GE燃料与燃烧系统概述

燃气供应与燃烧系统,天然气调压站,天然气调压站,天然气调压站流程:厂外来气:电动关断阀-粗精一体过滤器-超声波流量计-厂内厂内:超声波流量计-气动关断阀-工作/监控调压阀-增压机-前置模块,天然气调压站,由厂外天然气来，经两道带旁路的电动球阀后，进入两个冗余的粗精一体分离/过滤器（一用一备），再进入四路至三台燃机的管线（三用一备）和一路至启动锅炉的管线，这些管线上都分别装有超声波流量计，用于对燃气使用量的检测和记录。,调压站,至三台燃机的管线经并联的工作、监控调压阀后进入增压机升压至燃机所需天然气压力后进入前置模块进行进一步的气体燃料过滤和加热后送至燃机；至启动锅炉的管线经一台电加热器后进入启动锅炉。在调压站的各段管线和设备上都设有放散阀和氮气置换接口，放散阀在事故或检修情况下打开，将天然气放散至集中放散塔（安全区域）。,调压阀,增压机,正常情况，市燃气集团燃气入厂压力3.2MPa，最低2.9MPa。我厂燃机前置模块入口要求压力3.473.79MPa，供气压力不足，故需设置增压机。,安全设施,调压站安全辅助设施：静电释放器：装设在调压站大门处，进入调压站区域人员手触释放静电。火种箱：装设在调压站大门处，进入该区域人员要将打火机、手机等可能的火源放入其中。另外还设有避雷针、天燃气放散管路，危险气体检测器及灭火设备，防爆型照明等。,天然气前置模块,天燃气前置模块,作用:过滤天然气中的液体及固体颗粒，并将天然气加热到一定温度，使其满足燃气轮机起动、升速和带负荷的要求。组成：绝对分离器（即粗精一体过滤器）、性能加热器、启动电加热器、涤气器（除湿器）、排污箱、出口计量装置,前置模块系统图,两只，一用一备组成：液位计、液位开关、压力表、压差开关、安全阀、疏水阀等。压差可以反映过滤器内部状况,作为是否对过滤器维护的依据.液位开关作用:一是控制疏水阀,二是起保护作用.液位高到报警值时报警，开疏水阀,高到保护值时跳机.结构、作用：一只两级过滤/分离装置，垂直布置。第一级分离通过重力及离心力的作用去除气体中较大的固体颗粒及液滴，第二级分离有多个玻璃纤维聚丙烯凝聚组件组成，燃气从内侧进入，外侧流出。除去雾状水滴。,前置过滤器,过滤器,过滤器,启动电加热器和性能加热器,1、启动电加热器（一台）：启动初期，燃机达到点火转速时,用来加热天燃气，保证进入燃烧室的天燃气具有一定的过热度（燃料气的温度和它自己的露点温度之差）。2、性能加热器：性能加热器达到启动条件时,性能加热器投入,电加热器退出。两只串联运行，作用是加热天燃气到设计所需温度，一般为180.加热源：来自中压省煤器出口给水。结构：壳-管式，管内走给水，管外走燃气。壳底是液滴收集室，并装有液位指示计。（1）高液位时，发出报警，同时自动打开疏水阀将水放至排污罐，水位恢复正常30秒后，疏水阀自动关闭。（2）高-高液位时，报警同时切断加热器水源。（原因；水侧管束泄露或破裂）。（3）液位继续升高时，报警并使燃机跳闸。天燃气出口温度：通过调整给水量自动控制。,前置模块运行,当燃气轮机机组监控人员发出机组启动指令后，前置模块就随机组投入运行。机组达到点火转速时，启动电加热器投入运行，当性能加热器达到启动条件时，性能加热器投用，启动电加热器退出运行。,性能加热器自动跳闸保护条件：（1）加热器疏水水位高高值（2）加热器出口温度高，延时30秒（3）中压给水泵停运（4）DCS发性能加热器停运信号,涤气器：被加热的燃气进入燃机前的最后一级颗粒过滤和去除燃料气中有的小水滴。,安全关断阀,涤气器出口装设有安全关断阀。该阀的开关决定燃气轮机系统能否通气。安全关断阀在正常时保持常开状态，在事故情况下，安全关断阀关断，紧急切断天然气，确保设备安全。,燃料间配置及泄漏试验,9FB机组燃料阀组间配置,燃料间作用：将气体燃料调整到合适的压力和流量，然后输送到燃气轮机燃烧室燃烧，以满足不同工况下机组燃烧的燃料需求；对没有参与燃烧的燃料管路进行持续的清吹，防止自燃；在机组发生跳闸时，快速切断燃料燃料阀组间配置了如下阀门：进口滤网、ASV、SRV、GCV-X、清吹阀以及燃气放空阀,进口滤网,燃气从涤气器出来经过设置在燃料调节系统进口的天燃气管路上的滤网，当天然气通过该滤网时，滤网将固体颗粒从天然气中分离出来，保护燃气阀门和燃烧室，防止天然气中夹带的杂质损坏阀门密封面或堵塞燃料喷嘴，并造成机组燃烧异常。