劉洋　張煜

摘 要：針對(duì)AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)在調(diào)試期間和商運(yùn)初期多次點(diǎn)火失敗的情況，通過對(duì)其點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及點(diǎn)火過程的分析，總結(jié)了該類型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防和改進(jìn)措施，使該機(jī)組目前點(diǎn)火成功率達(dá)到100%。

關(guān)鍵詞：AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)；點(diǎn)火失??；故障分析；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TK477? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）13-0073-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.13.019

0? ? 引言

潮州某聯(lián)合循環(huán)電廠選用AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)，是上海電氣國(guó)產(chǎn)化小F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的首次應(yīng)用，其配套汽輪機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)等也均為首臺(tái)（套）新型設(shè)備。該套機(jī)組投用后，有效緩解了潮州市及周邊地區(qū)供電緊張的壓力，滿足了潮州電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)峰需求，在進(jìn)一步優(yōu)化潮州市能源結(jié)構(gòu)、助力其綠色高質(zhì)量發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。

作為燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，需具備緊急備調(diào)、電網(wǎng)調(diào)峰、快速啟停的功能，為滿足上述功能，要求燃?xì)廨啓C(jī)一次點(diǎn)火的成功率達(dá)100%。然而，AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)時(shí)多次出現(xiàn)點(diǎn)火失敗的情況，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)延誤，達(dá)不到電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)峰的需求；且點(diǎn)火失敗將導(dǎo)致電廠發(fā)電氣耗和廠用電率上升，經(jīng)濟(jì)性下降，并存在被電網(wǎng)考核的風(fēng)險(xiǎn)。

本文通過對(duì)AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)點(diǎn)火過程的介紹和點(diǎn)火失敗原因的分析，提出相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施，以期提高該類型機(jī)組點(diǎn)火成功率，并為同類型機(jī)組提供借鑒參考。

1? ? 點(diǎn)火系統(tǒng)介紹

1.1? ? 點(diǎn)火系統(tǒng)組成

AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)采用環(huán)形燃燒室，配置24個(gè)周向均勻分布的混合雙燃料燃燒器，燃燒室布置情況如圖1所示。

如圖2所示，對(duì)于燃?xì)饽Ｊ?，燃燒器有兩個(gè)不同的噴嘴系統(tǒng)：預(yù)混和值班燃燒器噴嘴。其中值班燃燒器噴嘴用于點(diǎn)火，在每個(gè)值班環(huán)腔配備有兩個(gè)點(diǎn)火電極（圖3），220 V廠用電經(jīng)點(diǎn)火變壓器升壓至5 000 V，通過點(diǎn)火電極前端放電產(chǎn)生持續(xù)的電弧以點(diǎn)燃燃?xì)饣旌衔铩?/p>

如圖4所示，國(guó)內(nèi)AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)主要以天然氣為燃料，天然氣經(jīng)緊急關(guān)斷閥（FG STOP VALVE），通過預(yù)混閥（PREMIX VALVE）和值班閥（PILOT VALVE）的流量控制調(diào)節(jié)，分別送入每個(gè)燃燒器的預(yù)混噴嘴和值班噴嘴參與燃燒。

1.2? ? 點(diǎn)火過程

燃?xì)廨啓C(jī)接收啟動(dòng)指令后，通過SFC（靜態(tài)勵(lì)磁啟動(dòng)裝置）升速進(jìn)入高盤清吹模式，清吹8 min后降速至220 r/min，啟動(dòng)點(diǎn)火程序。控制系統(tǒng)將點(diǎn)火需求流量（0.015 kg/s）通過閥門流量特性曲線計(jì)算轉(zhuǎn)化為開度指令，再通過伺服閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)值班閥進(jìn)行調(diào)節(jié)打開至點(diǎn)火開度。隨即ESV閥打開，點(diǎn)火變壓器帶電12 s，在電極末端放電打火。ESV閥打開3 s后值班燃料以0.01 kg/s的速度增加質(zhì)量流量，7 s后增至總點(diǎn)火流量0.085 kg/s。在ESV閥打開12 s內(nèi)，若至少1個(gè)火焰探測(cè)器（共2個(gè)）檢測(cè)到火焰，則認(rèn)為點(diǎn)火成功，否則判定失敗[1]。點(diǎn)火過程中的各項(xiàng)參數(shù)均由調(diào)試期間多次冷態(tài)和熱態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)試驗(yàn)獲得，通過測(cè)試能成功點(diǎn)火的值班燃料流量和點(diǎn)火轉(zhuǎn)速等參數(shù)范圍，得到最佳參數(shù)組作為點(diǎn)火參數(shù)設(shè)定值，以有效提高機(jī)組點(diǎn)火成功率[2]。

