GE燃机DLN-2.6燃烧系统浅析

浙江电力　７０　ＺＨＥＪＩＡＮＧ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　２０１１年第ｌ２期　ＧＥ燃机ＤＬＮ一２．６燃烧系统浅析　楼华栋，陈小波，毛志伟　（浙江省电力试验研究院，杭州　３１００１４）　摘　要：介绍了ＤＬＮ一２．６燃烧系统的结构，分析该系统在ＰＧ６１１１ＦＡ＋Ｅ机组上应用时的各种燃烧模式　与切换过程。对该型机组的ＮＯ　，ＣＯ及Ｏ：排放量进行测定，并与采用ＤＬＮ一２．０＋燃烧系统的ＰＧ９３５１ＦＡ　机组进行比较。　关键词：ＤＬＮ一２．６燃烧系统；燃气轮机；燃烧室；燃烧模式；ＮＯ　中图分类号：ＴＭ６２１．２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００７—１８８１（２０１　１）１２—００７０—０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ＤＬＮ－２．６　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＧＥ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　ＬＯＵＨｕａ－ｄｏｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｏ—ｂｏ，ＭＡ０　Ｚｈｉ—ｗｅｉ　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＤＬＮ－２．６　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ａｌｌ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｂｕｓ－　ｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｓｈｉｆｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｆｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ＰＧ６１　１　１ＦＡ＋Ｅ　ｕｎｉｔｓ，ｃａｒｒｉｅｓ　ｏｕｔ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ＮＯｘ，ＣＯ　ａｎｄ　Ｏ２　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｕｎｉｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｓ　ｗｉｔｈ　ＰＧ９３５　１　ＦＡ　ｕｎｉｔｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｄｏｐｔ　ｔｈｅ　ＤＬＮ一２．０＋ｃｏｍ－　ｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＤＬＮ－２．６　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ；ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ；ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ；ＮＯｘ　ＧＥ公司从２０世纪８０年代开始，不断开发　和改进干式低ＮＯｘ（简称ＤＬＮ）燃烧技术。ＤＬＮ一　２．６是针对Ｆ级燃气轮机开发的燃烧系统，并在　１９９６年首次投入运行。应用ＤＬＮ一２．６燃烧系统的　燃机型号有ＰＧ６１　１　１ＦＡ，ＰＧ７３７１ＦＡ和ＰＧ９２３１ＥＣ　气冷却。