李德兵

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，晉江 362251)

S109FA聯(lián)合循環(huán)機組在標準工況(ISO)下可輸出功率395.48 MW，其中燃氣輪機功率為255.6 MW，壓氣機壓比為15.4，配有18個干式低NOx分管燃燒室。在滿負荷工況下燃氣輪機排氣溫度可達605.5 ℃，而透平入口燃氣初溫可達1 327 ℃，控制系統(tǒng)MARK Ⅵ通過測量透平排氣溫度的間接監(jiān)測方法來判斷高溫部件的工作是否有異常?；诖?，引入了排氣分散度作為判斷燃燒是否異常的依據(jù)。燃燒部件出現(xiàn)異?；蛉紵徽?，將導致排氣溫度流場嚴重不均勻，排氣分散度大。因此運行中時刻需要對排氣分散度進行監(jiān)視[1]。

以往出現(xiàn)燃氣輪機燃燒室分散度大故障時，無法準確地判斷故障點，往往在分散度大導致跳閘后被迫進行處理，處理時間長且低效，未能在故障初期提前預判。某電廠在運行中發(fā)生一起分散度大故障，本文通過對分散度數(shù)據(jù)進行收集、分析，結(jié)合燃燒室結(jié)構(gòu)，建立三級預警機制，對燃氣輪機的燃燒室故障進行精準判斷。從本文實例可以看出，加強對燃氣輪機分散度的監(jiān)視及分析，對燃氣輪機的安全運行具有重要的意義。

1 DLN 2.0+燃燒室簡介

燃氣輪機燃燒室是一種用高溫合金材料制作的燃燒設備，在整臺燃氣輪機中位于壓氣機與燃氣透平之間，主要作用是進行有效的燃燒、控制燃燒初溫及控制NOx的生成[2]。

GE公司配套的F級燃氣輪機燃燒室型號為干式低氮DLN 2.0+，燃燒室為分管逆流式結(jié)構(gòu)?？傆嬘?8個燃燒室，每個燃燒室主要包括燃料噴嘴、聯(lián)焰管、火焰筒、過渡段等。DLN 2.0+燃燒室結(jié)構(gòu)見圖1。

2 分散度大事件經(jīng)過

2018年8月至2018年9月，3號機組負荷從280 MW升至滿負荷345 MW后，呈現(xiàn)幾個特點：

圖1 DLN 2.0+燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖

1)第一分散度由25 ℃升高至43 ℃，最低溫度點由TTXD1_13轉(zhuǎn)變?yōu)門TXD1_12；

2)TTXD1_11、TTXD1_12、TTXD1_13存在一個溫度比TTXM低約10 ℃左右的低溫區(qū)；

3)低溫區(qū)存在一定的偏轉(zhuǎn)規(guī)律[3]，符合升負荷時低溫區(qū)逆時針移動的規(guī)律，分散度數(shù)據(jù)見表1。

表1 機組變負荷期間分散度采樣數(shù)據(jù)

3 故障分析

機組分散度異常主要有幾點原因：(1)熱電偶故障；(2)燃燒噴嘴堵塞；(3)火焰筒空氣短路；(4)過渡段空氣短路；(5)火焰筒鼓包燒穿。根據(jù)3號機組分散度現(xiàn)狀進行逐步排查及分析，過程如下：

1)排氣熱電偶低溫點隨負荷的增減有一定的偏轉(zhuǎn)規(guī)律，因此，熱電偶測點故障的可能性較小，可以排除。

2)機組燃燒切換前分散度良好，燃燒切換升負荷后，隨著D5的退出，PM4燃料加大，分散度逐漸加大。 PM4剛投入時分散度之所以未有明顯變化，可能原因是此時以D5擴散燃燒為主。因此， 3號、4號、5號燃燒室的PM4燃料噴嘴存在異物或堵塞的可能性較大。

3)機組啟、停過程中在PM模式切換前分散度良好，切換后分散度快速上升，負荷穩(wěn)定后分散度緩慢下降至一穩(wěn)定值，因此，3號、4號、5號燃燒室的火焰筒空氣短路的可能性較大。

