排煙溫度分散度在燃機(jī)運(yùn)行監(jiān)視中的應(yīng)用分析

曲 毅

(上海電力股份有限公司羅涇燃機(jī)發(fā)電廠，上海 200949)

燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)有很高的集成度。在機(jī)組正常運(yùn)行中，服務(wù)器后臺(tái)不斷處理著從各處匯總而來(lái)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)監(jiān)視并判斷著機(jī)組的運(yùn)行狀況。在對(duì)燃燒系統(tǒng)的監(jiān)視中，最直觀的數(shù)據(jù)則來(lái)自于排煙分散度。

燃?xì)廨啓C(jī)的效率與透平進(jìn)氣初溫(T0)成正比。隨著材料技術(shù)與冷卻技術(shù)的發(fā)展，燃機(jī)透平初溫(T0)也越來(lái)越高。一般E級(jí)燃機(jī)透平初溫(T0)在1 960℉(1 071℃)左右，而最新的H級(jí)燃機(jī)則更是達(dá)到了2 550℉(1 399℃)。由于溫度太高，沒(méi)有熱電偶可以長(zhǎng)期在如此高溫下正常運(yùn)行與準(zhǔn)確測(cè)量。但可以根據(jù)運(yùn)行中排煙溫度(T1)、大氣溫度(T2)、壓氣機(jī)排氣壓力(CPD)以及給燃料量(FSR)列函數(shù)方程式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)對(duì)排煙溫度(T1)的測(cè)量，可以達(dá)到間接測(cè)量和控制(T0)的目的，因此本文重點(diǎn)討論排煙溫度分散度在燃機(jī)運(yùn)行監(jiān)視中的實(shí)際運(yùn)用情況，可有效提高運(yùn)行檢修人員的事故分析及處理能力。

1 燃機(jī)運(yùn)行中排煙溫度的測(cè)量與排煙分散度

在燃機(jī)正常運(yùn)行中，通過(guò)安裝于排氣擴(kuò)壓段出口均勻分布的熱電偶(各型機(jī)組熱電偶數(shù)量不同，E級(jí) 24個(gè)、F級(jí)31個(gè)、H級(jí)36個(gè))來(lái)測(cè)量燃機(jī)的排煙溫度。排煙溫度值通過(guò)排列后，刪選出最高值和最低值，最后計(jì)算其均值，便是燃機(jī)的排煙溫度。

在正常運(yùn)行中，機(jī)組各排煙溫度應(yīng)當(dāng)是均勻而且穩(wěn)定的。排煙分散度是對(duì)機(jī)組各排煙溫度分布均勻的重要指標(biāo)。一旦在運(yùn)行中出現(xiàn)各熱電偶測(cè)量值偏大的情況，說(shuō)明燃燒系統(tǒng)很有可能已經(jīng)出現(xiàn)故障。如在一定時(shí)間內(nèi)偏差未減小甚至出現(xiàn)了不斷惡化的情況，對(duì)燃機(jī)的安全正常運(yùn)行會(huì)帶來(lái)極大危害。因此，在燃機(jī)運(yùn)行中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)排煙分散度的監(jiān)視，也是對(duì)燃機(jī)噴嘴、燃燒室、過(guò)渡段以及透平等高溫部件工作運(yùn)行狀況的整體評(píng)估。

不同負(fù)荷下的排氣旋轉(zhuǎn)偏離圖見圖1。

圖1 不同負(fù)荷下的排氣旋轉(zhuǎn)偏離圖

2 燃機(jī)排煙溫度分散度計(jì)算及其保護(hù)動(dòng)作邏輯

燃機(jī)排煙溫度分散度保護(hù)主要是指，運(yùn)行中的燃機(jī)及其控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)排煙溫度分散度的檢測(cè)來(lái)反映燃機(jī)燃燒系統(tǒng)及透平的工作狀況。當(dāng)出現(xiàn)排煙溫度分散度大或者排煙溫度場(chǎng)不均勻時(shí)，控制系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施，若出現(xiàn)排煙分散度持續(xù)超過(guò)允許值時(shí)，則會(huì)由控制系統(tǒng)直接發(fā)出遮斷指令，以防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

