楊體佳

(珠海深能洪灣電力有限公司,廣東 珠海 519060)

在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電中氮氧化物的合成類(lèi)型多數(shù)屬于熱力型,因此GE公司的9E燃?xì)廨啓C(jī)在加載負(fù)荷的過(guò)程中,為了實(shí)現(xiàn)低氮燃燒,通過(guò)切換燃燒模式去降低燃燒室的燃燒溫度T2,并控制透平入口溫度T3,從而減少熱力型氮氧化物的產(chǎn)生,也保護(hù)透平熱通道金屬免受超高溫影響。因此9E燃燒系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)低氮燃燒,配套燃料控制系統(tǒng)與清吹系統(tǒng)。

1 清吹系統(tǒng)

某電廠(chǎng)目前使用的兩套燃?xì)廨啓C(jī)為美國(guó)GE公司生產(chǎn)的PG9171E型機(jī)組。清吹系統(tǒng)由壓縮空氣控制的清吹閥20PG-3、20PG-4以及排空閥20VG-3組成,見(jiàn)圖1,三個(gè)閥門(mén)不能同時(shí)打開(kāi)和同時(shí)關(guān)閉。20VG-3采用的是兩位三通的常閉電磁閥;20PG-3、20PG-4采用的是氣動(dòng)三通閥,常開(kāi)。清吹閥20PG-3/4在燃燒模式由貧貧燃燒模式向預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式切換的過(guò)程中得電動(dòng)作關(guān)閉,其余時(shí)間打開(kāi),正常運(yùn)行時(shí)排空閥20VG-3關(guān)閉,只有在清吹閥20PG-3/4關(guān)閉時(shí)才打開(kāi)。

圖1 清吹系統(tǒng)改造前系統(tǒng)圖

9E DLN燃燒模式切換主要發(fā)生在燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷70～80 MW、燃燒室溫度(TTRF1)1 079 ℃,DLN燃燒方式先由初級(jí)燃燒模式切換至貧貧燃燒模式,再由貧貧燃燒模式切換至預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式。下面是貧貧燃燒模式切換至預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式過(guò)程中的各閥門(mén)具體動(dòng)作過(guò)程說(shuō)明[1]。

1) 首先清吹系統(tǒng)退出,清吹閥20PG-3、20PG-4關(guān)閉,排空閥20VG-3打開(kāi),然后3#燃料控制閥(VGC3)由關(guān)閉位逐漸打開(kāi),1#燃料控制閥(VGC1)逐漸關(guān)閉直到完全關(guān)閉,2#燃料控制閥(VGC2)保持開(kāi)度。此時(shí)燃料通過(guò) VGC3全部進(jìn)入二區(qū),并只在二區(qū)燃燒,一區(qū)由于VGC1完全關(guān)閉,沒(méi)有燃料進(jìn)入,一區(qū)火焰熄滅。DLN界面的火焰監(jiān)測(cè)畫(huà)面只有二區(qū)E、F、G、H 4個(gè)顯示火焰,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為二級(jí)切換模式。

2) 二級(jí)切換模式完成,VGC1關(guān)閉5 s后逐漸打開(kāi),同時(shí)VGC2 開(kāi)度也逐漸增大,VGC3逐漸關(guān)閉直到完全關(guān)閉,然后投入清吹,清吹閥20PG-3、20PG-4打開(kāi),排空閥20VG-3關(guān)閉。燃料通過(guò) VGC1、VGC2分別進(jìn)入一區(qū)、二區(qū),在一區(qū)內(nèi)只發(fā)生混合,一區(qū)顯示無(wú)火焰,所有燃料在二區(qū)內(nèi)進(jìn)行燃燒,二區(qū)顯示有火焰,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為預(yù)混切換模式。

3) 預(yù)混切換模式完成,即進(jìn)入預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式,這時(shí)大約80%的燃料通過(guò)VGC1進(jìn)入一區(qū),20%的燃料通過(guò)VGC2進(jìn)入二區(qū),一區(qū)只發(fā)生混合,所有燃料在二區(qū)進(jìn)行燃燒反應(yīng),此時(shí)工況下,NOx和CO排放達(dá)到較低水準(zhǔn)。

2 清吹系統(tǒng)控制邏輯與保護(hù)

2.1 清吹閥關(guān)閉故障

當(dāng)TTRF1達(dá)到設(shè)定值1 079 °C,控制系統(tǒng)由貧貧燃燒模式切換到預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式,燃?xì)廨啓C(jī)控制器(MarkVIe)發(fā)出二級(jí)切換模式(L3FXS1X )動(dòng)作命令和清吹閥關(guān)閉(L3FGTC)指令,清吹閥20PG-3、20PG-4接收到指令后動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能。

