某厂西门子F级燃气轮机排气温度偏差大处理分析

陈强峰

(浙江浙能电力股份有限公司萧山发电厂，浙江 萧山 311251)

某厂西门子F级燃气轮机排气温度偏差大处理分析

陈强峰

(浙江浙能电力股份有限公司萧山发电厂，浙江 萧山 311251)

介绍了西门子F级燃气轮机排气温度冷点、热点保护原理，讨论了某电厂5号机组因燃气轮机排气温度冷点、热点保护动作而跳闸的事件经过和燃烧器清洗过程，对引起燃气轮机排气温度偏差的原因进行了分析，提出了相应的防范措施，可为今后同类型燃气轮机解决此类问题提供借鉴。

燃气轮机；排气温度偏差；冷点保护；热点保护

1 排气温度的冷点和热点保护

西门子F级燃气轮机在排气扩散段上布置有24个三支型热电偶用于排气温度的测量和保护。为防止燃气轮机热通道因过热而损坏，需要监控各燃烧器的燃烧工况。燃气轮机不但设置有排气温度高保护，还设置排气温度冷点、热点保护[3]。

排气温度冷点保护用于检测一个或多个燃烧器是否存在熄火现象，防止爆燃损坏热通道。排气温度冷点保护：相邻2个三支型热电偶的B和C的温度同时低于24个B和C平均温度50 K，则“排气温度冷点保护低”报警；如果相邻3个三支型热电偶的B和C的温度同时低于24个B和C平均温度50 K，则燃气轮机执行自动停机程序；如果相邻4个三支型热电偶的B和C的温度同时低于24个B和C平均温度50 K，则燃气轮机跳闸。

排气温度热点保护用于防止一个或多个燃烧器喷入了较多燃料，使燃气轮机热通道由于温度过高而损坏。排气温度热点保护：任意1个三支型热电偶的B和C的温度同时超过24个B和C平均温度30 K，则“排气温度热点温度高”报警；如果任意1个三支型热电偶的B和C的温度同时超过24个B和C平均温度50 K，则燃气轮机跳闸。

2 排气温度冷、热点保护动作事件经过

某电厂5号机组为西门子SGT5-4000F(6)型燃气轮机，燃烧室由一个环型的燃烧区和24个干式低NOx混合型燃烧器组成。为降低机组NOx排放浓度，西门子采用了改进型HR3燃烧器，取消了扩散燃烧，采用值班与预混燃烧模式。

5号机组经C修后冷态启动，机组单循环运行，燃气轮机负荷55 MW，燃气轮机排气温度热点报警，经检查发现排气温度50MBA26CT118较排气温度平均值偏高了56 K，排气温度50MBA26CT103/104较排气温度平均值偏低60 K，运行人员立即撤出机组单元协调控制，调整机组负荷与负荷加载速率后排气温度偏差略有降低。机组负荷继续加载至67 MW，排气温度50MBA26CT118突升至585℃，平均排气温度为514℃，排气温度热点保护动作，燃气轮机跳闸。

热工人员将燃气轮机的排气温度热点保护值由70 K暂时修改至100 K，再次启动5号机组。在机组负荷加载至71 MW后，排气温度50MBA26CT103/104/105/106出现不正常下降趋势，50MBA26CT103降至426℃，50MBA26CT104降至404℃，50MBA26CT105降至446℃，50MBA26CT106降至460℃，而平均排气温度为532℃，排气温度冷点保护动作燃气轮机跳闸。

实际上该燃气轮机一直存在排气温度偏差大的情况，图1为机组C修前的排气温度分布。从图1中可以看出，排气温度在机组负荷50～90 MW阶段出现了不规则的排列，排气温度偏差非常大。本次机组启动前已经将排气温度热点和冷点保护动作值由50 K修改为70 K，并由德国西门子资深燃烧调试专家来厂进行冷点、热点燃烧优化调试。

图1 机组C修前燃气轮机排气温度分布

3 处理过程

考虑5号燃气轮机在启、停及低负荷过程中排气温度冷点、热点问题已无法通过燃烧调试来解决，为进一步分析燃气轮机排气温度偏差大原因，以提供相应处理方案。首先对燃烧器进行了内窥镜检查，如图2所示。