在燃機(jī)正常運(yùn)行中，控制系統(tǒng)始終計(jì)算著最大的三個(gè)排煙溫度分散度值。這三個(gè)排煙溫度分散度分別是：最大排煙溫度分散度(TTXSP1)、第二排煙溫度分散度(TTXSP2)和第三排煙溫度分散度(TTXSP3)。

2.1 排煙溫度分散度的計(jì)算

(1)最大排煙溫度分散度，GE燃機(jī)邏輯中通常顯示為TTXSP1，為24支(E級(jí))熱電偶測(cè)量排煙溫度最大值減去測(cè)量排煙溫度最小值。

(2)第二排煙溫度分散度，GE燃機(jī)邏輯中通常顯示為TTXSP2，為24支(E級(jí))熱電偶測(cè)量排煙溫度最大值減去測(cè)量排煙溫度第二小值。

(3)第三排煙溫度分散度，GE燃機(jī)邏輯中通常顯示為TTXSP3，為24支(E級(jí))熱電偶測(cè)量排煙溫度最大值減去測(cè)量排煙溫度第三小值。

實(shí)際動(dòng)作保護(hù)中，是通過(guò)這三個(gè)分散度與燃機(jī)允許排煙溫度分散度(TTXSPL)之間的比較進(jìn)行的。相對(duì)于一般的排煙溫度分散度而言，允許排煙分散度(TTXSPL)的計(jì)算則復(fù)雜的多，其計(jì)算值與壓氣機(jī)排氣溫度(CTD)和燃機(jī)排煙溫度(TTXM)有關(guān)。

2.2 排煙溫度分散度保護(hù)動(dòng)作邏輯

在燃機(jī)啟動(dòng)、點(diǎn)火、暖機(jī)升速至滿負(fù)荷的過(guò)程中，其排煙溫度分散度為一個(gè)一定區(qū)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)值。與之相對(duì)的，允許排煙分散度也會(huì)發(fā)生變化，但維持時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)。一般當(dāng)燃機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定后，其允許排煙溫度分散度與排煙溫度分散度也會(huì)趨于平穩(wěn)。

在燃機(jī)運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有排煙溫度分散度是不可能的，但是排煙溫度分散度必須在一定范圍內(nèi)。當(dāng)排煙溫度分散度超過(guò)某一值時(shí)，燃機(jī)控制系統(tǒng)則將報(bào)警或發(fā)出遮斷信號(hào)。

當(dāng)輸出以下三個(gè)邏輯信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)將進(jìn)入監(jiān)視排煙溫度分散度的邏輯判定。

(1)燃機(jī)轉(zhuǎn)速≥95%額定轉(zhuǎn)速，即L14HS= 1；

(2)主保護(hù)沒(méi)有遮斷，即L4= 1；

(3)沒(méi)有發(fā)出停機(jī)令，即L94X= 0。

控制系統(tǒng)把計(jì)算出的三個(gè)排煙溫度分散度與排煙溫度分散度允許值進(jìn)行比較，當(dāng)滿足條件時(shí)即報(bào)警或發(fā)出遮斷信號(hào)。

(1)報(bào)警條件：

1)排煙熱電偶故障報(bào)警TTXSP1≥5*TTXSL；保護(hù)觸發(fā)延時(shí)(9E取K30SPTA)報(bào)警動(dòng)作；

2)燃燒故障報(bào)警。TTXSP1≥TTXSPL或TTXSP3≥TTXSPL；保護(hù)觸發(fā)延時(shí)(9E取K30SPA)報(bào)警動(dòng)作。