參與修正值班氣流量的因素還有壓氣機(jī)入口溫度、壓氣機(jī)出口溫度、天然氣熱值（目前為預(yù)設(shè)值）、IGV開度和透平排氣溫度修正值（TETC）。AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)在壓氣機(jī)出口溫度低于15 ℃時(shí)，通過壓氣機(jī)出口溫度與值班氣流量函數(shù)進(jìn)行計(jì)算修正作為值班氣的點(diǎn)火質(zhì)量流量設(shè)定值，再通過值班燃料控制器輸出轉(zhuǎn)化為值班閥的開度信號(hào)。當(dāng)壓氣機(jī)出口溫度測(cè)量不準(zhǔn)或熱電偶故障時(shí)，可在控制系統(tǒng)組態(tài)中切換為TETC與值班氣點(diǎn)火流量修正函數(shù)。

2? ? 點(diǎn)火失敗原因分析及處理措施

通過總結(jié)調(diào)試期間及商運(yùn)后AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火失敗案例，結(jié)合調(diào)試、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并從AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)組成和點(diǎn)火過程出發(fā)對(duì)點(diǎn)火失敗原因進(jìn)行分析，點(diǎn)火失敗一般可能存在以下故障：

1）點(diǎn)火系統(tǒng)故障：點(diǎn)火變壓器故障、點(diǎn)火電極故障；

2）火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障：石英透鏡故障、火焰監(jiān)測(cè)控制器故障；

3）天然氣參數(shù)不滿足要求：熱值波動(dòng)、純度不足；

4）燃料供應(yīng)系統(tǒng)故障：管線積水、濾網(wǎng)臟污、值班環(huán)管堵塞、燃料閥門卡澀。

當(dāng)發(fā)生點(diǎn)火失敗時(shí)，需對(duì)上述故障進(jìn)行逐一排查，盡快恢復(fù)點(diǎn)火條件。

2.1? ? 點(diǎn)火系統(tǒng)故障

2.1.1? ? 點(diǎn)火變壓器故障

點(diǎn)火變壓器故障一般指變壓器產(chǎn)生的電壓達(dá)不到點(diǎn)火要求、點(diǎn)火電纜短路或接觸不良、變壓器故障不工作。AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)配有24個(gè)燃燒器和24個(gè)點(diǎn)火變壓器，但僅在1、4、7、10、13、16、19、22號(hào)值班燃燒器噴嘴末端開有點(diǎn)火孔（圖5、圖6）。點(diǎn)火時(shí)，值班燃料從點(diǎn)火孔處流出與空氣混合，在點(diǎn)火電極放電產(chǎn)生的電火花下發(fā)生燃燒反應(yīng)，因此實(shí)際點(diǎn)火過程中僅開有點(diǎn)火孔的燃燒器參與點(diǎn)火。當(dāng)點(diǎn)火變壓器故障時(shí)，為排除變壓器的干擾，可將不參與點(diǎn)火的點(diǎn)火變壓器的電纜解除。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，剩余8個(gè)點(diǎn)火變壓器完全滿足點(diǎn)火要求，且解除的點(diǎn)火變壓器可作為備件，當(dāng)有點(diǎn)火變壓器故障時(shí)直接更換。

2.1.2? ? 點(diǎn)火電極故障

點(diǎn)火電極故障一般指點(diǎn)火電極本體損壞或點(diǎn)火電極的放電間隙不當(dāng)。AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)所配點(diǎn)火電極外殼為陶瓷材質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)極易破損、折斷。在燃燒器組裝過程中需加強(qiáng)對(duì)電極的保護(hù)，或者在燃燒器安裝完成后，再進(jìn)行點(diǎn)火電極安裝。在安裝結(jié)束后，需對(duì)點(diǎn)火電極外部進(jìn)行檢查，并進(jìn)入燃燒室內(nèi)部進(jìn)行冷態(tài)放電打火試驗(yàn)，如果能觀測(cè)到明顯的電火花，則點(diǎn)火電極安裝合格，否則應(yīng)通過彎曲電極來調(diào)整兩個(gè)點(diǎn)火電極之間的間隙，直至能產(chǎn)生持續(xù)的電火花。

2.2? ? 火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障

AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)有兩個(gè)在燃燒室周向不同位置的火焰探測(cè)器監(jiān)測(cè)火焰，通過感光玻璃片采集光信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)傳輸電纜及火焰放大器傳至控制系統(tǒng)。當(dāng)兩套火焰監(jiān)測(cè)裝置均未檢測(cè)到火焰時(shí)，觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)熄火保護(hù)?；鹧嫘盘?hào)在傳輸?shù)娜我画h(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致無法監(jiān)測(cè)燃燒狀態(tài)，從而造成系統(tǒng)誤判、點(diǎn)火失敗。

