燃氣輪機空氣清吹系統優化改造研究

楊張輝

摘? 要：燃氣輪機系統及其空氣清吹系統的使用安全性能夠對燃機的應用質量起到非常明顯的影響作用，本文結合6F.01燃機的清吹系統以及調試期間出現的事故進行分析，并對該系統的優化改造對策展開深入探討和研究，旨在減少此類型設備的安全隱患，供相關從業者參考。

關鍵詞：燃氣輪機;空氣清吹系統;系統優化

引言：對于燃機而言，其內部的燃燒系統以及空氣清吹系統二者之間互相提供輔助作用，通過兩個系統之間的配合，便于燃機在運行過程中產生的負荷以及環保指標等方面予以及時切換，但在調試和運行過程中，該系統會出現類似單點保護的不穩定性因素，相關技術人員應針對此情況進行研究，對其系統進行優化和改造處理。

一、燃機清吹系統

燃機的清吹系統是燃機系統中非常關鍵的功能結構之一，一般來看，燃機在正常運作下會對其負荷進行有效判斷和調整，進而選擇最為合適的燃燒模式，在燃燒過程中，由于燃燒模式的不同，導致部分噴嘴裝置無法在任何情況下擁有充足的燃料予以供應。所以，在燃燒系統正在運作的過程中，可通過清吹系統、將燃機中的壓氣機裝置進行連接，通過這種方式對沒有連通天然氣的管道以及噴嘴裝置進行及時冷卻，避免天然氣出現回流現象，同時也能減少管道與噴嘴裝置中殘存燃料而產生自燃現象。具體到燃機清吹系統的組成結構來看，分別由具有冷卻功能并密封的空氣系統，以及燃料的氣控制系統、壓氣機裝置共同組成。

二、對燃氣輪機清吹系統的高效優化策略

（一）天然氣的運行模式

1.先導預混模式

該模式主要指氣體燃料在向燃燒室進行擴散期間，選用通道D5以及通道PM1A。選擇這種運行模式的情況通常是由于部分額定轉速到低負荷中產生變化，待燃機進入全速空載狀態后，可進行繼續加載，直至到達燃燒基準，該基準與火焰燃燒溫度類似。

2.預混模式

該模式主要指天然氣在經過噴嘴裝置后的通道分別為PM1A、PM1B、PM3通道，在超過燃燒基準線到燃機的基礎負荷期間，都采用預混模式進行。在氣體燃料通過噴嘴裝置后，噴嘴裝置區域的燃料不再繼續流動，此時可啟動對噴嘴裝置的吹掃作業。在抽氣支管的輔助作用下，將壓氣機產生的氣體導入氣體燃料的傳送管路，對氣體燃料噴嘴展開吹掃環節^[1]。

在進行吹掃的過程中，需確保空氣能夠在噴嘴裝置中正常流出，這種方式能夠有效檢驗各類管道中沒有易燃氣體的存留，并能對燃料噴嘴進行冷卻。一旦通過PM1B、PM3燃氣噴嘴的燃氣沒有繼續流動，并且全部燃氣全部流至擴散噴嘴裝置，此時可將PM1B、PM3的吹掃閥開啟，對其進行吹掃作業。若燃料氣吹掃支管裝置沒有正常運作，相關技術人員可將支管中的放空閥開啟，并將管道內部的燃氣進行排空，避免燃料氣體聚集。在這個過程中，相關技術人員需確保燃料沒有聚集在兩個串聯的吹掃放空閥內。對于先導預混模式以及預混模式兩種模式，其清吹系統的運作狀態如表1所示。

三、燃機清吹系統的改造要點

（一）明確保護動作的運作原理及其邏輯

燃機MARK VIe控制系統的有效運作，能夠清晰地看到清吹系統中的各種保護機制及其條件，在這個過程中主要涉及到三種保護形式如下所示：

1.快速降負荷

若燃機在進行清吹時，管道、線路的溫度超出365℃（延時2秒），或者清吹溫度超過345℃時，燃機開啟快速降負荷模式，通過這種方式能夠將清吹得溫度控制在高值內^[2]。

2.停機

產生停機的情況主要是燃機大氣壓力與FPG1的清吹壓力的總和，與壓氣機排氣壓力的比值超出1.01或低于0.962，并且這個情況在1分鐘以上。

3.燃機跳閘

燃機出現跳閘情況主要包含三種情況，首先是清吹溫度超出385℃（延時兩秒）。其次，在進行清吹環節的過程中，10秒內對清吹管路中三支壓力變送器、其中有兩支經過壓力檢測發現其壓力低于303kPa，最后，在燃燒模式下進行切換，但是清除指令在系統中并沒有成功發出。

例如，在某燃機進行調試的過程中出現燃機跳閘事故，其中，原電磁閥為A，新增電磁閥為B電磁閥系統的前期改造如圖1所示。

在發電機的出口區域設置的斷路器已經斷開，燃機系統顯示“處于保護狀態”。針對此情況可采用雙路模式的電磁閥裝置對其進行有效控制，如圖2所示。

若對此閥門進行有效改造，則會對閥門的運作可靠性提供較為關鍵的保障，改造后的電磁閥系統圖，其中，清吹閥門在進行改造的前期與后期的運作情況如表2所示。

（二）方案的調試

在MARK VIe燃機控制系統運作過程中，可適當增設一路繼電器作為輸出點。具體的設置方式如下所示，首先，進入相關軟件選擇TOOLBOXST→進入1#機組→組態“G1”→選擇菜單software→1#燃機系統組態→“客戶”系統→新建項目并命名“Ps1”→增添“MOVE”的功能模塊→對其功能模塊輸入變量“SRC”、以及輸出變量“DEST”。

其次，將輸入變量與原組態中清吹閥的VA13-1的開啟指令進行關聯，并將輸出變量與新電磁閥開啟指令進行關聯并將其重新命名。最后，可將空余的繼電器連入至通過選中該繼電器通道的“L20PG1ON”指令，并按照上述流程將其他清吹閥門的改造工作予以完成[3]。

（三）對優化進行的驗證

對上述方案進行優化驗證的數據記錄如表3所示。

結論：總的來看，為確保燃機的清掃機制能夠達到一定的高效性，相關人員需對燃機的空氣清吹系統進行適當的優化和改造，并結合實際情況對燃機的自動保護機制的運作邏輯制定相應的改造措施，在對新增電磁閥進行相關實驗后，任意一個電磁閥在出現問題后，閥門仍能正常啟動和運作，只有兩個電磁閥都產生故障才會影響閥門的正常作用，這種方式能夠有效增強清吹系統的使用穩定性。

參考文獻：

[1]陳開勝，邱偉，張敏杰.燃氣輪機熱反吹在燃燒器雜質處理中的應用[J].燃氣輪機技術，2021，34（03）：53-56.

[2]吳徐宇，顧振華.9E級燃機燃燒切換不成功的多種情況及伴隨現象淺談[J].內燃機與配件，2020（12）：164-165.

[3]賴仁滿.石化企業燃氣輪機運行可靠性提升探討[J].石油化工設備技術，2020，41（03）：56-61+9-10.