(2)燃燒故障遮斷：

1) TTXSP1≥TTXSPL同時(shí)TTXSP2≥0.8*TTXSPL；且熱電偶測(cè)出的最小值與第二小值相鄰；觸發(fā)后延時(shí)(9E取K30SPT)遮斷保護(hù)動(dòng)作；

2)TTXSP1≥5*TTXSPL同時(shí)TTXSP2≥0.8*TTXSPL；且熱電偶測(cè)出的第二小值與第三小值相鄰；觸發(fā)后延時(shí)(9E取K30SPT)遮斷保護(hù)動(dòng)作；

3)TTXSP3≥ TTXSPL觸發(fā)后延時(shí)(9E取K30SPT)遮斷保護(hù)動(dòng)作。

在這些保護(hù)邏輯中，特定的相鄰條件約束避免了在燃機(jī)正常運(yùn)行中，由于卡件及測(cè)量元器件故障所導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)值階躍而引發(fā)排煙溫度分散度遮斷保護(hù)誤動(dòng)作。

3 影響排煙分散度的主要因素及應(yīng)對(duì)措施

3.1 由測(cè)量元器件導(dǎo)致的排煙分散度高

在實(shí)際運(yùn)行中，燃機(jī)排氣熱電偶由于長(zhǎng)期在惡劣工況下工作，會(huì)出現(xiàn)斷裂情況，就地接線箱、I/O卡件等也會(huì)由于長(zhǎng)期運(yùn)行而出現(xiàn)端子排松動(dòng)情況。在實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，具體表現(xiàn)為該點(diǎn)數(shù)值突然丟失、階躍頻繁或顯示異常。一般只需要更換相應(yīng)熱電偶，緊固接線及卡件后，異常就會(huì)消失。同時(shí)也并不會(huì)對(duì)燃機(jī)熱通道部件造成實(shí)際影響。在影響排煙分散度的各類故障中，屬于實(shí)際影響比較小的類型。

3.2 由燃料系統(tǒng)所引發(fā)的排煙分散度高

這種類型故障不管是新投產(chǎn)燃機(jī)與投產(chǎn)較長(zhǎng)時(shí)間的燃機(jī)，均有可能出現(xiàn)。主要表現(xiàn)為，實(shí)際運(yùn)行中，部分火焰檢測(cè)探頭信號(hào)丟失，某一區(qū)域排煙溫度急劇下降。最終導(dǎo)致整體排煙分散度升高。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因，就是燃料系統(tǒng)出現(xiàn)了各燃燒室內(nèi)燃料分配不均勻的情況。一般遇到這種情況，需要對(duì)各進(jìn)燃燒室的燃料金屬軟管進(jìn)行仔細(xì)檢查，確認(rèn)有無(wú)破裂開口等導(dǎo)致可能的燃料泄露情況。檢查自燃料金屬軟管至燃料噴嘴是否存在堵塞、燒蝕的現(xiàn)象。最后確認(rèn)其內(nèi)部固定元件是否已經(jīng)因長(zhǎng)期高溫工作而出現(xiàn)了變形及晃動(dòng)。

一般在排除硬件原因之后，需要重新對(duì)燃料系統(tǒng)做燃料分配的調(diào)整，確保燃料分配均勻后，就可以消除這類故障。如若未仔細(xì)排查并消除此類故障，長(zhǎng)期運(yùn)行后，則會(huì)急劇影響燃機(jī)熱通道部件的使用壽命，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蔁嵬ǖ啦考臒龤А?/p>

