全預混DLN2．6+燃燒器在我國的應用

蔡國利

(神華浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司，浙江 寧波 315400)

全預混DLN2．6+燃燒器在我國的應用

蔡國利

(神華浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司，浙江 寧波 315400)

在我國，已建成投產的GE公司9F級燃氣輪機電站中，目前普遍采用標準型DLN2.6+燃燒器。考慮到機組啟動過程燃燒火焰的穩定性，標準型DLN2.6+燃燒器保留了D5擴散燃燒通道作為值班火焰，這導致機組啟停過程中仍存在較為明顯的冒黃煙現象。在原有標準型DLN2.6+燃燒器基礎上，GE公司推出了全預混DLN2.6+燃燒器，取消了D5擴散燃燒通道，機組全過程采用預混燃燒模式，取得了較好的社會效益。

DLN2.6+；全預混燃燒器；應用

在我國所有已經建成投產的GE公司9F級燃氣輪機電站中，其燃燒器均采用DLN2.0+或DLN2.6+兩種；目前，大多數DLN2.0+已經升級為DLN2.6+，在所有DLN2.6+燃燒器中，基本上均保留了D5擴散燃燒通道，用于機組啟停過程中維持燃燒火焰的穩定，但由于D5擴散燃燒模式的存在，使得燃機在啟停過程中，余熱鍋爐煙囪仍然存在部分時段冒黃煙現象，同時氮氧化物的排放也相對偏高。為此，浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司在實施DLN2.0+升級為DLN2.6+的過程中，采用了全預混DLN2.6+燃燒器(該型燃燒器為國內首家、全球第二家用戶)，減排效果明顯。全預混DLN2.6+ 燃燒器的應用使9F 機組具有了以下優點：寬沃泊指數的變化(+/-10%)，啟動無明顯黃煙，NOx排放減少，全壽命周期成本下降，升級改造可在中修期間完成、提高燃機的環境適應性和燃料適應性等。

1 噴嘴結構介紹

1.1 DLN2.0+燃燒器

GE公司9F級燃機共有18個燃燒器，每個燃燒器設有5個噴嘴，每個噴嘴均設有擴散燃燒通道和預混燃燒通道，其中預混通道又分為內、外預混通道。

每個燃燒器共有3路天然氣供入，分別為D5、PM1、PM4，其中D5供入每個噴嘴進行擴散燃燒，PM1供入5個噴嘴中的1個進行預混燃燒，PM4供入其余4個噴嘴進行預混燃燒。

每一個噴嘴的流道環腔，由擴散流道和預混流道兩部分組成；其中擴散流道由內向外依次為空氣、擴散天然氣D5、空氣，該三股氣體在噴嘴的出口端部混合后噴入火焰筒進行燃燒，由于擴散燃燒流道的空燃比較低，天然氣濃度高，因此容易點火且火焰穩定，但火焰溫度高，氮氧化物排放高；預混流道布置在擴散流道的外側，PM1或PM4天然氣經內、外預混通道引入噴嘴，在噴嘴的外環腔與空氣進行預混合，并經旋流器進一步混合后噴入火焰筒燃燒，由于預混燃燒流道的空燃比大，天然氣濃度低，因此火焰溫度較低，氮氧化物排放也低。

1.2 全預混DLN2.6+燃燒器

全預混DLN2.6+取消了以往DLN2.0+和標準型DLN2.6+燃燒器的D5擴散燃燒模式，從燃機點火到滿負荷全程采用預混燃燒模式，避免了機組啟停過程冒黃煙現象，同時降低氮氧化物的排放量。

全預混DLN2.6+燃燒器設有6個噴嘴，較DLN2.0+燃燒器多一個噴嘴，原DLN2.0+燃燒器的5個噴嘴呈圓環形布置，DLN2.6+燃燒器在中心位置增加了一個噴嘴，見圖1。

