9FA燃气轮机干式低NOx燃烧系统及燃烧监视

南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）1南京工程学院继续教育学院毕业论文9FA燃气轮机干式低NOx燃烧系统及燃烧监视姓名：时永兴学号：专业：热动学历：大学指导教师：赵雅菊函授站：戚电中国·南京2008年12月南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）2目录前言..................................................................39FA燃气轮机干式低NOx燃烧系统及燃烧监视...............................4摘要..................................................................4一、燃气轮机燃烧系统概况........................................41.1燃烧室布置..................................................41.2气体燃料供给系统............................................5二、燃烧控制系统................................................52.1燃烧模式....................................................62.1.1扩散模式(L83FXP)..........................................72.1.2次先导预混模式(L83FXL)....................................72.1.3先导预混(L83FXH)..........................................72.1.4预混(L83FXM)..............................................72.2燃烧模式转换................................................82.3实践问题....................................................9三、控制功能的实现.............................................123.1燃烧基准温度...............................................123.2进口导叶控制...............................................123.3进气加热...................................................133.4气体清吹系统...............................................13四、燃烧监视...................................................14五、造成排烟分散度大的一般原因.................................145.1测量.......................................................145.2燃气系统...................................................155.3燃气喷嘴...................................................155.4承压室总成.................................................155.5燃烧系统...................................................155.6一级喷嘴...................................................15六、排烟分散度大对燃机的影响...................................16七、排烟分散度允许值TTXSPL的算法..............................17八、报警与遮断.................................................18九、实例分析...................................................19十、总结.......................................................21参考文献：........................................................22致谢.............................................................22南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）3前言燃气轮机的燃烧调整是一个复杂的过程，需要在不同的负荷段作出相应的调整，最终得出一个最佳的燃料燃烧控制曲线。而且燃气轮机燃烧室的动态特性跟燃料温度、压气机入口空气温度、燃料的成分等有很大的关系，在实际的运行中需要不断总结，努力得到最好的燃烧效果。燃烧监视就是通过检测反映排烟温度场均匀程度的排烟分散度，来反映燃烧系统或透平的状况的。当排烟分散度大或者说排烟温度场不均匀时，控制系统及时发出报警，提醒运行人员采取措施，或者直接发出遮断指令，这样以防止事故进一步扩大，危及燃烧室、过渡段或透平的寿命。我们对燃机燃烧过程应有充分的认识，同时在运行中应加以足够的重视。因为，当燃烧真正发生故障时，如果任其发展，将直接导致燃烧室和透平的严重损坏，而对排烟分散度的监视，是我们发现问题的一个极其重要的手段。