AE94.2机组预混切换熄火原因分析及处理措施

胡小峰

深圳能源集团股份有限公司东部电厂  广东 深圳  518120

摘要

越来越注重环保的大环境下，燃气轮机机组的排放标准越来越严格，为满足更为严格的排放要求，AE94.2机组设定了两种燃烧模式的切换。本文主要讲述了AE94.2机组在进行燃烧模式切换过程中出现的熄火现象，以及分析熄火原因，并进行了处理，得到了良好的结果。

关键词：AE94.2 氮氧化物 预混 扩散 切换 熄火 值班阀

0. 引言

    某公司AE94.2型机组在进行调试过程中，一直用扩散燃烧模式进行运行，此燃烧模式下烟气排放中氮氧化物含量非常高，以此情况运行下去，不仅会超过年氮氧化物排放总量目标，并且平均排放量也会严重超标；如果单纯靠脱硝系统对氮氧化物进行处理，那么氨水的使用量将会非常巨大，且不能根治排放量问题。所以公司决定提前进行燃机燃烧模式切换的调试工作，厂家积极配合。在进行首次燃烧模式切换的过程中，模式切换完毕后，燃烧火焰不能维持，火焰监视器未检测到燃烧室火焰，燃机熄火保护动作，燃机跳机。经过查找原因，得出是由于值班燃气阀开度较小，未能达到预混模式下的稳燃目的，通过对燃机逻辑修改，加大了预混模式下值班燃气阀的开度，有效的解决了此问题。

1. AE94.2机组燃烧器原理

    AE94.2型燃机使用的燃烧器为组合式燃烧器，燃烧器由预混燃烧器、扩散燃烧器、值班燃烧器、燃油燃烧器、旋流器、点火装置等组成（如图一所示）。该燃烧器是一种集燃气、燃油于一体，具有预混燃烧、扩散燃烧两种燃烧模式的复合式燃烧器。燃烧器上加装热电偶，用以监视回火情况。点火装置的作用是在机组启动时，点燃供给扩散燃烧器的燃料。当燃料从扩散燃烧器的出口喷出时，点火装置上的两大高压（大约1000V）电极间产生火花，点燃燃料。扩散燃烧器、值班燃烧器和点火器均安装在燃烧器支架上。轴向旋流器和扩散旋流器焊为一体。斜旋流器和燃气分配器组成了至火焰筒的接口。                                               图一  燃烧器示意图（1.值班燃烧器，2.火花塞，3.燃烧器托板，4.未使用，5.扩散器的环形空间，6.燃烧空气的环形空间，7.点火器，8.预混气分配器，9.进入斜向旋流器空气入口，10.预混气出口，11.斜旋流器，12.未使用，13.值班燃烧器气体出口，14.轴向旋流器，15.燃烧器嵌件，16.燃烧区，17.扩散燃烧器气体出口，18.扩散燃烧器，19.火焰筒端板，20.预混气入口，21.斜旋流器叶片，22.斜向旋流器空气入口，23.扩散燃烧器燃气入口，24.值班燃烧器燃气入口，25.冷却空气）

2. 燃烧模式

（一）扩散燃烧模式

扩散模式设计是用于点火启动、加速及部分负荷运行。所谓扩散燃烧就是把天然气与空气分别供入燃烧室燃烧区，在那儿边混合、边燃烧的方案。扩散燃烧是天然气引入燃烧器扩散管路接口，然后与空气流经内旋流器混合燃烧。

在扩散燃烧模式下（低负荷时）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。

在这种供气机构中，主天然气的供应方式是模拟液体燃料喷油嘴的喷射方式来设计的，它能够使燃烧空间中天然气的浓度分布规律，大体与液体燃料的浓度分布规律相似，从而可以保证同一个燃烧室在燃烧液体燃料或者天然气时，都能够获得良好的燃烧性能。由于扩散火焰的温度高，在这种模式下运行，NOx排放较高。机组的排放指标也只在75％基本负荷以上时才能得到保证。

（二）预混燃烧模式

预混模式从机组带负荷时开始。所谓预混燃烧就是把天然气与空气预先混合以后，再供到燃烧室进行燃烧的方案。即把天然气引入燃烧器预混接口，然后与空气流在外旋流器内混合成可燃气体，由安装在轴向旋流器中心的值班火焰喷嘴引燃。它的特点是由于燃烧时预混气的过量空气系数较大，燃烧区的燃料溶度和反应温度都比较均匀，从而控制燃烧温度不高于1650℃，有效控制NOx的生成。

在预混模式下（高负荷时），天然气和燃烧空气通过斜向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。空气和燃料气的混合物通过斜向旋流器进入燃烧区。值班燃烧器的作用是稳定预混燃烧，值班器和空气进行混合。

由于预混火焰温度低、火焰不稳定，往往伴随着振荡等现象，为在预混模式下保持稳定运行，由值班燃烧器提供一路扩散火焰。燃烧室本身的结构布置也做了考虑，每个燃烧室环形布置了8个燃烧器，布置紧凑，若某个燃烧器熄火，旁边的2个燃烧器也可以提供联焰帮助。为防止在预混模式下发生回火，在轴向旋流器处布置了2个热电偶，监测可能发生在斜旋流器处的回火现象。

