陳強(qiáng)峰

(浙江浙能電力股份有限公司蕭山發(fā)電廠，浙江 蕭山 311251)

某廠西門子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度偏差大處理分析

陳強(qiáng)峰

(浙江浙能電力股份有限公司蕭山發(fā)電廠，浙江 蕭山 311251)

介紹了西門子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度冷點(diǎn)、熱點(diǎn)保護(hù)原理，討論了某電廠5號(hào)機(jī)組因燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度冷點(diǎn)、熱點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作而跳閘的事件經(jīng)過和燃燒器清洗過程，對(duì)引起燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度偏差的原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的防范措施，可為今后同類型燃?xì)廨啓C(jī)解決此類問題提供借鑒。

燃?xì)廨啓C(jī)；排氣溫度偏差；冷點(diǎn)保護(hù)；熱點(diǎn)保護(hù)

1 排氣溫度的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)保護(hù)

西門子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)在排氣擴(kuò)散段上布置有24個(gè)三支型熱電偶用于排氣溫度的測(cè)量和保護(hù)。為防止燃?xì)廨啓C(jī)熱通道因過熱而損壞，需要監(jiān)控各燃燒器的燃燒工況。燃?xì)廨啓C(jī)不但設(shè)置有排氣溫度高保護(hù)，還設(shè)置排氣溫度冷點(diǎn)、熱點(diǎn)保護(hù)[3]。

排氣溫度冷點(diǎn)保護(hù)用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)燃燒器是否存在熄火現(xiàn)象，防止爆燃損壞熱通道。排氣溫度冷點(diǎn)保護(hù)：相鄰2個(gè)三支型熱電偶的B和C的溫度同時(shí)低于24個(gè)B和C平均溫度50 K，則“排氣溫度冷點(diǎn)保護(hù)低”報(bào)警；如果相鄰3個(gè)三支型熱電偶的B和C的溫度同時(shí)低于24個(gè)B和C平均溫度50 K，則燃?xì)廨啓C(jī)執(zhí)行自動(dòng)停機(jī)程序；如果相鄰4個(gè)三支型熱電偶的B和C的溫度同時(shí)低于24個(gè)B和C平均溫度50 K，則燃?xì)廨啓C(jī)跳閘。

排氣溫度熱點(diǎn)保護(hù)用于防止一個(gè)或多個(gè)燃燒器噴入了較多燃料，使燃?xì)廨啓C(jī)熱通道由于溫度過高而損壞。排氣溫度熱點(diǎn)保護(hù)：任意1個(gè)三支型熱電偶的B和C的溫度同時(shí)超過24個(gè)B和C平均溫度30 K，則“排氣溫度熱點(diǎn)溫度高”報(bào)警；如果任意1個(gè)三支型熱電偶的B和C的溫度同時(shí)超過24個(gè)B和C平均溫度50 K，則燃?xì)廨啓C(jī)跳閘。

2 排氣溫度冷、熱點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作事件經(jīng)過

某電廠5號(hào)機(jī)組為西門子SGT5-4000F(6)型燃?xì)廨啓C(jī)，燃燒室由一個(gè)環(huán)型的燃燒區(qū)和24個(gè)干式低NOx混合型燃燒器組成。為降低機(jī)組NOx排放濃度，西門子采用了改進(jìn)型HR3燃燒器，取消了擴(kuò)散燃燒，采用值班與預(yù)混燃燒模式。

5號(hào)機(jī)組經(jīng)C修后冷態(tài)啟動(dòng)，機(jī)組單循環(huán)運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷55 MW，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度熱點(diǎn)報(bào)警，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)排氣溫度50MBA26CT118較排氣溫度平均值偏高了56 K，排氣溫度50MBA26CT103/104較排氣溫度平均值偏低60 K，運(yùn)行人員立即撤出機(jī)組單元協(xié)調(diào)控制，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷與負(fù)荷加載速率后排氣溫度偏差略有降低。機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)加載至67 MW，排氣溫度50MBA26CT118突升至585℃，平均排氣溫度為514℃，排氣溫度熱點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作，燃?xì)廨啓C(jī)跳閘。

