关于某厂9E燃气轮机火焰波动问题的探讨

关于某厂9E燃气轮机火焰波动问题的探讨

胡智勇

珠海深能洪湾电力有限公司

摘要：通过近段时间对某厂燃气轮机启动过程中的数据分析，讨论启动过程中火焰波动问题，并提出合理化建议。

关键词：

火焰波动、燃烧、燃料量、火焰探测器、燃气轮机

某厂燃气轮机在启动阶段火焰波动很大，4个火焰中有2个是频繁丢失，有一个偶尔丢失，只有一个火焰是稳定的，而机组的保护程序L28FDT是火焰低于2个就跳机。（如图一）

当火焰不能稳定在脱火极限和回火极限之间，而频繁离焰，容易产生激振和热冲击，对一级静叶（一喷）和整个热通道都有不同程度的影响，所以6#机现在的状况对于燃机运行存在很大的安全隐患。

火焰传播与稳定性分析：

我们厂9E机组燃烧室是分管回流式，在启动阶段由一区点火，此时火焰是扩散燃烧。根据燃烧学所述，回流区火焰稳定的界限与临界火焰吹熄速度有着直接的关系，影响高速气流中火焰稳定界限的因素为1、燃料性质2、可燃气体成分3、可燃气流速及湍流强度4、可燃气的温度、钝体形状、尺寸、温度5、燃烧室压力和温度等（如图二）。

当气流速度越快时，降低空气与燃料的比值才能稳定火焰维持燃烧。同时由于一大部分空气主要是冷却作用，当燃机转速上升过空气量变大，冷却空气也会带走更多的热量，可能造成燃烧散热量大于燃烧产生的热量，从而导致火焰不稳定。

在1#、2#、3#、14#燃烧室一区内各有一个火焰探测器，火焰探测器是由一小充气管组成，充气管内有两个相离很近的电极，将引起气体的电离，通过探测紫外线频率来探测火焰，每秒的脉冲数高于64则认为该火焰筒着火，因此火焰强度不够时，在MKVIe上就会显示的闪烁。（如图三）

该燃气轮机在启动升速过程中火焰波动甚至丢失只出现转速在40%~60%之间，此阶段燃料量由FSRACC控制，为使燃机充分暖机防止产生较大热应力、热冲击，对造成热部件损坏，所以天然气流量比较小。而燃机转速又相对比较高，压气机的做功与转速的平方成正比，导致压气机排气的速度和流量呈指数型上升。

提高火焰稳定性的方法：

1、减少反应散热，减少进入的空气量，降低气流速度。在一定的转速下压气机排气的速度和流量由机组缸体、压气机等决定，遂不好做这方面的改动。

2、降低空气与燃料的比值，即增大燃料量。

检修做了多种尝试，如1、FJKSU2-WU由原始值14.5改为15.5；2、改小天然气热值FJKGHR为1605，以此来增大燃料量；3、调小液力变扭器最大角度由68°改为65°，减少此阶段启动电机的出力来增大燃料量。通过前面三种方式对燃机进行调整后，火焰仍旧波动，没有好的改善。4、调换燃料喷嘴，把1#与6#喷嘴对调。刚开始两天A火焰仍然波动大，但最近两天启机A火焰比较稳定，还需要再观察。如果因为燃料喷嘴流量小导致燃料不足而使火焰波动，那么原1#喷嘴换至6#仍然会丢失火焰，只不过6#火焰筒上没有火焰探测器我们无法观察到，同理其他三个火焰波动是否也是这个原因还有待验证。而且只更换稍大流量喷嘴，势必会导致相邻的喷嘴燃料流量降低，更多的火焰出现波动、丢失。所以单从通过调换喷嘴本不能从根本上解决火焰波动，还要加大整体的燃料量来稳定火焰。

根据火焰波动时燃机的状态来分析，个人认为增大燃料量的方向是可行的，只是各个参数都是进行单独地微调，效果不明显。因为机组燃烧时的过量空气系数大于15％，空气与燃料的比值仍变化不大。出于安全考虑，不能大幅地改动参数和设备，以防止燃机排气超温机组热悬挂或者引发更多火焰波动。我们应双管齐下，既同时对多个参数进行微调又小范围更换流量稍大的喷嘴。

结语：

燃气轮机燃烧室的稳定燃烧对燃气轮机的安全可靠运行至关重要。本文从燃烧稳定的理论入手，贴合实际运行情况，分析影响火焰稳定性的原因，对于GE公司的9E燃气轮机具有普遍参考性。

参考文献：

[1]徐旭常，周力行.燃烧工程手册.北京：化学工业出版社，2008

[2]宋权斌.多旋流合成气燃烧室燃烧特性的实验研究[D].中国科学院工程热物理研究所.博士论文，2008

[3]傅维标.燃烧学[M].北京：高等教育出版社，1989

[4]房爱斌.燃气轮机合成气燃烧室燃烧稳定性的实验研究[D].中国科学院工程热物理研究所.博士论文，2007