排气经过导流扩压段送至余热锅炉。　ＤＬＮ一２．６燃烧室由火焰筒、端盖、导流衬套、　燃烧室外壳、过度段、喷嘴等构成。２只高能点火　器分别安装在２个燃烧室内。点火后通过燃烧室　之间的联焰管将各个燃烧室点燃。４只火焰探头　分别安装在３个燃烧室，用于火焰检测。压气机　等。ＤＬＮ一２．６燃烧系统包括燃烧室、控制系统、　燃料系统及辅助系统．系统通过控制空气，燃气　比和燃烧模式达到了ＮＯ　和ＣＯ的较低排放。本　文针对应用在ＧＥ　ＭＳ６００１ＦＡ（ＰＧ６１ｌＩＦＡ＋Ｅ）机组　排气首先对过滤段形成冲击冷却，再逆流向前，　经过火焰筒与导流衬套之间的环形空间流向燃烧　上的ＤＬＮ一２．６燃烧系统进行介绍分析。　室头部。其中有少量空气用于冷却帽罩，其余空　气经喷嘴上的旋流器进入头部的预混区，与燃料　１　ＰＧ６１１１ＦＡ＋Ｅ及ＤＬＮ一２．６燃烧室简介　ＧＥ　ＰＧ６１１１ＦＡ＋Ｅ机组为ｌ８级轴流式压气　机。压比为ｌ４．７：ｌ，设计出力７７．Ｏ６　ＭＷ，排气温　度５９８．３℃。在第９级和第ｌ３级开有抽气口。设　６个逆流环形燃烧室，每个燃烧室有６只燃料喷　喷管喷出的燃料气进行混合。空气与燃料混合物　由预混区经喷嘴流入火焰筒，被置于上部燃烧室　上的２只高能点火器点燃。燃烧产物经过渡段进　入透平第一级喷嘴环。具体结构见图ｌ。每个燃烧　室有１只ＰＭ１喷嘴、２只ＰＭ２喷嘴、３只ＰＭ３喷　嘴和１５只ＱＵＡＴ喷口。ＰＭ１喷嘴布置在中央，　ＰＭ２和ＰＭ３喷嘴均匀布置在ＰＭ１四周，１５只　嘴。可烧天然气、轻柴油，可进行油气燃料互切。　３级轴流式冲动式透平，采用压气机的排气和抽　ＱＵＡＴ喷口布置在燃烧室边缘。各喷嘴布置情况　２０１１年第１２期　浙江电力　７１　见图２。　叶　吹扫气体　雾化气体　注水　图１　ＤＬＮ一２．６燃烧室结构　图２　ＤＬＮ一２．６燃烧室的喷嘴布置　２　ＤＬＮ一２．６燃烧系统的结构与燃烧模式　在ＰＧ６１ｌ１ＦＡ＋Ｅ机组上，ＤＬＮ一２．６燃烧系统　的燃气控制模块安装在润滑油模块的基板上。该　系统主要组成部分有：速比阀（ＳＲＶ），用于根据燃　机转速调整燃气压力以及遮断燃机气体燃料供　应；１组调节阀（ＧＣＶ），用于调整不同燃气母管和　燃烧喷嘴的天然气流量；１组吹扫阀（ＶＡ１３），当　机组在启动、停运阶段，对各喷嘴调节阀后的天　然气燃料管道进行吹扫。　系统介质流程如图３所示，天然气经过滤器　至ＳＲＶ后分成ＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３和ＱＵＡＴ　４个母　管．通过４个ＧＣＶ后分别接至燃烧室附近的４个　环管，从各环管上分别引出６路支管和６个燃烧　室喷嘴上相应的通道相连，与压气机排气预混后　进入燃烧室燃烧。和ＤＬＮ一２．０＋系统相比，ＤＬＮ一　２．６的燃料控制系统取消了二、三次燃气的分配　阀．采用全预混的燃烧模式。　ｆ／＾、环管　　…　．。１　］　Ｇｃｖ３ｌ　一　／＾＼＼－　一　ＧＣＶ１Ｉ　ｌＰＭＩ１　一．　一　　ｎｒ——一　３—５　ｌ　ｎ　０　６个燃烧捌　一　３—４　ＧＣＶ２Ｉ　Ｉ　＼／　一　一ｕＪ　３－６］／Ｎ￣ＧＣＶ４Ｉｌ　？　图３　ＤＬＮ一２．６系统的燃料控制系统　在ＰＧ６１１１ＦＡ＋Ｅ机组上，ＤＬＮ一２．６燃烧系统　具有５种燃烧模式：预混模式１，ＰＭ１燃烧；预　混模式２，ＰＭ２燃烧；预混模式３，ＰＭＩ＋ＰＭ２燃　烧；预混模式６Ｂ，ＰＭ１＋ＰＭ２＋ＰＭ３燃烧；预混模　式６Ｑ，ＰＭ１＋ＰＭ２＋ＰＭ３＋ＱＵＡＴ燃烧。ＰＭ２喷嘴又　可称为点火喷嘴，在机组点火阶段ＰＭ２和ＰＭ１　喷嘴都投入，系统通过高能火花塞点燃ＰＭ２喷　嘴，在此阶段ＰＭ１起到稳定燃烧的作用。当机组　达到一定的燃料消耗量后，ＰＭ１喷嘴撤出，机组　切换到模式２运行。当机组冲转至９５％额定转速　后，ＧＣＶ１打开，ＰＭ１喷嘴开始投入，同时ＧＣＶ２　缓慢下关，至燃机全速（ＦＳＮＬ）后ＰＭ２喷嘴完全　撤出。