熱工人員將燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度熱點(diǎn)保護(hù)值由70 K暫時(shí)修改至100 K，再次啟動(dòng)5號(hào)機(jī)組。在機(jī)組負(fù)荷加載至71 MW后，排氣溫度50MBA26CT103/104/105/106出現(xiàn)不正常下降趨勢(shì)，50MBA26CT103降至426℃，50MBA26CT104降至404℃，50MBA26CT105降至446℃，50MBA26CT106降至460℃，而平均排氣溫度為532℃，排氣溫度冷點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作燃?xì)廨啓C(jī)跳閘。

實(shí)際上該燃?xì)廨啓C(jī)一直存在排氣溫度偏差大的情況，圖1為機(jī)組C修前的排氣溫度分布。從圖1中可以看出，排氣溫度在機(jī)組負(fù)荷50～90 MW階段出現(xiàn)了不規(guī)則的排列，排氣溫度偏差非常大。本次機(jī)組啟動(dòng)前已經(jīng)將排氣溫度熱點(diǎn)和冷點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作值由50 K修改為70 K，并由德國西門子資深燃燒調(diào)試專家來廠進(jìn)行冷點(diǎn)、熱點(diǎn)燃燒優(yōu)化調(diào)試。

圖1 機(jī)組C修前燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度分布

3 處理過程

考慮5號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)在啟、停及低負(fù)荷過程中排氣溫度冷點(diǎn)、熱點(diǎn)問題已無法通過燃燒調(diào)試來解決，為進(jìn)一步分析燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度偏差大原因，以提供相應(yīng)處理方案。首先對(duì)燃燒器進(jìn)行了內(nèi)窺鏡檢查，如圖2所示。

圖2 燃燒器結(jié)垢情況

從圖2中可以看出，預(yù)混燃燒器的結(jié)垢、結(jié)焦、堵銹、蝕塞等情況較為嚴(yán)重。西門子進(jìn)一步對(duì)24個(gè)預(yù)混和值班燃燒器進(jìn)行了壓縮空氣流量測(cè)試。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有16號(hào)、18號(hào)預(yù)混燃燒器流量測(cè)試合格，絕大部分的預(yù)混燃燒器均不合格。由于沉積物容易在環(huán)形燃燒器的下部沉積，處于下半圈的7號(hào)～17號(hào)預(yù)混燃燒器流量明顯偏小，說明下半部分的預(yù)混燃燒器堵塞較為嚴(yán)重，造成部分測(cè)點(diǎn)的排氣溫度明顯偏低。

由于5號(hào)機(jī)組燃燒器結(jié)垢嚴(yán)重，必須對(duì)燃燒器進(jìn)行拆卸、清洗。西門子檢修人員對(duì)預(yù)混燃燒器進(jìn)行了2～4次超聲波清洗，對(duì)值班燃燒器也進(jìn)行了1次清洗，經(jīng)過徹底清洗，全面清除了燃燒器內(nèi)的結(jié)垢(見圖3)。

圖3 5號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器清洗后狀態(tài)

燃燒器清洗結(jié)束后再次進(jìn)行了壓縮空氣流量測(cè)試。根據(jù)流量大小穿插排列使排氣溫度分布較為均勻的原則，對(duì)值班和預(yù)混燃燒器的相對(duì)位置分布進(jìn)行了大范圍的調(diào)整。圖4為清洗后重新排布的預(yù)混燃燒器的流量測(cè)試結(jié)果，改變了清洗前7號(hào)～17號(hào)預(yù)混燃燒器流量集中偏低的情況。

圖4 重新分布的預(yù)混燃燒器流量測(cè)試結(jié)果

圖6 11號(hào)預(yù)混燃燒器異物樣品

5號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器清洗工作結(jié)束后，結(jié)合排氣溫度的分布均勻性、燃燒穩(wěn)定性和排放控制要求等，西門子調(diào)試人員對(duì)5號(hào)機(jī)組進(jìn)行了單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行工況下的燃燒調(diào)試。圖5為燃燒器清洗后排氣溫度分布圖。圖5中可以看出，各個(gè)階段的排氣溫度偏差較清洗前明顯改善，并且沒有出現(xiàn)排氣溫度冷、熱點(diǎn)報(bào)警。

