台燃机在燃烧调整时的天然气品 通过对比,认为在预混方式下的1 288℃时, 质、设定值、切换点温度记录下来,并做成对照 表,以便进行横向对比。 (3)当发现天然气的热值、华白指数、N 2号机组的PM1比例偏大,造成在该点的预混燃 烧不稳定。2号机组2010年检修后的第一次燃 烧调整是2010年3月21—22 13。由于在2010 体积分数等条件变化大时就采取临时措施,临时 提高燃烧模式切换点基准温度。在较高负荷工 况下,由运行人员手动点击PPM BASE按钮,强 制进行燃烧切换,以确保机组不熄火跳闸。跳闸 年6月19 13和20 13两次停机过程中燃烧模式切 换时熄火跳闸,在6月21—22 El进行了第二次燃 烧调整,把燃烧切换点1 260℃时的PM1燃烧比 对机组的伤害远远大于切换点温度提高对机组 例从13 调整为1l ,而对预混燃烧时的值未调 、 燃烧部件寿命的影响。加之电监办“两个细则” 整。1 288℃对应的机组负荷大致为260 Mw, 的考核更加严厉,电厂更要千方百计减少跳闸 PM1燃烧比例过高可能是造成两次在250~260 次数。 MW点附近熄火跳闸的原因之一。 (4)如果PPM切到PM(预混模式)的 2010年7月23 13仅把1 287℃时PM1燃 TTRF1设定点偏低的话,在切换过程中容易造 烧比例值改为14 后,反复进行切换,情况均正 成机组熄火;但TTRF1设定点偏高,如果天气太 常。2010年7月25 13,2号机组燃烧调整,将 高负荷时PM1燃烧比例值减小,增加PM4燃烧 冷可能会引起燃烧模式不切换。根据电厂的实 比例值,此时火焰脉动与稳定性都得到改善,解 决了降负荷至26O Mw时出现燃烧故障的 问题。 践,偏向将TTRF1设定点适当地提高一点,以确 保机组不会熄火跳闸。 (5)停机过程中普遍的、较为典型的熄火是 火焰单薄吹灭现象(LBO)。排烟中NO 体积分 数的准确性是作为LBO判断的重要参考,如果 NO 排放体积分数偏低(小于6.5×10 ),LBO 跳闸的可能性增大。为此在DCS增设了一个此 数据的报警,要求运行人员在停机切换前注意 3提高燃机运行可靠性的分析 鉴于采用DLN2燃烧室的燃机频繁出现的 燃烧室故障,按照GE公司新的运行维护手册 3620L,DLN2.0+燃烧室在次先导预混和先导预 混模式下的运行,其等效运行时间应乘以1O,这 样对于频繁启停的调峰运行机组其检修间隔时 间明显缩短。GE公司燃烧调整的出发点是在保 证燃烧稳定性的前提下,先导预混和次先导预混 模式运行的时间越短越好,这是与燃烧模式切换 NO 体积分数的值。 3.2分析和建议 笔者根据多个电厂的实践经验提出以下 建议: (1)GE公司对9FA机组燃烧模式切换温 度点、对燃机处于PPM及PM燃烧模式下PM1 燃烧所占比例PM1/(PM1+PM4)还处于探索 的要求相互有矛盾的,因此只好找一个相对的平 衡点。 3.1燃烧调整的因素 期间,特别是对于13开夜停运行方式下的单轴
第5期 刘惠明:S1O9FA燃气轮机燃烧故障的分析与处理 联合循环发电机组,由于启动时间长,无法快速 通过次先导预混SPPM和先导预混PPM模式, 使得机组在SPPM和PPM模式下运行较长时 间,导致燃烧室部件很难达到GE公司规定的理 想燃烧检查时间,不得不对运行维护手册 3620K进行修订。GE公司新的运行维护手册 3620L中对于正常启动时的SPPM和PPM模 式下的等效运行时间如何计算比较含糊,虽说 为乘以5,但始终没有明确文件,反映在燃烧调 整上,就是尽量地降低燃烧模式切换温度,而燃 烧模式切换温度的降低导致了火焰不稳定,只 好加大PM1燃烧所占比例,甚至利用预混分配 偏置功能(即4 增强投入),结果又造成降负荷 过程中接近燃烧模式切换点时发生熄火或排气 温度分散度大引起跳闸。 (2)在正常的最小ICV开度和排气温度下, 预混燃烧模式只能发生负荷率在7O%以上的工 况。而目前的燃烧切换点是属于通过最小ICV 开度的降低和IBH进气加热扩展出来的预混燃 烧区域,可以扩展到更低的负荷率4O 。在这个 区域进行燃烧切换时,如IGV、IBH等参数稍有 偏离,就有可能引起燃烧不稳定。 (3)对于新建电厂的设备招标,建议采用 DLN2.6+燃烧室。DLN2.6+燃烧室(每一个燃 烧室有4条燃料管路D5、PM1、PM2、PM3)的关 键改进是在DLN2.0的基础上,在中心再多加了 一个值班预混火焰喷嘴PM1(该值班预混火焰喷 嘴从95 9,6转速开始到满负荷始终投入),从而可 以进一步扩大工作范围,燃烧更稳定,其对燃料 的适应范围广,拓展了部分负荷的运行空间,预 混燃烧的范围拓展到了负荷率35 ,华白指数的 适应范围拓展到了土2O ,N 体积分数在1.5 ×10 水平,较好地解决了既要扩大负荷变化范 围,且要满足低负荷时燃烧稳定性和高负荷时污 染物排放指标的目标。最近GE公司在国内的投 标就是采用DLN2.6+燃烧室。 (4)根据国内9FA机组几年来的运行实践 表明,S109FA单轴联合循环机组不适合调峰运 行,特别是不适合日开夜停方式的调峰运行(燃 烧切换仅仅是一个因素,但主要的因素还是压 气机的问题)。对于频繁启停的调峰运行,建议 采用多轴联合循环机组。2003年以后,香港龙 鼓滩电厂9F机组的每次平均运行时间由原来 的142 h降低到32 h左右,最低时仅仅21 h。频 繁启动对燃机产生了的很大影响,新发生的设 备缺陷明显增加。从GE公司新推出的24 K燃 烧室燃烧检查时间从累计运行8 000 h提高到 24 000 h(与热通道部件的检查时间一致),但是 点火启动次数还是维持450次不变,就可以看出 对频繁启停的机组来说,检修间隔时间取决于 点火启动次数,而不是运行时间。所以,对于第 一、二批引进的单轴机组时的专家组意见,应进 行一定的修正,以更好地指导下一阶段新建电 厂的设备招标工作,而不要继续产生误导。 (5)由于目前燃烧调整还是GE公司的垄 断技术,加之调试设备和人员少,当电厂跳闸需 要技术支持或需要燃烧调整时,GE公司的反应 很慢。为了避免再次出现跳闸,在升、降负荷燃 烧模式切换前,运行人员可进行人工干预,将燃 烧模式切换点温度提高12~25 K后进行手动 切换。 (6)考虑到以后天然气来源的多样化,各电 厂应配置一套GE公司的CDM燃烧室火焰脉动 连续动态特性监控与实时RDLN调节系统,以便 及时掌握燃烧室火焰脉动情况。对燃机进行燃 烧状态监控和处理对燃机的安全生产和状态检 修具有非常重要的价值。对于没有配置CDM系 统的电厂,建议各机组安装FQMS气体燃料质量 管理系统,通过闭环加热控制系统,将天然气的 当量华白指数调整到燃烧室设定点或上次燃烧 调整时的设定点。 4 结语 通过对PG9351FA燃机燃烧故障的分析及 判断,一方面可避免异常事故的扩大而导致燃烧 通道及部件的损坏;另一方面可掌握各台机组在 不同工况下排气温度的旋转角度,为准确地进行 故障处理指明方向,并积累经验,为机组的安全 运行提供保障。 参考文献: [1]姜焕农.燃机运行中对排气温度分散度监视的重要性[J]. 燃气轮机技术.2007,20(3):13—16. [2]俞立凡,金建荣.9FA燃机排气温度场偏转规律研究[J].电 力建设.2009,30(3):63—66. [3]赵丽娟,周晓宇.PG9351FA燃气轮机DLN2.0+燃烧室烧 穿故障分析[J].燃气轮机技术.2008,21(3):52—57. [4]刘惠明.提高S109FA单轴联合循环机缎运行可靠性的探索 [J].燃气轮机发电技术.2010,12(3-4):54—63.