3.3 由燃燒室內(nèi)部及透平噴嘴造成的排煙分散度高

這類故障一般都出現(xiàn)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的燃機(jī)中。在運(yùn)行監(jiān)視中，這類故障由于其成因較長(zhǎng)，監(jiān)視中數(shù)據(jù)變化較小，而導(dǎo)致最終故障發(fā)生時(shí)，已經(jīng)對(duì)某些熱通道部件造成了實(shí)際損壞。在數(shù)據(jù)變化上，主要表現(xiàn)為排煙分散度在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，一直呈緩慢上升趨勢(shì)，并且最終呈階躍式的突然躥升。而造成這一現(xiàn)象的主要原因，就是燃燒室內(nèi)部承壓部件、透平噴嘴出現(xiàn)了損壞。因此需要對(duì)燃燒室內(nèi)各聯(lián)焰管檢查是否存在破損、燃燒筒與過(guò)渡段是否存在鼓包及燒蝕燒穿現(xiàn)象、燃燒室外缸及外缸附件(點(diǎn)火火花塞，火焰檢測(cè)器)是否存在破損泄露、透平葉片與冷卻孔是否存在燒蝕，變形及堵塞的現(xiàn)象。一旦在燃燒室內(nèi)部出現(xiàn)這些情況，會(huì)造成燃機(jī)CPD排氣大量向燃燒室內(nèi)部泄露、燃燒室內(nèi)部氣體向外泄露及葉片冷卻嚴(yán)重不足。

一般出現(xiàn)了此類故障，則需立即停機(jī)并安排燃機(jī)CI檢修，否則就會(huì)對(duì)整段熱通道部件造成致命影響。

3.4 雙燃料機(jī)組由于霧化空氣系統(tǒng)造成的排煙分散度高

在雙燃料機(jī)組中，液體燃料系統(tǒng)中一般都會(huì)配置霧化空氣系統(tǒng)。在燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，霧化空氣系統(tǒng)加速燃油在燃燒室內(nèi)的霧化，使其能夠更為快速充分的燃燒。如果霧化空氣系統(tǒng)出現(xiàn)壓力、流量和溫度的急劇變化，會(huì)使得液體燃料在燃燒室中因?yàn)榻Y(jié)露等情況在噴嘴、燃燒筒和過(guò)渡段內(nèi)壁及透平葉片上附著，造成在燃燒中局部超溫，從而導(dǎo)致排煙分散度的急劇變化。一旦出現(xiàn)此類情況，需要馬上對(duì)霧化空氣系統(tǒng)整體進(jìn)行重新調(diào)試，通過(guò)對(duì)其冷卻器檢查、變送器重新校驗(yàn)及各管道逆止門和氣動(dòng)控制閥動(dòng)作情況的確認(rèn)，尋找參數(shù)變化的原因，保證其能夠在額定參數(shù)下正常運(yùn)行。

一般霧化空氣系統(tǒng)故障造成的排煙分散度高，如不及時(shí)處理，會(huì)很快成為熱通道承壓部件損壞的誘因。

3.5 由于其他原因造成的排煙分散度高

因?yàn)槿紮C(jī)的集成化水平相當(dāng)高，在日常對(duì)機(jī)組的檢修、調(diào)試與維護(hù)中，常常會(huì)出現(xiàn)對(duì)部分邏輯進(jìn)行強(qiáng)制的情況。在每次強(qiáng)制恢復(fù)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)檢查涉及燃燒部件氣控回路的邏輯，各氣動(dòng)閥門(尤其是涉及清吹氣源管道與霧化空氣系統(tǒng)管道)啟閉回座是否正常。在每次的燃機(jī)水洗中，應(yīng)當(dāng)檢查各閥門狀態(tài)是否滿足水洗所需條件，水洗過(guò)程是否依照正常順控進(jìn)行，尤其是88TK風(fēng)機(jī)是否動(dòng)作正常。在部分現(xiàn)場(chǎng)中，曾出現(xiàn)過(guò)由于水洗中88TK風(fēng)機(jī)未啟，使得TK風(fēng)機(jī)風(fēng)道內(nèi)積水，最終導(dǎo)致燃機(jī)啟動(dòng)后長(zhǎng)時(shí)間排煙分散度高的故障情況。

這類故障對(duì)燃機(jī)本身不會(huì)造成太大影響，但會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組整套啟動(dòng)相應(yīng)的時(shí)間，增加機(jī)組啟動(dòng)失敗的幾率，對(duì)相關(guān)精益性考核指標(biāo)造成較大影響。

