曲 毅

(上海電力股份有限公司羅涇燃機發(fā)電廠，上海 200949)

燃?xì)廨啓C的控制系統(tǒng)有很高的集成度。在機組正常運行中，服務(wù)器后臺不斷處理著從各處匯總而來的數(shù)據(jù)，自動監(jiān)視并判斷著機組的運行狀況。在對燃燒系統(tǒng)的監(jiān)視中，最直觀的數(shù)據(jù)則來自于排煙分散度。

燃?xì)廨啓C的效率與透平進氣初溫(T0)成正比。隨著材料技術(shù)與冷卻技術(shù)的發(fā)展，燃機透平初溫(T0)也越來越高。一般E級燃機透平初溫(T0)在1 960℉(1 071℃)左右，而最新的H級燃機則更是達到了2 550℉(1 399℃)。由于溫度太高，沒有熱電偶可以長期在如此高溫下正常運行與準(zhǔn)確測量。但可以根據(jù)運行中排煙溫度(T1)、大氣溫度(T2)、壓氣機排氣壓力(CPD)以及給燃料量(FSR)列函數(shù)方程式來進行計算。通過對排煙溫度(T1)的測量，可以達到間接測量和控制(T0)的目的，因此本文重點討論排煙溫度分散度在燃機運行監(jiān)視中的實際運用情況，可有效提高運行檢修人員的事故分析及處理能力。

1 燃機運行中排煙溫度的測量與排煙分散度

在燃機正常運行中，通過安裝于排氣擴壓段出口均勻分布的熱電偶(各型機組熱電偶數(shù)量不同，E級 24個、F級31個、H級36個)來測量燃機的排煙溫度。排煙溫度值通過排列后，刪選出最高值和最低值，最后計算其均值，便是燃機的排煙溫度。

在正常運行中，機組各排煙溫度應(yīng)當(dāng)是均勻而且穩(wěn)定的。排煙分散度是對機組各排煙溫度分布均勻的重要指標(biāo)。一旦在運行中出現(xiàn)各熱電偶測量值偏大的情況，說明燃燒系統(tǒng)很有可能已經(jīng)出現(xiàn)故障。如在一定時間內(nèi)偏差未減小甚至出現(xiàn)了不斷惡化的情況，對燃機的安全正常運行會帶來極大危害。因此，在燃機運行中應(yīng)該加強對排煙分散度的監(jiān)視，也是對燃機噴嘴、燃燒室、過渡段以及透平等高溫部件工作運行狀況的整體評估。

不同負(fù)荷下的排氣旋轉(zhuǎn)偏離圖見圖1。

圖1 不同負(fù)荷下的排氣旋轉(zhuǎn)偏離圖

2 燃機排煙溫度分散度計算及其保護動作邏輯

燃機排煙溫度分散度保護主要是指，運行中的燃機及其控制系統(tǒng)通過對排煙溫度分散度的檢測來反映燃機燃燒系統(tǒng)及透平的工作狀況。當(dāng)出現(xiàn)排煙溫度分散度大或者排煙溫度場不均勻時，控制系統(tǒng)及時發(fā)出報警，提醒運行人員及時采取對應(yīng)措施，若出現(xiàn)排煙分散度持續(xù)超過允許值時，則會由控制系統(tǒng)直接發(fā)出遮斷指令，以防止事故的進一步擴大。

在燃機正常運行中，控制系統(tǒng)始終計算著最大的三個排煙溫度分散度值。這三個排煙溫度分散度分別是：最大排煙溫度分散度(TTXSP1)、第二排煙溫度分散度(TTXSP2)和第三排煙溫度分散度(TTXSP3)。

2.1 排煙溫度分散度的計算

(1)最大排煙溫度分散度，GE燃機邏輯中通常顯示為TTXSP1，為24支(E級)熱電偶測量排煙溫度最大值減去測量排煙溫度最小值。

(2)第二排煙溫度分散度，GE燃機邏輯中通常顯示為TTXSP2，為24支(E級)熱電偶測量排煙溫度最大值減去測量排煙溫度第二小值。

(3)第三排煙溫度分散度，GE燃機邏輯中通常顯示為TTXSP3，為24支(E級)熱電偶測量排煙溫度最大值減去測量排煙溫度第三小值。

實際動作保護中，是通過這三個分散度與燃機允許排煙溫度分散度(TTXSPL)之間的比較進行的。相對于一般的排煙溫度分散度而言，允許排煙分散度(TTXSPL)的計算則復(fù)雜的多，其計算值與壓氣機排氣溫度(CTD)和燃機排煙溫度(TTXM)有關(guān)。

