蔡國(guó)利

(神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315400)

全預(yù)混DLN2．6+燃燒器在我國(guó)的應(yīng)用

蔡國(guó)利

(神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315400)

在我國(guó)，已建成投產(chǎn)的GE公司9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)電站中，目前普遍采用標(biāo)準(zhǔn)型DLN2.6+燃燒器。考慮到機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程燃燒火焰的穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)型DLN2.6+燃燒器保留了D5擴(kuò)散燃燒通道作為值班火焰，這導(dǎo)致機(jī)組啟停過(guò)程中仍存在較為明顯的冒黃煙現(xiàn)象。在原有標(biāo)準(zhǔn)型DLN2.6+燃燒器基礎(chǔ)上，GE公司推出了全預(yù)混DLN2.6+燃燒器，取消了D5擴(kuò)散燃燒通道，機(jī)組全過(guò)程采用預(yù)混燃燒模式，取得了較好的社會(huì)效益。

DLN2.6+；全預(yù)混燃燒器；應(yīng)用

在我國(guó)所有已經(jīng)建成投產(chǎn)的GE公司9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)電站中，其燃燒器均采用DLN2.0+或DLN2.6+兩種；目前，大多數(shù)DLN2.0+已經(jīng)升級(jí)為DLN2.6+，在所有DLN2.6+燃燒器中，基本上均保留了D5擴(kuò)散燃燒通道，用于機(jī)組啟停過(guò)程中維持燃燒火焰的穩(wěn)定，但由于D5擴(kuò)散燃燒模式的存在，使得燃機(jī)在啟停過(guò)程中，余熱鍋爐煙囪仍然存在部分時(shí)段冒黃煙現(xiàn)象，同時(shí)氮氧化物的排放也相對(duì)偏高。為此，浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司在實(shí)施DLN2.0+升級(jí)為DLN2.6+的過(guò)程中，采用了全預(yù)混DLN2.6+燃燒器(該型燃燒器為國(guó)內(nèi)首家、全球第二家用戶(hù))，減排效果明顯。全預(yù)混DLN2.6+ 燃燒器的應(yīng)用使9F 機(jī)組具有了以下優(yōu)點(diǎn)：寬沃泊指數(shù)的變化(+/-10%)，啟動(dòng)無(wú)明顯黃煙，NOx排放減少，全壽命周期成本下降，升級(jí)改造可在中修期間完成、提高燃機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性和燃料適應(yīng)性等。

1 噴嘴結(jié)構(gòu)介紹

1.1 DLN2.0+燃燒器

GE公司9F級(jí)燃機(jī)共有18個(gè)燃燒器，每個(gè)燃燒器設(shè)有5個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴均設(shè)有擴(kuò)散燃燒通道和預(yù)混燃燒通道，其中預(yù)混通道又分為內(nèi)、外預(yù)混通道。

每個(gè)燃燒器共有3路天然氣供入，分別為D5、PM1、PM4，其中D5供入每個(gè)噴嘴進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，PM1供入5個(gè)噴嘴中的1個(gè)進(jìn)行預(yù)混燃燒，PM4供入其余4個(gè)噴嘴進(jìn)行預(yù)混燃燒。

每一個(gè)噴嘴的流道環(huán)腔，由擴(kuò)散流道和預(yù)混流道兩部分組成；其中擴(kuò)散流道由內(nèi)向外依次為空氣、擴(kuò)散天然氣D5、空氣，該三股氣體在噴嘴的出口端部混合后噴入火焰筒進(jìn)行燃燒，由于擴(kuò)散燃燒流道的空燃比較低，天然氣濃度高，因此容易點(diǎn)火且火焰穩(wěn)定，但火焰溫度高，氮氧化物排放高；預(yù)混流道布置在擴(kuò)散流道的外側(cè)，PM1或PM4天然氣經(jīng)內(nèi)、外預(yù)混通道引入噴嘴，在噴嘴的外環(huán)腔與空氣進(jìn)行預(yù)混合，并經(jīng)旋流器進(jìn)一步混合后噴入火焰筒燃燒，由于預(yù)混燃燒流道的空燃比大，天然氣濃度低，因此火焰溫度較低，氮氧化物排放也低。