在壓縮空氣系統(tǒng)壓力大于0.75 MPa,在清吹閥收到關(guān)閉指令后[2],經(jīng)過(guò)15 s的延時(shí)(L3FGTCZ),清吹閥關(guān)閉信號(hào)(L33PGTC)控制器沒(méi)有收到,這時(shí)MarkVIe就判斷清吹閥在低氮燃燒切換模式下關(guān)閉失敗(L86PGTLO)。此時(shí)火焰檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到一區(qū)有火焰信號(hào)存在(即L28FPDX為1),如果這時(shí)火焰檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到一區(qū)沒(méi)有火焰,那么機(jī)組將啟動(dòng)點(diǎn)火槍對(duì)燃燒室一區(qū)天然氣進(jìn)行重點(diǎn)火,此種情況下通常出現(xiàn)在機(jī)組降負(fù)荷停機(jī)過(guò)程中,燃燒模式由預(yù)混穩(wěn)定模式切向貧貧燃燒模式時(shí)一區(qū)重點(diǎn)火。如果TTRF1達(dá)到擴(kuò)展燃燒模式溫度(L26FXL3)設(shè)定值,MarkVIe控制器將機(jī)組燃燒模式由貧貧燃燒模式切向擴(kuò)展燃燒模式(L83LLEXTX)。由于機(jī)組在擴(kuò)展燃燒模式下運(yùn)行時(shí),透平熱通道承受比正常運(yùn)行高出很多的燃燒溫度,且NOx排放量激增,因此不允許在此燃燒模式下運(yùn)行的。當(dāng)燃燒模式進(jìn)入擴(kuò)展燃燒模式時(shí),值班員需要選擇“高負(fù)荷切換(High Load Transfer)”按鈕,并選擇“投入”。此時(shí)因?yàn)檫x擇了高負(fù)荷切換模式(L83HLT),機(jī)組自動(dòng)升負(fù)荷指令(L70RX10)中斷,在Mark VIe的控制程序下停止升負(fù)荷,并開(kāi)始自動(dòng)降負(fù)荷使機(jī)組燃燒模式脫離擴(kuò)展燃燒模式,最后故障消除,并經(jīng)檢查無(wú)其他故障后再重新預(yù)選負(fù)荷,最后升負(fù)荷至預(yù)混穩(wěn)定模式。

2.2 清吹閥打開(kāi)故障

當(dāng)清吹閥關(guān)閉指令中斷,如果經(jīng)過(guò)55 s的延時(shí)等待,清吹閥的關(guān)閉信號(hào)還是存在,機(jī)組將發(fā)出清吹閥打開(kāi)故障報(bào)警(L30PGTOF_ALM)。由于清吹閥打開(kāi)操作通常發(fā)生在非初級(jí)燃燒模式階段,因此控制系統(tǒng)在清吹閥打開(kāi)故障時(shí),將觸發(fā)自動(dòng)降負(fù)荷程序命令(L86PGVL),并發(fā)出清吹閥打開(kāi)故障并開(kāi)始自動(dòng)降負(fù)荷(L86PGVL_ALM)。當(dāng)燃燒模式進(jìn)入初級(jí)燃燒模式,則自動(dòng)降負(fù)荷命令(L70LX10)中斷,停止降負(fù)荷。

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷控制模式選擇為無(wú)差控制時(shí)(L83SCI_CMD),機(jī)組將執(zhí)行自動(dòng)停機(jī)邏輯(L94AX)自動(dòng)停機(jī)。清吹系統(tǒng)控制邏輯模塊詳見(jiàn)圖2、圖3。

(a) 清吹閥打開(kāi)條件邏輯、關(guān)閉失敗判斷邏輯

(a) 清吹閥打開(kāi)故障報(bào)警邏輯、清吹閥打開(kāi)故障自動(dòng)降負(fù)荷邏輯

3 故障現(xiàn)象及處理過(guò)程

某電廠(chǎng)6#機(jī)正常啟機(jī)升負(fù)荷過(guò)程中,在由貧貧燃燒模式切換預(yù)混穩(wěn)定燃燒模式過(guò)程中(燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷預(yù)選95 MW),出現(xiàn)清吹閥打開(kāi)失敗報(bào)警(L30PGTOF_ ALM)和清吹閥打開(kāi)失敗自動(dòng)降負(fù)荷報(bào)警(L86PGVL_ALM),DLN界面顯示清吹閥20PG-4為黃色并有“fault”提示,隨后燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)降負(fù)荷,降至初級(jí)燃燒模式后主復(fù)歸,使燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷穩(wěn)定在50 MW。

