火焰筒烧损事件

一、事件经过

23:45因电气原因#1燃机满负荷跳机。在其后重新启动过程中,因机务、控制等各方面原因历经了4次高速清吹、点火，直至次日3:28并列，3:52机组负荷80MW,排气分散度(通常默认是第一分散度)26.7℃。22:54负荷100MW,排气分散度升至38.3℃,约1h后升至50℃,减负荷至90MW；第2日0:54分散度升至59℃,运行人员再次减负荷至85MW,排气分散度降至40℃；此后机组一直维持在该负荷运行,排气分散度基本稳定在40.5℃。凌晨6:20运行人员巡回检查时发现烟囱冒黑烟,立即停运机组。经检查,设备损坏情况如下:

1.7-8和8-9联焰管严重损坏,其中阳联焰管烧穿,管身因高温严重变形,靠7号、9号火焰筒一侧的联焰管头部烧灼情况稍轻,其余燃烧单元的联焰管正常。

5.所有导流衬套没有烧伤、变形的痕迹,全部可用,燃烧室和燃烧缸、透平缸、排气框架等底部排污通道全部畅通,14只燃油逆止阀经校验台校验基本正常,动叶未做检查。

二、原因分析

1.影响燃烧单元热负荷变化的因素很多,如燃料分配的均匀程度，燃料的雾化、冷却空气的均匀,通流部分叶片的结垢程度，局部焓降差别、局部漏气等,排气分散度是所有这些因素的综合反应。在稳定的工况下,即使火焰筒、过渡段等部位发生局部过热,只要不穿透、不改变冷却流场分布,分散度仍将维持原先的水平。

2.从燃机燃烧系统的工作情况看,压气机出口约1/3的空气流量作为一次助燃空气从火焰筒端部鱼鳞孔进入,其余2/3空气量从火焰筒筒体冷却孔进入,在火焰筒内表面形成气膜以阻止高温燃气的表面接触。就温度分布情况看,在接近燃尽阶段的断面上混合气体平均温度最高,负荷越高,这个断面越接近尾部,满负荷大约就在筒身的2/3处,这是因为作为二次冷却的空气大部分从燃尽阶段的冷却孔内流入。由于火焰筒有良好的几何形状,本身具有完善的冷却条件,表面金属温度并不高,而过渡段外表面仅存在有限的对流冷却,内壁承受的是燃气轮机的进限的对流冷却,内壁承受的是燃气轮机的进大部分过渡段被烧穿而火焰筒相对完好也说明了这一点。

3.燃油中含有一定金属添加剂,燃烧后产生的颗粒对输送通道产生磨损。过渡段承受的是高温且高速流动的燃气,当流动方向改变时产生的磨损最严重。过渡段被穿透后冷却空气从穿透处进入过渡段,导致过渡段压力升高,也使火焰筒内压力增加,火焰筒内燃烧的高温燃气通过联焰管流向二侧燃烧筒的流量增大,高温燃气直接接触火焰筒内壁而迅速烧坏火焰筒。在这一过程中,相对应的过渡段因局部磨穿而使冷却空气量增加,从而改变了整个燃烧系统冷却空气量的分配。

从上述分析来看,虽然分管回流式燃烧系统有诸多优点,但所有的燃烧单元不可能做到热负荷均匀一致,微小的误差随时间的积累终归会使薄弱环节遭到损坏,从结构上看这些薄弱环节就在过渡段的气流拐弯处。因此,#1机在燃烧事件发生前相对较长的时间内已存在自然磨损,在电力短缺期间,机组连续满负荷运行,水洗周期成倍延长,过渡段已达到当量时间而未进行燃烧检查,一旦穿透便在较短时间内扩散并演变成燃烧事故。

经过分析，GE燃烧检测保护存在严重缺陷。根据多年的运行经验,如果燃烧设备发生突发性的严重偏离设计工况的情况,燃烧检测保护应能发出报警和保护动作、切断燃料。但对于一些因长期积累引起的燃烧部件缓慢损耗的事故却无法及时报警,主要原因有以下几个方面：

1.燃烧监测将排气温度作为唯一计算量,把排气温度分布作为燃烧部件及通流部件是否正常的唯一判据,虽然理论上是可行的,但实际运行中却不能完全保护设备,根本原因是没有对温度变化历史趋势进行分析。排烟温度偏差在正常范围时,初温特别是局部初温不一定正常。因此不能仅以排烟温度来判定初温是否正常、燃烧是否正常。

2.燃气轮机进气容积流量太大,反映设备状况的温度、压力等流动参数的偏差不足以反映排气端温度分布的较大变化。即使对平均值来说,也仅当透平运行正常且工况稳定时,进口和出口参数才具有对应关系。

3.GE设置的保护定值不是很合理。例如在基本工况下,通过计算其分散度大致在68℃左右,而实际运行中超过33℃的概率不大；变工况下的监测保护定值是在原稳态基础上增加111℃,工况稳定后以一定速率衰减至稳态值,而实际情况是工况变化时排气分散度很少超过44℃。因此,这样的分散度变化不可能引起保护装置动作。

三、防范措施

日常维护应制定防止燃烧单元热偏差的技术措施，定期进行燃烧检查。对于燃用液体燃料特别是重油的燃气轮机，利用每隔200h的停机水洗进行日常维护：

1.燃料供给系统。燃料供给系统是日常维护的主要对象，主要进行如下检查：

1）双螺杆泵是供油系统中的主要增压设备,转子外表涂有比较坚硬但比较脆的涂层,用于减少动静部分间隙,提高泵的效率"实际运行中多次发生涂层剥落,这些剥落的碎片很容易卡住燃油管路上的单向阀!燃油喷嘴等,导致燃油流量不均匀,也造成多次燃烧监测保护动作。

2）流量分配器的主要问题是磨损"磨损导致流量分配不均匀,测速齿轮的固定螺丝脱落和测量间隙的变化,运行中主要反应在流量显示有偏差和波动,影响了调节品质,造成机组负荷摆动大。因此应充分利用机组水洗机会定期测量测速齿轮的间隙和紧固螺丝的紧力。

3）单向阀。每一燃烧单元的燃油喷嘴入口均设有单向阀,目的是当供油系统进行管线清洗时防止清洗的柴油进入通流部分。单向阀的特性(启闭压力)对燃油流量影响较大,要保证14个单向阀特性一致确有困难。可定期将单向阀放到自制的压力校验台上进行启闭压力的校验,将启闭压力相对均匀一致的单向阀集中使用。

4）燃油喷嘴的性能对燃烧系统的影响非常大。现场无法进行流量和雾化试验,但可进行严密性试验,目的是防止燃油!雾化空气互相串通"流量的偏差通过单向阀前的压力进行监视。

2.燃烧检查

1）目视检查。利用机组水洗后的干燥期间,对角拆卸1组或2组燃油喷嘴,对联焰管、火焰筒、过渡段和一级喷嘴进行目视宏观检查,尽早发现早期缺陷。

2）孔窥仪检查。通流部分的检查是目视检查的盲区。孔窥仪检查通常是在目视检查没有发现明显缺陷,而机组仍然存在原因不明的问题,需要对通流部分特别是一、二级喷嘴的冷却部分进行的检查。

3）按GE标准进行的检查,即计划小修。这种检查方式较为彻底,也有足够的时间进行一些简单的处理，但要事先申请。