1.2 全預(yù)混DLN2.6+燃燒器

全預(yù)混DLN2.6+取消了以往DLN2.0+和標(biāo)準(zhǔn)型DLN2.6+燃燒器的D5擴(kuò)散燃燒模式，從燃機(jī)點(diǎn)火到滿(mǎn)負(fù)荷全程采用預(yù)混燃燒模式，避免了機(jī)組啟停過(guò)程冒黃煙現(xiàn)象，同時(shí)降低氮氧化物的排放量。

全預(yù)混DLN2.6+燃燒器設(shè)有6個(gè)噴嘴，較DLN2.0+燃燒器多一個(gè)噴嘴，原DLN2.0+燃燒器的5個(gè)噴嘴呈圓環(huán)形布置，DLN2.6+燃燒器在中心位置增加了一個(gè)噴嘴，見(jiàn)圖1。

全預(yù)混DLN2.6+燃燒器也有3路天然氣供入，分別為PM1、PM2、PM3，其中PM1供入中心位置噴嘴，且只有一路預(yù)混通道；PM2、PM3有內(nèi)、外預(yù)混通道，其中PM2供入環(huán)形布置5個(gè)噴嘴中的2個(gè)，PM3供入其余3個(gè)噴嘴。

圖1 全預(yù)混DLN2.6+燃燒器示意圖

2 天然氣管道和閥門(mén)改動(dòng)

在由DLN2.0+燃燒器向全預(yù)混DLN2.6+燃燒器升級(jí)改造過(guò)程中，原天然氣管道可以保留沿用，即原有的D5、PM1、PM4天然氣管道，對(duì)應(yīng)為新系統(tǒng)的PM2、PM1、PM3，但輔助截止閥VS4-1、速比閥SRV、控制閥GCV等閥門(mén)進(jìn)行更換，并在輔助截止閥VS4-1上游增設(shè)SSOV(安全關(guān)斷閥)和SSOVV(安全關(guān)斷閥后放散閥)。全預(yù)混DLN2.6十天然氣系統(tǒng)如圖2所示。

在DLN2.0+的系統(tǒng)中，D5管路，PM1管路，PM4管路均設(shè)置了清吹閥，當(dāng)某一管路天然氣退出運(yùn)行時(shí)，利用壓氣機(jī)排氣對(duì)該管路進(jìn)行清吹；而在全預(yù)混DLN2.6+燃燒器中，僅對(duì)PM3管路保留了清吹功能。

3 啟停機(jī)動(dòng)作過(guò)程

全預(yù)混DLN2.6+改造后，燃機(jī)啟停機(jī)過(guò)程較原來(lái)有所變化，增加了清吹閥預(yù)檢和燃?xì)忾y門(mén)嚴(yán)密性自檢。

表1 全預(yù)混DLN2.6+燃燒器模式控制

啟機(jī)簡(jiǎn)要操作過(guò)程：主復(fù)位后，在CRANK模式、盤(pán)車(chē)狀態(tài)下，進(jìn)行清吹閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作預(yù)檢；預(yù)檢正常后，點(diǎn)選START按鈕，機(jī)組進(jìn)行冷拖清吹。當(dāng)機(jī)組切至AUTO模式時(shí)，進(jìn)行燃?xì)忾y門(mén)嚴(yán)密性自檢，自檢通過(guò)后，待燃機(jī)清吹計(jì)時(shí)結(jié)束，機(jī)組轉(zhuǎn)入點(diǎn)火狀態(tài)，從點(diǎn)火到滿(mǎn)負(fù)荷之間，全預(yù)混DLN2.6+燃燒器經(jīng)歷3.0模式、2.0模式、3.0模式、6.2模式、6.3模式共5個(gè)燃燒模式切換，其中3.0模式為PM1+PM2通道供入天然氣，圖3為MODE3燃燒器火焰分布圖。2.0模式僅PM2通道供入天然氣，6.2模式和6.3模式為PM1+PM2+PM3通道供入天然氣，區(qū)別在于PM2和PM3通道供入的天然氣量比例不同。圖4、圖5分別為6.2和6.3模式燃燒器火焰分布。