机组在模式１运行时进行并网操作，随后　由ＭＡＲＫ　ＶＩ系统通过计算得出的燃烧基准温度　（　Ｉ］ｒＲＦ）来决定是否进行模式切换。以ＰＧ６１　１　１ＦＡ＋　Ｅ机组为例，当ＴＴＲＦ达到９２６．７￣Ｃ时，由模式ｌ　切换至模式３运行：当１１＇ＲＦ达到ｌ　０９３．３　时，　由模式３切换至模式６Ｂ：当ｒｒｒＲＦ达到１　１３７．８℃　时，由模式６Ｂ切换至模式６Ｑ运行直至满负荷。　ＭＡＲＫ　ＶＩ的系统逻辑为每个切换点的ＴｒＲＦ设置　１个偏置量，机组降负荷时，当ＴＹＲＦ达到“切换点　温度一偏置量”，燃烧模式进行回切；在机组甩负　荷时，直接切至模式ｌ运行。机组在同一燃烧模　式运行时．ＭＡＲＫ　ＶＩ系统通过控制各燃料通道　７２　楼华栋，等：ＧＥ燃机ＤＬＮ一２．６燃烧系统浅析　２０１１年第１２期　的ＧＣＶ开度对天然气流量按一定比例进行分配，　保证机组启动运行过程的燃烧稳定。机组在点火　启动至满负荷、正常停运和甩负荷过程中，各模　式之间的切换方式如图４所示。　点火连焰阶段：预混模式３　１６％－９５％额定转速：预混模式２　９５％额定转速至ｌ１％额定负荷：预混模式１　ＩＩ％一２３％额定负荷：预混模式３　２３％　额定负荷：预混模式６Ｂ　４０％一１００％额定负荷：预混模式６Ｑ　图４机组启动、停运时的模式切换　３与ＤＬＮ一２．Ｏ＋燃烧系统的比较　３．１燃烧室喷嘴布置　ＤＬＮ一２．０＋燃烧室把ＰＭ１喷嘴布置在燃烧室　的周边位置．在机组低负荷阶段（小于５Ｏ％额定负　荷）ＰＭ１喷嘴始终投入，在０％～１０％额定负荷时，　ＰＭ４喷嘴不投运．因此导致燃烧室温度场不均　匀，产生局部热应力，影响火焰筒的寿命。如　ＰＧ９３５１一ＦＡ机组就曾在实际运行中出现了火焰筒　在临近ＰＭ１喷嘴的区域产生鼓包的现象。而　ＤＬＮ一２．６燃烧室把ＰＭ１喷嘴移至中央位置，解　决了火焰筒受热不均匀的问题．延长了火焰筒的　寿命。　３．２燃烧控制模式　ＤＬＮ一２．０＋燃烧系统在机组达到５Ｏ％额定负　荷时进人预混燃烧模式。ＤＬＮ一２．６燃烧系统除了　改进燃烧室喷嘴布置之外，在燃烧模式上也进行　了优化。采用了全预混燃烧模式。ＤＬＮ一２．Ｏ＋燃烧　室的每只喷嘴都设置了扩散通道和预混通道，　ＤＬＮ一２．６燃烧系统在采用全预混燃烧后，仅保留　预混通道。简化了燃烧室结构。从系统控制上看，　ＤＬＮ一２．０＋燃烧系统每个喷嘴的燃料量由２个控　制阀共同调节．而ＤＬＮ一２．６系统则由单一的控制　阀调节，因此喷嘴控制方式得到了简化。　３．３污染物排放　ＤＬＮ一２．６燃烧室在中间位置增加了１个ＰＭ１　喷嘴，且ＰＭ１喷嘴在整个燃烧过程中始终投入　运行。在机组高负荷运行时，当ＰＭ２和ＰＭ３喷　嘴的空气燃料比低于其贫着火极限时，可以使　ＰＭ１喷嘴的空气／燃料比高于周围的贫着火极限，　且能维持燃烧的稳定性，因此其总空气／燃料比　高于均匀供燃料的ＤＬＮ一２．Ｏ＋燃烧系统，使总的　预混空气量增加，从而降低了燃烧区域的火焰温　度，减少ＮＯ　的产生。在机组低负荷运行时，　ＰＭ１喷嘴保证了机组燃烧的稳定性．也促使燃气　在燃烧室能停留足够的时间让ＣＯ完全燃烧．降　低ＣＯ的产生量。ＤＬＮ一２．ｏ＋燃烧系统在低负荷阶　段采用扩散燃烧模式。此时燃烧室在燃烧区域产　生局部高温区，由于燃烧气体在高温下更容易生　成ＮＯｘ，因此ＮＯｘ的产生量比较高。而ＤＬＮ一２．６　燃烧系统采用全预混燃烧模式．从模式切换要求　可以看出。机组在低负荷运行时燃烧室的温度较　低，所以ＮＯ　产生量也相当低。改造后的ＰＭ１喷　嘴解决了由于燃烧室温度降低使ＣＯ产生量增加　的情况。值得指出的是，ＤＬＮ一２．０燃烧系统从先　导预混燃烧模式向预混燃烧模式切换前．可以看　到烟囱有明显的棕黄色烟气排出，说明在这个阶　段燃机ＮＯ　排放量较高，而ＤＬＮ一２．６燃烧系统　在各个模式切换过程中均未发现此现象。　表ｌ是２台ＰＧ６１ｌ１ＦＡ＋Ｅ燃机机组和应用　ＤＬＮ一２．Ｏ＋燃烧系统的ＰＧ９３５ｌＦＡ燃机机组在燃　烧天然气运行时的实际污染物排放数据，表中数　据是３台机组在各负荷阶段连续测量得到的平均　值。