摘要：本文主要介绍了GE公司PG9371FB型燃机DLN2.6+燃烧室的部件、天然气通道、喷嘴结构、模式切换、清吹系统等，通过使用DLN2.6+燃烧室合理配置燃烧，适时进行燃烧模式的切换使天然气有效燃烧，在透平中做功并使排放符合环保要求。
关键词：DLN2.6+；燃烧室；预混燃烧；模式切换
1.前言
随着西气东输工程，配套的大型燃气轮机在我国得到了大量的应用。燃气轮机以天然气作为工质，主要由压气机、燃烧室、透平、发电机等部分组成。其中燃气轮机燃烧室是使用高温合金制作的燃烧设备，其使用天然气与压气机排气进行有效燃烧，并对透平做功，带动发电机，输出电能。
然而空气中有约76%质量含量的惰性气体氮气，在高于1650℃（3002℉）时会生成氮氧化物N0X，对大气环境造成污染。根据燃烧室中产生污染物的次级反应可知，在最有利于燃烧过程的化学当量下，N0X的生成也最为严重，且天然气中的不完全燃烧的碳产生少量一氧化碳CO，不利于环境，兼顾对N0X和CO生成的控制必须精心组织燃烧过程，控制过量空气系数以及燃烧温度，控制排放的同时保证燃烧室的性能，干式低氮（Dry Low N0X，简称DLN）燃烧技术应运而生，DLN燃烧室也得到广泛运用。
2.扩散燃烧与预混燃烧
在DLN燃烧室中主要进行两种模式的燃烧：扩散燃烧、预混燃烧。
扩散燃烧：燃料与空气分别送入燃烧区，边混合，边在过量空气系数αf≈1的区域内燃烧，燃烧区温度一般高于1650℃。优点是燃烧稳定，不易回火、熄火，缺点是燃烧区温度高，排放N0X含量高。
预混燃烧：燃料与气体预先混合成均匀的可燃气体后，再引入燃烧区燃烧，多数产品采用过量空气系数αf>1的均相贫预混设计。优点是可以通过控制掺混比控制燃烧温度低于理论燃烧温度，略低于热力N0X生成的起使温度，从而降低N0X的含量；缺点是因燃料浓度低，所以燃烧温度相对较低，低负荷时容易熄火，另外，还有可能造成CO排放量增大。
3.PG9371FB型燃机DLN2.6+燃烧室
PG9371FB型燃机有18个低N0X燃烧室，为分管式DLN2.6+型式，18个燃烧室顺气流方向逆时针排列，12点钟位置为18号燃烧室，每个燃烧室内有6个燃料喷嘴，按5个围绕1个的方式布置，中圈送入来自PM1控制阀的天然气，外圈5个送入来自D5控制阀的扩散天然气，或来自PM2或PM3控制阀来的预混天然气，2个高压电极火花塞布置在2号、3号燃烧器内，点火后通过联烟管联通火焰，4个紫外线火焰探测器分别布置在15号、16号、17号、18号燃烧室内。DLN2.6+燃烧室主要由燃料喷嘴和端盖组件、燃烧喷嘴外缸、火焰筒、导流衬套、过渡段、过渡段后框架、联焰管等组件构成。
压气机排气首先经过过渡段对其进行冲击冷却，再逆流向前，流过火焰筒与导流衬套之间的环形通道，流向燃料喷嘴和端盖组件。一小部分压气机排气用于冷却火焰筒及罩帽，其余压气机排气经喷嘴上的旋流器进入预混室，与由燃料喷嘴喷出的天然气进行预混合。天然气与压气机排气混合物经预混管进入火焰筒，被点火器点燃。DLN2.6+燃烧系统在点火阶段采用扩散燃烧，随着机组负荷的增加逐步切换至预混燃烧，切至预混燃烧模式后，N0X排放量小于15ppm。
4.DLN2.6+燃烧室喷嘴
PG9371FB型燃机DLN2.6+燃烧室采用5个主喷嘴围绕1个中心喷嘴的形式布置。中心喷嘴为一个通道PM1通道；周边5个主喷嘴每个喷嘴分为内外两个通道，5个外通道中其中为2个PM2通道，另外3个PM3通道，在每个PM2和PM3通道的中心布置有1个D5扩散燃烧通道，通道的末端为其对应的D5喷嘴。
PM通道：由端盖来的两路天然气分别顺着喷嘴内两个同心环形内、外侧天然气通道至喷嘴纵向中部的10个旋流器叶片，外侧天然气环管来的天然气从每个旋流器叶片外侧的4个天然气预混喷口喷出，内侧天然气环管来的天然气从每个旋流器叶片内侧的2个天然气预混喷口喷出，与从喷嘴纵向起始端来的压缩空气及旋流器叶片靠近尾缘外侧壁面周向引气孔来的压缩空气形成高质量的均相预混气，并保持旋转状态从PM通道进入燃烧区。
D5通道：5个通道分别布置在PM2与PM3通道的中心，为中空结构，有3路气流通过。中空通道气流为压气机排气作为冷却空气通道；冷却空气外侧环形管道为从端盖至喷嘴纵向末端的扩散天然气通道；喷嘴纵向中部PM旋流器叶片还开有引气孔，将喷嘴外压气机排气引至D5扩散天然气通道外侧环管通道，至喷嘴纵向末端参与扩散燃烧。
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5.DLN2.6+燃烧室燃烧模式切换
DLN2.6+燃烧室属于并联分级燃烧，燃烧室的天然气分级供应，燃机18个燃烧室，每个燃烧室的扩散燃烧通道D5与扩散燃烧支管想连接，由VGC-1气体控制阀调节天然气流量。每个燃烧室的PM1、PM2、PM3预混燃烧通道分别与其对应的预混燃烧支管连接，分别由VGC-1、VGC-4、VGC-3气体控制阀调节天然气流量。