我们应注意排烟分散度的变化情况，经常把目前的值与以前类似状况下的值作比较，当发现其变化较大时应及时查明原因。因为，当排烟分散度达到或接近允许值时，很可能燃烧室或透平已经有所损坏了，因此，一旦发现排烟分散度有异常的情况，我们就必须积极地采取有效的方法进行检查，把故障排除在萌芽状态。本文在撰写过程中，结合9FA燃机实际运行经验，查阅了《燃机控制规范》、《MK-Ⅵ控制程序图》等资料。有不完善之处，欢迎批评指正。南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）49FA燃气轮机干式低NOx燃烧系统及燃烧监视戚墅堰发电有限公司时永兴摘要:本文详细介绍了PG9351FA燃气轮机中DLN2.0+燃烧控制系统。系统的对燃烧室布置，气体燃料供给系统，燃烧控制系统，燃烧模式，燃烧模式转换，燃烧基准温度，进口导叶控制，进气加热系统，气体清吹系统进行了说明。该系统可以获得最佳的燃烧效果及低NOx生成，并完成燃气轮机机组运行各阶段的控制任务，如点火、燃料流量的控制和分配。给出了各模式下期望的参数值。并根据PG9351FA燃气轮机的DLN2.0+燃烧特性，详细介绍了燃机排烟分散度及造成排烟分散度大的原因。阐述了分散度大对燃机的影响，同时还对控制系统中排烟分散度允许值的计算方法进行了简单的说明。列出了GE提供的排烟分散度大报警与遮断算法。最后通过我公司＃1、2燃机投产以来，发生的数次排烟分散度大故障实例进一步说明了燃烧监视在燃机运行中的重要性。关键字:燃气轮机；燃烧控制；运行监视；分散度；遮断一、燃气轮机燃烧系统概况1.1燃烧室布置GE公司PG9351FA燃气轮机机组共有18个分管、逆流型燃烧室，每个燃烧室有5个燃料喷嘴，整台机组共有90个燃料喷嘴。燃烧室型号为DLN2.0+型。在18个燃烧室中只有顶部2个燃烧室＃2、3设有高能点火装置，其余燃烧室通过联焰管联焰。在15号、16号、17号和18号燃烧室上装有4个火焰监测器，4个火焰检测器采用闭式冷却水冷却。该燃烧室可烧天然气、蒸馏油和中热值的气体燃料，还可以注入蒸汽或水来抑制NOx的形成。燃烧室外壳的材料为SA/516-55钢；火焰筒的材料为HS-188（镍基合金钢），内表面加隔热涂层；过渡段的材料为Nimonic263（镍铬钛合金钢）。DLN2.0+燃烧室主要由火焰筒、过渡段、导流衬套、帽罩、喷嘴、端盖、前外壳和后外壳等部件组成。其中，端盖、喷嘴、前外壳和帽罩又形成了一个可以单独拆卸的头部组件。每个燃烧室外的头部均布置有5个扩散＋预混喷南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）5嘴，5个喷嘴沿圆周方向均布。DLN2.0+燃烧室的燃料是分级供应的，设有1个速度比例/截止阀（SRV）和3个控制阀（GCV1、GCV2、GCV3），其控制系统比传统的气体燃料控制系统更为复杂。气体燃料的供应分为3条管路（PM1、PM4和D5）：PM1管路供应1个喷嘴、PM4管路供应其余4个喷嘴、D5管路仅在点火至低负荷时供应全部喷嘴。速度比例/截止阀（SRV）用来调节控制阀前的气体燃料压力p2，3个控制阀（GCV1、GCV2、GCV3）用来控制通向3条管路（PM1、PM4、和D5）的气体燃料流量。1.2气体燃料供给系统气体燃料供给系统见图1－1。图1－1气体燃料供给系统气体燃料系统包括气体燃料辅助截止阀，气体燃料截止/速比阀，扩散D5气体控制阀，PM4气体控制阀，PM1气体控制阀。截止/速比阀SRV是用来维持控制阀与速比阀之间所期望的压力P2。DGCV、PM1GCV和PM4GCV是根据控制系统所发出的FSR命令来调节送到燃气轮机的气体燃料流量。二、燃烧控制系统燃烧控制系统软件名称为DLN2.0+，对多喷嘴燃烧室的燃料供给起调节分南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）6配作用，用以实现运行各阶段对燃料量的不同需求。在点火扩散燃烧到高负荷完全预混燃烧的整个过程中，通过燃料分段供给和燃烧模式转换有机结合，在燃烧基准温度(TTRFl)高于1243.3℃的温度时，NOx的排放量明显降低。研究表明，NOx在燃烧过程中的生成率不仅是燃烧火焰温度的函数，同时是可燃混合物在火焰温度条件下停留时间的线性函数。燃料稳定时，燃烧温度则是燃料/空气混合化学当量比的函数。随着当今世界各国对环境保护的要求越来越高，GE公司采用了先进的燃烧控制技术，有效地限制了在燃烧温度较高时NOx的大量生成。因此GE公司给出了预混模式在TTRFl=1232.2℃和TTRFl=1337℃时所期望的参数值(见表2－1)。表2－1预混模式所期望的参数值但是在实际的调试中，GE公司推荐在任何工况下，NOx的排放量不允许小于9×lO-6。2.1燃烧模式燃烧模式与燃料控制阀运行见表2－2。表2－2燃烧模式与燃料控制阀运行南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书（论文）72.1.1扩散模式(L83FXP)在这种模式下，所有的气体燃料直接到每个燃烧室的五个扩散喷嘴。此时，GCV3通路使用CPD空气清吹。从燃烧温度的严格定义来划分则是从点火到带负荷至燃烧基准温度1093℃，或减负荷至燃烧基准温度1065.6℃直至熄火，扩散燃烧是一个正常的运行模式。2.1.2次先导预混模式(L83FXL)在这种模式下，燃料在两个气体控制阀之间分配。G1设定为总燃料量的某一百分值。G2(PM1)运行在这种模式的一个较大输出量来优化燃烧动力特性，但是必须注意不能超过在此模式下定义的最大输出值。次先导预混是在Ll4HS和FXKTH加负荷以及FXKTH-FXKTHDB到Ll4HS之间的燃烧模式。次先导预混模式是稳态的FSNL运行模式。2.1.3先导预混(L83FXH)在这种模式下，燃料在三个气体控制阀之间分配。Gl为某一百分值，G2Gl，而G3=100%-Gl-G2。通常在G2和G3之间给出一个偶数比例预混分配，例如比例是2:8。在保证排放物符合要求的情况下，使预混燃烧慢慢地退出偶数分配来优化燃烧动力特性是常用的方法。先导预混是在燃烧基准温度FXKTH到FXKTM加负荷以及F