炊 健

（杭州华电半山发电有限公司，浙江 杭州 310015）

杭州华电半山发电有限公司二期天然气燃机项目共有3台GE公司生产的9FA单轴燃气蒸汽联合循环机组，均采用DLN2.6+燃烧室和MARK VIe控制系统。2014年对其中的#8燃机进行了低可见排放（LVE）升级改造。改造后机组可大幅缩短开、停机过程中烟囱排放可见黄烟的时间，而此次改造也是国内同类型机组的首台。

1 DLN2.6+燃烧系统

1.1 DLN2.6+燃料通道和燃烧喷嘴

DLN2.6+燃烧系统结合了GE公司燃气轮机DLN2.6和DLN2.0+系统的技术，应用于6F、7F、9F多个系列的燃气轮机。由于燃气轮机燃烧室中的火焰温度比较高，高于空气中N2和O2起化学反应生成NOX的起始温度1650℃，因此，燃气轮机排气中NOX、CO、VOC含量成为主要的污染物，其中NOX在烟气排放中15mg/L以上颜色稀释显为黄色，也就是通常说的可见黄烟。

之前的DLN2.0+燃烧系统在运行实践中，燃烧时的火焰脉动对靠近燃烧筒边缘的PM1喷嘴的火焰十分敏感，若该喷嘴的燃料配置不当，会在PM1喷嘴临近的火焰筒处造成鼓包，影响火焰筒的寿命。该缺点在尖峰负荷或半基本负荷的机组中尤为明显。GE公司在DLN2.6的基础上，结合FB级机组的先进冷却技术，设计了DLN2.6+燃烧室系统：每个燃烧室端盖布置了6只燃料喷嘴，外圈均匀布置5只、围绕着中心1只燃料喷嘴。与DLN2.0+相比，增加了中心喷嘴，减少了火焰筒外径铸件上的气帘孔，在保证燃烧件寿命的基础上提高了燃空比，提高了燃烧室贫油燃烧的裕度以及燃烧稳定性。燃烧室喷嘴布局如图1所示。

DLN2.6+燃烧系统共有四路燃料供气管路：D5、PM1、PM3、PM2。位于中心位置的喷嘴有外部的预混PM1通道和内部的清吹通道，在机组运行时内部清吹通道有持续的清吹空气（来自压气机）用于冷却燃烧部件；而中心喷嘴周围均匀布置的5只燃料喷嘴，每只喷嘴都有一个扩散通道，一个预混内部通道和一个预混外部通道，燃料气的D5供气管路通向5个喷嘴的扩散燃烧通道，而来自PM2和PM3供气管路的气体燃料分别从外、内预混通道进入燃烧筒并和空气流进行掺混后进入燃烧区，图1中上部2只加下部1只为PM3喷嘴，而靠近燃烧筒联焰管的2只为PM2喷嘴。

DLN2.6+系统的燃烧方式命名规则是参与预混燃烧通道名的数字和，并附加扩散通道参与燃烧供气时后缀字母“D”。例如，四个通道全部参与时为预混通道，即1+2+3=6的“6D”模式，以此类推。而当扩散退出，进入预混模式时，为了区分是PM2还是PM3的富燃料模式，增加后缀，即“6.2”或“6.3”模式。

1.2 标准燃烧模式和LVE燃烧模式

扩散燃烧的方式火焰温度高，燃烧稳定，但NOX排放大。对于标准燃烧模式，由于D5（扩散燃烧通道）在燃机负荷达到35%、9FA联合循环负荷约120MW时退出（DLN2.0+约200MW），因此启动过程中的NOX仍然较高，启动时黄烟明显。GE公司就此开发出针对DLN2.6+的LVE（低可见黄烟）启动模式。

对于LVE燃烧模式，D5（扩散通道）仅在点火和暖机阶段供气，暖机完成即关闭，时间总长不超过3min，因此显著降低了启动过程中的黄烟排放，几乎全程NOX均在15mg/L以下。同样可以看出，无论是标准模式还是LVE模式，都在机组加速到FSNL（全速空载）前，就在燃烧筒中央喷嘴（PM1）建立起稳定的火焰，一直持续到达到额定负荷，相比DLN2.0+燃烧系统，DLN2.6+的火焰稳定性得到了增强。

2 升速过程中的燃烧稳定性

2.1 造成升速时燃烧不稳定的原因

在LVE燃烧模式中，机组从暖机完成时就已经进入全预混通道的模式，虽然可见黄烟的排放时间很短，相应的燃烧也不稳定，尤其是在升速阶段。

根据GE公司实验室数据：3模式（PM1+PM2）在机组升速过程中，燃料分配不合理会造成燃烧不稳定，甚至熄火，这主要有以下三方面原因：

（1）升速过程中增加PM1通道的燃料会升高PM1e.r，靠近、甚至击穿PM1通道的RBO（Rich Blow Out富燃料熄火边界）；

（2）升速过程中，增加PM2通道的燃料同时会降低PM1 RBO，减少PM1的富燃料熄火裕度；

（3）环境温度的降低会降低RBO（富燃料熄火边界），提高LBO（Low Blow Out贫燃料熄火边界），压缩稳定燃烧的空间。

2.2 通过调整参数提高燃烧稳定性

某次开机过程中，从点火至全速时的运行参数曲线如图2所示。图2中箭头处所指区间燃机升转速为30%～60%时，排气温度分散度开始增加并达到较大的过程，最大分散度为213℉已经超过允许值的175℉，此时燃烧极不稳定，甚至出现了部分燃烧筒熄火的现象。由此可见，需要调整在燃机转速为30%～60%期间的燃料量，以平稳地穿过RBO与LBO的中间区域。

图2 点火至全速时的运行参数曲线

调整期间每次的开机运行参数如表3所示，调整期间每次开机升速30%～60%时段内排气分散度达到最大值时的运行数据，表3中两次启机过程中最大排气分散度均大幅超过允许值，调整后的最大分散度远低于当时的分散度允许值。

机组30%～60%转速区间的燃料量并不是一个值，而是一套燃料分配参数，而且对应是夏天（环境温度88℉）该机组的适用参数。当大气温度降低时，由于空气的体积质量增加，为了维持同样的燃料空气比，应适当增加燃料量，以提高燃烧的稳定性。临近冬天时，需要适当增加燃料量，反之冬天适用的参数到了夏天应减少燃料量。这套参数可调节类似的燃机，由于不同机组在不同季节所对应的参数是不同的，因此应该根据具体情况选择不同的参数。8月6日调整后的运行曲线如图3所示，由图3可以看出排气分散度并未变大。

表3 调整期间每次的开机运行参数

图3 调整后的燃烧曲线

3 结束语

LVE燃烧模式是在燃机用户越来越严峻的环保压力背景下产生的，由于半山机组是国内首台改造机组，因此在实际运行中有很长的一段磨合期，如何在低排放和燃烧稳定之间找到一个动态的平衡点需要维护人员深入进行理论学习和更多的实践探索。