燃氣輪機點火系統的優化分析

雷欣濤

（國家電投集團周口燃氣熱電有限公司，河南 周口 466200）

0 引 言

國家電投集團周口燃氣熱電有限公司位于河南省周口項城市產業集聚區內，具有國家“西氣東輸一線”的重要燃氣發電工程（2×450 MW燃氣—蒸汽聯合循環熱電機組）。兩臺機組的投產運行優化了地方電源結構，并有效提高了電網和輸氣管網的的調峰能力。燃氣輪機采用安薩爾多生產的AE94.3A型F級燃氣輪機，采用了單軸設計，包含了一個15級軸流式壓氣機和一個4級軸流式透平。

F級燃機配有環形燃燒室和24個干式低NOx燃燒器，燃燒區在透平第一級進口區域。燃燒室由低合金鋼鑄造殼體組成，沒有暴露在與熱燃氣接觸的表面局部溫度變化區，而是被壓氣機排氣包裹，暴露在熱燃氣中的表面被陶瓷瓦塊組成的熱防護層保護。燃燒室配有2個BFI火焰監視設備，每個燃燒器配置1個點火器。

#1機組在調試過程中，燃機順控啟動時，“未檢測到火焰”主保護多次動作，造成點火失敗。檢查發現點火系統存在損壞和故障，直接影響了燃氣的引燃，從而觸發了燃機主保護動作。本文針對點火系統的具體問題，從設備安裝和調試等情況認真分析原因，并做出相關優化，提高了點火成功率。

1 點火系統設備簡介

燃機的點火系統由燃燒器、點火變壓器抽屜開關、點火變壓器、點火電纜及火花塞等設備組成。燃燒器的氣動特性由兩個同軸同旋向的軸流器決定，分別是軸向旋流器1和斜向旋流器2，如圖1所示。部分燃燒器出口配備了CBO，以引導燃燒流動。但出于燃燒動力學考慮，位于燃燒室上部的四個相鄰位置的燃燒器出口不配備CBO。燃燒器的中心區域通過來自壓氣機3的冷卻空氣直接冷卻，每個值班環腔配備有一個火花塞5，如圖1所示。

圖1 干式低NOx燃燒器示意圖

2 點火系統異常情況

2018年9月底，#1燃機順控啟動時多次觸發“未檢測到火焰”主保護，大大降低了點火成功率。“未檢測到火焰”主保護的具體內容為當ESV閥門全開后，轉速大于4 Hz時無火信號（兩個火檢探頭均未檢測到有火信號）存在的情況下跳機。通過對兩個火焰感應裝置的檢查和測試，確定其工作良好。點火異常是由于燃氣進入燃機后，點火裝置故障導致燃氣未點燃[1]。

3 點火系統異常原因分析與處理

3.1 燃燒器問題

檢查燃燒器本體，發現部分燃燒器調試質量有待進一步提高，主要是點火電極的間距不當。火花塞用于點燃燃料出口的燃氣，在兩個點火電極之間產生約10 000 V的點火電壓。點火過程中，需保持一直產生電火花。為獲得最佳的點火效果，需嚴格控制兩點火電極之間的間隙。該間隙可以通過彎曲電極來調整[2]。

3.2 打火電纜問題

通過對打火電纜及配件的檢查，發現存在多處安裝不當，造成設備損壞的情況。部分燃燒器打火電纜未按照燃機廠家要求進行安裝，且打火電纜多處固定在燃機保溫中，造成了電纜的高溫燒壞，如圖2所示。

圖2 打火電纜燒壞

經過詳查發現，燃燒器8、9及16共6根打火電纜燒斷，其他燃燒器打火電纜有8根部分燒焦。這直接導致部分燃燒器在點火階段，無法點燃燃氣。對損壞的電纜及相關配件進行更換，并按照廠家要求對打火電纜安裝進行整改，以保障電纜的良好工作，具體情況如圖3和圖4所示。

圖3 廠家安裝要求圖

圖4 電纜整改后照片

3.3 點火變壓器問題

每個燃燒器均裝有兩個點火電極，其末端裝在值班燃燒器的末端。打火變壓器（意大利COFI TRS1020/29）提供點燃各燃燒器上的火花塞所需的電壓，電壓在兩個電極之間產生電弧。點火變壓器電路原理如圖5所示。正常情況下，線1和線2之間的阻值約16 Ω，線3與線1、線2間均為開路，線4和線5之間的阻值約48 kΩ。檢查點火變壓器柜時，發現有3個點火變壓器的線1和線2間短路，導致其無法工作。對故障的點火變壓器進行更換，并檢查、緊固機柜內端子排接線，以保證點火變壓器的正常工作[3]。

圖5 點火變壓器

4 結 論

點火系統設備經過整改后，系統的可靠性得到了極大提升，#1燃機點火成功率大大提高。打火電纜及配件工作狀態良好，無高溫燒傷痕。但對于設備安全性，系統仍需進一步優化。應加大對燃燒系統設備漏點的監視和治理，避免漏氣導致點火系統設備燒壞。應優化點火變壓器機柜的安裝位置，使其遠離冷風閥等潛在的漏氣危險源，以保障點火變壓器的良好工作環境。