全预混DLN2．6+燃烧器在我国的应用

蔡国利

(神华浙江国华余姚燃气发电有限责任公司，浙江 宁波 315400)

全预混DLN2．6+燃烧器在我国的应用

蔡国利

(神华浙江国华余姚燃气发电有限责任公司，浙江 宁波 315400)

在我国，已建成投产的GE公司9F级燃气轮机电站中，目前普遍采用标准型DLN2.6+燃烧器。考虑到机组启动过程燃烧火焰的稳定性，标准型DLN2.6+燃烧器保留了D5扩散燃烧通道作为值班火焰，这导致机组启停过程中仍存在较为明显的冒黄烟现象。在原有标准型DLN2.6+燃烧器基础上，GE公司推出了全预混DLN2.6+燃烧器，取消了D5扩散燃烧通道，机组全过程采用预混燃烧模式，取得了较好的社会效益。

DLN2.6+；全预混燃烧器；应用

在我国所有已经建成投产的GE公司9F级燃气轮机电站中，其燃烧器均采用DLN2.0+或DLN2.6+两种；目前，大多数DLN2.0+已经升级为DLN2.6+，在所有DLN2.6+燃烧器中，基本上均保留了D5扩散燃烧通道，用于机组启停过程中维持燃烧火焰的稳定，但由于D5扩散燃烧模式的存在，使得燃机在启停过程中，余热锅炉烟囱仍然存在部分时段冒黄烟现象，同时氮氧化物的排放也相对偏高。为此，浙江国华余姚燃气发电有限责任公司在实施DLN2.0+升级为DLN2.6+的过程中，采用了全预混DLN2.6+燃烧器(该型燃烧器为国内首家、全球第二家用户)，减排效果明显。全预混DLN2.6+ 燃烧器的应用使9F 机组具有了以下优点：宽沃泊指数的变化(+/-10%)，启动无明显黄烟，NOx排放减少，全寿命周期成本下降，升级改造可在中修期间完成、提高燃机的环境适应性和燃料适应性等。

1 喷嘴结构介绍

1.1 DLN2.0+燃烧器

GE公司9F级燃机共有18个燃烧器，每个燃烧器设有5个喷嘴，每个喷嘴均设有扩散燃烧通道和预混燃烧通道，其中预混通道又分为内、外预混通道。

每个燃烧器共有3路天然气供入，分别为D5、PM1、PM4，其中D5供入每个喷嘴进行扩散燃烧，PM1供入5个喷嘴中的1个进行预混燃烧，PM4供入其余4个喷嘴进行预混燃烧。

每一个喷嘴的流道环腔，由扩散流道和预混流道两部分组成；其中扩散流道由内向外依次为空气、扩散天然气D5、空气，该三股气体在喷嘴的出口端部混合后喷入火焰筒进行燃烧，由于扩散燃烧流道的空燃比较低，天然气浓度高，因此容易点火且火焰稳定，但火焰温度高，氮氧化物排放高；预混流道布置在扩散流道的外侧，PM1或PM4天然气经内、外预混通道引入喷嘴，在喷嘴的外环腔与空气进行预混合，并经旋流器进一步混合后喷入火焰筒燃烧，由于预混燃烧流道的空燃比大，天然气浓度低，因此火焰温度较低，氮氧化物排放也低。

1.2 全预混DLN2.6+燃烧器

全预混DLN2.6+取消了以往DLN2.0+和标准型DLN2.6+燃烧器的D5扩散燃烧模式，从燃机点火到满负荷全程采用预混燃烧模式，避免了机组启停过程冒黄烟现象，同时降低氮氧化物的排放量。

全预混DLN2.6+燃烧器设有6个喷嘴，较DLN2.0+燃烧器多一个喷嘴，原DLN2.0+燃烧器的5个喷嘴呈圆环形布置，DLN2.6+燃烧器在中心位置增加了一个喷嘴，见图1。

全预混DLN2.6+燃烧器也有3路天然气供入，分别为PM1、PM2、PM3，其中PM1供入中心位置喷嘴，且只有一路预混通道；PM2、PM3有内、外预混通道，其中PM2供入环形布置5个喷嘴中的2个，PM3供入其余3个喷嘴。

图1 全预混DLN2.6+燃烧器示意图

2 天然气管道和阀门改动

在由DLN2.0+燃烧器向全预混DLN2.6+燃烧器升级改造过程中，原天然气管道可以保留沿用，即原有的D5、PM1、PM4天然气管道，对应为新系统的PM2、PM1、PM3，但辅助截止阀VS4-1、速比阀SRV、控制阀GCV等阀门进行更换，并在辅助截止阀VS4-1上游增设SSOV(安全关断阀)和SSOVV(安全关断阀后放散阀)。全预混DLN2.6十天然气系统如图2所示。

在DLN2.0+的系统中，D5管路，PM1管路，PM4管路均设置了清吹阀，当某一管路天然气退出运行时，利用压气机排气对该管路进行清吹；而在全预混DLN2.6+燃烧器中，仅对PM3管路保留了清吹功能。

