9E燃机电厂燃烧模式分析与管理

9E燃机电厂燃烧模式分析与管理

吴昊

华电湖北发电有限公司武昌热电分公司  430000  湖北武汉

摘要：燃气轮机是燃气电厂运行系统的重要构成之一，其运行稳定性会直接影响电厂运行的稳定性，甚至影响电厂运行可靠性与安全性。本文对9E燃机的电厂燃烧模式进行研究，主要目的是探索9E燃机在电厂内的燃烧原理，分析其燃烧模式的变化切换过程，提出切实可行的燃烧模式管理方法，以此预防9E燃机燃烧模式切换的失败。本文简要分析了9E燃机的技术特征、9E燃机电厂燃烧模式，之后对9E燃机的电厂燃烧模式切换与防控管理方法进行深入探究。

关键词：9E燃机；电厂；燃烧模式；分析；管理

随着现代社会建设水平的不断提升，我国政府对各地区电厂的排放要求不断提高，如何降低氮氧化合物的排放量，是电厂都在探索的问题。基于此种背景，各电厂纷纷引入新型号的燃气轮机，比如：9E燃机。利用9E燃机辅助电厂系统运行，通过DLN1.0低NOx燃烧器进一步加强对电厂燃烧气体的排放控制，满足国家排放要求。为了更大程度上发挥9E燃机使用价值，电厂对9E燃机的燃烧模式进行研究，发现其可以根据燃烧进程自动切换燃烧模式，但是在发展到一定程度之后仍然存在燃烧模式切换失败的风险。这就需要加强对9E燃机燃烧模式运行的管理，以此提升9E燃机的燃烧运行有效性，起到良好的预防与控制作用[1]。

一、9E燃机的技术特征及燃烧模式

（一）9E燃机的技术特征

9E燃机是GE公司研发的E级汽轮机产品，其在原本的9E.03机组原理基础上，增加了F级的燃机技术，进一步提升了燃气轮机产品的整体性能。根据9E燃机产品结构分析，9E燃机保留了现阶段大部分9E.03产品的机型结构，采用17级叶片，设计压力为13.1，大幅度降低了研发成本的同时提升了机器结构的流通性，有效避免机组调整对机器的热原力系统造成影响。

根据9E燃机运行原理分析，该公司技术人员将原本的燃烧器检修口并入到了热通道检修口中，同时对原本的燃烧器进行升级，采用DLN1.0+燃烧器；之后对稀释孔、加粗联焰管进行调整，对过渡段后端固定部分结构进行调整。经过改造之后，9E燃机在燃烧负荷运行时NOx的排放量降低到了15mg/Nm³，进一步满足了电厂燃烧排放需求，符合国家标准要求。

9E燃机最明显的技术特点，就是原本的三级透平调整为四级透平，排气扩散段被更换。新的四级透平采用全三维设计，单机透平的荷载负荷下降，每一级透平叶片升级，机组的T1T温度约为1150℃，但是仍然属于E级范畴。

（二）9E燃机电厂燃烧模式分析

    在GE的燃气轮机控制架构中，DLN控制模块的主要功能就是根据估算的燃烧基准温度来对当前供应燃料量进行分流，输送到不同的燃烧室喷嘴中进行预混，同时通过精确调节控制阀VGC的开度大小来实现预期的燃料-空气混合比。   

根据9E燃机设备的燃烧机理，其燃烧模式大致可以分为：负荷恢复模式、预混稳定模式、预混切换模式、二次切换模式、扩散贫—贫模式、贫—贫负燃烧模式、贫—贫正燃烧模式、初始燃烧模式，这些模式的切换是按照温度值调整的，各温度值的切换节点分别为L26FXL1=1650°F、L26FXS1=1970°F、L26FXL2=1995°F、L26FXL3=2055°F。以这四个数值为依据，9E燃机的燃料模式应当经历初始燃烧模式、贫—贫正燃烧模式、二次切换模式与预混切换模式，在完成燃烧条件之后继续进行燃烧模式切换，并且最终进入预混稳定的燃烧模式。

初始燃烧模式是9E燃机燃烧的基础模式，在启动点火之后，直接进入初始燃烧模式，这样的条件之下只燃烧控制阀1，火焰在燃烧模式之下可以被探测出，这一过程中清吹控制阀始终开启运行，在机组并网之后负荷不断增加，燃料数量持续增添，温度数值高于1650°F时，9E燃机推出初始燃烧模式[2]。

贫-贫正燃烧模式中，9E燃机的阀门1可以向上切换，若温度数值高于1650°F时机组会自动退出初始燃烧模式自然进入本阶段燃烧模式，并且打开GCV2，开启二区火焰，一区与二区同时燃烧火焰；通过CGV1与CGV2两个阀位的FSR分解，CGV1火焰逐渐减小，CGV2快速打开启动到位，促使两个阀位的燃料比例为7:3。之后通过一级与二级喷嘴引燃火焰，将火焰引到一区与二区燃烧室中，此时负荷数值为50WM，温度数值约为930°F。