全預混DLN2.6+燃燒器也有3路天然氣供入，分別為PM1、PM2、PM3，其中PM1供入中心位置噴嘴，且只有一路預混通道；PM2、PM3有內、外預混通道，其中PM2供入環形布置5個噴嘴中的2個，PM3供入其余3個噴嘴。

圖1 全預混DLN2.6+燃燒器示意圖

2 天然氣管道和閥門改動

在由DLN2.0+燃燒器向全預混DLN2.6+燃燒器升級改造過程中，原天然氣管道可以保留沿用，即原有的D5、PM1、PM4天然氣管道，對應為新系統的PM2、PM1、PM3，但輔助截止閥VS4-1、速比閥SRV、控制閥GCV等閥門進行更換，并在輔助截止閥VS4-1上游增設SSOV(安全關斷閥)和SSOVV(安全關斷閥后放散閥)。全預混DLN2.6十天然氣系統如圖2所示。

在DLN2.0+的系統中，D5管路，PM1管路，PM4管路均設置了清吹閥，當某一管路天然氣退出運行時，利用壓氣機排氣對該管路進行清吹；而在全預混DLN2.6+燃燒器中，僅對PM3管路保留了清吹功能。

3 啟停機動作過程

全預混DLN2.6+改造后，燃機啟停機過程較原來有所變化，增加了清吹閥預檢和燃氣閥門嚴密性自檢。

表1 全預混DLN2.6+燃燒器模式控制

啟機簡要操作過程：主復位后，在CRANK模式、盤車狀態下，進行清吹閥開關動作預檢；預檢正常后，點選START按鈕，機組進行冷拖清吹。當機組切至AUTO模式時，進行燃氣閥門嚴密性自檢，自檢通過后，待燃機清吹計時結束，機組轉入點火狀態，從點火到滿負荷之間，全預混DLN2.6+燃燒器經歷3.0模式、2.0模式、3.0模式、6.2模式、6.3模式共5個燃燒模式切換，其中3.0模式為PM1+PM2通道供入天然氣，圖3為MODE3燃燒器火焰分布圖。2.0模式僅PM2通道供入天然氣，6.2模式和6.3模式為PM1+PM2+PM3通道供入天然氣，區別在于PM2和PM3通道供入的天然氣量比例不同。圖4、圖5分別為6.2和6.3模式燃燒器火焰分布。

圖3 MODE3燃燒器火焰分布

圖4 6.2燃燒器火焰分布

圖5 6.3燃燒器火焰分布

全預混模式啟動過程中，具體控制過程見表1。

4 清吹閥預檢

燃機啟動前先對PM3回路的清吹閥進行預檢，以檢查清吹閥動作是否正常：點選Mater Reset和Diagnostic Reset按鈕，進行自保持信號和診斷信號復歸后，將燃機切至“CRANK”狀態。在Gas Purge畫面，點選Pre Start Check下Start按鈕，檢查20PG-5、20PG-6、63PG-3閥門各動作一次，要求20PG-5、20PG-6閥門開啟時間在25～40 s之間，關閉時間在0～4 s之間，自檢完成后，Gas Purge System Start Check Premissive顯示綠色。

5 燃氣閥門嚴密性自檢

燃氣閥門嚴密性自檢對象是SRV、GCV和排放閥VA13-15，通過檢測P1和P2的壓力下降情況來判斷SRV、GCV和排放閥VA13-15的嚴密性是否符合要求，嚴密性自檢過程如下：

自檢A：檢測SRV嚴密性；排放閥 VA13-15自動關閉，VS4-1自動開啟，開啟后30秒內檢查P2壓力上升值不應超過100Psi，自檢A通過，否則自檢A失敗跳閘燃機。

自檢B：檢測VA13-15、GCV-2、GCV-3、GCV-4四個閥的嚴密性；自檢A通過后，程序自動觸發自檢B，排放閥VA13-15仍在關閉，開啟速比閥SRV，P2壓力快速上升至P1壓力后，輔助截止閥VS4-1、速比閥SRV同時關閉并計時，30秒內P2壓力下降數值小于150 psi自檢B通過，否則自檢B失敗跳閘燃機。