火焰探測(cè)器中用于感光的石英鏡片在運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)后易出現(xiàn)臟污甚至產(chǎn)生裂紋[3]，石墨墊片材質(zhì)偏軟易碎，破損后的石墨渣會(huì)影響石英鏡片的透光率。因此，需定期對(duì)火檢玻璃進(jìn)行檢查和清理并進(jìn)行光感試驗(yàn)，保證火焰探測(cè)器的正常工作。

火焰探測(cè)器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器與信號(hào)傳輸電纜通過6針航空插頭連接，若電纜固定不牢，插頭處易松動(dòng)且針頭可能彎曲折斷導(dǎo)致信號(hào)傳輸不良。且若燃?xì)廨啓C(jī)本體保溫效果較差，高溫環(huán)境會(huì)加速信號(hào)電纜的老化，老化后的電纜易短路并導(dǎo)致火焰放大器內(nèi)部保險(xiǎn)熔斷或卡件故障。因此，在安裝階段應(yīng)對(duì)電纜做好固定、屏蔽和隔熱措施。

火焰探頭采集的火焰脈沖信號(hào)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)會(huì)觸發(fā)火焰繼電器動(dòng)作，同時(shí)火焰信號(hào)的強(qiáng)度可在火焰放大器控制面板（圖7）的條形圖（Flame Signal）上看到。當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)部故障或火焰信號(hào)強(qiáng)度低時(shí)，火焰繼電器斷開并導(dǎo)致熄火調(diào)機(jī)。為使火焰監(jiān)測(cè)設(shè)備正確工作，必須按技術(shù)要求調(diào)節(jié)火焰放大器的感光靈敏度（Sensitivity）。

2.3? ? 天然氣參數(shù)不滿足要求

燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火參數(shù)的確定意味著空燃比的確定，空氣進(jìn)氣量或燃料量發(fā)生變化，都可能影響點(diǎn)火成功率。

2.3.1? ? 空氣量變化

在點(diǎn)火轉(zhuǎn)速確認(rèn)的情況下，空氣進(jìn)氣量主要受環(huán)境溫度、濕度、IGV角度的影響。在夏季和冬季工況下，受環(huán)境影響，夏季空氣的質(zhì)量流量小于冬季，因此需要在每年夏季和冬季分別進(jìn)行一次燃燒調(diào)整，以排除環(huán)境變化帶來的干擾。

AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)在30%負(fù)荷前，IGV始終維持在最小開度。為排除IGV角度對(duì)空氣量的影響，新機(jī)啟動(dòng)前、機(jī)組檢修后均需對(duì)IGV的角度進(jìn)行復(fù)測(cè)并進(jìn)行冷態(tài)調(diào)節(jié)，確保其角度正確。

2.3.2? ? 天然氣組分變化

因天然氣供應(yīng)緊張，為保證氣源的穩(wěn)定性，燃?xì)廨啓C(jī)電廠一般設(shè)計(jì)有多路氣源，不同的氣源成分有差異，即使是同一氣源，在氣站上游也無法保證天然氣熱值的穩(wěn)定性，經(jīng)常出現(xiàn)管道氣和LNG摻混使用的情況。在點(diǎn)火參數(shù)不變的情況下，氣源的切換會(huì)導(dǎo)致天然氣沃泊指數(shù)（Wobbe Index）變化。當(dāng)沃泊指數(shù)變化較大時(shí)，預(yù)設(shè)點(diǎn)火參數(shù)下的當(dāng)量比偏離較大，易導(dǎo)致點(diǎn)火失敗[4]。為防止熱值變化對(duì)點(diǎn)火成功率的影響，某電廠在天然氣入口母管設(shè)有天然氣色譜儀[1]，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天然氣成分、熱值，當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)做出調(diào)整。同時(shí)，可以將色譜儀采集數(shù)據(jù)引入燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制系統(tǒng)，建立函數(shù)關(guān)系。AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中預(yù)留有天然氣成分參數(shù)接口，后期可經(jīng)調(diào)試實(shí)現(xiàn)燃燒參數(shù)的在線調(diào)整。

為保證進(jìn)入燃燒器的天然氣烷烴濃度100%，在燃?xì)廨啓C(jī)檢修或氮?dú)庵脫Q后，運(yùn)行人員應(yīng)在前置模塊排污口通過手持天然氣檢漏儀檢測(cè)天然氣濃度，當(dāng)濃度不足時(shí)，重新進(jìn)行天然氣置換，防止出現(xiàn)天然氣管道置換不徹底的情況。

2.4? ? 燃料供應(yīng)系統(tǒng)故障

燃?xì)廨啓C(jī)電廠所需天然氣經(jīng)上游分輸站進(jìn)入電廠調(diào)壓站過濾、調(diào)壓后，再經(jīng)前置模塊二次加熱、過濾，由燃?xì)饽K閥門調(diào)節(jié)后經(jīng)天然氣環(huán)管分配至各燃燒室參與燃燒。整條供應(yīng)管路管線長(zhǎng)、關(guān)節(jié)多，為保證點(diǎn)火成功率，需要燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4.1? ? 天然氣管線積水

