燃气轮机燃烧器加速度振动大原因分析及排查方法

黄岳 周梦璐

摘  要： 燃气轮机燃烧过程极其复杂，燃气轮机运行过程中若出现燃烧不稳定状况，将会对燃气轮机部件特别是燃烧内部造成结构性损坏。为了抑制燃烧振动增加，保持燃烧器最佳连续运行状态，主机厂设计了由自动调整系统、压力波动传感器和加速度传感器组成的燃烧振动自动调整系统。燃烧器加速度作为重要的监测数据进入燃机主保护，机组发生加速度振动大现象需要引起足够重视。本文介绍了某电厂F级燃机燃烧器加速度振动大的现象、原因分析及排查处理过程。

关键词：燃气轮机;燃烧振动;加速度振动大

1概况

某电厂F级燃气轮机，其燃烧振动自动调整系统由自动调整系统（A-CPFM）、20个压力波动传感器和4个燃烧振动检测传感器组成。燃机控制系统对燃烧器压力波动传感器和加速度传感器检测数据分为9个不同的频段进行分析，分别为LOW（15-40 HZ），MID（55-95 HZ），H1（95-170 HZ），H2（170-290 HZ），H3（290-500 HZ），HH1（500-2000 HZ），HH2（2000-2800 HZ），HH3（2800-3800 HZ），HH4（4000-4750 HZ）。在不同频段针对燃烧器压力波动传感器和加速度传感器，分别设置了调整、预报警、降负荷、跳闸限值。其中，调整功能由A-CPFM系统完成;预报警、降负荷、跳闸功能由燃机控制系统实现。当24个传感器中任意2个检测数值超过降负荷限值时，触发燃机降负荷;当24个传感器中任意2个检测数值超过跳闸限值时，燃烧器压力波动大跳闸保护动作。

2018年11月开始，此机组#8燃烧器加速度传感器HH4频段出现振动大预报警，从只在高负荷阶段增减负荷时出现，到不同负荷段频繁出现，并带有数值逐渐增大的趋势（达到降负荷值），严重影响机组安全运行。

2燃烧振动产生机理

在燃烧室的火焰区域内，热量以声光的模式释放，外界因素发生改变时，剧烈的声光又会产生大量的热，反过来加剧声光的释放，从而激发压力波动的产生，造成燃烧振动。如果燃气轮机的燃料与空气的比例配合不好，即燃空比（F/A）若裕度不合适，则外界因素的轻微改变就容易出现燃烧不稳定，燃烧振动继而产生。

3振动信号真假判断

噪声信号的特征一般有：1、不会波及附近的燃烧器;2、即使改变燃烧状态，其水平也不会发生变化;3、没有再现性。例如#8燃烧器振动值较高，而#7、#9燃烧器相同频段也产生了峰值，#6、#10同频段也产生了峰值，但数值偏低，根据此情况可判断是真的发生了燃烧振动，也可发送运行数据给主机厂协助判断。

4排查方法

若燃烧振动为真，说明燃烧室燃空比裕度不合适，超出了A-CPFM的调整范围，需要从燃料、空气两方面分别进行排查，最后通过燃烧调整，修正燃空比来消除燃烧振动。具体可从以下方面排查：

1、检查压气机进气滤差压，判断空气流量是否充足;

2、检查进气温度是否符合当前负荷曲线，是否需要对控制信号进行温度修正;

3、检查燃烧器燃气管道锥形滤网是否有堵塞情况;

4、检测天然气成分是否变化较大;

5、检查天然气温度是否符合要求;

6、检查燃料、空气控制阀是否动作正常。

若振动信号为假，因燃烧器加速度振动保护属于燃机主保护，即使判断出振动报警为假信号，在强制#8燃烧器加速度振动主保护逻辑后，仍需要尽快排查出振动大原因并消除异常，确保主保护正常投入。以#8燃烧器加速度振动大异常为例，排查可从以下方面进行：

1、排查延伸电缆。将异常的#8燃烧器加速度传感器与正常的#3燃烧器加速度传感器延伸电缆进行对换，或更换新的延伸电缆。

2、排查VIM模块。切换#8燃烧器加速度传感器对应VIM模块（例如将VIMMODULE-6从A SELECT切换至B SELECT ）。

3、排查加速度传感器。检查#8燃烧器加速度传感器与安装座接触面是否平整，传感器是否安装牢固，锁线有无松动;更换新的加速度传感器。

4、排查加速度传感器安装座。检查#8燃烧器加速度传感器安装座是否安装牢固，锁线有无松动迹象，检查传感器安装座与燃烧器接触面是否有杂物、脏污或不平整。

5处理过程

该电厂调取#8燃烧器加速度振动曲线，发现#8燃烧器加速度HH4频段振动值最高达到3.1mm/s（超过降负荷值3mm/s）時， #8燃烧器CPFM压力波动传感器无异常（最大值0.07kPa），其相邻的#6、#7、#8、#9、#10燃烧器CPFM压力波动最大值分别0.07、0.08、0.13、0.11，均远低于CPFM HH4频段预报警值1.75kPa，判断出#8燃烧器加速度振动大报警为虚假信号（主机厂根据运行数据分析得出同样的结果）。

该电厂排查虚假信号按照延伸电缆→VIM模块→加速度传感器→加速度传感器安装座的顺序进行，最后在打磨、清理安装座接触面及重新固定安装座后，加速度振动大异常得到了消除。

测量加速度，目前主要是通过加速度传感器，并配以适当的检测电路进行的。而该电厂使用的是压电式加速度传感器，其原理为利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定的情况下与加速度值成正比，当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，压电晶体受力后产生的电荷量与所受到的加速度值成正比。

因此传感器安装座未安装牢固、安装接触面有杂物、脏污或不平整都可能产生虚假的加速度振动值，此机组#8燃烧器加速度振动大异常正符合这个情况。

6结语

燃烧器加速度振动是反应燃烧稳定性的关键因素之一，一旦发生异常或报警，专业人员应先对振动大信号进行判断，确认振动信号来自燃烧波动还是传感器异常，确认信号真假后，再进行相应的处理。本文以某电厂F级燃机为例，对燃烧器加速度振动大的原因进行了分析，并将排查方法、结果进行了介绍，为其他燃气轮机解决同类问题提供借鉴。

参考文献

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