9E燃气轮机起动失败原因分析及特性研究

2022-09-12

为了进一步完善燃气机的工作性能, 降低燃烧一氧化碳、氮氧化物的排放量, 自20世纪80年代开始, GE公司便不断改进、开发DLN燃烧技术, 并逐渐扩大此技术的投放应用, 使9E燃气轮的工作效率提高。

一、9E燃气轮机起动性能及其起动失败原因

在GE公司推行的9E燃气轮机中, 以冷态起动为主。[1]在9E燃气轮机运行时, 燃气轮机启动命令的发生到机组到达满负载, 需要较长的时间, 起动时间过长, 不利于机组的运行。同时, 液态变扭器、温度、汽轮机等都会对9E燃气轮机起动造成影响。具体而言, 在燃烧室系统中, 油温及火焰温度的低将导致起动失败, 温度较低, 将阻碍燃烧室燃料的燃烧, 这样便通过蒸汽推动系统的旋转, 使燃气轮机不能正常起动。在IGV的运行方面, IGV角度的过大, 将会增加空气流量, 增加压气机的功耗, 在这种情况下, 燃气轮机的起动便需要较大的功率, 当设备功率较小时, 将不能使燃气轮起动。此外, 排烟温度、滤网的清洁度等影响燃气轮的正常起动。

二、DLN燃烧室概述

1. DLN-1.0燃烧室特点

对于DLN-1.0燃烧室而言, 其具有自身的特点, 主要包括:第一, 相比于其他类型的燃烧室, DLN-1.0燃烧室的中心体组合件处于火焰筒内部, 同时, 也有文丘里组合件存在于火焰筒筒体上, 这就造成火焰筒复杂的结构, 需要对大量的冷却空气进行合理分配, 以此避免出现热应力集中的问题。第二, 在耐高温涂层涂在火焰筒内部, 从而防止火焰筒的变形、烧坏。第三, 二级燃料喷嘴布置在一级燃料喷嘴的内围, 燃料沿径向分布, 而对于一、二级燃料的位置而言, 以前后错开的相对轴轴向位置进行分布, 在燃料分级过程中, 火焰筒的横截面得到充分利用, 提高了燃烧室性能, 降低了污染物的排放量。

2. DLN燃烧室的设计原理

DLN燃烧技术, 是通过对燃烧火焰温度的合理控制, 以低氮氧化物含量的形式对燃气进行排放, 此技术主要通过预混燃气轮机燃料的形式, 合理控制空气、燃料的掺混, 以此实现在火焰筒中, 燃料的“贫油”燃烧状态, 从而使火焰的中心温度降低, 进而使氮氧化物的生成量得以减少[2]。

对于9E机组而言, 主要通过修改燃烧室火焰筒的方式降低Nox的排放。目前已有许多9E机组对其燃烧室进行改进, 使用DLN-1燃烧室。DLN-1燃烧室设计, 主要是通过散点燃料分级模式, 利用燃料喷嘴实现DLN燃烧。并逐渐简化火焰筒结构, 以模块化的形式设计喷嘴、火焰筒, 同时, 为了适应各种尺寸、结构的变化, 可适当调整喷嘴数量。

3. DLN-1.0点火及燃料管理

DLN-1.0点火及燃料管理系统是对燃烧室内的火焰位置的合理控制, 比合理分布燃料流量, 此系统主要有气体燃料控制系统、点火系统、火焰探测系统、IGV温控系统组成。[3]对于气体燃料控制系统而言, 其主要有3个燃料控制阀、燃料速比/截止阀组成, 在确保燃料压力的预定值稳定的情况下, 燃料控制阀通过控制信号对各个燃料喷嘴的燃料流量进行控制。

此外, 在燃气轮机起动时, 点火系统第一级燃料区的燃料进行点燃, 并与火焰筒连接, 以此实现其他燃烧室中燃料的燃烧。而火焰探测系统通过对火焰位置进行准确的探测, 从而实现燃烧过程的控制, 并对燃气轮设备进行保护。

三、优化9E燃气轮机起动过程

1. IGV的控制

对于IGV的控制, 在9E燃气轮机起动时, 根据部分转速, IGV对基准Rc工作进行控制, 当nr≤ni时, IGV的角度将会保护在35°左右, 从而使空气流动量减少, 进而相应减少了压气机的耗功, 这样燃气轮机便可利用较小功率的启动设备, 提高了压气机工作的稳定性。同时, 还应对IGV的温度进行控制, 确保燃气轮机的效率, 一般情况下, 在确保与燃气轮机基本温控线相同的情况下, 设置9E燃机的IGV温控线, 适当的温度是55℃~85℃。

2. 燃气轮机负荷及排烟温度控制

根据汽轮机与余热锅炉的需要, 对其负荷与排烟温度进行合理控制, 提高燃气轮机的快速响应能力与灵活性。在此过程中, 当汽轮机并网关闭后, 根据实际工作需求, 适度地对燃气轮机负荷进行增加。

3. 汽轮机控制

由于多数的9E燃气轮机为冷态启动, 当缸温不大于180℃时, 就需要在燃气轮机起动前, 对真空泵进行起动。凝汽器真空度处于-65k Pa左右时, 锅炉在起压后便可将旁路开启, 同时使向空排气阀关闭。这样, 便可利用旁路阀的开度对主蒸汽压力进行控制, 使其保持在较低水平, 从而增加了蒸汽流量, 使暖管效果增强, 提高燃气轮机的启动速度。

结束语

在9E燃气轮机起动的过程中, 需要DLN燃烧系统的各方面调试, 当机组处于满负荷后, 对DLN-1.0燃烧系统进行调整, 以此满足机组的各方面性能, 燃气轮机组在各负荷段的稳定运行。同时, 为了确保9E燃气轮机的顺利起动, 需要对其各方面性能进行优化, 对IGV、汽轮机、燃气轮机负荷等进行合理控制, 实现9E燃气轮的高效运行。

摘要：燃气轮机发电机组已经过了多年的发展, 已从最初的燃油发展到现在的天然气燃料, 是一种环保、新型的能源动力机械。对于9E燃气轮机而言, 其起动的失效影响燃烧室、燃气机的正常运行。本文主要对9E燃气轮机起动失败原因进行分析, 并提出解决失效的对策, 为机组的运行维护提供参考。

关键词：9E燃机,燃气轮,起动失败,原因分析