在滤网前后安装有差压表，在运行中，如果差压指示增大，就意味着滤网发生堵塞，需要进行清理。清理滤网的频率取决于天然气的质量。在滤网底部安装有排污管道和阀门，可以定期对滤网进行排污，防止滤网堵塞。,各阀门作用（GEK11634）,ASV（辅助截止阀）：ASNIVI级密封气动弹簧结构的截止蝶阀。当机组正常运行中，电磁阀引导仪用空气进入执行机构，阀门保持开启状态。当发生跳闸时，电磁阀使阀门泄压，储能弹簧机构动作，阀门快速关闭。它作为SRV的备用关断阀。机组点火程序开始时，此阀门打开。SRV（速比阀）：SRV有两个作用。一是作为主截止阀，在机组紧急跳闸或正常停机时，它通过液压油来驱动弹簧执行机构来完成跳闸关闭。隔绝天然气，防止天然气漏入燃烧室和余热锅炉内，达到保护系统设备的目的。SRV还有一个功能，就是调节P2压力，这也是速比阀的意义。,各阀门作用（GEK11634）,GCV-（1、2、3、4）：DLN2.6+系统有四个独立的气体控制阀。气体控制阀（GCV）由液压油驱动的弹簧执行机构来控制。阀门开度是由控制系统决定的，以保持各管道燃料占总燃料的百分比。这个燃料分配是DLN的工作模式和燃烧基准温度（FSR）的一个函数。清吹阀：对没有参与燃烧的燃料管路进行持续的清吹，防止自燃；吹扫阀的开关速率必须是缓慢的，尽量减少瞬变。阀门开关过快所造成的负荷大范围波动和温度的瞬变。,各阀门作用（GEK11634）,GasFuelVentValve(VA13-15)：燃料系统工作时，这个阀门保持关闭；燃料系统停运后，这个阀门打开，因为速比阀和控制阀的阀杆与阀座都是金属材质，不能严格防漏。因此阀门打开，以防止速比阀和控制阀间聚集燃料，并且保证没有气体通过GCV在燃烧室和排气段中聚集。,泄漏试验,目的：当机组熄火、起动点火失败时，速比阀会自动关闭;当机组主保护回路或点火回路出现故障时，系统将闭锁阀门打开。为保证阀门的严密性，在燃气轮机起动时，控制系统会自动进行阀门泄漏试验，目的就是对速比阀和燃料控制阀的严密性进行诊断检查，如果测试不能通过，机组不能起动，需要对阀门进行检查。检测SRV和GCV以及排空阀的泄漏情况,泄漏试验,试验时间：1，清吹计时开始时，即14HM转速继电器动作。2，机组熄火后泄漏试验分为泄漏试验A和泄漏试验B泄漏试验A：检测SRV的泄漏情况。清吹计时开始后，ASV打开，SRV关闭，燃气放空阀关闭，如果SRV阀后的压力在K86GLT1时间内大于K86GLTA，机组启动失败。,泄漏试验,试验A合格后，SRV也打开，使得P2压力在K86GLT2时间内达到正常运行时的压力。然后ASV和SRV同时关闭，泄漏试验B开始。泄漏试验B：检测GCV和排空阀的泄漏情况。如果在K86GLT3时间内P2压力下降值大于K86GLTB，启动失败。如果试验B通过，排空阀打开，P2压力归零。这段时间为K86GLT4,泄漏试验,K86GLT4时间结束后时间，试验利用K86GLT5（5s）的时间确认所有的阀门已经在正常状态，然后SRV打开，将ASV后的压力在K86GLT6时间内全部卸掉。ASV后压力卸掉后，泄漏试验结束,GE燃烧系统概述,燃烧室的功能,从压气机排出的高温高压的空气，一部分经逆流进入燃烧室内部，与天然气进行燃烧，产生的热气进入透平中做功。燃烧室主要用来实现以下三个功能：1）使燃料与由压气机送来的一部分压缩空气进行有效燃烧2）使由压气机送来的另一部分压缩空气与燃烧后形成的产物均匀的掺混，将其温度降低到透平进口的初温水平3）控制NOx的形成，使透平排气符合环保标准,燃烧,天然气的主要成分是甲烷，占95%左右。甲烷的分子式是CH4甲烷燃烧,燃烧方式,过量空气系数f：燃料燃烧时，实际空气量与理论空气量之比。