值班員到現(xiàn)場(chǎng)檢查,壓縮空氣系統(tǒng)正常,壓力穩(wěn)定在0.78 MPa。將天然氣小間通風(fēng)壓力低保護(hù)(L4VLFLT)強(qiáng)制為false后,進(jìn)入天然氣小間檢查,發(fā)現(xiàn)清吹閥20PG-4未打開(kāi),清吹閥20PG-3打開(kāi)正常。初步判斷為電磁閥滑閥卡澀,用銅制扳手輕輕敲擊該閥門(mén)電磁閥及缸體,最后清吹閥20PG-4能正常打開(kāi)。

經(jīng)過(guò)對(duì)清吹閥20PG-4的強(qiáng)制動(dòng)作,閥門(mén)正常打開(kāi)/關(guān)閉,最后對(duì)機(jī)組全面檢查無(wú)異常后,燃?xì)廨啓C(jī)再次升負(fù)荷。為防止再次打開(kāi)失敗,在切換燃燒模式過(guò)程中始終用銅制扳手敲擊清吹閥20PG-4缸體,切換正常,清吹打開(kāi)時(shí)間為30 s。

4 改進(jìn)方案

針對(duì)6#機(jī)燃燒模式切換過(guò)程中清吹系統(tǒng)控制閥延時(shí)打開(kāi)的問(wèn)題,提出了3種改進(jìn)方案。

(1) 更換清吹閥20PG-3/4。目前清吹閥20PG-3/4閥體采用氣動(dòng)三通閥,沒(méi)有設(shè)置手動(dòng)操作模式,當(dāng)遇到清吹閥打不開(kāi)或者關(guān)不上時(shí),操作員無(wú)法做出有效的補(bǔ)救措施,只能依靠輕敲閥體或者對(duì)壓縮空氣疏水,無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)故障處理,影響機(jī)組的調(diào)峰計(jì)劃。因此基于目前清吹閥沒(méi)有手動(dòng)操作模式,可以將原有的清吹閥更換為帶手動(dòng)操作的閥體,此方法雖然能夠解決清吹閥出現(xiàn)打不開(kāi)或者關(guān)不上時(shí)就地完成在線(xiàn)補(bǔ)救,但是將整個(gè)閥體進(jìn)行更換,成本高,改造工作量大。另外由于原有閥體為GE原產(chǎn)進(jìn)口,更改閥體結(jié)構(gòu)對(duì)清吹系統(tǒng)的安全和調(diào)節(jié)功能有影響,閥體的性能還需要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,還可能需要進(jìn)口,此方案暫不考慮。

(2) 每次啟機(jī)前對(duì)清吹閥進(jìn)行強(qiáng)制動(dòng)作,觀(guān)察閥體打開(kāi)/關(guān)閉的時(shí)間,檢查清吹閥是否卡澀,同時(shí)定期對(duì)清吹系統(tǒng)壓縮空氣進(jìn)氣濾進(jìn)行清洗或更換,避免因壓縮空氣質(zhì)量導(dǎo)致清吹閥出現(xiàn)打不開(kāi)/關(guān)不上的故障。另外壓縮空氣儲(chǔ)氣罐疏水電磁閥動(dòng)作故障時(shí),導(dǎo)致壓縮空氣濕度過(guò)高,特別是氣動(dòng)機(jī)構(gòu)不經(jīng)常動(dòng)作的,由于長(zhǎng)時(shí)間壓縮空氣滯留于管道,會(huì)在低位處出現(xiàn)凝露現(xiàn)象,長(zhǎng)此以往,進(jìn)氣閥桿將有可能被閥體粘住無(wú)法動(dòng)作。針對(duì)此種情況,可以在儲(chǔ)氣罐出口加裝干燥器,降低壓縮空氣濕度。在儲(chǔ)氣罐出口加裝干燥器,壓縮空氣漏氣點(diǎn)增加,且現(xiàn)場(chǎng)管路改造不便,最重要的是清吹閥打不開(kāi)或關(guān)不上時(shí)不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)處理,但是可以作為一個(gè)提高壓縮空氣系統(tǒng)安全性的改造,因此不考慮。

(3) 為實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)快速處理故障,并考慮到清吹閥20PG-3/4為氣動(dòng)三通閥,關(guān)閉時(shí)依靠壓縮空氣推動(dòng)閥桿實(shí)現(xiàn)關(guān)閉,打開(kāi)時(shí)卸掉氣缸中的壓縮空氣,依靠氣缸中的彈簧力推動(dòng)閥桿打開(kāi)?；谇宕甸y動(dòng)作機(jī)理,可以考慮在壓縮空氣進(jìn)氣管中加裝進(jìn)氣隔斷閥,在閥體氣缸卸壓管道加裝隔斷三通閥,正常運(yùn)行時(shí),進(jìn)氣隔斷閥打開(kāi),排氣隔斷三通閥關(guān)閉。

