PG9351FA燃机DLN燃烧模式切换过程遮断原因分析

李 朋，王国锋，马成久

（1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；

2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

PG9351FA燃机DLN燃烧模式切换过程遮断原因分析

李 朋1，王国锋1，马成久2

（1.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；

2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

PG9351FA燃机是目前世界上先进型燃机的代表，该型燃机采用干低式氮氧化物（DLN）燃烧模式；燃机通过扩散燃烧（D5、1D、4D、6D）或预混燃烧（D5、1D、4D、4、6.3）2种途径进行增减负荷达到基本负荷状态，在燃烧模式转换和燃烧途径切换过程中，多次出现机组遮断情况，其影响遮断的主要原因为P2压力高或低遮断、燃气吹扫故障遮断、排气分散度高遮断，并就具体影响遮断的原因进行了系统的理论分析。

燃烧模式；遮断；P2压力；吹扫故障；排气分散度

某机组采用高效二拖一燃气—蒸汽联合循环机组，该机组配有2台GE公司设计的MS9001FA系列PG9351FA重型、双轴燃气轮机，该燃机采用干低式氮氧化物（DLN）燃烧模式［1］。燃机调试运行期间出现多次机组遮断情况，其中大部分遮断发生在DLN燃烧模式切换过程中。本文对DLN燃烧模式切换过程中导致遮断的原因进行总结，并进行原理分析。

1 燃烧模式

燃机采用的DLN燃烧系统共有6种DLN燃烧模式：D5、1D、4D、4、6.3和6D。运行时各燃烧模式按所属负荷区间进行划分，如表1所示，表1中同时列出了不同燃烧模式工况下燃料工作通道和吹扫系统工作通道。

表1 燃机点火升负荷过程燃气管道吹扫情况

DLN燃烧系统可分别通过预混燃烧（即经过D5、1D、4D、4、6.3 5种燃烧模式）和扩散燃烧（即经过D、1D、4D、6D 4种燃烧模式）2种途径到达基本负荷状态，实际运行中不同途径所经燃烧模式如图1所示。预混燃烧途径作为常用工况下运行方式，在逻辑中可以选择预混模式闭锁，也可以在HMI画面中进行手动选择预混燃烧途径；而扩散燃烧途径则作为备用及保护途径，当吹扫系统发生吹扫故障时，系统自动将预混燃烧途径切换到扩散燃烧途径，从而使燃机继续维持稳定负荷。

图1 燃机启动加载到基本负荷过程中燃烧模式

2 主要遮断原因

在燃机调试运行期间，燃烧模式频繁切换主要是由于燃机大幅度增减负荷造成的，有2个诱因导致其负荷变动剧烈：其一是该地区电网频率不稳定，变动范围超过49～50.5 Hz，控制系统根据网频进行自动增减负荷；其二是天然气气源不稳定，燃机运行期间需要天然气压力通常维持在2.8～3.3 MPa范围内，当天然气压力超出该范围时，控制系统也将自动进行增减负荷，上述2种情况导致燃机在运行调试期间DLN燃烧模式切换频繁，从而导致燃机遮断情况时常发生［2］。DLN燃烧模式切换过程中导致遮断情况发生的原因如下。

2.1 P2压力高或低遮断

DLN燃烧模式切换过程中，引起机组遮断发生最主要原因是P2压力的变化故障［3］。P2压力是燃气流量控制阀GCV前的压力，燃气模块内的速比阀SRV根据速度反馈信号来调节燃气压力P2的大小，并维持其稳定。燃机运行时，实际所需P2压力值可根据以下计算公式获得：

式中：FPKGNG为燃气压力增比；TNH为速度反馈，取0.026 68 MPa／%；FPKGNO为补偿压力，取－0.132 4 MPa。

燃机点火至暖机结束期间，需要确保压力P2在预定范围内，图2给出了暖机期间P2压力范围，P2压力上限为计算压力的1.25倍即0.319 MPa，超出该压力范围，燃机会发生P2压力高遮断，P2压力下限为计算压力的0.8倍即0.204 MPa，当进气低于该压力时，燃机会发生P2压力低遮断，暖机期间P2压力达到计算所需压力范围，如果该压力高于或低于特定的点火时燃气压力，机组发生遮断。