羅涇燃機(jī)燃燒室內(nèi)窺鏡檢查見圖2。羅涇燃機(jī)噴嘴內(nèi)窺鏡檢查見圖3。

圖2 羅涇燃機(jī)燃燒室內(nèi)窺鏡檢查

圖3 羅涇燃機(jī)噴嘴內(nèi)窺鏡檢查

由此可見，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，排煙分散度不斷提高時(shí)，需要做到認(rèn)真分析、及時(shí)查找原因并進(jìn)行消除，同時(shí)部分故障是由于長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行后累計(jì)而來(lái)。因此，對(duì)于運(yùn)行數(shù)據(jù)的定期分析，對(duì)明顯出現(xiàn)劣化惡化趨向的數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析，才能真正有效地降低排煙分散度高對(duì)于燃機(jī)熱部件壽命的影響。

4 排煙溫度分散度在實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)分析

在燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)出現(xiàn)由于不同故障的緣故而導(dǎo)致監(jiān)視數(shù)據(jù)的不同。針對(duì)各種可能的工況，唯有通過(guò)監(jiān)視數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合的分析方式，方能準(zhǔn)確判斷當(dāng)前機(jī)組真實(shí)的運(yùn)行狀況。

當(dāng)機(jī)組以穩(wěn)定負(fù)荷(或滿負(fù)荷)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，

應(yīng)當(dāng)始終保證將排煙溫度分散度控制在較小的區(qū)間內(nèi)。一旦排煙溫度分散度出現(xiàn)持續(xù)性的劣化情況，則表明該機(jī)組的熱通道部件已經(jīng)出現(xiàn)了一定的損壞。如若不加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的定期分析，很容易造成檢修周期的不合理規(guī)劃。以至于在最終檢修時(shí)，才發(fā)現(xiàn)熱通道部件的損壞已經(jīng)到了十分嚴(yán)重的地步。因此經(jīng)常性地對(duì)排煙溫度分散度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制其在較低的范圍內(nèi)，有助于更為科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理地安排機(jī)組熱通道部件的檢修周期。

對(duì)于機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)的排煙溫度分散度瞬時(shí)超限等情況，也應(yīng)當(dāng)記錄下發(fā)生超限的時(shí)間與機(jī)組工況，具體分析其可能的成因。這類型的故障需要通過(guò)對(duì)燃機(jī)報(bào)警盤的及時(shí)監(jiān)視才能發(fā)現(xiàn)，否則很容易在運(yùn)行監(jiān)視中被忽略。如果放任這類故障，則很有可能給燃機(jī)安全運(yùn)行埋下隱患。唯有通過(guò)認(rèn)真分析，仔細(xì)排查，消除可能的隱患后，方能保障燃機(jī)的安全運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，具有大功率、快速響應(yīng)及優(yōu)秀排放指標(biāo)的發(fā)電機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)勢(shì)必將會(huì)越發(fā)普及。排煙溫度分散度作為燃機(jī)安全運(yùn)行的重要監(jiān)視指標(biāo)，直接影響著燃機(jī)的運(yùn)行壽命。由于燃機(jī)熱通道部件均為進(jìn)口，其檢修更換的價(jià)格高昂，如若發(fā)生故障檢修費(fèi)用很高。通過(guò)對(duì)排煙溫度分散度保護(hù)與其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，不僅能夠提高運(yùn)行檢修人員在面對(duì)各類事故的分析及處理能力，同時(shí)也能更為科學(xué)合理地規(guī)劃燃機(jī)熱通道部件的檢修周期，減少不必要的開支。

因此，只有通過(guò)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，方能不斷提高燃機(jī)的運(yùn)維水平，并為未來(lái)國(guó)產(chǎn)化燃機(jī)的投產(chǎn)，提供寶貴的實(shí)踐以及技術(shù)支持。