4)3號機組啟動至280 MW負荷時分散度突升，因啟動時加載較快，當負荷趨于穩(wěn)定時，分散度也下降，高負荷時分散度逐漸增大。

5)根據(jù)偏轉(zhuǎn)角的偏轉(zhuǎn)規(guī)律[3]，3號、4號燃燒室故障的概率大，但其脈動正常。

6)從3號機組滿負荷的玫瑰圖(見圖2)可以發(fā)現(xiàn)一處存在明顯的低溫點。

圖2 3號機組滿負荷玫瑰圖

4 分散度異常處理經(jīng)過

針對3號機組分散度大的問題，其處理方案主要結(jié)合機組運行方式，見縫插針地進行針對性的檢查，主要檢查及處理工作如下：

1)9月份對3號機組燃氣輪機進行壓排缸及燃燒室檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，機組開機后分散度與檢查前一致，未改善。

2)11月份利用機組停機機會再次對3號機組燃氣輪機進行孔探檢查，重點檢查2號、3號、4號、5號燃燒器PM1、PM4內(nèi)外通道，發(fā)現(xiàn)5號燃燒器中有少許石墨碎片，遂將碎片吸出。機組開機后分散度與檢查前一致，未改善。

3)12月份結(jié)合機組D級檢修，第三次對3號機組燃氣輪機進行孔探檢查，并擴大排查范圍，檢查發(fā)現(xiàn)4號燃燒器火焰筒密封圈缺失(見圖3)，加裝密封圈后，機組開機后分散度最大為25 ℃，分散度正常。

圖3 缺失密封圈的火焰筒

通過檢查、分析認為，引起3號機組分散度異常的主要原因為火焰筒密封圈缺失。

5 分散度異常小結(jié)

燃燒部件故障產(chǎn)生原因復雜，但其共同的特征是產(chǎn)生低溫區(qū)或高溫區(qū)，同時低溫區(qū)或高溫區(qū)的分布會隨著負荷的變化而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。不同的燃燒故障表現(xiàn)出來的特征略有區(qū)別，可能同時呈現(xiàn)不同的故障特征，只有通過大量、細致的數(shù)據(jù)觀察和分析，才能作出合理的判斷。根據(jù)近年來的DLN 2.0+燃燒故障，不同燃燒故障引起的分散度異?？焖倥袛嗉疤卣骺偨Y(jié)見表 2。

表2 分散度異?？焖倥袛嗉疤卣?/p>

6 防范措施

為避免分散度大影響機組正常啟停，建議采取以下防范措施：

1)建立合理的壓排缸檢查及燃燒室孔探周期，提前發(fā)現(xiàn)燃燒部件異常。

2)機組日常運行時加強對分散度的監(jiān)視、分析，根據(jù)實踐經(jīng)驗，建立DLN 2.0+燃燒室穩(wěn)定工況時的分散度三級預警、跟蹤、處理機制，以機組C級及以上檢修后首次啟動后正常的第一分散度為基準：(1)設立第一分散度增加10 ℃的報警機制，此時為故障的初期階段，常規(guī)檢查一般很難發(fā)現(xiàn)故障點，運行人員應加強監(jiān)視；(2)設立第一分散度增加15 ℃的分析、跟蹤機制，此時為故障的發(fā)展階段，各級專業(yè)人員應加強分析、跟蹤、對比，為機組停機后檢查做好檢查方向的判斷；(3)第一分散度增加25 ℃的處理機制，此時為故障的快速惡化階段，應結(jié)合機組運行方式盡快停機檢查。

3)機組檢修期間應加強對天然氣管道及燃燒室燃料環(huán)管的清潔度監(jiān)督，防止異物進入管道引起分散度異常。

7 結(jié) 論

本文針對燃燒室部件故障引起的分散度大的問題，對其處理過程進行了分析、提煉，為同類型電廠的燃燒室部件故障分析提供了快速判斷的簡便方法。本文針對分散度大的問題提出經(jīng)驗總結(jié)和措施，研究成果可為F級燃氣輪機燃燒室的安全運行提供一定的借鑒。