鋼廠用燃氣輪機主霧化空氣逆止門卡澀分析及預防

蔡俊宏

1 概述

寶鋼電廠羅涇分廠裝備了2臺通用電氣PG9171E改進型燃氣輪機機組，該機組燃料為中低熱值的蘭炭尾氣，其熱值約為6900 kJ/m3。單臺燃氣輪機額定出力為134 MW,扣除煤氣壓縮機耗功34 MW，單機出力100 MW。機組的主要燃料為淖毛湖產業聚集園區各蘭炭廠副產品蘭炭尾氣，清油作為啟動燃料使用，在機組達到30 MW時，清油逐漸退出燃燒系統，煤氣逐漸進入燃燒系統，實現帶負荷燃料切換[1]。為了能夠使得燃氣輪機能夠燃燒輕油燃料，該機組設置了一套霧化空氣系統，霧化空氣由燃料噴嘴按照一定方式噴射進入燃燒室，對進入噴嘴的清油進行霧化，使輕油燃料由油滴進一步破碎成油霧。這樣便可以顯著提高點火成功率及燃燒效率，也有效的避免了高溫燃氣通道部件被局部燒損的情況[2]。

燃氣輪機霧化空氣系統設置了兩臺霧化空氣壓縮機，燃氣輪機在啟動階段（≤60%額定轉速），輔助空氣壓縮機CA1運行，霧化空氣通過旁路進入主霧化空氣壓縮機CA1運行，此時系統設備狀態見表1所示。

表1 啟動初期霧化空氣系統各設備狀態

當燃氣輪機轉速＞60%額定轉速時，輔助空氣壓縮機CA1停止運行，霧化空氣通過主路進入主霧化空氣壓縮機，此時系統設備狀態見表2。

如圖1所示，在機組啟動階段，輔助霧化空氣壓縮機CA2運行，主霧化空氣逆止門NRV101閥后壓力大于閥前壓力，主霧化空氣逆止門關閉。當燃機轉速＞60%額定轉速時，輔助霧化空氣壓縮機CA2運行，主霧化空氣逆止門閥前壓力大于閥后壓力，依靠CPD排氣壓力控制主霧化逆止門自動打開，霧化空氣通過主霧化空氣壓縮機進入燃料噴嘴，以滿足輕油燃料霧化之用。

表2 轉速＞60%額定轉速霧化空氣系統各設備狀態

圖1 輔助霧化空氣壓縮機啟停程序

2 事故經過

事故發生在8月26日19點04分，2號機組處于調試啟動階段。機組輕油點火成功，成功升速到1800 r/min（額定轉速的60%），此時輕油流量為1.99lbs/s,FSR為7.71%，l4ab1x指令置0，輔助霧化空氣壓縮機CA2停用，CPD排氣壓力為14.341psi，主霧化空氣壓縮機出口壓AAP4A為15.151psi，主霧化空氣壓縮機壓比AAPR為1.032，主霧化空氣壓比保護動作，機組主保護L4由1置為0，主保護L4T由0置為1，機組脫扣，啟動失敗。經過排查，在霧化空氣壓縮機停用后，閥門VA22-1A隨即關閉，輔助霧化空氣壓縮機出口逆止門NRV201閥后壓力大于閥前壓力，閥門關閉。主霧化空氣進口逆止門NRV101閥后壓力大于閥前壓力，閥門打開，壓氣機排氣通過主霧化空氣壓縮機CA1進行壓縮，從而進入到燃料系統進行對輕油進行霧化。正常運行工況下，CPD排氣壓力為14.3psi左右，主霧化空氣壓縮機出口壓力AAP4A為17.4psi。主霧化空氣壓縮機出口壓力小于正常工況，現場無明顯漏點，霧化空氣回流閥VA18-1閥門處于關閉狀態，通過分析說明，主霧化空氣進口逆止門NRV101卡澀。

燃機達到盤車轉速后，將主霧化空氣進口逆止門NRV101拆除進行檢查，發現閥瓣和閥體密封面緊密連接在一起，使用榔頭將閥瓣打開，現場檢修人員對閥門閥瓣及閥體密封面進行了研磨，并在密封面涂潤滑油脂，離線動作閥門正常，進行回裝。機組于第二日早8點再次啟動一次成功，本次搶修流程持續了12各小時左右，蘭炭尾氣放散量達到160萬m3,損失電量約為128萬kWh,，損失非常巨大。

3 事故分析

霧化空氣系統在燃機整個工藝系統中承擔對輕油燃料霧化、燃燒煤氣狀態下輕油噴嘴冷卻重要作用。在機組啟動階段由于轉速較低，由輔助齒輪箱驅動的主霧化空氣壓縮機CA1無法提供足夠的霧化空氣，為了機組在點火成功及維持正常燃燒，霧化空氣系統設置了一套并聯的輔助霧化空氣系統。當機組達到額定轉速的60%以上時，主霧化空氣壓縮機CA1的流量幾乎與輔助霧化空氣壓縮機CA2額定最大流量相等，輔助霧化空氣壓縮機CA2無法滿足主霧化空氣壓縮機CA1流量要求，MARK VI控制系統閥指令L4AB1X置0，輔助霧化空氣壓縮機停用，輔助霧化空氣壓縮機進口閥VA22-1及輔助霧化空氣壓縮機出口逆止門NRV201關閉，主霧化空氣進口逆止門NRV101打開。當燃用輕油燃料時，霧化空氣旁路閥VA18-1及VA19-1關閉，當燃用蘭炭尾氣燃料時，霧化空氣旁路閥VA18-1及輕吹閥VA19-1打開，對輕油燃料噴嘴進行冷卻。

主霧化空氣逆止門結果如圖2，此逆止門閥瓣為空心結構，在機組運行期間，閥門閥瓣和閥體受熱膨脹系數不一致。由于閥瓣為空心結構，熱膨脹比較快，而閥門本體熱膨脹比較慢，此次啟動前機組由于其他原因剛跳機，主霧化空氣逆止門處于熱態，閥瓣卡在閥門本體密封面上，1號機組也多次發生機組啟動跳機后第二次啟動霧化空氣壓比低跳機的事件。

圖2 主霧化空氣逆止門結構輕吹閥

4 霧化空氣系統改進措施

針對主霧化空氣逆止門由于熱膨脹不一致導致機組脫扣不受控因素，提出改進措施如下：

（1）在主霧化空氣逆止門NRV101附近加裝一路儀用氣，在機組停機或者啟動失敗后將改路儀用氣打開對閥瓣進行冷卻，確保閥門能夠快速冷卻，減少閥瓣和閥門卡澀到一起的可能性。

（2）改變主霧化空氣逆止門結構及材質，閥瓣及閥門本體使用膨脹系數接近一致的材質。同時逆止門外部增加人工操作手柄，在機組啟動前對該閥門進行例行動作實驗，并將該要求寫進運行規程。

（3）利用機組檢修期間，定期安排對該閥門密封面清理檢查工作，同時在密封面處涂潤滑油脂，確保其動作靈活。

5 結論

主霧化空氣逆止門只要保證閥門動作正常即可，上述措施正是圍繞這個原則進行制定的。

主霧化空氣逆止門為GE公司設計的產品，在多個電廠出現類似問題，還需要在進一步的生產實踐中加以完善和優化。

[1]楊順虎.燃氣-蒸汽聯合循環發電設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2013.213.

[2]張啟升.PG6581B-L燃氣輪機霧化空氣系統常見故障分析及解決方案.燃氣輪機技術.