二次切换模式，当9E燃机退出贫-贫正燃烧模式时会自动进入二次切换模式，此时显示器的正常数值显示为1，若显示为0则为异常或者出现故障。一般情况下，二次切换模式会在30s之内结束，若30s之内没有结束这一模式，进入下一个模式，则会立刻触发报警装置，警示故障。9E燃机运行中，机组符合持续增加，当温度数值超过1970°F时，两个清吹控制阀会自动关闭， CGV3会小开度打开并且预充。

二、9E燃机的电厂燃烧模式切换与防控管理方法

根据上述分析的9E燃机燃烧模式切换过程可以看出，点火器指令始终处于无变化状态，可以判定这一区域重新着火并不是逻辑给出的指令，而是回火引起的，因此，在故障发生之后9E燃机很容易出现一区重新着火的情况。

技术人员对9E燃机的GC1、GCV2、GCV3这三个阀门的行程进行检查与核对，发现三个阀门的指令与反馈一致，可以排除阀门引起燃烧模式切换异常的可能性。对9E燃机的分散度、启动机器的负荷数值、245支热电偶温度数值进行数据分析之后，发现当9E燃机燃烧模式切换失败时，负荷数值为67MW，24支电偶中的4支电偶温度较低，其余电偶温度均在1100°F以上；之后对这四支电偶的燃料喷嘴进行检查，发现喷嘴有异常，存在表面脏污的情况。

根据上述原因及9E燃机燃烧模式的切换过程进行分析，发现9E燃机仍然存在燃烧模式切换失败的可能，且是由于燃烧1区火焰复燃、喷料嘴脏污引起的。根据这些情况，建议加强对9E燃机燃烧模式切换的管理，采取针对性措施预防9E燃机燃烧模式切换失败，具体方法包括：（1）定期检查9E燃机的燃烧室1区域2区的喷料嘴情况，检查喷料嘴表面孔洞是否存在脏污、堵塞的情况，及时发现异常问题，解决隐患[3]。（2）根据同类型机组数据分析，可以看出国内大部分9E燃机类型燃气机组喷料嘴损坏故障均发生在7#、8#喷料嘴位置，因此，应当加强对厂家的联系，加强对9E燃机这两个位置喷料嘴的质量检验与改进，预防9E燃机燃烧模式切换失败问题。（3）在9E燃机的水洗甩干中，应当适当延长水洗甩干的时间。技术人员应当根据9E燃机的实际情况修改水洗操作票，延长甩干时间至1.5h；延长恢复时间至2h。在水洗之后增加启动前的燃料管路检查、管路清吹环节，确保燃烧管路内不存在积水，不会影响之后的燃烧。（4）应当认真检查9E燃机的水洗系统，对9E燃机设备进行开机检查，并且在开机之前对排污阀、排污管等进行检查，保证这两个管件结构畅通。（5）制定以季度为单位的前置模块检查方案，全方位检查9E燃机前置模块的滤网与调压站，及时清理滤网，更换滤网。在这一过程中，技术人员启动离线水洗功能，手动打开底部的排污阀；之后检查VA13-3、VA13-4两处，确保其处于关闭状态，若非此状态，则应当启动强制逻辑对阀门进行关闭；修改L20PGT1X逻辑，在离线水洗状态中关闭吹扫阀。

采用如上手段对9E燃机的机器设备进行日常管理，及时发现设备的异常情况，将故障扼杀于摇篮中，避免及其设备部分位置出现脏污、积水等影响9E燃机的运行，保证9E燃机燃烧模式切换顺利。

结语：

综上所述，9E燃机是一种特定型号的燃气轮机，其具有DLN1.0燃烧系统及其相应的切换方式。根据本次对9E燃机的燃烧模式的研究可以看出，在燃烧的过程中，9E燃机的模式可以自动根据燃烧进程切换，但是发展到一定程度之后会出现切换失败的情况，如何预防与控制燃烧模式切换失败，是今后应当继续研究与探索的问题。在今后的9E燃机燃烧模式研究与运用中，应当充分考虑9E燃机所在电厂的环境，考虑9E燃机的运行过程，根据燃气轮机的燃烧模式运行原理进行优化，以此实现对9E燃机电厂燃烧模式切换的管理，维护9E燃机的运行稳定性。

参考文献：

[1]董奎,万园,罗磊彬,夏开君,杨小军,梁珊珊.浅谈9EMax与H-100燃机改造升级方案比较[J].东方电气评论,2020,34(03):42-47.

[2]汤建荣.9E型燃气轮机安装调试技术探讨[J].中国设备工程,2020(13):190-191.

[3]姚书恒.9E燃机电厂燃烧模式分析与管理[J].现代信息科技,2020,4(08):156-158.