DLN1.0 燃氣輪機火焰檢測器結露故障的分析和處理

（南京汽輪電機（集團）有限責任公司，南京 210000）

0 引言

隨著近些年國家對環保的重視，對燃氣輪機機組的環保要求不斷提高，低氮燃燒系統成為了燃氣輪機的標準配置，老的機組也相繼改造使用低氮燃燒系統。國內安裝數量眾多的9E和6B燃機均使用的是DLN1.0燃燒系統，但是在進入夏季后，一些南方電廠開機升負荷過程中出現了二區火焰強度低報警甚至跳機的故障。

1 DLN1.0和火焰檢測系統介紹

DLN1.0燃燒系統是GE公司最早研發的低氮燃燒系統，采用了燃燒分級技術，將燃料分為兩級，在基本負荷狀態，第一級為完全預混燃燒，第二級為部分預混燃燒并且有3個小孔的擴散燃燒值班火焰。DLN1.0結構如圖1所示。

圖1 DLN1.0結構

根據兩級的燃料分配比例和燃燒狀態，可以分為8種燃燒模式。擴展貧貧模式，預混燃燒模式，預混切換模式，二級切換模式，負荷恢復模式，貧貧（負）燃燒模式，貧貧（正）燃燒模式，一級燃燒模式[1]。

為了監視兩級燃燒區的火焰狀態，在每級分別安裝了4只火焰檢測器（簡稱火檢）。一級的4只火檢，安裝在燃燒室的周邊，二級的4只火檢，安裝在燃燒室的端蓋上。火檢利用的是光電效應，火檢的光電二極管接收紫外線會產生電流，將電流放大整定遠傳到機組的控制系統，其電子元件全部集成在檢測器中，由于燃燒區域的溫度較高，所以需要安裝冷卻水才能正常工作[2]。

2 故障現象分析與處理

2.1 故障現象

某電廠9E燃機在調試后，冬天、春天一直運行正常，初夏時出現了啟動過程中二區火焰強度越來越弱的現象，在貧貧模式還只是報警，如果直接升負荷在切換到預混模式后發生二區火焰丟失跳機事故，而在貧貧模式長時間暖機之后火焰強度會逐漸升高，此時升負荷未發生跳機。

2.2 原因分析

由于二區火焰強度變弱，懷疑火檢臟污擋住部分紫外線，跳機事故發生后將火檢拆下進行檢查，發現火檢的玻璃清潔，測試火檢工作正常。從長時間暖機火焰強度升高懷疑有液體影響了火檢的工作，但是檢查過程中火檢密封完好，內部并沒有液體，可以判斷如果有液體，必然來自外部。

對比機組與之前運行狀態的區別，發現最大的區別是夏季空氣濕度明顯比春季高，但是火檢接觸的空氣是壓氣機排氣，溫度高達350 ℃，會凝結水比較難以想象，經查詢相關資料，進行了計算。大氣溫度28 ℃，空氣濕度80%，大氣壓力0.10026 MPa，此溫度下水蒸氣飽和壓力為0.003783 MPa經過壓氣機壓縮之后，在25%負荷時，壓力增加為0.6632 MPa，溫度增加為310.94 ℃，經計算此時的壓縮空氣飽和溫度為60.08 ℃。查看運行記錄，冷卻水溫度為35 ℃，由于二級燃燒的火檢位于燃燒室端蓋上，位于氣流的死區，部分負荷下燃燒溫度不高，通過輻射和熱傳導過來的熱量較少，火檢的溫度略高于冷卻水溫度，低于飽和溫度，所以火檢的藍寶石窺窗上具備凝結水滴的條件，水滴會折射從燃燒區域發射過來的紫外線，所以火焰強度降低。長時間暖機之后，火檢溫度慢慢升高，凝結的水滴逐漸蒸發，火焰強度又慢慢增加。分析結果與發生故障的現象完全吻合[3]。

2.3 解決方案

針對該現象分析得出的結論經行研究，得出了幾種解決方法。（1）提高啟動期間火檢的溫度，這個可以從兩個方向努力。（2）降低冷卻水量，提高傳遞到火檢的熱量。降低冷卻水量可以通過關小冷卻水的閥門來實現，但是注意的是，要在機組進入穩定工作狀態后將閥門開大，避免機組負荷較高時冷卻水量不足，導致火檢故障。（3）提高傳遞到火檢的熱量可以通過縮短火檢安裝座尺寸進行，GE公司的最新設計就是這么處理的，現場處理有難度，而且對電廠生產影響較大，通過從壓氣機排氣引一路熱空氣到火檢安裝座的管路來實現。（4）還有一個最根本的解決方案，更換不需要冷卻水的干式火檢。干式火檢將電子元器件比較多的放大器部分移到遠離燃燒室的位置，利用電纜與感光的探頭相連，可以取消冷卻水。這種方法可以一勞永逸的解決啟動階段火焰弱的問題只是干式火檢價格較高，初期投入比較高。

最后選擇通過調小冷卻水、延長暖機時間的方法避免了故障的發生，待機組檢修時對火檢的安裝座進行改造，以免影響電廠的正常運行。

3 結束語

通過處理火焰檢測器結露的問題，加深了對燃氣輪機火焰監測系統的了解和認識，掌握了空氣濕度（露點）的計算，對火檢及其冷卻系統的設計和改進提供了經驗，同時可以指導類似的濕壓縮空氣可能發生凝結系統的設計。