（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310000）

0 引言

STAG 109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)大型發(fā)電機(jī)組之一。它由PG9351FA型燃?xì)廨啓C(jī)（下簡(jiǎn)稱(chēng)9FA燃機(jī)）D10型三壓有再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機(jī)、390H型氫冷發(fā)電機(jī)和三壓有再熱但帶冷凝器除氧的自然循環(huán)余熱鍋爐組成。除余熱鍋爐由國(guó)內(nèi)成套外，其余均由美國(guó)通用電氣公司（簡(jiǎn)稱(chēng)GE公司）提供[1]。燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)剛性的串聯(lián)在一根長(zhǎng)軸上，軸配置形式為：GT—ST—GEN（燃機(jī)—汽機(jī)—發(fā)電機(jī)），轉(zhuǎn)速3 000 r/min，從發(fā)電機(jī)方向看軸按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。

1 燃燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的介紹及分析

9FA燃機(jī)無(wú)法直接測(cè)量18個(gè)燃燒室的溫度，在排氣擴(kuò)壓段均勻分布了31個(gè)排氣熱電偶，通過(guò)對(duì)這31個(gè)排氣溫度（高低）分散程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)判斷燃燒室是否工作在正常狀態(tài)。S1、S2、S3分別為分散度1、分散度2、分散度3，即31個(gè)排氣熱電偶中最高點(diǎn)排氣溫度與最低點(diǎn)、次低點(diǎn)、次次低點(diǎn)的差值，Sa為允許分散度，是一個(gè)計(jì)算值。一旦監(jiān)測(cè)到排氣分散度超過(guò)允許范圍，則控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警甚至跳機(jī)信號(hào)，從而起到保護(hù)燃燒室、透平等高溫部件的作用。

允許排氣分散度＝TTXM×TTKSPL4－CTDA×TTKSPL3＋TTKSPL5。

穩(wěn)定工況下TTXSPL的上下限為170 ℉（94.4 ℃）和50 ℉（27.8 ℃），變工況過(guò)程中增加100 ℉（55.6 ℃），相當(dāng)于退出燃燒檢測(cè)，以避免排氣分散度引起的報(bào)警或跳機(jī)。

平均排氣溫度TTXM是除去比31個(gè)排氣溫度測(cè)點(diǎn)中第2高點(diǎn)低500 ℉（277.8 ℃）的所有測(cè)點(diǎn)后，再除去剩下測(cè)點(diǎn)中的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)，余下測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均值。

TTKSPL4＝0.145。

壓氣機(jī)排氣溫度CTDA的上下限為725 ℉（385 ℃）和300 ℉（148.9 ℃）。

TTKSPL3＝0.08。

TTKSPL5＝60 ℉。

1.1 報(bào)警和跳機(jī)信號(hào)情況

1.1.1 排氣分散度報(bào)警

（1）燃燒故障報(bào)警信號(hào)（COMBUSTION TROUBLE），產(chǎn)生原因是S1或S3/Sa≥1（即：分散度1或分散度3≥允許分散度），延時(shí)1 s。（2）熱電偶故障報(bào)警信號(hào)（EXHAUST THERMOCOUPLE TROUBLE），產(chǎn)生原因是S1/Sa≥5（即：分散度1≥允許5倍的允許分散度，說(shuō)明某點(diǎn)排氣溫度異常偏高，壞點(diǎn)），延時(shí)4 s。

1.1.2 排氣分散度跳機(jī)

排氣溫度分散度大遮斷報(bào)警信號(hào)（HIGH EXHAUST TEMPERATURE SPREAD TRIP），產(chǎn)生原因是當(dāng)L4置1且L14HS置1（即機(jī)組95%額定轉(zhuǎn)速以上）時(shí)，燃燒監(jiān)測(cè)保護(hù)起作用。在燃燒監(jiān)測(cè)保護(hù)起作用的情況下，出現(xiàn)下列情況中的任意一種時(shí)，排氣溫度分散度大跳機(jī)[2]。