自檢A、B均通過后，VA13-15開啟將P2壓力泄至零，60 s后，速比閥SRV自動開啟2 s后關閉，泄掉VS4-1和SRV閥間壓力，天然氣各閥門進入預點火狀態。

如果燃機初次點火失敗后將重新升速至清吹轉速再次清吹9分鐘，計時結束后進行第二次點火，若第二點火仍失敗后機組跳閘。

當處于6.2或6.3燃燒模式時機組發生甩負荷，模式切換至3.0模式。

6 排放指標情況

改造前的DLN2.0+燃燒器，啟機過程NOx的峰值達到190 mg/Nm3左右，且黃煙明顯，穩定運行時的NOx排放在40 mg/ Nm3左右。

經過DLN2.6+改造之后，啟機過程NOx的峰值最大在60 mg/Nm3左右，基本上看不到黃煙，穩定運行時的NOx排放在22 mg/N m3左右。

7 問題及對策

在全預混DLN2.6+燃燒器改造過程中，曾伴隨發生了幾個異?，F象。

7.1 機組啟動過程燃燒脈振

機組進行全預混DLN2.6+燃燒器改造后，啟動過程中在600～1 100 rad/min區間產生明顯脈振現象，就地聲音強烈，而遠傳的軸振和瓦振信號無明顯變化。

過程現象：脈振聲音受環境溫度影響較大，當環境溫度低至15℃以下時，脈振聲音大，當環境溫度升至20℃以上時，脈振聲音變小或消失。

過程分析：燃機每次點火暖機結束后的升速過程中，噴入的燃料量和變頻啟動裝置LCI的輸出扭矩都是按照設定好的斜率逐漸增加，因此，燃氣輪機每一次啟動升速過程，轉子輸出扭矩的變化曲線基本相同，而該過程有兩個潛在的變化因素即：天然氣的熱值和空氣的質量流量，天然氣的熱值變化幅度通常很小，而空氣的質量流量卻受環境溫度影響較大。燃機在啟動升速過程中，進入燃燒器的空氣量會隨著轉速的升高而增加，如果升速過程中空氣量與天然氣量始終保持在一個合理的配比范圍內，就能維持火焰的穩定燃燒，空燃比過小會使NOx排放升高，空燃比過大會使火焰失穩，產生脈振。因此，增加燃料量和降低空氣量是唯有的兩個手段。

(1)增加燃料量的途徑：

燃機在啟動升速過程中，燃料量的增加受制于加速控制，因此可考慮適當降低LCI的輸出扭矩，同時提高暖機值FSKSU-WU，這樣能使燃機在暖機結束后的升轉速過程中，輸入的燃料量在一個相對較高的起點上進行累加。

考慮到一臺LCI通常配套二臺燃機的啟動，因此需要考慮對另一臺燃機的影響。

(2)降低空氣量的途徑：

1) 關小IGV角度。通過修改控制邏輯及參數的方式實現對IGV角度的控制，但須注意與壓氣機喘振邊界線保持足夠的安全距離。

2) 調節IBH開度。調節IBH開度，對降低空氣量的調節作用沒有IGV那么明顯，相當于粗調和細調，但通過調節IBH的開度，能對壓氣機入口溫度產生一定影響，在600～1 100 rad/min轉速區段開啟IBH，有這樣幾個作用：①降低壓氣機排氣壓力，減少進入燃燒器的空氣量；②提升壓氣機入口空氣溫度，降低空氣質量流量。

當時的實際情況為：春節前后，環境溫度在15.6℃以下，空氣密度大，在相同轉速下，壓氣機的空氣質量流量大，進入燃燒器的空氣量也就多；而3月31日，環境溫度升至21.1℃以上，在沒有采取任何措施情況下，2號機在啟動過程中沒有脈振現象； 4月6日以后，環境溫度回落至15.6℃以下，脈振現象重新出現。

