9FA燃機(jī)DLN2.6+燃燒室低可見排放應(yīng)用

炊 健

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310015）

杭州華電半山發(fā)電有限公司二期天然氣燃機(jī)項(xiàng)目共有3臺(tái)GE公司生產(chǎn)的9FA單軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，均采用DLN2.6+燃燒室和MARK VIe控制系統(tǒng)。2014年對(duì)其中的#8燃機(jī)進(jìn)行了低可見排放（LVE）升級(jí)改造。改造后機(jī)組可大幅縮短開、停機(jī)過程中煙囪排放可見黃煙的時(shí)間，而此次改造也是國內(nèi)同類型機(jī)組的首臺(tái)。

1 DLN2.6+燃燒系統(tǒng)

1.1 DLN2.6+燃料通道和燃燒噴嘴

DLN2.6+燃燒系統(tǒng)結(jié)合了GE公司燃?xì)廨啓C(jī)DLN2.6和DLN2.0+系統(tǒng)的技術(shù)，應(yīng)用于6F、7F、9F多個(gè)系列的燃?xì)廨啓C(jī)。由于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中的火焰溫度比較高，高于空氣中N2和O2起化學(xué)反應(yīng)生成NOX的起始溫度1650℃，因此，燃?xì)廨啓C(jī)排氣中NOX、CO、VOC含量成為主要的污染物，其中NOX在煙氣排放中15mg/L以上顏色稀釋顯為黃色，也就是通常說的可見黃煙。

之前的DLN2.0+燃燒系統(tǒng)在運(yùn)行實(shí)踐中，燃燒時(shí)的火焰脈動(dòng)對(duì)靠近燃燒筒邊緣的PM1噴嘴的火焰十分敏感，若該噴嘴的燃料配置不當(dāng)，會(huì)在PM1噴嘴臨近的火焰筒處造成鼓包，影響火焰筒的壽命。該缺點(diǎn)在尖峰負(fù)荷或半基本負(fù)荷的機(jī)組中尤為明顯。GE公司在DLN2.6的基礎(chǔ)上，結(jié)合FB級(jí)機(jī)組的先進(jìn)冷卻技術(shù)，設(shè)計(jì)了DLN2.6+燃燒室系統(tǒng)：每個(gè)燃燒室端蓋布置了6只燃料噴嘴，外圈均勻布置5只、圍繞著中心1只燃料噴嘴。與DLN2.0+相比，增加了中心噴嘴，減少了火焰筒外徑鑄件上的氣簾孔，在保證燃燒件壽命的基礎(chǔ)上提高了燃空比，提高了燃燒室貧油燃燒的裕度以及燃燒穩(wěn)定性。燃燒室噴嘴布局如圖1所示。

DLN2.6+燃燒系統(tǒng)共有四路燃料供氣管路：D5、PM1、PM3、PM2。位于中心位置的噴嘴有外部的預(yù)混PM1通道和內(nèi)部的清吹通道，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)內(nèi)部清吹通道有持續(xù)的清吹空氣（來自壓氣機(jī)）用于冷卻燃燒部件；而中心噴嘴周圍均勻布置的5只燃料噴嘴，每只噴嘴都有一個(gè)擴(kuò)散通道，一個(gè)預(yù)混內(nèi)部通道和一個(gè)預(yù)混外部通道，燃料氣的D5供氣管路通向5個(gè)噴嘴的擴(kuò)散燃燒通道，而來自PM2和PM3供氣管路的氣體燃料分別從外、內(nèi)預(yù)混通道進(jìn)入燃燒筒并和空氣流進(jìn)行摻混后進(jìn)入燃燒區(qū)，圖1中上部2只加下部1只為PM3噴嘴，而靠近燃燒筒聯(lián)焰管的2只為PM2噴嘴。

DLN2.6+系統(tǒng)的燃燒方式命名規(guī)則是參與預(yù)混燃燒通道名的數(shù)字和，并附加擴(kuò)散通道參與燃燒供氣時(shí)后綴字母“D”。例如，四個(gè)通道全部參與時(shí)為預(yù)混通道，即1+2+3=6的“6D”模式，以此類推。而當(dāng)擴(kuò)散退出，進(jìn)入預(yù)混模式時(shí)，為了區(qū)分是PM2還是PM3的富燃料模式，增加后綴，即“6.2”或“6.3”模式。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)燃燒模式和LVE燃燒模式

擴(kuò)散燃燒的方式火焰溫度高，燃燒穩(wěn)定，但NOX排放大。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)燃燒模式，由于D5（擴(kuò)散燃燒通道）在燃機(jī)負(fù)荷達(dá)到35%、9FA聯(lián)合循環(huán)負(fù)荷約120MW時(shí)退出（DLN2.0+約200MW），因此啟動(dòng)過程中的NOX仍然較高，啟動(dòng)時(shí)黃煙明顯。GE公司就此開發(fā)出針對(duì)DLN2.6+的LVE（低可見黃煙）啟動(dòng)模式。

