MS6001B型燃气轮机DLN1.0燃烧系统的典型故障分析与处理

摘 要：本文主要叙述了GE公司的MS6001B型燃气轮机DLN1.0燃烧系统的基本原理，并结合调试和运行过程中出现的典型故障和处理方案，为DLN1.0燃烧系统运行维护提供经验和参考。

关键词：燃气轮机;DLN1.0燃烧系统;故障处理

1 概述

中国石油集团电能有限公司气电公司装有两套美国GE公司生产的MS6001B型燃气-蒸汽联合循环发电机组，总装机容量97MW，两台燃气轮机均是采用扩散型燃烧系统。为减少氮氧化物排放，符合国家环保排放标准，电厂对两台燃气轮机进行了DLN 1.0燃烧系统升级改造。改造完成后，机组氮氧化物排放达到国家标准，并在项目改造中积累了相关数据和经验。

2 DLN1.0燃烧系统简介

DLN（Dry Low NOx：干式低氮氧化物）燃烧系统技术的核心在于采用贫气预掺混燃烧的方式取代传统的扩散燃烧方式降低燃烧区的温度至1650℃以下，以此降低高温型NOx的生成。

GE公司的MS6001B型燃气轮机DLN1.0燃烧室有5个一级燃料喷嘴和1个二级燃料喷嘴，二级燃料喷嘴位于火焰筒中央，一级燃料喷嘴均匀分部在以二级喷嘴为中心的圆周上。

DLN燃烧系统的燃气轮机从启动点火、升速、到满载运行的过程中，需要经过四种不同的燃烧模式转换，从开始的扩散燃烧最终过渡到低NOx排放的贫气预混燃烧。

3 DLN1.0燃烧系统故障处理

在DLN1.0燃烧系统的调试和运行中出现了多次故障，典型的跳闸故障主要包括以下三种：

3.1 预混模式熄火跳闸

在燃气轮机进入预混稳定模式运行后，火焰只存在于二级燃烧区，其火焰探测器为E、F、G和H。在运行过程中发现，在刚切换到预混稳定模式时，二级燃烧区火焰探测器G和H点火焰强度变化较大，其值从42%到18%之间波动。

根据MARK VI控制系统设定，当火焰探测器强度值低于20时为熄火状态。根据燃烧室熄火控制逻辑，如火焰探测器G（L28FSDC）点熄火，其余三个火焰探测器任何一个出现熄火，燃气轮机将发生火焰丢失跳闸（Loss of Flame Trip）。

二级火焰作为值班火焰（火种），如果燃料流量过小，会造成燃烧不稳定;但如果流量过大，会导致预混燃料占比减小，NOx排放量将增加。所以DLN燃烧调整的核心就是将进入一级喷嘴和二级喷嘴的燃料比率控制在燃烧工况最佳和NOx排放量最小的平衡点。

解决方案：控制系统中原设定在1090℃≤TTRF1<1093℃时，一级燃料流量比率为74%，二级燃料流量26%。为保证燃烧稳定性，将一级燃料比率调整至72%。此时，二区火焰探测器G和H点都趋于稳定，NOx排放量为14ppm，符合国家环保排放标准。

3.2 天然气压力波动自动停机

1号燃气轮机运行过程中，当天然气压力出现大幅波动时，经常造成机组自动停机。

控制阀间天然气压力P2的控制算法是根据P2实际压力（FPG2）和P2要求压力（FPCRIT）的逻辑关系确定的：

①0

②FPG2-FPCRIT=0时，燃气轮机开始降负荷;

③-5≤FPG2-FPCRIT<0时，燃气轮机甩负荷至旋转备用状态;

④FPG2-FPCRIT<-6時，燃气轮机触发自动停机。

因此由于天然气压力波动造成的自动停机，是由于天然气压力下降至上面第④中工况时，触发燃气轮机自动停机。

解决方案：把P2实际压力低于P2要求压力6psi时燃气轮机的控制方式由自动停机修改成甩负荷至旋转备用状态，如天然气压力继续降至P2压力最小允许值时，再触发自动停机程序，避免由于天然气压力瞬间波动，造成燃气轮机非计划停机。

3.3 高温条件下预混模式切换失败

2号燃机在DLN1.0燃烧系统改造完成后的运行中，当环境温度达到30℃时，无法从贫-贫模式切换至预混模式，根据模式切换时的数据记录分析，造成切换失败的原因：

①在DLN模式切换时TTRF1温度较低，在GCV1关闭时，GCV3打开开度不能完全替代GCV1关闭提供的燃料，造成TTRF1温度下降;

②在刚切换至预混稳定模式时，由于环境温度较高，在燃气轮机部分负荷温度控制等温线（550℃）控制下，IGV开度增大，空气流量增加，此时造成TTRF1温度下降。当其下降温度达到预混稳定模式温度死区温度（1065℃），DLN模式切换方向指令向下闭锁（L3FXSX），进入贫-贫模式，一区重新点火，燃烧系统退出预混稳定模式。

解决方案：对于该故障的处理的原则就是提高TTRF1温度，使转换到预混稳定模式的TTRF1温度高于切换到贫-贫模式的死区温度：

①提高贫-贫模式向二级转换模式的温度常数FXKTS1，由原来的1065℃（1950℉）提高到1076℃（1970℉）;

②提升部分负荷温度控制等温线温度（即TTXM温度基准）TTK_I_PLD，由原来的550℃（1022℉）提升到555℃（1031℉）。

4 结语

DLN1.0燃烧系统不论是从设备结构还是控制原理上，与扩散型燃烧系统相比都更加精密和复杂，通过本次改造试运过程，积累了宝贵的经验和数据，对机组的运行维护提供指导和参考。

参考文献：

[1]焦树建.燃气-蒸汽联合循环[M].北京：机械工业出版社，2000.

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