图2 燃机暖机期间P2压力范围

燃机从点火结束到满负荷状态过程中，预混燃烧途径和扩散燃烧途径所需P2压力曲线值如图3所示；同时在相同燃烧途径所需P2压力值又有高温天气和低温天气区分，具体情况如图3所示。P2压力上限同样为计算压力的1.25倍，超出该压力范围，燃机会发生P2压力高遮断，P2压力下限为计算压力的0.8倍，当进气低于该压力时，燃机会发生P2压力低遮断。

图3 燃机加载负荷期间P2压力曲线

2.2 排气分散度高遮断

燃烧模式进行切换过程中，排气分散度高也是导致机组发生遮断的一个主要原因［4］。燃机透平排气分散度是反映燃烧室燃烧均匀程度的参数，MARK IVe系统采用燃机实际运行工况中的3个最大排气分散度值与理论计算的3个最大允许分散度值进行比较，以此确定当前工况下燃烧室内的燃烧状态；其中3个最大排气分散度值为：排气最高温热偶与排气最低温热偶温度差值称为排气温度分散度S1，排气最高温热偶与排气第二低温热偶温度差值称为排气温度分散度S2，排气最高温热偶与排气第三低温热偶温度差值称为排气温度分散度S3；最大允许排气分散度值可通过压气机排气的最大压力和系统平均排气温度进行计算获得，其计算公式为

式中：TTXSPL为允许最大分散度值，℃；TTXM为平均排气温度，℃；CTDA为最高的压气机排气温度，℃；TTKSPL5为压气机排气温度补偿值，为60℃。

当3个最大排气分散度值与理论计算的3个最大允许分散度值进行比较并且得到以下3种情况中任何1种时，延时2 s，燃机主保护遮断。

a.分散度S1超过允许分散度值的1倍，分散度S2超过允许分散度值的0.8倍，并且分散度S1和S2发生在相邻的温度热偶测点上。

b.分散度S1超过允许分散度值的5倍（坏偶），分散度S2超过允许分散度值的0.8倍，并且分散度S2和S3发生在相邻的温度热偶测点上。

c.分散度S3超过允许分散度值1倍，并且分散度S2和S3同时超过允许分散度值。

而对于F级燃机，在机组启动、负荷设定值变化、FSR快切和排气热偶故障时，最大允许排气分散度在计算出理论允许分散度值的基础上额外增加一个10～76℃范围内的温度偏置，以避免在机组燃烧模式变化时因实际分散度瞬间增大而误跳机。

2.3 燃气吹扫故障遮断

在燃机采用燃气或燃油运行过程中，为防止连接到燃烧室且未投入工作状态的燃气、燃油及喷水通道发生燃料集聚及燃烧回流现象，利用压气机排气对这些管道进行吹扫［5］，其吹扫系统如图4所示。

图4 燃机吹扫系统阀门控制图

当DLN燃烧模式进行切换时，燃机吹扫系统需要根据不同燃烧模式，对燃气通道进行吹扫，不同燃烧模式时吹扫通道如表1所示。此时，吹扫阀门及安全阀根据系统指令进行开关，阀门开关故障同样是导致燃机遮断情况发生的主要原因，具体故障现象及原因分析如表2所示。

表2 吹扫系统阀门故障及原因分析

3 结束语

对燃烧模式切换过程中，导致机组遮断的3个原因（P2压力高或低、排气分散度高及吹扫系统阀门故障）进行了系统的理论分析，为同类型机组发生类似遮断原因分析提供一定的借鉴和参考。

［1］姚 珺，黄红艳.PG9351FA型燃气透平技术特点［J］.东北电力技术，2005，26（11）：44－46.

Analysis on Interrupt Reasons for DLN Combustion Mode Transfer Process of PG9351FA Gas Turbine

LI Peng1，WANG Guo⁃feng1，MA Cheng⁃jiu2
（1.Liaoning Dongke Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

PG9351FA gas turbine is the representative of advanced gas turbine in the world，dry low NOx（DLN）combustion mode is adopted by this gas turbine，two paths are used for gas turbine to reach the base load，one of the two paths is diffuse combustion mode including D5、1D、4D、6D，and the other path is premix combustion mode including D5、1D、4D、4、6.3.Multiple unit interrupt conditions happen in the process of the combustion mode transfer，main interrupt reasons are including pressure P2high or low trip，purge system valve fault trip，and high exhaust spread trip，the detail interrupt reasons are elaborated in this paper.

Combustion mode；Interrupt；P2pressure；Purge fault；Exhaust dispersity

TK477

A

1004－7913（2015）12－0044－03