DLN2.6+燃烧系统对燃料温度的要求研究

DLN2.6+燃烧系统对燃料温度的要求研究

迟飞

浙江浙能镇海发电有限责任公司  315200

摘 要：GE公司燃气运用的DLN2.0+燃烧系统在运行实践中，由于PM1喷嘴配置不当，在临近该喷嘴的火焰筒处出现鼓包，影响火焰筒寿命。该缺点在尖峰负荷或半基本负荷的机组中尤为明显。另外，起动时有黄色NOX排放污染，并维持时间较长。GE公司在DLN2.6的基础上，结合FB级机组的先进冷却技术，设计了DLN2.6+燃烧系统。并于2005年在9FA+e现场成功完成对PG9351FA的改进型燃烧系统的升级，同时于2007年正式用于9FA新机型中。镇海电厂#11、#12燃气机组前后进行了DLN2.6+改造升级。本文目的是通过对改造后燃烧室对燃料温度要求的研究，提高机组安全稳定性，减少非停事件发生。

关键词：燃气轮机；DLN2.6+燃烧系统；燃烧温度；韦伯指数

0 引言

浙能镇海发电有限责任公司#11、#12机近年来先后进行了DLN2.6+燃烧器升级改造，配置了目前GE公司先进的DLN2.6+燃烧器，与之前9FA机组采用的DLN2.0+燃烧器相比拥以下优点：

（1）火焰筒﹑导流衬套的冷却﹑材料﹑涂层完善，增强了过渡段的冷却和密封；

（2）采用了改良的喷嘴，燃料分级输送；

（3）富足的 PM1 容量，扩大了韦伯指数（wobbe index）的范围；

（4）不使用水喷射，起动时的黄色 NOX排放污染量下降，维持时间短；

（5）预混燃烧时 NOX排放污染可达到 15ppm； 5.燃烧系统的检修间隔期可提高至 12,000 小时；

（6）用在新机组上，并以改进型设备出现于旧机组；

（7）可选用双燃料喷嘴。

1 改造后DLN2.6+燃烧室简介

燃烧室的型号为DLN2.6+，主要对燃料喷嘴的配置做了改进外，还采用了新型火焰筒﹑导流衬套﹑过渡段，同时燃料输送管路也作了相应的改动。燃烧室为逆流分管型，共18个，燃烧室布置在压气机排气缸外缸上，逆气流方向看为顺时针排列，顶部右边开始为#1燃烧室。它主要由燃料喷嘴、火花塞、火焰检测器、联焰管和过渡段等组成。拆除D5喷嘴岐管及D5燃气控制阀VGC-1，改装为天然气PM2喷嘴岐管及PM2燃气控制阀VGC-4；PM4喷嘴岐管及PM4燃气控制阀VGC-3，改为天然气PM3喷嘴岐管及PM3燃气控制阀VGC-3；PM1喷嘴岐管及PM1燃气控制阀VGC-2不变。燃烧室为干式低氮氧化物型，正常运行时能通过燃烧模式的切换来控制NOX的排放在25ppmvd（15﹪氧气，干）以下和CO的排放在15ppmvd（15﹪氧气，干）以下。

燃烧模式有三个模式，分别是Mode3.0、Mode6.2、Mode6.3.燃烧模式的切换由燃烧基准温度CA_CRT决定。其中3.0模式自点火开始燃机并网且CA_CRT=67.93终止；6.2模式燃机并网且CA_CRT>67.93开始，CA_CRT=82.75终止；6.3模式CA_CRT>82.75开始，BASELOAD终止。

2 燃料温度对韦伯指数的影响

使用气体燃料的燃气轮机能够运行在一个很宽范围的热值内，但是对于能够提供的专门燃料系统的设计而言，他是受到限制的。燃料喷嘴被设计成运行在一个固定的压比范围之内，并且热量的变更靠增加或减少燃料喷嘴的面积或燃料气的温度来调节的。在整个运行期间，燃料喷嘴的压比必须在可接受的范围内。对于一个已设计好的给定系统，度量气体燃料可互换性的测定值是韦伯指数 WI。这个术语被用来相对测定在固定的压比下喷入燃烧室的热量。GE公司使用当量韦伯指数 MWI，含有气体燃料不同的限定值。