图2 燃烧器结垢情况

从图2中可以看出，预混燃烧器的结垢、结焦、堵锈、蚀塞等情况较为严重。西门子进一步对24个预混和值班燃烧器进行了压缩空气流量测试。测试结果发现，只有16号、18号预混燃烧器流量测试合格，绝大部分的预混燃烧器均不合格。由于沉积物容易在环形燃烧器的下部沉积，处于下半圈的7号～17号预混燃烧器流量明显偏小，说明下半部分的预混燃烧器堵塞较为严重，造成部分测点的排气温度明显偏低。

由于5号机组燃烧器结垢严重，必须对燃烧器进行拆卸、清洗。西门子检修人员对预混燃烧器进行了2～4次超声波清洗，对值班燃烧器也进行了1次清洗，经过彻底清洗，全面清除了燃烧器内的结垢(见图3)。

图3 5号燃气轮机燃烧器清洗后状态

燃烧器清洗结束后再次进行了压缩空气流量测试。根据流量大小穿插排列使排气温度分布较为均匀的原则，对值班和预混燃烧器的相对位置分布进行了大范围的调整。图4为清洗后重新排布的预混燃烧器的流量测试结果，改变了清洗前7号～17号预混燃烧器流量集中偏低的情况。

图4 重新分布的预混燃烧器流量测试结果

图6 11号预混燃烧器异物样品

5号燃气轮机燃烧器清洗工作结束后，结合排气温度的分布均匀性、燃烧稳定性和排放控制要求等，西门子调试人员对5号机组进行了单循环和联合循环运行工况下的燃烧调试。图5为燃烧器清洗后排气温度分布图。图5中可以看出，各个阶段的排气温度偏差较清洗前明显改善，并且没有出现排气温度冷、热点报警。

图5 燃烧器清洗后排气温度分布图

4 原因分析

在进行燃烧器清洗工作的同时，该厂将燃烧器中发现的异物委托专门机构进行了成分分析，同时采用NITON XL2 800手持式合金分析仪对新的预混燃烧器备件材质进行光谱检验。结果显示：预混燃烧器下部喷口为镍基高温合金，Cr含量为19.19%，Ni含量为73.63%；而上部直管段及环形腔室为碳钢，Cr含量仅为0.159%，不含Ni。

5号燃机11号预混燃烧器中取出的异物，主要为片状氧化皮，此外也包含一些颗粒状物，为便于区分，分别标记为1号样品、2号样品(见图6)。1号样品为红褐色片状物，片层大小为1～10 mm；2号样品为银灰色颗粒物，大小为3～5 mm。

根据样品特性，采用扫描电镜对1号样品、2号样品的微观形貌进行分析，用扫描电镜附带的能谱仪对1号样品、2号样品的化学元素进行半定量分析；采用X射线衍射分析仪对1号样品的物相进行分析；采用碳硫分析仪对1号样品的硫元素含量进行精确定量分析。

1号样品为片层状，片层厚度约为119 μm。能谱分析显示，其化学成分主要为Fe元素和O元素，此外还含有少量S元素。X射线衍射分析结果显示，1号样品的主要成分为α—Fe2O3。碳硫分析仪的检测结果显示，1号样品的硫含量为11.0%(测量精度±2.0%)。

2号样品含有大量气孔，局部有树枝晶，呈现出类似焊接熔渣的显微组织。能谱分析显示，其成分主要为Fe元素，此外还含有O元素以及少量C、S、Na、K元素。

由于预混燃烧器入口带有精细滤网，并且燃烧器上游滤网如前置模块精细滤网、ESV阀前滤网检查情况均良好，可判断这些异物不是由天然气所带入，而是在预混燃烧器内部生成的。综合预混燃烧器垢样检测结果发现， 5号燃气轮机预混燃烧器的环形腔室产生较多的氧化皮且发生剥脱，可能有以下原因。

