探析9FA燃机排气温度场偏转规律

探析9FA燃机排气温度场偏转规律

郭晓旸

江苏华电戚墅堰发电有限公司 江苏省常州市延陵东路368号 213011

【摘要】本文以9FA燃机为例，对其燃烧系统的监测情况进行分析，以热电偶故障报警、燃烧故障报警、分散度过高而遮断三种情况进行阐述，以此为基础，对该燃机排气温度场的偏转规律进行总结，希望能够对燃机燃烧系统的平稳运行，提供一些理论上的帮助。

【关键词】9FA燃机；排气温度场；偏转规律

当下燃气轮机系统已经呈现出更加成熟化的趋势，这与科技发展水平进步是分不开的，在燃机系统联合循环发电过程中，能够为社会提供更多所需的电力，达到对能源结构和工业结构的调整优化。对燃机排气温度场的偏转规律进行分析，有利于燃机系统运转保持正常状态，提高运行效果。

1、9FA燃机燃烧系统监测

燃机工作运行期间，机组燃烧室内存在的燃气，会因温度升高而发生膨胀，高温气体包含的部分能量，将会发生变化，成为机械功。为在最短时间内达到能量转化目的，需提高机组初始温度。比如9FA系列机组温度经研究改进，温度能够达到1380℃，这一温度环境会直接造成机组燃烧室部件故障，比如常见的裂纹、破损等。同时我们要想监测高温状态下部件的实时状态，是不易办到的，会受到很多现实阻碍，因此要检测燃烧室内部件的运行状态，只能选择测试的方法。为了对机组排气温度场的均匀性进行分析，9FA机组在排气通道周围均匀的安装了多根热电偶。在理想状态下，热电偶的排气数值相同，但事实上，由于受多种因素影响，温度场无法达到完全均匀，需要设置一个标准值，对机组的温度分散度进行计算后，与该数值进行对比，如若超过该数值，则认为机组处于异常状态。

1.1热电偶故障报警

测量热电偶时，需要了解其允许分散度、最高温度分散度，在记录时会将这一名词用不同字母符号代替，前者设定为“S”，后者设定为“S1”，常数则设定为“K”。当热电偶发生故障，S1和S的比值会大于K，此时机组便会自动监测到，进而发出警示。在正常运行情况下，S1的数值应低于S，如若S1超过S，便意味着燃烧不够正常。但是当S1的数值超过K，且S的数值为5S时，也就是排气分散度数值超过5倍时，显然不可能，因此可判定热电偶正处于故障状态，机组报警具有合理性。

1.2燃烧故障报警

机组的燃烧出现故障时，S1大于S，两者的比值大于K，这种情况说明燃烧状态不正常，而机组会发出警示。

1.3分散度过高而遮断

机组燃烧状态倘若不在正常范围内，排气分散度会不断增加，此时需要对机组做遮断处理，但是遮断操作需要在以下条件下才能开展：一是S1和S比值不能超过K，此时的热电偶是正常、无故障的，可是实际测出的温度分散度与提前设置的数值不相符，一般是前者大于后者，所以机组会发生警示；二是S1与S的比值为0.8，当两个相邻低温排气温度之差超过允许值的0.8倍时；三是指示最低排气温度与第二个低排气温度两个测点，在通道中为相邻位置时。当只满足第一和第二条件时，最低与第二个低温两个测点并非相邻分布，只报警，不遮断；但是，如若上述三个条件均成立，在机组立即遮断停机。此种遮断还应考虑以下因素，顺着排气通道设置多个测点，对温度分散度、均匀性等进行检测，如若测量的温度最低值与第二个低值之间为相邻状态，说明S1与S2均超出允许数值，意味着该区域范围内排气温度处于异常状态，即排气温度与正常值相比较低，很可能因某个燃烧组件出现故障或者过渡段受损而出现温度不均等情况，进而立即停机，寻找事故的发生原因。

2、9FA燃机排气温度场偏转规律

一般而言，机组燃烧的温度场不会有完全均匀的情况，而热电偶测量也不十分精准，所以在设置燃机在排气通道中的热电偶时，数值自然也是不同的。倘若排气温度数值有低于标准值，且处在低温范围时，意味着某处最低温和相邻位置的温度差距过大，超过了既定数值，当负荷发生变化时，系统故障就已经存在了。以下结合S109FA机组，进行了燃机排气温度场偏转规律的实验研究。

2.1检验方法

在S109FA机组中，有三个不同级别的透平通道。第一级别透平通道的进口高温燃气，与第三级别透平通道排气的方向是有一个扭转角存在的，这个扭转角与负荷变化有着一定联系。究其原因，主要由于机组运行过程中，转子始终处于旋转状态，第一级机组透平进口的气流与第三级出口之间存在一定的转角，也就是燃气朝着顺时针的方向流动，与排气测点之间有一定角度，该角被称为扭转角，随着负荷的不断增加而减少，二者之间具有对应关系，不同机组类型的对应关系不尽相同。

2.2检验结果

机组排气温度场的实际情况，与燃烧状况有直接关系，任意燃烧室中一般会有固定的排气温度测点，当机组负荷发生变化以后，与之相对的排气温度分布也会发生改变，形成不同状态的扭转。在本文研究的机组中，曾因燃烧部件故障而出现跳机事故，排气温度值如表1和表2所示。

表1 燃机带负荷时排气温度

表2 全速空载状态下排气温度

2.3偏转规律

机组燃烧室的布置状态是环形的，室内火焰筒在通过过渡位置，到达第一级喷嘴的角度大约在20°，因为对扭转估算的精准度没有太高的要求，所以只需将数值精确到相应燃烧室就可以。在停机状态下进行检查，与实际情况相结合，对邻近的燃烧室也要进行检查。

检查结果可知，9FA机组中的对应关系如下：①在标准工况基本符合情况下，1号燃烧室出的燃气经过透平做功，扭转偏向间隔两个燃烧室，转角为顺时针54°作用，在TTXD_8的排气热电偶附近。②在全速空载运行状态下，1号燃烧室产生的燃气经过透平做功，扭转偏向间隔三个燃烧室，转角为顺时针160°左右，在TTXD_17的热电偶附近。

机组燃烧监测过程，具有较为突出事后性特点，这是因为监测是以排气分散度的变化为依据的。因此，在日常运行过程中，应针对“GT-exhaust”页面进行重点监视，针对多种工况进行分析和检查。此外，还可将CDM动态燃烧监控系统引入其中，在燃烧室中增设多个压力探头，经过透平间中的数据采集模块，通过电缆输送到MARKVI的音频卡之中，经过FFT变换对监测燃烧的稳定性进行实时监测，便于提前发现燃烧异常情况，对燃烧脉动的状态进行有效控制，进而有效避免燃烧故障的发生。

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