9E燃机排气温度分散度的分析

9E燃机排气温度分散度的分析

张金博尹若尘

（浙能镇海发电有限责任公司315200）

摘要：燃气轮机的燃烧监测主要是依靠燃机排气温度分散度。排气温度分散度不仅能表征透平排气温度场均匀程度，还能间接反映燃机透平，燃料供应系统，燃烧系统的工况。本文对燃机排气温度分散度的意义，保护原理，造成排气温度分散度大的故障因素和相应处理进行了分析，来更好地理解燃气轮机的排气温度分散度保护。

关键词：燃气轮机；排气温度分散度；燃烧；保护

引言

某厂300MW燃气—蒸汽联合循环发电机组由两台100MW等级的燃气轮机和一台100MW等级汽轮机组成。燃气轮机的型号为PG9171E，由美国GE公司生产，现以天然气为燃料，控制系统采用MARK-Ⅵe，燃烧模式采用DLN1.0，燃烧室采用逆流式分管形燃烧室。本文以该厂燃气轮机作为研究对象。

1排气温度分散度的意义

燃气轮机的工作环境十分恶劣，9E燃机透平前温T3可达1124℃，在如此高的温度下运行，各部件难免因为高温出现故障。但是运行中无法直接测量，只能通过查看透平排气温度流场是否均匀，来推断透平进口温度流场是否均匀，进而判断燃烧是否正常。

2排气温度分散度保护原理

9E燃气轮机共有24只排气热电偶，以透平轴承为圆心，均匀分布在燃机排气通道上，如图1所示。实际上，24只排气热电偶测得的数据不可能完全相等，总是有些偏差。所以需要设置一个合理的排气温度差值标准，确定机组在正常情况下各排气热电偶测得的数据允许有多大的温度差值，这个差值就是排气温度允许分散度Sallow。将计算机算得的排气温度允许分散度Sallow与排气热电偶测得的温度差进行对比，来判定燃烧故障，抑或测温系统异常。

图1排气热电偶示意图

2.1排气温度允许分散度计算

9E燃气轮机工况在变化时，其透平前温T3和排气温度T4也随之变化。在MARK-Ⅵe中，保护系统采用压气机出口温度反应机组工况变化所引起排气温度变化。当压气机出口温度较高，意味压气机压比较高，T3随之升高，T4也随之升高。因此压气机出口温度也是计算排气温度允许分散度TTXSPL依据之一。

燃机未加偏置的排气温度允许分散度计算公式：

ttxspl_zl=0.145*TTXM-0.08*LJCTDA+30℉（限制在30℉-125℉之间

ttxspl_zl（未加偏置的允许排气分散度，允许分散度计算模块的计算结果由中间选择器限定在上限不大于125℉，下限不低于30℉）

TTXM（透平出口平均排气温度）

LJCTDA（压气机排气温度CTD被加以上限700℉下限300℉，形成加限的压气机排气温度LJCTDA）

燃烧监测退出是在正常允许分散度上增加偏置值，考虑到过渡过程中实际分散度瞬时的增大。偏置是一个温度值，其变化范围典型值在在0-200℉之间。引起偏置值突升至200℉的过渡条件就是燃烧工况稳定。因此得到排气温度允许分散度TTXSPL的计算公式：

TTXSPL=ttxspl_zl+200℉-TTXSPLBTTXSPLB（允许排气温度分散度偏置）

（1）燃烧工况还在变化，则TTXSPLB=0

（2）燃烧工况稳定，则TTXSPLB逐渐增加，500s后接近200℉。TTXSPL开始相应减少，500s后接近ttxspl_zl。

2.2排气温度分散度计算

24只排气热电偶信号接入电脑，经电脑分散度模块对其进行物理排序。计算出最高排气分散度TTXSP1（最高排气温度减去最低排气温度），次高排气分散度TTXSP2（最高排气温度减去次低排气温度），次次高排气分散度TTXSP3（最高排气温度减去次次低排气温度）。