(1)燃烧器组件在高温区域以外使用了碳钢材质，导致抗氧化性能不强。

(2)5号机组配有性能加热器，较高的进气温度(120℃)会导致高分子化合物如烃类物质的析出，这种烃类物质会产生结焦现象。

(3)机组长时间停机状态下，天然气控制阀组后仍然积聚了一些残余气体，随着温度的下降，会凝结出一些水分子，导致预混燃烧器内部锈蚀。

(4)天然气中含微量的硫成分，起到了加速腐蚀的可能。

5 防范措施

针对预混燃烧器结垢现象及原因分析，对机组停机后保养和运行中的操作提出了一些防范措施。

(1)做好燃气轮机停机后的保养工作，确保压气机进口干燥装置正常投运，以降低压气机进口的空气湿度。

(2)机组长时间停机，选择晴朗干燥的天气进行定期盘车，确保热通道内干燥。

(3)机组长时间停机，为避免天然气滞留在预混、值班气管道内，可采用氮气置换的方式赶净残余天然气。

(4)压气机离线水洗后应及时启动燃气轮机进行烘干操作。

(5)加强天然气调压站、前置模块及ESV阀前天然气管道的疏水工作，确保天然气系统内的水分不带入燃烧器组件内。

(6)加强正常运行中燃气轮机排气温度的监视，当排气温度分布不均匀时，必要时进行燃烧器内窥镜检查，一旦异物生成，及时进行清除、清洗。

(7)加强机组大小修管理，定期进行燃烧器检查、清洁。

6 结语

燃气轮机燃烧器的结垢现象，不但影响了排气温度分布的均匀性，而且导致机组跳闸；同时燃烧器的清洗产生了昂贵的检修费用，也不可避免影响了燃烧器的寿命。随着燃气轮机调停时间的增加，加强机组停机后的保养工作显得尤为重要。

[1]卢广法.西门子F级燃气—蒸汽联合循环发电机组[M].杭州:浙江大学出版社，2014.

[2]卢广法.西门子F级燃气轮机技术问答[M].杭州:浙江大学出版社，2015.

[3]张栋芳，崔耀欣，何磊.SGT5-4000F型燃气轮机燃烧室介绍[J].热力透平，2010，39(4):248-250.

ZHANG Dongfang, CUI Yaoxin, HE Lei. Introduction of combustor for Siemens SGT5-4000F gas turbine[J]. Thermal Turbine,2010,39(4):248-250.

(本文编辑：赵艳粉)

电力简讯

中国国家电网公司入股希腊国家电网公司

继入股葡萄牙国家能源网公司、意大利能源网存贷款公司后，中国国家电网公司成功投资收购希腊国家电网公司24%股权项目。

希腊电网是环地中海电网的重要组成部分，已与阿尔巴尼亚、马其顿、保加利亚、土耳其和意大利等邻国实现了联网，远期规划与塞浦路斯、以色列、北非等环地中海国家实现互联，是实现亚欧乃至亚欧非联网的重要枢纽。希腊国家电网公司拥有并负责运营、维护希腊全国的输电网。除董事会席位外，国家电网公司将向希腊国家电网公司派驻管理团队，担任副首席执行官、首席财务官等要职，参与该公司规划、财务、建设、技术等方面的经营管理。

(本刊讯)

Treatment of Large Exhaust Temperature Deviation of Siemens F-Class Gas Turbine in a Factory

CHEN Qiangfeng

(Xiaoshan Power Plant, Zhejiang Zheneng Electric Power Co., Ltd., Xiaoshan 311251，China)

This paper introduces the exhaust temperature cold and hot spot protection principle for Siemens F Class Gas Turbine，emphatically in one plant #5 unit a trip event caused by exhaust temperature cold and hot spot protection and burner cleaning process. It analyzes the reasons of high deviation for gas turbine exhaust temperature，and proposes corresponding preventive measures，providing reference for solving the similar problems.

gas turbine；deviation of exhaust temperature；cold spot protection；hot spot protection

10.11973/dlyny201703031

陈强峰(1973—)，男，工程师，从事发电厂生产管理工作。

TK473

A

2095-1256(2017)03-0354-04

2017-02-13