根據(jù)各地區(qū)的實(shí)際建設(shè)情況，上游天然氣分輸站與電廠的距離有所差異，若距離遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致天然氣輸送管道長(zhǎng)。且電廠調(diào)壓站、前置模塊、燃?xì)饽K均為模塊化設(shè)計(jì)，這也導(dǎo)致空間狹小、管路支路和彎頭較多。當(dāng)環(huán)境溫度低、濕度大時(shí)，特別是在高海拔地區(qū)，天然氣會(huì)在管道內(nèi)生成凝結(jié)水，凝結(jié)水量增大會(huì)對(duì)點(diǎn)火造成影響[5]。因此，建議定期對(duì)調(diào)壓站、前置模塊內(nèi)過濾器進(jìn)行疏水，必要時(shí)啟動(dòng)電加熱或通過水浴加熱器提高天然氣溫度。

2.4.2? ? 管線堵塞

天然氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)前需經(jīng)多級(jí)過濾，粗、精過濾器均裝有壓差指示器和壓差變送器，可通過壓差示值判斷過濾器是否堵塞。但燃?xì)饽K入口為一Y型過濾器，無任何監(jiān)測(cè)儀表，隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，無法判斷其臟污情況。為防止其堵塞對(duì)燃燒產(chǎn)生影響，建議定期對(duì)濾芯進(jìn)行檢查，臟污時(shí)進(jìn)行清潔、更換。

在燃?xì)廨啓C(jī)新機(jī)組調(diào)試時(shí)，還會(huì)通過冷、熱反吹對(duì)新安裝燃燒器、燃料環(huán)管進(jìn)行吹掃，確保管線清潔、暢通。

2.4.3? ? 燃?xì)忾y門卡澀、行程漂移

AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)采用單獨(dú)液壓油箱供油至燃?xì)忾y門油動(dòng)機(jī)，若油質(zhì)不合格，會(huì)造成各液壓閥的濾網(wǎng)堵塞、伺服閥卡澀等情況，從而引起天然氣流量失調(diào)導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。因此，閥門的精確調(diào)節(jié)需要滿足規(guī)范要求的液壓油，AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)選用殼牌L-HM 46抗磨液壓油，在閥門調(diào)試前需進(jìn)行濾油工作，直至油質(zhì)合格[6]。

同樣，值班閥行程漂移、異物堵塞、閥籠（控制閥中用于流量調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，如圖8所示）錯(cuò)位也會(huì)使得天然氣流量控制失準(zhǔn)而導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)忾y門選用Pruss閥體和Rexroth液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行調(diào)試前，需先確認(rèn)值班控制閥閥籠是否安裝正確，某電廠調(diào)試時(shí)就出現(xiàn)值班閥閥籠選用了非調(diào)節(jié)型和閥籠安裝錯(cuò)位的問題而導(dǎo)致點(diǎn)火一直失敗。然后通過對(duì)值班控制閥進(jìn)行冷態(tài)校驗(yàn)標(biāo)定零位與滿位。在熱態(tài)調(diào)試時(shí)，通過比對(duì)值班控制閥后的流量計(jì)測(cè)得的數(shù)值，對(duì)預(yù)設(shè)的閥門流量特性曲線進(jìn)行修正。當(dāng)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗故障后，可與之前點(diǎn)火成功時(shí)值班控制閥后的流量計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)來判斷值班閥行程是否漂移。

3? ? 結(jié)束語

燃?xì)廨啓C(jī)的點(diǎn)火性能是燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)過程中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，可靠穩(wěn)定地點(diǎn)火是確保燃?xì)廨啓C(jī)能夠正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本文從AE64.3A型燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和點(diǎn)火過程出發(fā)對(duì)影響其點(diǎn)火成功率的因素進(jìn)行分析，總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)并提出相關(guān)設(shè)備管理措施和故障排查建議，可供同類型機(jī)組在解決類似故障時(shí)借鑒參考。

涉及燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火成功率的因素較多，日常工作中應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備管理和定期維護(hù)，在發(fā)生點(diǎn)火故障時(shí)應(yīng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)常見因素進(jìn)行詳細(xì)排查，快速找出故障點(diǎn)，盡快恢復(fù)點(diǎn)火條件，保障機(jī)組按時(shí)并網(wǎng)。

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收稿日期：2023-03-14

作者簡(jiǎn)介：劉洋（1994—），男，安徽人，助理工程師，研究方向：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠生產(chǎn)運(yùn)行。

張煜（1976—），男，廣東人，工程師，研究方向：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠生產(chǎn)運(yùn)行。