上面3種方案經(jīng)過(guò)比較,加上考慮到故障發(fā)生時(shí)通常在機(jī)組升負(fù)荷過(guò)程中,需要能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)處理,方案1和3能夠?qū)崿F(xiàn),方案2無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)處理,最后考慮經(jīng)濟(jì)性,最終選擇方案3。但是方案3存在一個(gè)較大問(wèn)題就是,清吹系統(tǒng)壓縮空氣管道口徑較小,在現(xiàn)有倉(cāng)庫(kù)備件的隔斷閥中沒(méi)有對(duì)應(yīng)管道口徑的閥門(mén)。最后考慮到清吹系統(tǒng)壓縮空氣動(dòng)作壓力在0.4 MPa,接駁不同口徑管道的安全性是能夠依靠焊接方法實(shí)現(xiàn)接口處完全不漏氣。

采用第3種方案在清吹系統(tǒng)清吹閥控制氣源管道增加三個(gè)手動(dòng)隔斷閥門(mén),如圖4中壓縮空氣進(jìn)氣隔離閥HV303、兩個(gè)排氣隔斷三通閥HV202HV204。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)當(dāng)清吹閥20PG-3、20PG-4出現(xiàn)電磁閥卡澀或漏氣故障時(shí),可關(guān)閉HV303阻隔動(dòng)作氣源,打開(kāi)HV202HV204卸掉氣缸壓力后進(jìn)行更換。如清吹閥在啟機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)不能打開(kāi)故障,在判斷為清吹閥電磁閥閥體卡澀的情況下,可采取臨時(shí)措施:關(guān)閉進(jìn)氣隔斷閥HV303,打開(kāi)故障清吹閥對(duì)應(yīng)的排氣隔斷三通閥HV202/HV204,將清吹閥氣缸內(nèi)控制氣源排放,氣缸內(nèi)氣源排放后清吹閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。清吹閥動(dòng)作正常時(shí),無(wú)需操作上述三個(gè)隔離手閥,保持閥門(mén)正常的狀態(tài),即HV303打開(kāi)、HV202和HV204關(guān)閉。

圖4 改造后清吹閥系統(tǒng)圖

出現(xiàn)清吹閥打不開(kāi)的故障屬于偶然發(fā)生事件,清吹系統(tǒng)改造完成后,未再次出現(xiàn)清吹閥打不開(kāi)的故障。因此某電廠(chǎng)4#機(jī)清吹閥系統(tǒng)暫時(shí)沒(méi)有做改造,6#機(jī)改造后的效果到目前未得到有效驗(yàn)證,但在理論上是滿(mǎn)足需求的。

清吹系統(tǒng)改造可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)清吹閥打不開(kāi)故障時(shí),能夠及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線(xiàn)補(bǔ)救,避免因小故障致使機(jī)組非計(jì)劃停機(jī),提高機(jī)組運(yùn)行壽命,利于中調(diào)對(duì)電廠(chǎng)機(jī)組實(shí)時(shí)調(diào)控,減少計(jì)劃并網(wǎng)時(shí)差過(guò)大導(dǎo)致電廠(chǎng)受到調(diào)度機(jī)構(gòu)的考核。清吹系統(tǒng)改造也是保證機(jī)組能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)安全措施,為值班員面對(duì)清吹閥出現(xiàn)故障時(shí)提供了在線(xiàn)搶救方法。

5 總結(jié)

機(jī)組出現(xiàn)清吹閥故障通常發(fā)生在機(jī)組升負(fù)荷切換燃燒模式過(guò)程中,通常是關(guān)閉后打開(kāi)過(guò)程中出現(xiàn)打開(kāi)超時(shí),從而出現(xiàn)打開(kāi)失敗故障。為了避免此類(lèi)故障的發(fā)生,值班人員應(yīng)熟悉清吹系統(tǒng)的保護(hù)控制邏輯,在條件允許的前提下,可以通過(guò)加長(zhǎng)清吹閥打開(kāi)的時(shí)間來(lái)加長(zhǎng)故障處理時(shí)間,從而阻止自動(dòng)降負(fù)荷的程序走向。除了在兩個(gè)清吹閥氣源管路加裝隔斷閥外,可以在機(jī)組啟機(jī)前試驗(yàn)清吹閥動(dòng)作情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并消除。定期對(duì)清吹閥等重要閥體進(jìn)行檢查,加強(qiáng)對(duì)控制氣源的巡視和維護(hù),檢查控制氣源的疏水情況,排除因氣源濕度過(guò)大,導(dǎo)致閥體或閥桿出現(xiàn)銹蝕、卡澀等故障。