圖3 MODE3燃燒器火焰分布

圖4 6.2燃燒器火焰分布

圖5 6.3燃燒器火焰分布

全預(yù)混模式啟動(dòng)過(guò)程中，具體控制過(guò)程見(jiàn)表1。

4 清吹閥預(yù)檢

燃機(jī)啟動(dòng)前先對(duì)PM3回路的清吹閥進(jìn)行預(yù)檢，以檢查清吹閥動(dòng)作是否正常：點(diǎn)選Mater Reset和Diagnostic Reset按鈕，進(jìn)行自保持信號(hào)和診斷信號(hào)復(fù)歸后，將燃機(jī)切至“CRANK”狀態(tài)。在Gas Purge畫(huà)面，點(diǎn)選Pre Start Check下Start按鈕，檢查20PG-5、20PG-6、63PG-3閥門(mén)各動(dòng)作一次，要求20PG-5、20PG-6閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間在25～40 s之間，關(guān)閉時(shí)間在0～4 s之間，自檢完成后，Gas Purge System Start Check Premissive顯示綠色。

5 燃?xì)忾y門(mén)嚴(yán)密性自檢

燃?xì)忾y門(mén)嚴(yán)密性自檢對(duì)象是SRV、GCV和排放閥VA13-15，通過(guò)檢測(cè)P1和P2的壓力下降情況來(lái)判斷SRV、GCV和排放閥VA13-15的嚴(yán)密性是否符合要求，嚴(yán)密性自檢過(guò)程如下：

自檢A：檢測(cè)SRV嚴(yán)密性；排放閥 VA13-15自動(dòng)關(guān)閉，VS4-1自動(dòng)開(kāi)啟，開(kāi)啟后30秒內(nèi)檢查P2壓力上升值不應(yīng)超過(guò)100Psi，自檢A通過(guò)，否則自檢A失敗跳閘燃機(jī)。

自檢B：檢測(cè)VA13-15、GCV-2、GCV-3、GCV-4四個(gè)閥的嚴(yán)密性；自檢A通過(guò)后，程序自動(dòng)觸發(fā)自檢B，排放閥VA13-15仍在關(guān)閉，開(kāi)啟速比閥SRV，P2壓力快速上升至P1壓力后，輔助截止閥VS4-1、速比閥SRV同時(shí)關(guān)閉并計(jì)時(shí)，30秒內(nèi)P2壓力下降數(shù)值小于150 psi自檢B通過(guò)，否則自檢B失敗跳閘燃機(jī)。

自檢A、B均通過(guò)后，VA13-15開(kāi)啟將P2壓力泄至零，60 s后，速比閥SRV自動(dòng)開(kāi)啟2 s后關(guān)閉，泄掉VS4-1和SRV閥間壓力，天然氣各閥門(mén)進(jìn)入預(yù)點(diǎn)火狀態(tài)。

如果燃機(jī)初次點(diǎn)火失敗后將重新升速至清吹轉(zhuǎn)速再次清吹9分鐘，計(jì)時(shí)結(jié)束后進(jìn)行第二次點(diǎn)火，若第二點(diǎn)火仍失敗后機(jī)組跳閘。

當(dāng)處于6.2或6.3燃燒模式時(shí)機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷，模式切換至3.0模式。

6 排放指標(biāo)情況

改造前的DLN2.0+燃燒器，啟機(jī)過(guò)程N(yùn)Ox的峰值達(dá)到190 mg/Nm3左右，且黃煙明顯，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的NOx排放在40 mg/ Nm3左右。

經(jīng)過(guò)DLN2.6+改造之后，啟機(jī)過(guò)程N(yùn)Ox的峰值最大在60 mg/Nm3左右，基本上看不到黃煙，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的NOx排放在22 mg/N m3左右。

7 問(wèn)題及對(duì)策

在全預(yù)混DLN2.6+燃燒器改造過(guò)程中，曾伴隨發(fā)生了幾個(gè)異?，F(xiàn)象。

7.1 機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程燃燒脈振

機(jī)組進(jìn)行全預(yù)混DLN2.6+燃燒器改造后，啟動(dòng)過(guò)程中在600～1 100 rad/min區(qū)間產(chǎn)生明顯脈振現(xiàn)象，就地聲音強(qiáng)烈，而遠(yuǎn)傳的軸振和瓦振信號(hào)無(wú)明顯變化。

