PG9351FA 機組低氮燃燒改造后典型問題分析與處理

谷向前

（福建晉江天然氣發電有限公司 福建晉江 362200）

1 概述

某電廠配置4 臺PG9351FA 型燃氣輪機發電機組，其中2號、3 號、4 號機組燃燒系統已經由DLN2.0 改為低氮燃燒DLN2.6+，1 號機組將于2022 年進行改造。改造的重點是更換燃氣輪機熱通道部件，同時控制系統相應地由Mark Ⅵ改為Mark Ⅵe。燃氣輪機的DLN2.6+升級改造有多種方案，該廠選擇了XD5 全預混型。全預混的燃燒方式由于燃燒溫度低，NOx排放少，因此是較環保的燃燒室。機組改造后調試階段出現了點火失敗、溫度匹配困難、機組啟動瞬間380 V 母線GEMCC2段跳閘、停機退高壓蒸汽階段燃燒模式來回切換等4 個典型問題。

2 典型故障分析及處理

2.1 機組啟動點火失敗

4 號機組改造后第二次調試啟動，啟動過程中第一次點火失敗。機組再次進入清吹階段。

正常情況下，機組清吹完降速到400 r/min，再升速到點火轉速420 r/min，點火變壓器帶電開始點火。當4 個火焰探測器中有2 個及以上檢測到火焰時，燃燒控制系統判斷點火成功。機組點火失敗的原因有多種，例如燃氣置換不純、燃氣閥門故障、燃燒室結構故障、點火時間偏短等。鑒于機組第一次調試啟動點火正常，則不存在燃氣不純的問題。另查曲線觀察各燃氣截止閥、控制閥指令與反饋正常，燃燒室也是全新的DLN2.6+燃燒室，也不存在這兩方面的問題。

由燃氣輪機點火邏輯可以看出，當點火條件滿足后，L2TVZ 置“1”，l2tvx1 也置“1”，即點火變壓器帶電點火，經過10 s 的帶電延時，L2F 置“1”，l2tvx1 置“0”，點火變壓器帶電結束，如果在這10 s 內未點著火則會引起點火失敗。查第一次調試啟動曲線發現，從點火變壓器帶電到火檢檢測到火焰用時9.5 s，也是在點火失敗的邊緣，由于機組采用全預混燃燒，點火階段的過量空氣系數也較擴散燃燒時大，容易發生點火失敗。查其他機組點火時間設定值有10 s、15 s 不等，于是運行要求熱控工程師修改點火時間為15 s，機組清吹后重發啟動令，機組點火正常。燃氣輪機點火邏輯見圖1。

圖1 燃氣輪機點火邏輯

2.2 機組啟動瞬間380V 母線GEMCC2 段跳閘

3 號機組檢修后機組某次熱態啟動，在發啟動令瞬間，380 V動力母線GEMCC2 段跳閘，進線開關過流保護動作，重要負荷2 號軸承冷卻風機BN-2、透平間冷卻風機BT-2、排氣擴壓段冷卻風機BD-2 跳閘，備用負荷聯鎖啟動正常。

檢查GEMCC2 段上所帶負荷，BN-2、BT-2、BD-2 都是較大負荷，如果同時啟動，會造成進線開關瞬時過電流。由風機啟動邏輯可知BN 風機在兩班制運行時是連續的，在發啟動令瞬間會從運行風機切換到備用風機。在未進行DLN2.6+改造之前，BT 風機是在清吹結束后啟動，BD 風機跟隨BT 風機的啟動邏輯，但在改造后，BT 風機在機組發啟動令后就啟動，邏輯檢測到BT 風機的啟動信號后BD 風機也立即啟動。在這種情況下，如果主運風機和備用風機選擇不當就會造成GEMCC2段上BN-2、BT-2、BD-2 風機同時啟動，造成進線開關瞬時過電流。

為防止進線開關過電流，運行人員采取優化，啟動前檢查各風機的主備用情況，避免主運風機在同一段母線，另外要求熱控人員修改邏輯，將BD 風機的啟動邏輯改為BT 風機啟動后延時10 s，避免同時啟動。