当量韦伯指数的数学定义为：

即

其中：LHV=气体燃料的低热值（Btu、scf）

SGgas=气体燃料相对于空气的比重

MWgas=气体燃料的分子量

28.9=干空气的分子量

Tgas=气体燃料的绝对温度（°Rankine）。

由公式可以看出，当燃料气源稳定时，燃料气的热值LHV和相对分子质量MWgas是在很小的范围内波动的，基本上可以看作是一个固定值，这样就可以理解为韦伯指数MWI和气体燃料绝对温度Tgas的平方根成反比。可以简单认为天然气温度决定了韦伯指数。当气体燃料切换时，函数模型会发生变化，可根据气源的热值、平均分子质量以及韦伯指数运行范围来计算出合理的燃气温度。

3对燃料温度的要求

为了确保燃料气体供给到燃气轮机时 100%没有液滴，要求气体燃料供气温度有一定过 热度要求。所谓过热度就是燃料气的温度和它自己的露点之间的温差，它取决于碳氢化合 物（烃）和湿气的浓度。要求的过热度是这样规定的，当燃料气经过气体燃料控制阀膨胀 时，它所下降的温度应该得到足够裕度的补偿。取定要求的过热度时要计及燃料气的温度降，以及湿气或碳氢化合物露点线与燃料气压力的关系。此外，还要考虑燃料气通过控制 阀的膨胀比。综合考虑过热度可以用燃料进入控制系统的压力的函数来表达。对于具有标准型燃烧系统的 GE 燃气轮机机型，通常考虑以上因素就可以了。此时，天然气的供气温度高于供气压力下碳氢化合物的露点温度至少15℃，最高不超过70℃。

DLN燃烧系统对供气温度和加热系统有特殊要求。从提高整个联合循环效率出发，为了充分利用余热，气体燃料供气温度在运行时选用185℃。

4 相关保护及运行分析

由于DLN2.6+燃烧器具有很高的燃料适应能力，对于采用不同的气源以及管道天然气的成分波动时仍爆出安全、高效、可靠运行，再加上OpFlex控制技术，可以保持燃烧的稳定性和系统的高效性。

现DLN2.6+燃烧器对燃烧温度的要求为当燃烧基准温度CA_CRT＞82.75且自动燃烧调整功能未投入（L83MBC=0）的情况下，同时发生CDM系统闭锁和韦伯指数MWI超出±5%（WEB＞44或WEB＜40），则韦伯指数及色谱仪故障L70L-FGWI=1，机组自动降负荷。对于具有AUTOTUNE功能的机组，韦伯指数超限机组不会自动降负荷，监视燃烧脉动即可。

由此可见，对于没有autone功能的机组只有在Mode6.3下才有可能发生自动降负荷的情况，对于Mode3.0和Mode6.2没有对燃气温度的底限要求，当然对燃气温度的要求并不是无限高或者无限低，要满足爆炸极限范围，而爆炸极限范围与碳氢化合物的燃烧特性和所含惰性气体含量有关系。通常而言，尽量提高燃气温度可提高燃气透平一级前温度，从而提高温比，进而提升机组效率。

5 结语

GE燃机采用中央PM1喷嘴稳燃、全预混燃烧技术DLN2.6+燃烧系统在部分负荷下具有优越分燃烧稳定性，尤其在Mode3.0和Mode6.2中，对燃气温度要求极低，但是对于Mode6.3仍要精细操作，保证韦伯指数在运行范围内，防止出现RB直至解列情况发生。在允许范围内，提高燃气温度对机组效率提升有积极作用。

参考文献：

[1] 大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书.控制系统分册、中国华电集团公司编.—北京：中国电力出版社，2009.8 ISBN 978-7-5038-9174-8

[2] 大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书.设备及系统分册、中国华电集团公司编.—北京：中国电力出版社，2009.8 ISBN 978-7-5083-9186-1

[3]S09FA联合循环发电机组运行规程Q、ZFD 104004－2020