M701F燃气轮机燃烧室的特点和燃烧调整

第23卷　第1期
2010年3月
《燃　气　轮　机　技　术》GAS TURB I NE TECHN OLO GY Vol 123　No .1M ar .,2010
M701F 燃气轮机燃烧室的特点和燃烧调整
金晓刚
(深圳市广前电力有限公司,广东　深圳　518052)
摘　要:本文分析了三菱M701F 燃气轮机燃烧室的特点和燃烧调整的方法,以及这些特点对燃烧室部件的影响。

关　键　词:M701F 燃气轮机;燃烧室特点;特点;调整
中图分类号:TK473.2 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2010)01-0058-04
M701F 燃气轮机的主要参数为:17级轴流式压
气机,压比17;20个环管布置DLN 燃烧室;透平入口初温1400℃;采用4级反动式透平,单循环效率38.2%。

M701F 型燃气轮机的燃烧室采用环管逆流布
置方式,带旁路阀。

20个预混干式低NOx (DLN )燃烧器沿机组圆周向均匀地斜插入燃烧室外缸里,燃烧室之间设有联焰管传递火焰。

如图1所示,每个燃烧室由燃料喷嘴、火焰筒、过渡段和旁路阀及其它附件组成。

图1　燃烧室的主要部件
1　燃烧室的结构特点
燃料喷嘴由位于圆心的值班燃料喷嘴和围成一圆圈的8个干式预混主燃料喷嘴组成,如图2所示。

干式预混喷嘴可降低燃烧温度,特别是减少局部高温区,减少了NOx 的生成。

值班燃料喷嘴采用扩散燃烧方式,形成稳定的值班火焰,用以维持主火焰的稳定。

燃烧室设置旁路阀是三菱公司的特有技术,旁路阀装于燃烧室尾部区域,可将压气机的出口空
气直接导入过渡段,根据不同燃烧状态,旁路一部分压气机的排气,以调节进入燃烧系统的空气流量,保证不同预混燃烧状态下的最佳空燃比,保持预混燃烧的稳定。

为满足1400℃透平初温要求,M701F 机组火焰筒和过渡段均使用了N i 基超合金材质,并采取双层结构,如图3所示。

图中a 为火焰筒壁面的空气冷却结构。

火焰筒为双层壁面,冷却空气从外壁的小孔进入,并在夹层中沿壁面的沟槽流动形成对流
3收稿日期:2009-06-07
第1期M701F
燃气轮机燃烧室的特点和燃烧调整
图2
　燃烧室运行示意图
图3　火焰筒和过渡段冷却结构示意图
换热,然后从沿圆周方向的缝隙中流出,对下游形成
气膜式冷却;图中b 为过渡段的壁面的空气冷却结构。

冷却空气通过外壁的多个圆形孔进入夹层,同样沿壁面的沟槽运动,并从下游的出口进入热通道。

火焰筒和过渡段的内壁面涂有以Zr O 2为主的热障涂层,进一步降低了火焰筒和过渡段金属壁面的温度。

2　燃烧室的燃烧控制和调整
M701F 燃气轮机主要采用两种方式来控制燃
烧。

一是对值班喷嘴和主喷嘴的燃料比例进行分配,二是通过旁路阀对空燃比进行调整。

如图4所示,控制系统的总燃料控制输出(CS O )是燃机负荷的函数。

CS O 又分为值班喷嘴的
燃料控制输出P LCS O 和主喷嘴的燃料控制输出MCS O 两部分,即:CS O =MCS O +P LCS O 。

而P LCS O =P LCS O0-△P LCS O ×TP LCS O 。

其中:
P LCS O0—值班喷嘴燃料基本输出设置,它是CS O 的函数;
△P LCS O —P LCS O0的温度修正,它是CS O 的函数;
TP LCS O —环境温度修正系数。

最终,P LCS O 被设置成为带环境温度修正的与燃机负荷对应的一条曲线。

同样,M701F 燃气轮机的旁路阀也采用类似的预置曲线控制,旁路阀的控制信号为BYCS O1,如图5所示。

BYCS O1=BYCS O0—△BYCS O ×T
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燃气轮机技术第23卷　
BYCS O0—旁路阀基本输出设置,它是MW Pcs 的函数;
△BYCS O—BYCS O0的温度修正系数,它是MW Pcs的函数;
T—环境温度。

MW Pcs=MW/300/(K×Pcs+B)-C×△T
MW—燃机负荷;
Pcs—燃烧室压力;
K—增益;
B—偏置;
C—燃料的温度修正常数;
△T—压气机进气温度对燃料的修正量。

最终,BYCS O也被设置成为带环境温度修正的与燃机负荷和燃烧室压力对应的一条曲线。

图4　M701F 燃机燃料控制示意图
图5　M701F燃机旁路阀控制示意图
通过对P LCS O和BYCS O的预置曲线的调整,
M701F燃气轮机可以对值班喷嘴的扩散燃烧的燃
料量和主喷嘴的预混燃烧的空燃比进行调整,从而
实现对机组各个负荷下的火焰稳定性、燃烧压力波
动、NOx排放等参数的综合优化。

通过燃烧系统的
调整,找出各个负荷下最佳的P LCS O和BYCS O值,
得到该机组燃烧系统在各种运行工况下最优化的一
系列修正曲线。

图5给出一次燃烧调整的完整操作:第一步,燃
机带100MW负荷稳定后,通过手动增减P LCS O和
手动调整BYCS O,试验出一个稳定燃烧的区域,取
这个区域的中间值作为燃烧控制的设定值。

然后升
负荷到150MW,继续进行这个工况下的试验,直到
完成所有工况下的试验。

第二步,将各个工况下的
设定值连成曲线,在停机后将设定曲线输入到控制
系统中。

第三步,进行负荷摆动试验,通过大幅度升
降负荷,检查燃烧压力波动情况,来检验设定曲线在
燃烧室变工况下的效果。

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第1期M701F 燃气轮机燃烧室的特点和燃烧调整
图6　M701F 燃机燃烧调整过程示意图
3　结论
同为干式低氮燃烧室,M701F 燃气轮机的燃烧室采用了与GE 公司9F A 燃气轮机燃烧室完全不同的调节方式。

9F A 燃气轮机通过从压气机排气抽气来加热压气机入口空气温度,从而达到调节压气机的质量流量的办法来调节空燃比。

而M701F 燃气轮机的燃烧室则利用旁路阀,也轻松地达到了调节空燃比的效果。

当然,这套旁路阀系统也存在着一些问题。

如旁路阀排放到过渡段的空气容易导致火焰产生局部回流,并引起火焰筒尾部局部过热;而旁路阀的频繁动作,使过渡段旁路弯管也长期处于冷热交变应力的作用,往往会导致过渡段的旁路弯管附近出现裂纹。

另外,结合M701F 燃气轮机以300次启停或8000当量运行小时两者中先到者为间隔的检修周期上看,M701F 燃气轮机燃烧室更适合于基本负荷下连续运行的方式。

The Characters of M 701F Ga s Turb i n e Com busti on Cham ber and its
Com busti on Adjust m en t
J IN Xiao -gang
(Shenzhen Guangqian Co .L td .,Guangdong Shenzhen 518052,China )
Abstract:This paper intr oduced the characters of M701F gas turbine combusti on cha mber and combusti on adjust m ent,then analyzed the influence fact ors caused by this characters .
Key words:M701F gas turbine;combusti on cha mber;character;adjust m ent
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