2.2 排煙溫度分散度保護動作邏輯

在燃機啟動、點火、暖機升速至滿負(fù)荷的過程中，其排煙溫度分散度為一個一定區(qū)間內(nèi)的動態(tài)值。與之相對的，允許排煙分散度也會發(fā)生變化，但維持時間不會很長。一般當(dāng)燃機運行工況穩(wěn)定后，其允許排煙溫度分散度與排煙溫度分散度也會趨于平穩(wěn)。

在燃機運行過程中沒有排煙溫度分散度是不可能的，但是排煙溫度分散度必須在一定范圍內(nèi)。當(dāng)排煙溫度分散度超過某一值時，燃機控制系統(tǒng)則將報警或發(fā)出遮斷信號。

當(dāng)輸出以下三個邏輯信號時，控制系統(tǒng)將進入監(jiān)視排煙溫度分散度的邏輯判定。

(1)燃機轉(zhuǎn)速≥95%額定轉(zhuǎn)速，即L14HS= 1；

(2)主保護沒有遮斷，即L4= 1；

(3)沒有發(fā)出停機令，即L94X= 0。

控制系統(tǒng)把計算出的三個排煙溫度分散度與排煙溫度分散度允許值進行比較，當(dāng)滿足條件時即報警或發(fā)出遮斷信號。

(1)報警條件：

1)排煙熱電偶故障報警TTXSP1≥5*TTXSL；保護觸發(fā)延時(9E取K30SPTA)報警動作；

2)燃燒故障報警。TTXSP1≥TTXSPL或TTXSP3≥TTXSPL；保護觸發(fā)延時(9E取K30SPA)報警動作。

(2)燃燒故障遮斷：

1) TTXSP1≥TTXSPL同時TTXSP2≥0.8*TTXSPL；且熱電偶測出的最小值與第二小值相鄰；觸發(fā)后延時(9E取K30SPT)遮斷保護動作；

2)TTXSP1≥5*TTXSPL同時TTXSP2≥0.8*TTXSPL；且熱電偶測出的第二小值與第三小值相鄰；觸發(fā)后延時(9E取K30SPT)遮斷保護動作；

3)TTXSP3≥ TTXSPL觸發(fā)后延時(9E取K30SPT)遮斷保護動作。

在這些保護邏輯中，特定的相鄰條件約束避免了在燃機正常運行中，由于卡件及測量元器件故障所導(dǎo)致的測量數(shù)值階躍而引發(fā)排煙溫度分散度遮斷保護誤動作。

3 影響排煙分散度的主要因素及應(yīng)對措施

3.1 由測量元器件導(dǎo)致的排煙分散度高

在實際運行中，燃機排氣熱電偶由于長期在惡劣工況下工作，會出現(xiàn)斷裂情況，就地接線箱、I/O卡件等也會由于長期運行而出現(xiàn)端子排松動情況。在實際運行監(jiān)測中，具體表現(xiàn)為該點數(shù)值突然丟失、階躍頻繁或顯示異常。一般只需要更換相應(yīng)熱電偶，緊固接線及卡件后，異常就會消失。同時也并不會對燃機熱通道部件造成實際影響。在影響排煙分散度的各類故障中，屬于實際影響比較小的類型。

3.2 由燃料系統(tǒng)所引發(fā)的排煙分散度高

這種類型故障不管是新投產(chǎn)燃機與投產(chǎn)較長時間的燃機，均有可能出現(xiàn)。主要表現(xiàn)為，實際運行中，部分火焰檢測探頭信號丟失，某一區(qū)域排煙溫度急劇下降。最終導(dǎo)致整體排煙分散度升高。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因，就是燃料系統(tǒng)出現(xiàn)了各燃燒室內(nèi)燃料分配不均勻的情況。一般遇到這種情況，需要對各進燃燒室的燃料金屬軟管進行仔細(xì)檢查，確認(rèn)有無破裂開口等導(dǎo)致可能的燃料泄露情況。檢查自燃料金屬軟管至燃料噴嘴是否存在堵塞、燒蝕的現(xiàn)象。最后確認(rèn)其內(nèi)部固定元件是否已經(jīng)因長期高溫工作而出現(xiàn)了變形及晃動。