（理论空气量指燃烧单位质量的燃料完全燃烧理论上所需要的空气量）f1时为稀混合气f1时为浓混合气通常情况下，过量空气系数越大，燃烧效率越高,燃烧方式,天然气在燃烧室内通常有两种燃烧方式：扩散燃烧diffusion：燃料与空气没有预先均匀混合，而是100%的燃料被100%的空气包围，在边界上相互扩散，在f=1的火焰面上进行燃烧特点：火焰温度高，火焰稳定NOx排放高,燃烧方式,预混燃烧premix：燃料与空气预先在燃烧区上游均匀混合，燃烧反应在火焰区发生。燃烧温度取决于f的大小特点：火焰温度较低NOx排放低,DLN燃烧室的意义,国标火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）：自2012年1月1日起，以天然气为燃料的新建燃机机组，NOx排放限值为25ppm,未规定燃机负荷范围对燃机启动过程中的排放指标未做要求,NOx的形成,Nox主要由NO和NO2组成由于燃烧室中的火焰温度比较高，且高于空气中的N2和O2起化学反应生成NOx的起始温度1650,因此，燃机排放的主要污染物就是NOx,NOx的危害,空气中NO浓度越大，毒性越强。NO2的毒性更大，它很容易与人体和动物血液中的血色素混合，从而夺取氧分，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症。NO2还强力刺激呼吸器官黏膜，引起肺部疾病，对人体的心，肝，肾脏及造血组织有损害，严重时会导致死亡NO和NO2会破坏臭氧层，使其失去对紫外光辐射的屏蔽作用，危害地面生物。大气中的NOX和SOx与粉尘共存，容易生成硝酸或硝酸盐溶液和硫酸或硫酸盐溶液，从而形成酸雨,燃机NOx的排放,明显可见：60+PPM,轻度可见：30-60PPM,不可见：小于15ppm,降低NOx排放的措施,1）喷射水或蒸汽在扩散燃烧的燃烧室中喷射一定数量的水或蒸汽，以降低燃烧火焰的温度，有效地抑制NOx的产生量，这是目前一种比较成熟而能有效减少燃气轮机NOx排放的方法。,降低NOx排放的措施,2）采用SCR在余热锅炉中安装所谓的选择性催化还原反应装置（SCR），布置催化床并注入氨，使燃烧产物中的氮氧化物反应生成氨气、氮气和水。,降低NOx排放的措施,3）在燃烧室中采用催化燃烧法催化燃烧法是在燃烧室中布设催化反应床，使燃料与空气在催化剂表面进行反应，借以燃烧非常稀释的燃料空气的混合物，由于反应（燃烧）温度可以控制得相应较低，从一开始便减少了N0 x的生成量。,降低NOx排放的措施,4）使用DLN燃烧室目前，优化燃烧室结构和合理组织燃烧来抑制生成NOx的新途径的研究重点已转向干式低NOx（DLN）燃烧室的研制。这就是摒弃常规燃烧室中的扩散燃烧方式，而改用均相预混方式的湍流火焰传播燃烧方法。对于燃料为天然气的燃气轮机，在环保部门有要求时，毫无例外地使用预混燃烧室,GE公司DLN燃烧室的发展,1990-1991：DLN1-6B/7E/9E1993-1994：DLN2.0-早期FA机组1996：DLN2.6/2.0+2005：DLN2.6+,DLN燃烧室的特性,1）空气和天然气经过预先混合，以较高的空/燃比进行燃烧，以控制燃烧温度不超过16502）随着燃烧温度的下降，NOx下降，但CO的排放增加，因此必须合理地选择空/燃比3）实验表明，按火焰温度1430-1530标准选择燃料，可以使NOx和CO排放就较低4）预混的可燃性极限范围较狭窄，而且在低温下火焰的传播速度比较低，因此在设计时，应充分考虑防止熄火（燃烧切换）,DLN2.6+,9FB机组的燃烧室布置,DLN2.6+综合了9FADLN2+和6FADLN2.6燃烧系统技术与优势。DLN2.6+具有DLN2.6相同的燃烧系统配置：5个外围燃料喷嘴和一个单独的中心燃料喷嘴，中心燃料喷嘴确保了在较广条件下燃烧的稳定性。在DLN2.6结构基础上，DLN2.6+增加了由DLN2+和DLN2.5H所采用的燃料喷嘴“Swozzle”。Swozzle将燃料喷射口和旋流叶片结合在燃料喷嘴主体内部，从而能够将燃料更好混合，使燃烧区域更加稳定。由于采用了GE专有的非平均燃料分配策略，DLN2.6+能够在更低的部分负荷运行情况下保证排放达标。