過(guò)程現(xiàn)象：脈振聲音受環(huán)境溫度影響較大，當(dāng)環(huán)境溫度低至15℃以下時(shí)，脈振聲音大，當(dāng)環(huán)境溫度升至20℃以上時(shí)，脈振聲音變小或消失。

過(guò)程分析：燃機(jī)每次點(diǎn)火暖機(jī)結(jié)束后的升速過(guò)程中，噴入的燃料量和變頻啟動(dòng)裝置LCI的輸出扭矩都是按照設(shè)定好的斜率逐漸增加，因此，燃?xì)廨啓C(jī)每一次啟動(dòng)升速過(guò)程，轉(zhuǎn)子輸出扭矩的變化曲線(xiàn)基本相同，而該過(guò)程有兩個(gè)潛在的變化因素即：天然氣的熱值和空氣的質(zhì)量流量，天然氣的熱值變化幅度通常很小，而空氣的質(zhì)量流量卻受環(huán)境溫度影響較大。燃機(jī)在啟動(dòng)升速過(guò)程中，進(jìn)入燃燒器的空氣量會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而增加，如果升速過(guò)程中空氣量與天然氣量始終保持在一個(gè)合理的配比范圍內(nèi)，就能維持火焰的穩(wěn)定燃燒，空燃比過(guò)小會(huì)使NOx排放升高，空燃比過(guò)大會(huì)使火焰失穩(wěn)，產(chǎn)生脈振。因此，增加燃料量和降低空氣量是唯有的兩個(gè)手段。

(1)增加燃料量的途徑：

燃機(jī)在啟動(dòng)升速過(guò)程中，燃料量的增加受制于加速控制，因此可考慮適當(dāng)降低LCI的輸出扭矩，同時(shí)提高暖機(jī)值FSKSU-WU，這樣能使燃機(jī)在暖機(jī)結(jié)束后的升轉(zhuǎn)速過(guò)程中，輸入的燃料量在一個(gè)相對(duì)較高的起點(diǎn)上進(jìn)行累加。

考慮到一臺(tái)LCI通常配套二臺(tái)燃機(jī)的啟動(dòng)，因此需要考慮對(duì)另一臺(tái)燃機(jī)的影響。

(2)降低空氣量的途徑：

1) 關(guān)小IGV角度。通過(guò)修改控制邏輯及參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)IGV角度的控制，但須注意與壓氣機(jī)喘振邊界線(xiàn)保持足夠的安全距離。

2) 調(diào)節(jié)IBH開(kāi)度。調(diào)節(jié)IBH開(kāi)度，對(duì)降低空氣量的調(diào)節(jié)作用沒(méi)有IGV那么明顯，相當(dāng)于粗調(diào)和細(xì)調(diào)，但通過(guò)調(diào)節(jié)IBH的開(kāi)度，能對(duì)壓氣機(jī)入口溫度產(chǎn)生一定影響，在600～1 100 rad/min轉(zhuǎn)速區(qū)段開(kāi)啟IBH，有這樣幾個(gè)作用：①降低壓氣機(jī)排氣壓力，減少進(jìn)入燃燒器的空氣量；②提升壓氣機(jī)入口空氣溫度，降低空氣質(zhì)量流量。

當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況為：春節(jié)前后，環(huán)境溫度在15.6℃以下，空氣密度大，在相同轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)的空氣質(zhì)量流量大，進(jìn)入燃燒器的空氣量也就多；而3月31日，環(huán)境溫度升至21.1℃以上，在沒(méi)有采取任何措施情況下，2號(hào)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有脈振現(xiàn)象； 4月6日以后，環(huán)境溫度回落至15.6℃以下，脈振現(xiàn)象重新出現(xiàn)。

原有的啟機(jī)邏輯中，在600～1 100 rad/min區(qū)段IBH無(wú)需開(kāi)啟，因此，如果需通過(guò)IBH途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣量的調(diào)節(jié)，需對(duì)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

7.2 速比閥開(kāi)啟異常

在進(jìn)行全預(yù)混DLN2.6+燃燒器升級(jí)改造過(guò)程中，同時(shí)對(duì)速比閥SRV和控制閥GCV也進(jìn)行了更換。

在更換后的啟動(dòng)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)速比閥、控制閥、IGV等開(kāi)啟困難，且伴隨有液壓油系統(tǒng)管道的振動(dòng)。后分析認(rèn)為液壓油供至各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的管道和油缸內(nèi)積有空氣所致，經(jīng)多次開(kāi)、關(guān)傳動(dòng)逐漸排出管道系統(tǒng)內(nèi)空氣后，閥門(mén)恢復(fù)正常。GE公司在靠近液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)、回油管道上，設(shè)有放空回路，但其以堵頭形式存在，存有一定的操作風(fēng)險(xiǎn)。