2.3排气温度分散度保护

排气温度分散度保护过程就是将TTXSP1，TTXSP2，TTXSP3与TTXSPL进行比较。该厂排气分散度保护是在燃机达到最小运行转速60s后投入。这是因为燃机在工况变化时，燃料还在调节中，透平进出温度场分布不均匀，这时若投入可能会引起排气温度分散度保护误动。下面将该厂排气温度分散度保护投入后，按故障类型分三种情况进行分析。

（1）排气热电偶故障：TTXSP1＞5*TTXSPL，延时4s，排气热电偶故障报警

（2）燃烧故障报警：TTXSP1＞1*TTXSPL延时3s。燃烧故障报警

（3）排气分散度高跳机：TTXSP1＞1*TTXSPL，TTXSP2＞0.8*TTXSPL，并且最低排气热电偶和次低排气热电偶相邻，延时9s机组跳机；TTXSP1＞5*TTXSPL，TTXSP2＞0.8*TTXSPL，并且次低排气热电偶和次次低排气热电偶相邻，延时9s机组跳机；TTXSP3＞1*TTXSPL延时9s机组跳机。

3排气温度分散度大的因素

（1）测量系统故障

排气热电偶开路，信号传输电缆故障等。测量系统故障会直接影响到测得的排气温度数值，引起排气温度分散度大。日常巡检中加强排气热电偶画面，测量传系统检查，发现异常，及时处理。运行监盘中严密监视排气温度热电偶画面，若个别热电偶故障或开路，可先强制此排气温度热电偶，防止保护误动。如图2所示

图2排气温度热电偶强制画面

（2）燃料供给系统故障

燃料喷嘴由于异物而受堵或者法兰漏气造成流入燃料量不均匀，最终引起透平进口温度流场不均匀，造成排气温度分散度大。所以加强燃料供应系统内窥镜检查。机组检修时，保证天然气管道，天然气供应系统部件清洁，并进行吹扫，防止异物堵塞。

（3）燃烧系统故障

过渡段烧穿燃烧筒破裂等。当燃烧部件有裂纹后，会有过量的冷空气进入有故障的部件，进而冷却高温燃气，造成透平进气温度场的不均匀，从而导致排气温度分散度大。所以利用机组检修的机会详细检查燃烧部件，发现异常立刻更换。燃机运行中，若燃烧系统故障应立即申请停机并进行检查，保证设备安全。同时应定期进行拆检。

（4）透平系统故障

透平缸体漏气，叶片变形。此种故障主要导致高温燃气在透平各流道膨胀作功不均匀，直接导致透平排气温度流场不均匀，引起排气温度分散度大。定期用窥镜对透平各级进行全面检查，发现透平缸体泄露及时进行处理。

4结论

运行人员应掌握燃机各种工况对应的排气温度分散度，一旦排气温度分散度出现明显变化，应及时分析，并适时对排气温度分散度测量系统，燃烧室部件等进行全面检查。日常监盘中，应加强燃烧系统的动态监测，一旦发现异常，就可以在排气温度分散度保护动作之前及时进行处理保证设备安全。同时定期对燃烧系统，透平，排气温度热电偶等部件进行全面检查，保证设备可靠稳定。

参考文献：

[1]中国华电集团公司.大型燃气蒸汽联合循环发电技术丛书控制系统分册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]程谷寅.GEPG9171E燃气轮机MARK-Ⅵe控制逻辑详解[M].浙江：浙能镇海发电有限责任公司，2015.

[3]李冬.燃气轮机排气温度监视保护和故障分析[J].科技展望.2016（14）.

[4]刘世秀.PG9171E燃气轮机排气温度控制及燃烧监视[J].中国高新技术企业.2008（13）.

[5]俞立凡，杨燕岚.9F燃气轮机燃烧故障分析[J].发电设备.2008（3）.