3 启停机动作过程

全预混DLN2.6+改造后，燃机启停机过程较原来有所变化，增加了清吹阀预检和燃气阀门严密性自检。

表1 全预混DLN2.6+燃烧器模式控制

启机简要操作过程：主复位后，在CRANK模式、盘车状态下，进行清吹阀开关动作预检；预检正常后，点选START按钮，机组进行冷拖清吹。当机组切至AUTO模式时，进行燃气阀门严密性自检，自检通过后，待燃机清吹计时结束，机组转入点火状态，从点火到满负荷之间，全预混DLN2.6+燃烧器经历3.0模式、2.0模式、3.0模式、6.2模式、6.3模式共5个燃烧模式切换，其中3.0模式为PM1+PM2通道供入天然气，图3为MODE3燃烧器火焰分布图。2.0模式仅PM2通道供入天然气，6.2模式和6.3模式为PM1+PM2+PM3通道供入天然气，区别在于PM2和PM3通道供入的天然气量比例不同。图4、图5分别为6.2和6.3模式燃烧器火焰分布。

图3 MODE3燃烧器火焰分布

图4 6.2燃烧器火焰分布

图5 6.3燃烧器火焰分布

全预混模式启动过程中，具体控制过程见表1。

4 清吹阀预检

燃机启动前先对PM3回路的清吹阀进行预检，以检查清吹阀动作是否正常：点选Mater Reset和Diagnostic Reset按钮，进行自保持信号和诊断信号复归后，将燃机切至“CRANK”状态。在Gas Purge画面，点选Pre Start Check下Start按钮，检查20PG-5、20PG-6、63PG-3阀门各动作一次，要求20PG-5、20PG-6阀门开启时间在25～40 s之间，关闭时间在0～4 s之间，自检完成后，Gas Purge System Start Check Premissive显示绿色。

5 燃气阀门严密性自检

燃气阀门严密性自检对象是SRV、GCV和排放阀VA13-15，通过检测P1和P2的压力下降情况来判断SRV、GCV和排放阀VA13-15的严密性是否符合要求，严密性自检过程如下：

自检A：检测SRV严密性；排放阀 VA13-15自动关闭，VS4-1自动开启，开启后30秒内检查P2压力上升值不应超过100Psi，自检A通过，否则自检A失败跳闸燃机。

自检B：检测VA13-15、GCV-2、GCV-3、GCV-4四个阀的严密性；自检A通过后，程序自动触发自检B，排放阀VA13-15仍在关闭，开启速比阀SRV，P2压力快速上升至P1压力后，辅助截止阀VS4-1、速比阀SRV同时关闭并计时，30秒内P2压力下降数值小于150 psi自检B通过，否则自检B失败跳闸燃机。

自检A、B均通过后，VA13-15开启将P2压力泄至零，60 s后，速比阀SRV自动开启2 s后关闭，泄掉VS4-1和SRV阀间压力，天然气各阀门进入预点火状态。

如果燃机初次点火失败后将重新升速至清吹转速再次清吹9分钟，计时结束后进行第二次点火，若第二点火仍失败后机组跳闸。

当处于6.2或6.3燃烧模式时机组发生甩负荷，模式切换至3.0模式。

6 排放指标情况

改造前的DLN2.0+燃烧器，启机过程NOx的峰值达到190 mg/Nm3左右，且黄烟明显，稳定运行时的NOx排放在40 mg/ Nm3左右。

经过DLN2.6+改造之后，启机过程NOx的峰值最大在60 mg/Nm3左右，基本上看不到黄烟，稳定运行时的NOx排放在22 mg/N m3左右。

7 问题及对策

在全预混DLN2.6+燃烧器改造过程中，曾伴随发生了几个异常现象。

7.1 机组启动过程燃烧脉振

机组进行全预混DLN2.6+燃烧器改造后，启动过程中在600～1 100 rad/min区间产生明显脉振现象，就地声音强烈，而远传的轴振和瓦振信号无明显变化。

过程现象：脉振声音受环境温度影响较大，当环境温度低至15℃以下时，脉振声音大，当环境温度升至20℃以上时，脉振声音变小或消失。

过程分析：燃机每次点火暖机结束后的升速过程中，喷入的燃料量和变频启动装置LCI的输出扭矩都是按照设定好的斜率逐渐增加，因此，燃气轮机每一次启动升速过程，转子输出扭矩的变化曲线基本相同，而该过程有两个潜在的变化因素即：天然气的热值和空气的质量流量，天然气的热值变化幅度通常很小，而空气的质量流量却受环境温度影响较大。燃机在启动升速过程中，进入燃烧器的空气量会随着转速的升高而增加，如果升速过程中空气量与天然气量始终保持在一个合理的配比范围内，就能维持火焰的稳定燃烧，空燃比过小会使NOx排放升高，空燃比过大会使火焰失稳，产生脉振。因此，增加燃料量和降低空气量是唯有的两个手段。