原有的啟機邏輯中，在600～1 100 rad/min區段IBH無需開啟，因此，如果需通過IBH途徑實現對空氣量的調節，需對控制邏輯進行優化。

7.2 速比閥開啟異常

在進行全預混DLN2.6+燃燒器升級改造過程中，同時對速比閥SRV和控制閥GCV也進行了更換。

在更換后的啟動調試中，發現速比閥、控制閥、IGV等開啟困難，且伴隨有液壓油系統管道的振動。后分析認為液壓油供至各液壓執行機構的管道和油缸內積有空氣所致，經多次開、關傳動逐漸排出管道系統內空氣后，閥門恢復正常。GE公司在靠近液壓執行機構的進、回油管道上，設有放空回路，但其以堵頭形式存在，存有一定的操作風險。

在后續的機組啟停調峰運行過程中，每隔20多天就會出現速比閥SRV開啟異常的情況，并伴隨有一定程度的管道振動，而各控制閥GCV則沒有類似現象。后經現場實際排查分析認為：改造后的各GCV與改造前的GCV在外形大小和布置位置上大致相同，而新的速比閥較原先的速比閥在外形上要高大，且液壓油的供、回油管道與閥體的接口位置在頂部，容易積聚空氣，當空氣積聚到一定量后，機組在掛閘啟動時，就會導致閥門開啟異常和管道振動。后采取定期放氣的措施，沒有再發生類似問題。

7.3 熱控方面的問題

進行DLN2.0+燃燒器升級改造為全預混的DLN2.6+燃燒器過程中，通常會配套進行控制系統的升級改造，即MK VI升級為MK VIe，在對MK Vie控制系統首次上電時，建議其他機組處于停機狀態，否則容易導致其他機組跳機。

MK Vie上電完成后，需對勵磁系統EX2100、變頻啟動裝置LCI等進行PUT/GET操作，使EGD得以更新，并停電重啟，確保通訊正常，否則機組可能無法啟動。

8 結語

全預混DLN2.6+燃燒器在氮氧化物排放和機組啟停過程黃煙抑制方面效果明顯。

但其在機組點火啟動過程中存有兩個較為典型的問題：一是泰國的兩臺機組曾多次發生熄火現象，原因是燃料過貧導致火焰無法維持而熄火；二是國華余姚的2號機組在低溫環境下脈振明顯，原因也是燃料過貧導致火焰不穩，后GE公司采取縮短MODE2.0模式、調整PM1和PM2的燃料比例分配等措施后，啟動過程的脈振現象基本消除。

全預混DLN2.6+燃燒器的升級改造會產生一定的成本，因此對于環保要求高、且啟停頻繁的機組具有一定的改造價值，其他機組建議綜合考慮現有燃燒器的使用壽命來決定，以避免無謂浪費。

(本文編輯：嚴 加)

Application of Fully Premixed DLN2.6+ Combustor in China

CAI Guoli

(Shenhua Zhejiang Guohua Yuyao Fuel Gas Power Generation Co., Ltd., Ningbo 315400，China)

The standard DLN2.6+ combustor is commonly applied in GE 9F gas turbines of power plants in China. Considering the stability of the combustion flame during unit start-up, standard DLN2.6+ combustor reserved D5 diffusion gas pipe for pilot flame, which generates yellow smoke when the gas turbine starts. Based on the fundamentals of standard DLN2.6+ combustor, GE company introduced fully premixed DLN2.6+ combustor and canceled the D5 diffusion gas pipe. Gas turbine can be running on premix mode all the time, and has acquired better social and economic benefits. There are only two plants using this new type combustor in the world, and Yuyao is the only one in China.

DLN2.6+; fully premix combustor; application

10.11973/dlyny201703021

蔡國利(1965—)，男，高級工程師，從事燃氣輪機電廠管理工作。

TM621.2

B

2095-1256(2017)03-0315-05

2017-03-20