圖5 燃燒器清洗后排氣溫度分布圖

4 原因分析

在進(jìn)行燃燒器清洗工作的同時(shí)，該廠將燃燒器中發(fā)現(xiàn)的異物委托專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行了成分分析，同時(shí)采用NITON XL2 800手持式合金分析儀對(duì)新的預(yù)混燃燒器備件材質(zhì)進(jìn)行光譜檢驗(yàn)。結(jié)果顯示：預(yù)混燃燒器下部噴口為鎳基高溫合金，Cr含量為19.19%，Ni含量為73.63%；而上部直管段及環(huán)形腔室為碳鋼，Cr含量僅為0.159%，不含Ni。

5號(hào)燃機(jī)11號(hào)預(yù)混燃燒器中取出的異物，主要為片狀氧化皮，此外也包含一些顆粒狀物，為便于區(qū)分，分別標(biāo)記為1號(hào)樣品、2號(hào)樣品(見圖6)。1號(hào)樣品為紅褐色片狀物，片層大小為1～10 mm；2號(hào)樣品為銀灰色顆粒物，大小為3～5 mm。

根據(jù)樣品特性，采用掃描電鏡對(duì)1號(hào)樣品、2號(hào)樣品的微觀形貌進(jìn)行分析，用掃描電鏡附帶的能譜儀對(duì)1號(hào)樣品、2號(hào)樣品的化學(xué)元素進(jìn)行半定量分析；采用X射線衍射分析儀對(duì)1號(hào)樣品的物相進(jìn)行分析；采用碳硫分析儀對(duì)1號(hào)樣品的硫元素含量進(jìn)行精確定量分析。

1號(hào)樣品為片層狀，片層厚度約為119 μm。能譜分析顯示，其化學(xué)成分主要為Fe元素和O元素，此外還含有少量S元素。X射線衍射分析結(jié)果顯示，1號(hào)樣品的主要成分為α—Fe2O3。碳硫分析儀的檢測(cè)結(jié)果顯示，1號(hào)樣品的硫含量為11.0%(測(cè)量精度±2.0%)。

2號(hào)樣品含有大量氣孔，局部有樹枝晶，呈現(xiàn)出類似焊接熔渣的顯微組織。能譜分析顯示，其成分主要為Fe元素，此外還含有O元素以及少量C、S、Na、K元素。

由于預(yù)混燃燒器入口帶有精細(xì)濾網(wǎng)，并且燃燒器上游濾網(wǎng)如前置模塊精細(xì)濾網(wǎng)、ESV閥前濾網(wǎng)檢查情況均良好，可判斷這些異物不是由天然氣所帶入，而是在預(yù)混燃燒器內(nèi)部生成的。綜合預(yù)混燃燒器垢樣檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 5號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)混燃燒器的環(huán)形腔室產(chǎn)生較多的氧化皮且發(fā)生剝脫，可能有以下原因。

(1)燃燒器組件在高溫區(qū)域以外使用了碳鋼材質(zhì)，導(dǎo)致抗氧化性能不強(qiáng)。

(2)5號(hào)機(jī)組配有性能加熱器，較高的進(jìn)氣溫度(120℃)會(huì)導(dǎo)致高分子化合物如烴類物質(zhì)的析出，這種烴類物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。

(3)機(jī)組長時(shí)間停機(jī)狀態(tài)下，天然氣控制閥組后仍然積聚了一些殘余氣體，隨著溫度的下降，會(huì)凝結(jié)出一些水分子，導(dǎo)致預(yù)混燃燒器內(nèi)部銹蝕。

(4)天然氣中含微量的硫成分，起到了加速腐蝕的可能。

5 防范措施

針對(duì)預(yù)混燃燒器結(jié)垢現(xiàn)象及原因分析，對(duì)機(jī)組停機(jī)后保養(yǎng)和運(yùn)行中的操作提出了一些防范措施。

(1)做好燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)后的保養(yǎng)工作，確保壓氣機(jī)進(jìn)口干燥裝置正常投運(yùn)，以降低壓氣機(jī)進(jìn)口的空氣濕度。