（1）1≤S1/Sa＜5且S2/Sa≥0.8（即分散度1＜5倍的允許分散度，但≥允許分散度，且分散度2≥0.8倍的允許分散度）且S1最低排氣溫度點(diǎn)和S2次低排氣溫度點(diǎn)相鄰，延時(shí)2 s。（2）S1/Sa≥5且S2/Sa≥0.8（即分散度1≥5倍的允許分散度且分散度2≥0.8倍的允許分散度）且S2次低排氣溫度點(diǎn)和S3次次低排氣溫度點(diǎn)相鄰，延時(shí)2 s。（3）S3/Sa≥1（即分散度3≥允許分散度），延時(shí)2 s。

2 燃燒系統(tǒng)異常

某日中午，#1機(jī)負(fù)荷250 MW時(shí)出現(xiàn)排氣分散度增大的情況，當(dāng)時(shí)平均排氣溫度TTXM為648 ℃，31個(gè)排氣溫度中最低的3個(gè)分別是第8、9、10點(diǎn)，允許排氣分散度Sa為80 ℃，最大分散度S1為25 ℃。至下午3點(diǎn)鐘，機(jī)組負(fù)荷為288 MW，排氣分散度增大的情況趨于嚴(yán)重，但未出現(xiàn)報(bào)警，當(dāng)時(shí)的Sa為79 ℃， S1為55 ℃，TTXM為642 ℃，最低的3個(gè)排氣溫度分別為第6、7、8點(diǎn)。次日凌晨3點(diǎn)，機(jī)組負(fù)荷320 MW，S1接近Sa（Sa為76 ℃，S1為74 ℃），最低的3個(gè)排氣溫度分別為第5、6、7點(diǎn)。次日10點(diǎn)7分鐘，#1機(jī)負(fù)荷267 MW，Sa為88 ℃，S1、S2、S3分別為70 ℃、42 ℃、40 ℃，TTXM為647 ℃，當(dāng)時(shí)最低點(diǎn)為8、9、7，分別為579 ℃、605 ℃、609 ℃，明顯形成低溫區(qū)。11點(diǎn)46分鐘因排氣分散度大機(jī)組從220 MW跳機(jī)，跳機(jī)前瞬間出現(xiàn)了#4火焰探頭無(wú)火、燃燒故障、火焰探測(cè)故障報(bào)警，之后出現(xiàn)排氣分散度大跳機(jī)、熄火、解列。當(dāng)時(shí)最低的3個(gè)排氣溫度11點(diǎn)546 ℃，第10點(diǎn)573 ℃， 12點(diǎn)576 ℃，TTXM為648 ℃。

對(duì)機(jī)組排氣分散度大跳機(jī)前排氣溫度低溫區(qū)隨負(fù)荷變化的移動(dòng)規(guī)律列表如表1所示。

表1 排氣溫度低溫區(qū)隨負(fù)荷變化的移動(dòng)規(guī)律

停機(jī)后對(duì)燃燒室進(jìn)行孔窺檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)第18、1、2燃燒器噴嘴的PM4通道存在管道法蘭墊片碎屑的現(xiàn)象，進(jìn)行更換后解決了機(jī)組運(yùn)行中排氣分散度不正常的問(wèn)題。

3 燃料通道進(jìn)異物

某日，#2機(jī)正常運(yùn)行中再因#18和#1燃燒器噴嘴的PM4通道工作異常，引起機(jī)組排氣分散度大跳機(jī)。之后對(duì)#1和#18的1、2燃燒器的PM4噴嘴進(jìn)行孔窺檢查，同時(shí)吸岀了#18、#1燃燒器PM4通道內(nèi)的異物。機(jī)組重新啟動(dòng)后恢復(fù)正常。

對(duì)機(jī)組排氣分散度大跳機(jī)前排氣溫度低溫區(qū)隨負(fù)荷變化的移動(dòng)規(guī)律列表如表2所示。

表2 排氣溫度低溫區(qū)隨負(fù)荷變化的移動(dòng)規(guī)律

通過(guò)兩次的排氣分散度總結(jié)可知，因?yàn)槿紮C(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針（從排氣擴(kuò)壓段向壓氣機(jī)方向看），因此燃?xì)獾臍饬饕矊a(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)。當(dāng)某一燃燒室出現(xiàn)故障無(wú)法正常燃燒時(shí)，反映到排氣溫度，低溫區(qū)將發(fā)生順時(shí)針偏移，負(fù)荷越高，偏轉(zhuǎn)角越小，負(fù)荷越低，偏轉(zhuǎn)角越大。