(1)增加燃料量的途径：

燃机在启动升速过程中，燃料量的增加受制于加速控制，因此可考虑适当降低LCI的输出扭矩，同时提高暖机值FSKSU-WU，这样能使燃机在暖机结束后的升转速过程中，输入的燃料量在一个相对较高的起点上进行累加。

考虑到一台LCI通常配套二台燃机的启动，因此需要考虑对另一台燃机的影响。

(2)降低空气量的途径：

1) 关小IGV角度。通过修改控制逻辑及参数的方式实现对IGV角度的控制，但须注意与压气机喘振边界线保持足够的安全距离。

2) 调节IBH开度。调节IBH开度，对降低空气量的调节作用没有IGV那么明显，相当于粗调和细调，但通过调节IBH的开度，能对压气机入口温度产生一定影响，在600～1 100 rad/min转速区段开启IBH，有这样几个作用：①降低压气机排气压力，减少进入燃烧器的空气量；②提升压气机入口空气温度，降低空气质量流量。

当时的实际情况为：春节前后，环境温度在15.6℃以下，空气密度大，在相同转速下，压气机的空气质量流量大，进入燃烧器的空气量也就多；而3月31日，环境温度升至21.1℃以上，在没有采取任何措施情况下，2号机在启动过程中没有脉振现象； 4月6日以后，环境温度回落至15.6℃以下，脉振现象重新出现。

原有的启机逻辑中，在600～1 100 rad/min区段IBH无需开启，因此，如果需通过IBH途径实现对空气量的调节，需对控制逻辑进行优化。

7.2 速比阀开启异常

在进行全预混DLN2.6+燃烧器升级改造过程中，同时对速比阀SRV和控制阀GCV也进行了更换。

在更换后的启动调试中，发现速比阀、控制阀、IGV等开启困难，且伴随有液压油系统管道的振动。后分析认为液压油供至各液压执行机构的管道和油缸内积有空气所致，经多次开、关传动逐渐排出管道系统内空气后，阀门恢复正常。GE公司在靠近液压执行机构的进、回油管道上，设有放空回路，但其以堵头形式存在，存有一定的操作风险。

在后续的机组启停调峰运行过程中，每隔20多天就会出现速比阀SRV开启异常的情况，并伴随有一定程度的管道振动，而各控制阀GCV则没有类似现象。后经现场实际排查分析认为：改造后的各GCV与改造前的GCV在外形大小和布置位置上大致相同，而新的速比阀较原先的速比阀在外形上要高大，且液压油的供、回油管道与阀体的接口位置在顶部，容易积聚空气，当空气积聚到一定量后，机组在挂闸启动时，就会导致阀门开启异常和管道振动。后采取定期放气的措施，没有再发生类似问题。

7.3 热控方面的问题

进行DLN2.0+燃烧器升级改造为全预混的DLN2.6+燃烧器过程中，通常会配套进行控制系统的升级改造，即MK VI升级为MK VIe，在对MK Vie控制系统首次上电时，建议其他机组处于停机状态，否则容易导致其他机组跳机。

MK Vie上电完成后，需对励磁系统EX2100、变频启动装置LCI等进行PUT/GET操作，使EGD得以更新，并停电重启，确保通讯正常，否则机组可能无法启动。

8 结语

全预混DLN2.6+燃烧器在氮氧化物排放和机组启停过程黄烟抑制方面效果明显。

但其在机组点火启动过程中存有两个较为典型的问题：一是泰国的两台机组曾多次发生熄火现象，原因是燃料过贫导致火焰无法维持而熄火；二是国华余姚的2号机组在低温环境下脉振明显，原因也是燃料过贫导致火焰不稳，后GE公司采取缩短MODE2.0模式、调整PM1和PM2的燃料比例分配等措施后，启动过程的脉振现象基本消除。

全预混DLN2.6+燃烧器的升级改造会产生一定的成本，因此对于环保要求高、且启停频繁的机组具有一定的改造价值，其他机组建议综合考虑现有燃烧器的使用寿命来决定，以避免无谓浪费。

(本文编辑：严 加)

Application of Fully Premixed DLN2.6+ Combustor in China

CAI Guoli

(Shenhua Zhejiang Guohua Yuyao Fuel Gas Power Generation Co., Ltd., Ningbo 315400，China)

The standard DLN2.6+ combustor is commonly applied in GE 9F gas turbines of power plants in China. Considering the stability of the combustion flame during unit start-up, standard DLN2.6+ combustor reserved D5 diffusion gas pipe for pilot flame, which generates yellow smoke when the gas turbine starts. Based on the fundamentals of standard DLN2.6+ combustor, GE company introduced fully premixed DLN2.6+ combustor and canceled the D5 diffusion gas pipe. Gas turbine can be running on premix mode all the time, and has acquired better social and economic benefits. There are only two plants using this new type combustor in the world, and Yuyao is the only one in China.

DLN2.6+; fully premix combustor; application

10.11973/dlyny201703021

蔡国利(1965—)，男，高级工程师，从事燃气轮机电厂管理工作。

TM621.2

B

2095-1256(2017)03-0315-05

2017-03-20