从表ｌ数据可以看出，在额定或部分负荷时，　表１　３台机组的烟气测量数据　负荷　型号　—　ＮＯｘ／（ｍｇ‘　ｃ　（ｍ　）０２／％　２０１１年第ｌ２期　浙江电力　７３　ＰＧ６１１１ＦＡ＋Ｅ机组的ＮＯ　排放量小于１５　ｍｇ／Ｌ，　染物的排放也得到了更好的控制。　ＣＯ排放量小于６　ｍｇ／Ｌ。对比ＰＧ９３５１ＦＡ燃机机　组的ＮＯ　和ＣＯ排放数据，在Ｏ　排放量相近的　参考文献：　毛志伟，赵琦，马圆珍．ＧＥ公司干式低ＮＯ　燃烧系统的　发展【Ｊ】．浙江电力，２００５，２４（１）：１６—１９．　情况下，ＰＧ６１　１　１ＦＡ＋Ｅ燃机机组污染物排放的各　项指标明显优于采用ＤＬＮ一２．０＋燃烧系统的　ＰＧ９３５１ＦＡ燃机机组。　【２】　焦树建．燃气轮机系统［Ｍ】　北京：清华大学出版社，　２Ｏｏ４．　４　结语　ＧＥ燃机采用中央ＰＭ１喷嘴稳燃、全预混燃　烧技术的ＤＬＮ一２．６燃烧系统，结构较前一代燃烧　系统简化，燃烧模式更简单，且提高了机组在部　分负荷运行状态下的燃烧稳定性，同时，大气污　收稿日期：２０１１—０５－２５　作者简介：楼华栋（１９８０一），男，浙江浦江人，助理工程师，　从事燃机、汽轮机调试工作。　（本文编辑：徐晗）　（上接第１１页）　３（）ｏ０　处的阶段有利于适时调整工作重点、把握工作方　向。因此，学习和借鉴发达国家的电网在不同发　２　５ｏｏ　展阶段的经验和教训，对保证我国电网的可持续　发展具有重要意义。　意２　０００　藩ｌ　５ｏ０　矗　暑ｊ＝ｉ　ｌ　０ｏＯ　参考文献：　【１】　崔凯，李敬如，赵彪，等．城市饱和负荷及其预测方法研　究【Ｊ】．电力供需分析，２００８，２０（６）：３４—３８．　【２】　王芳东，林韩，李传栋，等．基于经济曲线饱和态势分析　的饱和负荷宏观预测研究【Ｊ】．华东电力，２０１０，３８（１０）：　１４８５—１４９０．　５０ｏ　０　【３】　浙江省电力试验研究院．电网规划模型研究【Ｒ】．２００８．　１９５０　１９５５　１９６０　１９６５　ｌ９７０　１９７５　１９８０　年份　【４】　世界银行（Ｗｏｒｌｄ　Ｂａｎｋ）［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｗｏｄｄｂａｎｋ．ｏｒＳ／．　【５】　陈彦光，周一星．城市化Ｌｏｇｉｓｔｉｃ过程的阶段划分及其　图６英国中央发电局１９５０－－１９８０年超高压输电线的建设　空间解释——对Ｎｏ．ｈａｍ曲线的修正与发展【Ｊ】．经济　地理，２０ｏ５，２５（６）：８１７—８２２．　的数据研究表明。其快速发展和后发展阶段均持　续约ｌ５年：而英国同类数据和相关资料的研究　表明，电网建设的高峰出现在快速发展和后发展　阶段转折点前Ｏ～ｌＯ年。　由浙江电网２０１０年及负荷饱和时的年用电　量和人均用电量可知。目前用电指标的数值已达　【６】　王建军，吴志强．城镇化发展阶段划分【Ｊ】．地理学报，　２００９，６４（２）：１７７－１８８．　【７］　Ｒ．ＪＡＣＫＳＯＮ，Ｊ．ＦＥＲＧＵＳＯＮ，Ｇ．ＬＥＷＩＳ，Ｒ．ＧＩＢＢＯＮ．　Ｓｕｐｅｒｇｒｉｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ［Ｊ】．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ，　１９８７。３３（１０）：４ｌ一６４４．６　到饱和值的约５０％，参考日本等国的发展周期．　可以认为浙江电网在“十二五”末、“十三五”初将　进入后发展期。在“十四五”末、“十五五”初可能　收稿日期：２０１１－Ｉ１－１７　作者简介：胡列翔（１９６０一），男，浙江杭州人，高级工程师，　从事电网规划和建设管理工作。　徐谦（１９６３一），男，浙江宁波人，高级工程师．长期从　进入饱和发展期。　电网的不同发展阶段具有不同的电网规划、　建设、运行、维护和管理任务，掌握电网发展所　事电网规划设计工作。　（本文编辑：龚皓）