(2)機(jī)組長時(shí)間停機(jī)，選擇晴朗干燥的天氣進(jìn)行定期盤車，確保熱通道內(nèi)干燥。

(3)機(jī)組長時(shí)間停機(jī)，為避免天然氣滯留在預(yù)混、值班氣管道內(nèi)，可采用氮?dú)庵脫Q的方式趕凈殘余天然氣。

(4)壓氣機(jī)離線水洗后應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行烘干操作。

(5)加強(qiáng)天然氣調(diào)壓站、前置模塊及ESV閥前天然氣管道的疏水工作，確保天然氣系統(tǒng)內(nèi)的水分不帶入燃燒器組件內(nèi)。

(6)加強(qiáng)正常運(yùn)行中燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的監(jiān)視，當(dāng)排氣溫度分布不均勻時(shí)，必要時(shí)進(jìn)行燃燒器內(nèi)窺鏡檢查，一旦異物生成，及時(shí)進(jìn)行清除、清洗。

(7)加強(qiáng)機(jī)組大小修管理，定期進(jìn)行燃燒器檢查、清潔。

6 結(jié)語

燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的結(jié)垢現(xiàn)象，不但影響了排氣溫度分布的均勻性，而且導(dǎo)致機(jī)組跳閘；同時(shí)燃燒器的清洗產(chǎn)生了昂貴的檢修費(fèi)用，也不可避免影響了燃燒器的壽命。隨著燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)停時(shí)間的增加，加強(qiáng)機(jī)組停機(jī)后的保養(yǎng)工作顯得尤為重要。

[1]盧廣法.西門子F級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組[M].杭州:浙江大學(xué)出版社，2014.

[2]盧廣法.西門子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)問答[M].杭州:浙江大學(xué)出版社，2015.

[3]張棟芳，崔耀欣，何磊.SGT5-4000F型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室介紹[J].熱力透平，2010，39(4):248-250.

ZHANG Dongfang, CUI Yaoxin, HE Lei. Introduction of combustor for Siemens SGT5-4000F gas turbine[J]. Thermal Turbine,2010,39(4):248-250.

(本文編輯：趙艷粉)

電力簡訊

中國國家電網(wǎng)公司入股希臘國家電網(wǎng)公司

繼入股葡萄牙國家能源網(wǎng)公司、意大利能源網(wǎng)存貸款公司后，中國國家電網(wǎng)公司成功投資收購希臘國家電網(wǎng)公司24%股權(quán)項(xiàng)目。

希臘電網(wǎng)是環(huán)地中海電網(wǎng)的重要組成部分，已與阿爾巴尼亞、馬其頓、保加利亞、土耳其和意大利等鄰國實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)期規(guī)劃與塞浦路斯、以色列、北非等環(huán)地中海國家實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)亞歐乃至亞歐非聯(lián)網(wǎng)的重要樞紐。希臘國家電網(wǎng)公司擁有并負(fù)責(zé)運(yùn)營、維護(hù)希臘全國的輸電網(wǎng)。除董事會(huì)席位外，國家電網(wǎng)公司將向希臘國家電網(wǎng)公司派駐管理團(tuán)隊(duì)，擔(dān)任副首席執(zhí)行官、首席財(cái)務(wù)官等要職，參與該公司規(guī)劃、財(cái)務(wù)、建設(shè)、技術(shù)等方面的經(jīng)營管理。

(本刊訊)

Treatment of Large Exhaust Temperature Deviation of Siemens F-Class Gas Turbine in a Factory

CHEN Qiangfeng

(Xiaoshan Power Plant, Zhejiang Zheneng Electric Power Co., Ltd., Xiaoshan 311251，China)

This paper introduces the exhaust temperature cold and hot spot protection principle for Siemens F Class Gas Turbine，emphatically in one plant #5 unit a trip event caused by exhaust temperature cold and hot spot protection and burner cleaning process. It analyzes the reasons of high deviation for gas turbine exhaust temperature，and proposes corresponding preventive measures，providing reference for solving the similar problems.

gas turbine；deviation of exhaust temperature；cold spot protection；hot spot protection

10.11973/dlyny201703031

陳強(qiáng)峰(1973—)，男，工程師，從事發(fā)電廠生產(chǎn)管理工作。

TK473

A

2095-1256(2017)03-0354-04

2017-02-13