一般在排除硬件原因之后，需要重新對燃料系統(tǒng)做燃料分配的調(diào)整，確保燃料分配均勻后，就可以消除這類故障。如若未仔細(xì)排查并消除此類故障，長期運行后，則會急劇影響燃機熱通道部件的使用壽命，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蔁嵬ǖ啦考臒龤А?/p>

3.3 由燃燒室內(nèi)部及透平噴嘴造成的排煙分散度高

這類故障一般都出現(xiàn)在經(jīng)過一段時間穩(wěn)定運行的燃機中。在運行監(jiān)視中，這類故障由于其成因較長，監(jiān)視中數(shù)據(jù)變化較小，而導(dǎo)致最終故障發(fā)生時，已經(jīng)對某些熱通道部件造成了實際損壞。在數(shù)據(jù)變化上，主要表現(xiàn)為排煙分散度在很長一段時間內(nèi)，一直呈緩慢上升趨勢，并且最終呈階躍式的突然躥升。而造成這一現(xiàn)象的主要原因，就是燃燒室內(nèi)部承壓部件、透平噴嘴出現(xiàn)了損壞。因此需要對燃燒室內(nèi)各聯(lián)焰管檢查是否存在破損、燃燒筒與過渡段是否存在鼓包及燒蝕燒穿現(xiàn)象、燃燒室外缸及外缸附件(點火火花塞，火焰檢測器)是否存在破損泄露、透平葉片與冷卻孔是否存在燒蝕，變形及堵塞的現(xiàn)象。一旦在燃燒室內(nèi)部出現(xiàn)這些情況，會造成燃機CPD排氣大量向燃燒室內(nèi)部泄露、燃燒室內(nèi)部氣體向外泄露及葉片冷卻嚴(yán)重不足。

一般出現(xiàn)了此類故障，則需立即停機并安排燃機CI檢修，否則就會對整段熱通道部件造成致命影響。

3.4 雙燃料機組由于霧化空氣系統(tǒng)造成的排煙分散度高

在雙燃料機組中，液體燃料系統(tǒng)中一般都會配置霧化空氣系統(tǒng)。在燃機實際運行中，霧化空氣系統(tǒng)加速燃油在燃燒室內(nèi)的霧化，使其能夠更為快速充分的燃燒。如果霧化空氣系統(tǒng)出現(xiàn)壓力、流量和溫度的急劇變化，會使得液體燃料在燃燒室中因為結(jié)露等情況在噴嘴、燃燒筒和過渡段內(nèi)壁及透平葉片上附著，造成在燃燒中局部超溫，從而導(dǎo)致排煙分散度的急劇變化。一旦出現(xiàn)此類情況，需要馬上對霧化空氣系統(tǒng)整體進行重新調(diào)試，通過對其冷卻器檢查、變送器重新校驗及各管道逆止門和氣動控制閥動作情況的確認(rèn)，尋找參數(shù)變化的原因，保證其能夠在額定參數(shù)下正常運行。

一般霧化空氣系統(tǒng)故障造成的排煙分散度高，如不及時處理，會很快成為熱通道承壓部件損壞的誘因。

3.5 由于其他原因造成的排煙分散度高

因為燃機的集成化水平相當(dāng)高，在日常對機組的檢修、調(diào)試與維護中，常常會出現(xiàn)對部分邏輯進行強制的情況。在每次強制恢復(fù)過程中，應(yīng)當(dāng)重點檢查涉及燃燒部件氣控回路的邏輯，各氣動閥門(尤其是涉及清吹氣源管道與霧化空氣系統(tǒng)管道)啟閉回座是否正常。在每次的燃機水洗中，應(yīng)當(dāng)檢查各閥門狀態(tài)是否滿足水洗所需條件，水洗過程是否依照正常順控進行，尤其是88TK風(fēng)機是否動作正常。在部分現(xiàn)場中，曾出現(xiàn)過由于水洗中88TK風(fēng)機未啟，使得TK風(fēng)機風(fēng)道內(nèi)積水，最終導(dǎo)致燃機啟動后長時間排煙分散度高的故障情況。