對(duì)于LVE燃燒模式，D5（擴(kuò)散通道）僅在點(diǎn)火和暖機(jī)階段供氣，暖機(jī)完成即關(guān)閉，時(shí)間總長不超過3min，因此顯著降低了啟動(dòng)過程中的黃煙排放，幾乎全程N(yùn)OX均在15mg/L以下。同樣可以看出，無論是標(biāo)準(zhǔn)模式還是LVE模式，都在機(jī)組加速到FSNL（全速空載）前，就在燃燒筒中央噴嘴（PM1）建立起穩(wěn)定的火焰，一直持續(xù)到達(dá)到額定負(fù)荷，相比DLN2.0+燃燒系統(tǒng)，DLN2.6+的火焰穩(wěn)定性得到了增強(qiáng)。

2 升速過程中的燃燒穩(wěn)定性

2.1 造成升速時(shí)燃燒不穩(wěn)定的原因

在LVE燃燒模式中，機(jī)組從暖機(jī)完成時(shí)就已經(jīng)進(jìn)入全預(yù)混通道的模式，雖然可見黃煙的排放時(shí)間很短，相應(yīng)的燃燒也不穩(wěn)定，尤其是在升速階段。

根據(jù)GE公司實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)：3模式（PM1+PM2）在機(jī)組升速過程中，燃料分配不合理會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定，甚至熄火，這主要有以下三方面原因：

（1）升速過程中增加PM1通道的燃料會(huì)升高PM1e.r，靠近、甚至擊穿PM1通道的RBO（Rich Blow Out富燃料熄火邊界）；

（2）升速過程中，增加PM2通道的燃料同時(shí)會(huì)降低PM1 RBO，減少PM1的富燃料熄火裕度；

（3）環(huán)境溫度的降低會(huì)降低RBO（富燃料熄火邊界），提高LBO（Low Blow Out貧燃料熄火邊界），壓縮穩(wěn)定燃燒的空間。

2.2 通過調(diào)整參數(shù)提高燃燒穩(wěn)定性

某次開機(jī)過程中，從點(diǎn)火至全速時(shí)的運(yùn)行參數(shù)曲線如圖2所示。圖2中箭頭處所指區(qū)間燃機(jī)升轉(zhuǎn)速為30%～60%時(shí)，排氣溫度分散度開始增加并達(dá)到較大的過程，最大分散度為213℉已經(jīng)超過允許值的175℉，此時(shí)燃燒極不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)了部分燃燒筒熄火的現(xiàn)象。由此可見，需要調(diào)整在燃機(jī)轉(zhuǎn)速為30%～60%期間的燃料量，以平穩(wěn)地穿過RBO與LBO的中間區(qū)域。

圖2 點(diǎn)火至全速時(shí)的運(yùn)行參數(shù)曲線

調(diào)整期間每次的開機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表3所示，調(diào)整期間每次開機(jī)升速30%～60%時(shí)段內(nèi)排氣分散度達(dá)到最大值時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，表3中兩次啟機(jī)過程中最大排氣分散度均大幅超過允許值，調(diào)整后的最大分散度遠(yuǎn)低于當(dāng)時(shí)的分散度允許值。

機(jī)組30%～60%轉(zhuǎn)速區(qū)間的燃料量并不是一個(gè)值，而是一套燃料分配參數(shù)，而且對(duì)應(yīng)是夏天（環(huán)境溫度88℉）該機(jī)組的適用參數(shù)。當(dāng)大氣溫度降低時(shí)，由于空氣的體積質(zhì)量增加，為了維持同樣的燃料空氣比，應(yīng)適當(dāng)增加燃料量，以提高燃燒的穩(wěn)定性。臨近冬天時(shí)，需要適當(dāng)增加燃料量，反之冬天適用的參數(shù)到了夏天應(yīng)減少燃料量。這套參數(shù)可調(diào)節(jié)類似的燃機(jī)，由于不同機(jī)組在不同季節(jié)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)是不同的，因此應(yīng)該根據(jù)具體情況選擇不同的參數(shù)。8月6日調(diào)整后的運(yùn)行曲線如圖3所示，由圖3可以看出排氣分散度并未變大。

表3 調(diào)整期間每次的開機(jī)運(yùn)行參數(shù)

圖3 調(diào)整后的燃燒曲線

3 結(jié)束語

LVE燃燒模式是在燃機(jī)用戶越來越嚴(yán)峻的環(huán)保壓力背景下產(chǎn)生的，由于半山機(jī)組是國內(nèi)首臺(tái)改造機(jī)組，因此在實(shí)際運(yùn)行中有很長的一段磨合期，如何在低排放和燃燒穩(wěn)定之間找到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡點(diǎn)需要維護(hù)人員深入進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和更多的實(shí)踐探索。