在后續(xù)的機(jī)組啟停調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中，每隔20多天就會(huì)出現(xiàn)速比閥SRV開(kāi)啟異常的情況，并伴隨有一定程度的管道振動(dòng)，而各控制閥GCV則沒(méi)有類(lèi)似現(xiàn)象。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排查分析認(rèn)為：改造后的各GCV與改造前的GCV在外形大小和布置位置上大致相同，而新的速比閥較原先的速比閥在外形上要高大，且液壓油的供、回油管道與閥體的接口位置在頂部，容易積聚空氣，當(dāng)空氣積聚到一定量后，機(jī)組在掛閘啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)開(kāi)啟異常和管道振動(dòng)。后采取定期放氣的措施，沒(méi)有再發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題。

7.3 熱控方面的問(wèn)題

進(jìn)行DLN2.0+燃燒器升級(jí)改造為全預(yù)混的DLN2.6+燃燒器過(guò)程中，通常會(huì)配套進(jìn)行控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，即MK VI升級(jí)為MK VIe，在對(duì)MK Vie控制系統(tǒng)首次上電時(shí)，建議其他機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)，否則容易導(dǎo)致其他機(jī)組跳機(jī)。

MK Vie上電完成后，需對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)EX2100、變頻啟動(dòng)裝置LCI等進(jìn)行PUT/GET操作，使EGD得以更新，并停電重啟，確保通訊正常，否則機(jī)組可能無(wú)法啟動(dòng)。

8 結(jié)語(yǔ)

全預(yù)混DLN2.6+燃燒器在氮氧化物排放和機(jī)組啟停過(guò)程黃煙抑制方面效果明顯。

但其在機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程中存有兩個(gè)較為典型的問(wèn)題：一是泰國(guó)的兩臺(tái)機(jī)組曾多次發(fā)生熄火現(xiàn)象，原因是燃料過(guò)貧導(dǎo)致火焰無(wú)法維持而熄火；二是國(guó)華余姚的2號(hào)機(jī)組在低溫環(huán)境下脈振明顯，原因也是燃料過(guò)貧導(dǎo)致火焰不穩(wěn)，后GE公司采取縮短MODE2.0模式、調(diào)整PM1和PM2的燃料比例分配等措施后，啟動(dòng)過(guò)程的脈振現(xiàn)象基本消除。

全預(yù)混DLN2.6+燃燒器的升級(jí)改造會(huì)產(chǎn)生一定的成本，因此對(duì)于環(huán)保要求高、且啟停頻繁的機(jī)組具有一定的改造價(jià)值，其他機(jī)組建議綜合考慮現(xiàn)有燃燒器的使用壽命來(lái)決定，以避免無(wú)謂浪費(fèi)。

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Application of Fully Premixed DLN2.6+ Combustor in China

CAI Guoli

(Shenhua Zhejiang Guohua Yuyao Fuel Gas Power Generation Co., Ltd., Ningbo 315400，China)

The standard DLN2.6+ combustor is commonly applied in GE 9F gas turbines of power plants in China. Considering the stability of the combustion flame during unit start-up, standard DLN2.6+ combustor reserved D5 diffusion gas pipe for pilot flame, which generates yellow smoke when the gas turbine starts. Based on the fundamentals of standard DLN2.6+ combustor, GE company introduced fully premixed DLN2.6+ combustor and canceled the D5 diffusion gas pipe. Gas turbine can be running on premix mode all the time, and has acquired better social and economic benefits. There are only two plants using this new type combustor in the world, and Yuyao is the only one in China.

DLN2.6+; fully premix combustor; application

10.11973/dlyny201703021

蔡國(guó)利(1965—)，男，高級(jí)工程師，從事燃?xì)廨啓C(jī)電廠(chǎng)管理工作。

TM621.2

B

2095-1256(2017)03-0315-05

2017-03-20