這類故障對燃機本身不會造成太大影響，但會嚴(yán)重影響機組整套啟動相應(yīng)的時間，增加機組啟動失敗的幾率，對相關(guān)精益性考核指標(biāo)造成較大影響。

羅涇燃機燃燒室內(nèi)窺鏡檢查見圖2。羅涇燃機噴嘴內(nèi)窺鏡檢查見圖3。

圖2 羅涇燃機燃燒室內(nèi)窺鏡檢查

圖3 羅涇燃機噴嘴內(nèi)窺鏡檢查

由此可見，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機組運行過程中，排煙分散度不斷提高時，需要做到認(rèn)真分析、及時查找原因并進行消除，同時部分故障是由于長時運行后累計而來。因此，對于運行數(shù)據(jù)的定期分析，對明顯出現(xiàn)劣化惡化趨向的數(shù)據(jù)進行重點分析，才能真正有效地降低排煙分散度高對于燃機熱部件壽命的影響。

4 排煙溫度分散度在實際運行中的數(shù)據(jù)分析

在燃機實際運行中，會出現(xiàn)由于不同故障的緣故而導(dǎo)致監(jiān)視數(shù)據(jù)的不同。針對各種可能的工況，唯有通過監(jiān)視數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實際相結(jié)合的分析方式，方能準(zhǔn)確判斷當(dāng)前機組真實的運行狀況。

當(dāng)機組以穩(wěn)定負(fù)荷(或滿負(fù)荷)狀態(tài)下運行時，

應(yīng)當(dāng)始終保證將排煙溫度分散度控制在較小的區(qū)間內(nèi)。一旦排煙溫度分散度出現(xiàn)持續(xù)性的劣化情況，則表明該機組的熱通道部件已經(jīng)出現(xiàn)了一定的損壞。如若不加強對數(shù)據(jù)的定期分析，很容易造成檢修周期的不合理規(guī)劃。以至于在最終檢修時，才發(fā)現(xiàn)熱通道部件的損壞已經(jīng)到了十分嚴(yán)重的地步。因此經(jīng)常性地對排煙溫度分散度數(shù)據(jù)進行分析，控制其在較低的范圍內(nèi)，有助于更為科學(xué)、經(jīng)濟合理地安排機組熱通道部件的檢修周期。

對于機組運行中出現(xiàn)過的排煙溫度分散度瞬時超限等情況，也應(yīng)當(dāng)記錄下發(fā)生超限的時間與機組工況，具體分析其可能的成因。這類型的故障需要通過對燃機報警盤的及時監(jiān)視才能發(fā)現(xiàn)，否則很容易在運行監(jiān)視中被忽略。如果放任這類故障，則很有可能給燃機安全運行埋下隱患。唯有通過認(rèn)真分析，仔細(xì)排查，消除可能的隱患后，方能保障燃機的安全運行。

5 結(jié)語

隨著社會對環(huán)境保護的重視，具有大功率、快速響應(yīng)及優(yōu)秀排放指標(biāo)的發(fā)電機組，燃?xì)廨啓C勢必將會越發(fā)普及。排煙溫度分散度作為燃機安全運行的重要監(jiān)視指標(biāo)，直接影響著燃機的運行壽命。由于燃機熱通道部件均為進口，其檢修更換的價格高昂，如若發(fā)生故障檢修費用很高。通過對排煙溫度分散度保護與其監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，不僅能夠提高運行檢修人員在面對各類事故的分析及處理能力，同時也能更為科學(xué)合理地規(guī)劃燃機熱通道部件的檢修周期，減少不必要的開支。

因此，只有通過對相關(guān)數(shù)據(jù)與運行經(jīng)驗的不斷積累，方能不斷提高燃機的運維水平，并為未來國產(chǎn)化燃機的投產(chǎn)，提供寶貴的實踐以及技術(shù)支持。