2.3 溫度匹配困難

溫度匹配是為防止汽輪機通流部件動靜部分膨脹不均、應力過大而設計的1 個邏輯，即控制燃氣輪機排煙溫度TTXM=汽輪機高壓缸溫+110 ℃，TTXM 算得的結果再與371 ℃比較取較大值，與565 ℃比較取較小值，機組并網后溫度匹配的條件是要求轉速基準TNR 大于最小設定值TNKTML，一般設定值為100.40%［1］。

3 號機組改造后冷態啟動，并網后機組投入溫度匹配，溫度匹配階段隨著進口可轉導葉（IGV）角度的開啟，機組負荷會稍有下降，當負荷降至7 MW 時對應排煙溫度至405 ℃左右，還未降低到投入溫度匹配所需的371 ℃，但機組已接近解列負荷，需要手動增加燃料量才能維持機組不至逆功率動作。兩班制熱態啟動，并網后預選負荷，TNR=100.34%時對應排煙溫度565 ℃，按原投入溫度匹配最小TNR 100.40%無法投入，增加TNR 到100.40%時投入溫度匹配，IGV 會根據溫度匹配值加大開度，以滿足排煙溫度565 ℃的要求，這樣運行經濟性又會受到影響。

機組進行DLN2.6+改造后，燃燒方式進行改變，機組并網后的最小IGV 也從原來的47.5°減小到43.5°，IGV 開度減小勢必會引起排煙溫度的上漲，故會出現上述投入溫度匹配困難的情況。

鑒于上述2 種情況下的啟動投入溫度匹配問題，熱控工程師將投入溫度匹配最小TNR 值（TNKTML）由固定值100.40%修改成變量值，如圖2 所示。在冷態啟動投入溫度匹配期間，當機組負荷低于15 MW，TNKTML 數值以一定速率增加，最大可以到100.60%，迫使機組燃料量增加，負荷也隨之增加，如圖3 所示。當TNKTML 增加，與TNR 之間有偏差，就會使L33TMIGVR 置“1”，當L33TMIGVR 置“1”時，就 會 觸 發L90TMR 置 “1”，燃料量就會增加。當負荷大于24 MW 時，TNKTML 以一定速率減小，最小值可以到100.30%，使燃料量減少，負荷也隨之相應減少。機組熱態啟動時，將最小投入溫度匹配TNR 降低為100.34%，且IGV 在最小值，閉鎖最小投入溫度匹配TNR 為定值，這樣并網后TNR 就滿足投入溫度匹配條件，可以直接投入溫度匹配。

圖2 溫度匹配限制與機組負荷關系

圖3 投入溫度匹配最小TNR 邏輯

2.4 停機退汽過程燃燒模式來回切換

2 號機組改造后，多次出現在停機階段燃燒模式在6.2 與3.0 之間來回切換的情況，頻繁切換造成燃燒不穩定，容易發生熄火。

DLN2.6+全預混燃燒室正常運行時有3 種燃燒模式，即3.0、6.2 和6.3 模式，燃燒模式的切換是根據燃燒基準CA-CRT數值來進行。機組點火之初是3.0 模式，當CA-CRT 達到69 延時0.5 s 切至6.2 模式，當CA-CRT 達到82.75 延時0.5 s 切至6.3 模式，回切的死區是1.91。機組停機高壓退汽階段，為防止汽輪機負應力過大，燃氣輪機會保持燃料量，待機組退完汽后（5 min 退完汽）再降負荷。CA-CRT 與燃氣輪機進氣溫度、IGV角度、燃氣輪機排煙溫度等有關系，在高壓退汽階段初期CACRT 已經降至3.0 對應值，燃燒模式切換至3.0，但由于此時燃氣輪機未繼續降負荷，CA-CRT 太靠近燃燒模式切換邊緣，一些小的波動會使CA-CRT 又升至69 以上，這樣燃燒模式又切回至6.2。

鑒于這種情況，熱控人員將燃燒模式由6.2 切至3.0 后，再回切至6.2 的時間延時加長為400 s，整個高壓退汽過程才300 s，完全可以躲過高壓退汽時CA-CRT 的波動帶來的燃燒模式來回切換問題，經過改進，觀察機組停機未再出現燃燒模式來回切換的情況。

3 結語

PG9351FA 燃氣機組DLN2.6+改造后，由于軟件及硬件的升級，出現了一些燃燒等方面的問題，但是通過邏輯優化、運行優化即可解決問題，現3 臺已改造的機組運行正常，NOx 排放量下降至20 mg/m3以內，改造效果明顯。