PG9171E型燃气轮机在贫贫燃烧模式下运行的探究.pdfVIP

PG9171E型燃气轮机在贫贫燃烧模式下运行的探究

摘要：对PG9171E型燃气轮机在干式低氮燃烧系统（DLN1.0）贫贫燃

烧模式（LL_POS）进行研究，通过对LL_POS燃烧模式下燃烧室的工作环

境的分析以及燃气轮机在此模式下产生的高温损耗进行分析，提出了燃气

轮机在运行中避免在LL_POS工况下长时间运行对机组的措施。

关键词：燃气轮机；干式低氮燃烧；贫贫燃烧模式；

0.前言

天然气作为清洁能源已经成为燃气轮机的主要燃料，在燃气轮机的运

行中会产生大量的NO某而降低NO某排放量的最直接方法就是减少天然气

在燃烧时NO某的产生。大量的试验研究，证实当天然气的火焰温度低于

1650℃时，燃烧产物中NO某的含量会很低。通过采用干式低氮燃烧技术

（DLN）可以使天然气的火焰温度低于1650℃，而使NO某的生成得以控

制。

1.DLN1.0燃烧室的介绍

该厂9E型燃气轮机，于2022年通过改造使用了GE公司1990-1991

年研制成功的两级串联式预混的干式低氮燃烧室（DLN1.0）。该机共有

14个分管燃烧室，其中在12号、13号燃烧器装有两个点火器，燃烧室之

间通过联焰管实现着火燃烧。燃烧室分为两级燃烧区，第一级燃烧室和第

二级燃烧室，燃烧喷嘴分成三个，一级喷嘴、二级喷嘴和三级（切换）喷

嘴。运行时一级喷嘴的燃料进入第一级燃烧室燃烧，二级喷嘴和三级喷嘴

的燃料进入第二级燃烧室燃烧。燃烧室的火焰筒筒体和中心体组件使用热

障涂层和气膜冷却技术以确保燃烧室高温部件运行温度不超限。

2.贫贫燃烧模式对燃烧室的影响

经过对扩展贫贫燃烧模式（E某T_LL）的研究试验可知，长时间处于

扩展贫贫燃烧模式下运行，不仅在燃烧产物中产生大量的CO和NO某，而

且文丘里组件出口的第二级燃烧室组件有烧坏变形的现象；此外，有经验

数据表明扩展贫贫燃烧使燃烧室的维修系数是均相预混燃烧模式的10倍，

大大缩短了燃烧部件的寿命，说明扩展贫贫燃烧（E某T_LL）会对燃烧室

的造成严重的危害，燃气轮机运行中不允许停留在扩展贫贫燃烧（E某

T_LL）下運行。

虽然燃烧室采用了先进的隔热涂层和气膜冷却技术，能在一定程度上

保护燃烧室的高温部件，但是气膜冷却在运行中会受到燃烧脉动而失效，

高达2000℃的扩散燃烧温度对隔热涂层也是严峻的考验。由于燃烧室的

工作环境温度较高，所采用的材料也十分昂贵，当燃烧室长时间处于贫贫

燃烧工况运行时，会增加燃气轮机燃烧室的维修及投资。可见避免燃气轮

机长时间在贫贫燃烧（LL_POS）模式下运行也是非常必要的。

3.机组在贫贫燃烧（LL_POS）模式运行的现状

燃气轮机在贫贫燃烧模式（LL_POS）时，70%的天然气进入一级喷嘴

在燃烧器中进行扩散燃烧，造成了不良影响。

燃气-蒸汽联合循环机组启动按汽轮机的启动特性分为3种，分别是

汽轮机冷态启动，温态启动和热态启动。该厂汽轮机冷态和温态启动次数

相对较少，而且需要停留在贫贫燃烧（LL_POS）模式运行的时间也是机组

启动特性决定的，其运行时间在20min左右，而在热态启动中机组在贫贫

燃烧（LL_POS）模式运行的时间也较长。

作为调峰机组，该厂联合循环机组的启动80%属于热态启动，在热态

启动中，燃气轮机在负荷65MW维持贫贫燃烧（LL_POS）运行的时间长达

30min。为减少此模式运行对机组造成的危害，最直接有效的方法就是减

少热态启动过程中贫贫燃烧（LL_POS）运行的时间。

4.减少热态启动中贫贫燃烧（LL_POS）时间的措施

该厂在调峰的运行模式下，80%的热态启动过程中汽轮机从抽真空到

带满负荷，总共需耗时50min，在此期间，燃气轮机在贫贫燃烧（LL_POS）

模式下运行30min之久，主要取决于汽轮机在热态启动时的快慢。在汽轮

机热态启动过程中，由于汽轮机汽缸温度较高，汽轮机升负荷的速度可以

适当加快，减少热态启动中汽轮机的启动时间，可以从根本上解决燃机在

贫贫燃烧（LL_POS）的运行时间长的问题。

根据机组启动的特性，该厂从汽轮机冲转前的准备阶段、冲转并网阶

段、并网后升负荷阶段三个阶段对汽轮机热态启动过程进行分析。从而找

出影响燃气轮机贫贫燃烧（LL_POS）模式运行时间的因素。

4.1汽轮机冲转前的准备阶段

汽轮机启动前准备工作，主要是建立汽轮机真空，从而通过高压蒸汽

旁路进行暖管和调节