3. 燃烧模式切换

（一）扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式

燃机在启机带低负荷时是扩散模式，扩散模式时燃料阀的状态为左右侧扩散球阀开启，预混球阀及值班燃料球阀关闭状态。（如图二所示）

扩散模式切换为预混模式的条件为：

A.预混燃烧球阀、扩散燃烧球阀、PGCV阀、NGCV无故障

B.燃气压力>17.2bar.g

C.排气温度>510℃

D.燃烧室相对压差＞1%

进行切换时，首先开启左右侧值班燃料球阀，然后开启左右侧预
混燃料球阀，反馈正常后再关闭左右侧扩散燃料球阀，切换完毕。切换至预混模式后燃料阀的状态为左右侧预混球阀开启，左右侧值班燃料球阀开启，左右侧扩散球阀关闭。（如图三所示）

图二  扩散燃烧时燃料阀门状态

图三  预混燃烧时燃料阀门状态

（二）预混燃烧模式切换至扩散燃烧模式

燃机在停机降负荷过程中，降到一定负荷参数后，会由预混燃烧模式切换回扩散燃烧模式。预混燃烧模式时燃料阀门的状态

预混燃烧模式切换至扩散燃烧模式的条件为：

A.燃烧模式已选择扩散燃烧模式

B.排气温度低于490℃

C.预混模式下，燃烧室相对压差<1%

D.预混模式下，PGCV阀阀位<12%

E.预混模式下，燃气压力<16.8bar.g

    进行切换时，首先打开左右侧扩散球阀，然后关闭左右侧预混燃料球阀，反馈正常后关闭左右侧值班燃料球阀，切换完毕。

4. 模式切换异常

本次进行燃烧模式切换调试工作，是先进行扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式。开始，将燃机负荷加至89MW，排烟温度达到模式切换条件后，开始操作燃烧模式切换。此时值班燃料控制阀开度为11%，主燃料控制阀开度为40%。首先值班燃料控制阀开度由11%开至60%，

随后两侧值班燃料球阀正常开启，两侧预混燃料球阀正常开启，值班燃料控制阀开度降至30%，两侧扩散燃料球阀正常关闭。维持九秒后，燃烧室火焰监视丢失，熄火保护动作，燃机跳闸。

5. 模式切换熄火原因分析

此次燃烧模式切换失败，导致燃机跳闸所触发的保护为熄火保护。触发熄火保护的原因有以下几种：

A.天然气来气压力低；

B.一个燃烧室上两个火焰探测器同时故障；

C.燃气模块CV 阀受干扰，造成CV 误动；

D.天然气来气ESV 阀故障；前置模块出口快关阀被误关或天然气气源被迫中断；

E.天然气来气杂质过多，热值不够；

F.天然气管道大量泄漏；

G.值班燃料气不足，不能维持预混燃烧。

专业人员通过排除法进行熄火原因查找，在检查了此时燃机系统前置模块的阀门状态后，排除燃料阀门误动的情况；查看天然气系统，天然气压力稳定，天然气来源一直为管道天然气，与分输站了解，天然气热值未发生改变，调压站滤网压差未发生过改变，可以排除天然气热值、压力、泄漏、杂志多等原因；热工人员对火焰监视器及信号进行检查，火焰监视器及火焰反馈信号正常，排除火焰探测器及信号故障问题。只剩最后一个原因，就是值班燃料气不足，不能维持扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式后的正常燃烧，不能达到稳燃的作用。

最后分析得出，跳机原因是值班气不足造成燃烧不稳定，部分燃烧器可能熄火，总的火焰信号还在，所以燃料没有切断，燃气继续加大后，熄火的区域又被点燃，这时火焰彻底不稳定，整个燃烧室熄火，保护动作，燃机跳机。

6. 处理措施

根据原因分析得出，此次扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式失败的原因很可能是值班燃料气不足，就是在模式切换过后，值班燃料控制阀开度太小。

热控人员对燃机燃烧模式切换的逻辑进行了修改，将燃烧模式切换后的值班燃料控制阀的开度增加至59%，然后重新进行燃烧模式切换调试，进行验证。

    将燃机值班燃料控制阀逻辑进行修改，加大了预混燃烧模式下的值班燃料控制阀的开度后，由扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式，燃烧室火焰未丢失，燃机运行正常，模式切换成功。由此验证了原因分析结果，燃烧模式切换失败的原因是在预混模式下值班燃料控制阀的开度过小，值班燃气量不足，不能在预混模式下达到稳燃的作用。

7. 总结

此次燃机燃烧模式切换调试工作，出现了切换后燃机跳闸现象。根据所发出的跳机信号为熄火保护动作，查找动作原因，并进行逐一分析，逐一验证，逐一排除，最终得出结果。即为燃机在进行扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式后，值班燃料控制阀的开度设定过小，导致在切换至预混模式后，值班燃料气的量不足以达到预混燃烧模式下的稳燃作用。热控人员通过对燃机逻辑的修改，加大了扩散燃烧模式切换至预混燃烧模式后值班燃料控制阀的开度，并进行了验证，结果成功，可作为今后其他项目同类型机组进行燃烧模式切换调试工作的经验与参考。

参考文献：

1. 《上海电气燃气轮机运行维护手册》
2. 《中国华电发电运营有限公司孟加拉古拉绍燃机培训资料》
3. 《国电中山燃气发电有限公司燃机运行规程》

作者：

胡小峰（1990-今）深圳能源集团股份有限公司东部电厂工程技术部师机务工程