發(fā)現(xiàn)排氣溫度低溫區(qū)隨負(fù)荷變化的移動(dòng)規(guī)律，從實(shí)際運(yùn)行參數(shù)可以看出，一旦燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)異常，不僅排氣分散度將明顯增大，排氣溫度低溫區(qū)明顯形成，而且隨機(jī)組負(fù)荷的減小，排氣溫度低溫區(qū)將順時(shí)針?lè)较蚱啤?/p>

4 燃燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)異常

某日 7點(diǎn)42分#3機(jī)第二次CI后首次點(diǎn)火成功，8點(diǎn)55分投入溫度匹配，8點(diǎn)18分#3機(jī)排氣熱電偶第15點(diǎn)壞，直接開(kāi)路。8點(diǎn)58分排氣熱電偶第24點(diǎn)開(kāi)始大幅波動(dòng)，9點(diǎn)20分徹底壞，當(dāng)時(shí)第24點(diǎn)－57 ℉，第15點(diǎn)0 ℉，第16點(diǎn)613 ℉，TTXM700 ℉，滿(mǎn)足了S1/Sa≥5且S2/Sa≥0.8，且S2與S3低點(diǎn)相鄰的排氣分散度大跳機(jī)條件。停機(jī)后熱工更換了15、16、24、25、26、27、28共7個(gè)排氣溫度測(cè)溫元件。

5 預(yù)防措施

通過(guò)分析，我們知道了燃燒檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于機(jī)組安全運(yùn)行，存在著重要的意義。工作在高溫區(qū)的燃機(jī)燃燒系統(tǒng)組件，出現(xiàn)各種的異常情況在所難免，為避免出現(xiàn)人為因素造成的燃燒系統(tǒng)事故擴(kuò)大，我們應(yīng)該注意以下幾方面。

（1）機(jī)組點(diǎn)火后及運(yùn)行中，需要經(jīng)常觀察排氣分散度的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)有增大的趨勢(shì)，需要高度關(guān)注，并且立即檢查是否出現(xiàn)了明顯的排氣低溫區(qū)，且判斷低溫區(qū)是否隨負(fù)荷的變化而偏移。若僅僅是排氣熱電偶故障造成的排氣分散度增大，不會(huì)出現(xiàn)排氣低溫區(qū)隨負(fù)荷變化而偏移的情況[3]。

（2）機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)了排氣分散度明顯增大，且排氣低溫區(qū)明顯隨負(fù)荷變化時(shí)，建議及時(shí)停機(jī)，對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行孔窺檢查，發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題后再重新啟動(dòng)機(jī)組，避免設(shè)備故障的擴(kuò)大。

（3）一旦出現(xiàn)了因排氣分散度大造成的跳機(jī)，在分析清楚原因之前不能盲目重新啟動(dòng)機(jī)組。因?yàn)闄C(jī)組的燃燒監(jiān)測(cè)保護(hù)只有在95%額定轉(zhuǎn)速以上才起作用，在點(diǎn)火后至全速前這段時(shí)間內(nèi)，即使因燃燒系統(tǒng)故障導(dǎo)致排氣分散度嚴(yán)重異常，也不會(huì)造成機(jī)組跳機(jī)。在未判斷清楚燃燒系統(tǒng)故障程度之前，盲目重新啟動(dòng)機(jī)組很可能造成事故的擴(kuò)大。

（4）機(jī)組啟動(dòng)前若發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)以上排氣溫度嚴(yán)重異常，應(yīng)處理正常后再啟動(dòng)機(jī)組，避免因排氣熱電偶異常導(dǎo)致無(wú)謂跳機(jī)。

（5）忽視排氣分散度增大趨勢(shì)，盲目運(yùn)行將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

6 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)9FA燃機(jī)燃燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹、案例分析以及注意事項(xiàng)，在以后的工作中要不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將燃燒系統(tǒng)故障的發(fā)生熄滅于萌芽階段，保證安全生產(chǎn)。