根据GE公司经验模型，将燃机功率、燃机排气温度、IGV角度、大气温度、大气压力、相对湿度、天然气流量、压气机进气温度、压气机排气温度、压气机排气流量等等参数参与模型综合计算得出DLN2.6+燃烧室燃烧基准CA_CRT，根据燃机转速及燃烧基准，DLN2.6+燃烧室有5种正常燃烧模式，2种后备燃烧模式，以及2种甩负荷模式。
模式P：PG9371FB型燃机启动时，转速达到点火转速时，D5扩散燃烧通道通入天然气点火燃烧，直至燃机转速95%TNH。即只有D5通道参与燃烧，其它通道不参与燃烧也不清吹。
模式L（1D）：燃机转速95%TNH时，在D5喷嘴燃烧的基础上，PM1通道通入天然气，并参与燃烧，此时为防止PM2、PM3通道回火以及冷却需要，在PM2、PM3通道接入由压气机排气引出并经冷却的压缩空气，进行清吹。燃机由P模式进入L模式，即D5、PM1通道参与燃烧、PM2、PM3通道不参与燃烧且清吹。
模式N（3）：当燃烧基准CA_CRT值达到63.2时，在L模式的基础上，PM2通道切断清吹空气通入天然气，PM2通道参与燃烧，同时，D5通道切断天然气，通入清吹空气清吹。燃机由L模式进入N模式，即PM1、PM2通道参与燃烧，D5、PM3通道不参与燃烧且清吹，此时燃烧区温度约1550℉。
模式C（6.2）：当燃烧基准CA_CRT值达到71.0时，在N模式的基础上，PM3通道切断清吹空气通入天然气，PM3通道参与燃烧，此时PM2通道燃烧占比大于PM3通道燃烧占比。燃机由N模式进入C模式，即PM1、PM2、PM3通道参与燃烧，D5通道不参与燃烧且清吹，此时燃烧区温度约1730℉。
模式B（6.3）：当燃烧基准CA_CRT值达到86.7时，在C模式的基础上，PM2、PM3通道的燃料配比发生变化，PM3通道燃烧占比大于PM2通道燃烧占比。燃机由C模式进入B模式，即PM1、PM2、PM3通道参与燃烧，D5通道不参与燃烧且清吹，此时燃烧温度约2290℉。燃机将在此模式下继续燃烧至满负荷。
模式J（3D）：当燃烧基准CA_CRT值达到64.8时，在L模式的基础上，PM2通道切断清吹空气通入天然气，PM2通道参与燃烧，同时，D5通道切断天然气熄火失败，D5通道仍参与燃烧。燃机由L模式进入备用J模式，即D5、PM1、PM2通道参与燃烧，PM3通道清吹，此时燃烧温度约1550℉。
模式A（6D）：当燃烧基准CA_CRT值达到92.6时，在J模式的基础上，PM3通道切断清吹空气通入天然气，PM3通道参与燃烧。燃机由J模式进入A模式，即D5、PM1、PM2、PM3通道参与燃烧，此时燃烧温度约1730℉。
机组卸载时模式切换根据燃烧基准CA_CRT值反向切换。
如果机组甩负荷，甩负荷前机组处于L模式，则甩负荷至空载全速仍处于L模式；若机组甩负荷前机组处于N、C、B模式，则甩负荷至空载全速只留PM1通道预混燃烧，其它通道不参与燃烧，不清吹；若机组甩负荷前机组处于J、A模式，则甩负荷至空载全速只留D5通道扩散燃烧，其它通道不参与燃烧，不清吹。
6.DLN2.6+燃烧室清吹系统
当燃烧室内天然气通道没有天然气通过时，为保证燃烧系统的安全，防止回火、烧损等，需在通道内通有一定的空气量。PG9371FB型燃机从压气机排气引出一部分压缩空气，经机组闭式冷却水冷却后，作为燃烧通道清吹空气，因PM1通道只在扩散燃烧时未通入天然气，燃烧当量小，无需清吹，所以只有D5、PM2、PM3通道接有清吹空气系统。
7.结束语
DLN2.6+燃烧室采用空气与天然气预混成过量空气系数αf>1的均相贫预混气体，在燃烧室内进行较低的温度的燃烧，既保证了有效燃烧又减少了N0X排放物的产生，满足了大型燃气轮机的生产要求，随着科学技术的发展，DLN2.6+燃烧室在今后的发展中将会得到更多的改进。
参考文献：
[1]姚秀平，《燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置》中国电力出版社2007.2
[2]《燃气轮机与联合循环》中国电力出版社2010
[3]《大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书设备及系统分册》中国电力出版社2009.9
作者简介：居艳勇（1988-），男，江苏南通人，大学本科，工程师，研究方向：发电厂集控运行。
论文作者:居艳勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
标签：通道论文; 燃烧室论文; 天然气论文; 模式论文; 喷嘴论文; 温度论文; 空气论文; 《电力设备》2019年第10期论文;