AE94.2燃机扩散与预混模式燃烧切换失败技术分析

吴贺弟

国电中山燃气发电有限公司 广东 中山 528400

摘要：文章介绍安萨尔多AE94.2燃机正常运行时扩散切预混模式的原理、条件以及某厂在第一次燃烧模式切换失败的过程与分析，得出对于这种机型来说模式切换对于机组的NOx排放以及机组稳定性至关重要。负荷变化和PGCV阀开度速率不匹配是燃烧模式切换的根本原因，经过重新调整空燃比解决此问题。

关键词：AE94.2 ;扩散模式；预混模式；NOx排放；PGCV阀开度；切换失败

0、引言

随着环境污染的日益严重，对电力生产排放的标准越来越高，因此建设燃气发电厂近年来成为了各个电力行业的“时尚宠儿”，这就要求燃机运行中NOx排放量不大于规定值，最大限度地减少燃机运行产生的NOx排放量，这时燃烧模式成了影响排放量多少的关键性因素。

1、设备概述

AE94.2型燃机是频率为50HZ的单轴重型燃机，采用冷端驱动和筒形燃烧室，单轴结构能够直接从燃机的压气机端驱动发电机，外部空气通过进气系统进入压气机压缩后进入每个燃烧室顶部的燃烧器中，燃料在两个对称布置的带多个燃烧器的筒形燃烧室中进行燃烧，燃烧筒垂直于透平两端进行布置并分别装有8个燃烧器，高温气体经过透平将热能转化为机械能驱动燃机转动，最后气体通过排气扩散器排出。

2、燃烧过程中模式的切换原理和条件

燃烧模式分为扩散和预混燃烧模式，在低负荷过程中天然气进入扩散燃烧器，并流经扩散燃烧器的环形空间，与燃烧空气进行混合并且通过轴向旋流器进入燃烧区域；在高负荷时，天然气和燃烧空气通过斜旋流器的叶片进行混合，天然气通过燃气分配器、斜向旋流器叶片进入，然后和燃烧空气进行混合。

1. 值班器无故障；

2. 扩散、预混燃料阀的燃烧传感器器无故障；

3. IGV（进气可导静叶）控制无故障；

4. 燃烧室的相对压差比>1%；

4. IGV（进气可导静叶）全关；

5. TETC（排气温度）>510℃；

当满足以上6个条件时，燃机会自动由扩散切换到预混燃烧模式。

3、燃烧模式切换过程介绍

步序	指令	反馈	等待时间	监视时间
12	开启值班球阀MBP21AA003 / MBP22AA003	值班球阀MBP21AA003 / MBP22AA003已开启	1S	180S
13	无	PGCV阀位>60%	1S	45S
14	无	无	1S	45S
15	无	无	1S	45S
16	无	无	1S	45S
17	开启预混燃烧球阀MBP21AA002 / MBP22AA002	预混燃烧球阀MBP21AA002 / MBP22AA002已开启	1S	45S
18	关闭扩散燃烧球阀MBP21AA001 / MBP22AA001	扩散燃烧球阀MBP21AA001 / MBP22AA001已关闭	1s	45 S
19	无	无	1S	45S
20	送“燃气未在切换状态”信号至燃料控制器 停止燃气启动顺控计时	扩散向预混转换已完成	3S	45S

4、故障现象分析及处理

4.1扩散切预混模式失败经过

某电厂进行了第一次燃烧模式的切换过程：

2019年03月17日 23:08:01，1号燃机负荷89.56MW，天然气压力20.99bar,CV阀(主燃料阀)开度38.53%，PGCV阀（值班气阀）开度10.31%，左右两侧燃烧室火焰强度均为97%；

23:08:35，燃烧模式切换成功，预混模式下燃烧稳定，燃机负荷94.07MW，压力20.78bar，此时CV阀36.44%，PGCV阀开度60.29%，左、右两侧燃烧室火焰强度均为97%；

23:09:00，1号燃机发出燃机熄火跳闸保护动作。

3.2 检查及原因分析

1. 技术人员调阅历史曲线：对此次跳机事件进行分析：有以下几种可能：1）火花塞误动作或者异常；

2. 火焰探测器异常；

3. CV或PGCV阀门故障；

4. 燃烧不稳定；

技术人员对火花塞、火焰探测器以及燃料阀门进行检查，现场的接线和设备均正常，排除前三种原因的可能，于是对第四种燃烧不稳定原因进行分析：

由上图可知：PGCV阀在预混模式下开度由60% 瞬时减小为33%，在调整PGCV阀开度时下降速率太快并且33%开度太小而使得值班气不足导致火焰不稳定，左侧燃烧室的部分燃烧器熄火，火焰强度下降至58%左右，右侧燃烧室的两个火焰强度依然均在90%，总的火焰信号还存在，因此CV阀开度得到燃烧指令后又自动继续加大至40.96%，左侧部分燃烧器熄火的区域又被点燃,此时火焰彻底不稳定，左侧燃烧室两个火焰强度为0%，熄火跳机。

3.3 采取措施：

技术人员对燃烧重新调整，重新设定负荷变化与PGCV阀开度速率相对应地的关系，PGCV阀开度在预混模式下随着负荷的升高由60% 缓慢降至48%，此时燃烧稳定，NOx排放量约32mg，随后又依次在低负荷90MW扩散切预混和在高负荷140MW、150MW进行预混切扩散，均切换正常。

4、结语

1）安萨尔多AE94.2型每台燃机均有自己的性格，并不是千篇一律，正如燃烧模式切换中，每台机组的CV阀、PGCV阀开度都是不同的，这决定在燃烧调整过程中要不断地尝试和来回的切换来确定最终数据，而不是照搬同类型机组的数据进行切换就可以；

2）对第一次燃烧模式切换并未做好充足地准备，也没有制定在燃烧模式切换失败后如何防止跳机的发生的方案；

3）燃烧模式切换是燃机的主心骨，预混模式有效地降低了NOx的排放量，而要想预混模式稳定，PGCV阀开度设定是决定性因素。

参考文献：

[1] 杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行．北京：中国电力出版社，2003

[2] 焦树建. 燃气-蒸汽联合循环[M]．北京：机械工业出版社，2000

[3] 上海电气 AE94.2燃气轮机运行维护手册