,DLN燃烧室喷嘴,GE公司的DLN2.0与2.6燃烧室采用了swirler喷嘴DLN2.0+与DLN2.6+燃烧室采用了swozzle喷嘴,DLN2.6+喷嘴,喷嘴和前外缸,燃烧室端盖将五只燃料喷嘴定位在外缸上，端盖上开了很多小孔，起冷却作用,燃烧室后缸,燃烧室前缸通过法兰螺栓与后缸连接。后缸配置了联焰管、火花塞、火检以及脉动压力探头,导流衬套与火焰筒,导流衬套一段嵌接在后缸法兰内，另一段连接在过渡段上,火焰筒嵌于导流衬套内部,过渡段,过渡段是双壳体结构，内过渡段被冲击冷却衬套包围，从压气机出口流来的压缩空气可以通过小孔形成射流冲击冷却内过渡段。,过渡段,过渡段前部使用V型支架支撑，后部使用牛腿托架支撑，与透平第一级喷嘴之间用浮动的金属密封连接,左图为从过渡段向透平看,与透平的连接,火花塞,9F级燃烧室配置了两个高能火花塞，分别布置在2、3两个燃烧室上。火花塞可以伸缩，当点火后机组加速时，火花塞被燃烧室中升高的压力压回，以免被烧坏。停机后，火花塞又被弹簧压进燃烧室,火检,4个紫外线火检分别位于15、16、17、18号燃烧室上。由于处于高温工作环境，火检配置了冷却水熄火保护,联焰管,各燃烧室之间都装设有联焰管，使每个燃烧室的燃烧空间彼此串联起来。未安装点火器的燃烧室依靠联焰管传递火焰而着火。,9FB机组燃烧室的配置,GE公司的9FB机组，共配置18个燃烧室顺气流方向为逆时针布置每个燃烧室配置了4种燃料喷嘴：PM1，PM2，PM3，D5PM2和PM3又分为内通道与外通道。另外还有一路从压气机排气引来的吹扫气，对喷嘴进行持续的吹扫.,DLN2.6+喷嘴,DLN2.6+各种燃烧模式,燃烧模式切换顺序,MODED：燃机由MODED模式点火。当机组达到点火转速后，放空阀关闭，SRV打开来控制P2压力，D5控制阀打开至点火设定点。MODE1D：火焰稳定后，暖机结束，机组转速上升至FSNL。在95%转速时，燃烧模式切换为MODE1D模式，清吹系统投入运行，压气机排气对PM2和PM3管道进行持续的清吹。,燃烧模式切换顺序,MODE4D：并网后，机组开始升负荷，TTRF1升至一定值时，PM3的清吹阀关闭。当确定PM3的清吹阀关闭后，PM3燃气管道投入运行，燃烧模式切至MODE4DMODE4：当TTRF1升至下一定值时，D5管道退出运行，D5清吹管道投入运行，燃烧模式切至MODE4,燃烧模式切换顺序,MODE6.3：当负荷升至40%基本负荷左右（第三个TTRF1定值）时：PM2清吹管道退出运行，PM2喷嘴投入运行，燃烧模式切至MODE6.3。全部的预混燃烧喷嘴投入运行，D5管道清吹。停机时顺序与此相反MODE6D：在大于第三个TTRF1定值后闭锁预混燃烧，则进入6D模式，此时全部喷嘴参与燃烧。MODE1：机组甩负荷后,DLN的另一种模式,表DLN模式的分段图注：带“D”的模式标注是扩散燃烧稳定模式。“.3”模式标注，意思是富PM3全预混运行。“.2”模式标注，意思是富PM2全预混运行。DLNMODE通燃料的通路PURGED近似LOAD（GT负荷）D5（P）D5无点火-95转速1D（L）D5，PM1PM3，PM295转速-103D（J）D5，PM1，PM2PM3的10-403（N）-预混PM1，PM2D5，PM3的10-256.2（C)-预混PM1，PM3，PM2D525-406.3（B)-预混PM1，PM3，PM2D540-基本6D（A）D5，PM1，PM3，PM2没有40-基本甩负荷（I）PM1没有超速FSNL预混通路甩负荷（I）D5没有超速-FSNL扩散通路,管路吹扫,每个气体燃料支管配备吹扫空气系统，燃气轮机运行在DLN模式不要求燃料输送时，供应压气机排出空气到燃料喷嘴中,用于吹扫和冷却。任何支管在部分转速时天然气清吹是不启动的，达到95的转速（L14HSZ2）1分钟后根据需要启用。从预混模式(ModeI)甩负荷期间，PM3和PM2支管不启动气体清吹，因为这是一个过渡到1D（L）的瞬态过程，为的是维持稳定的火焰。下表显示了每个支管在每个DLN模式时的吹扫配置。,清吹列表,DLN模式D5PM1PM3PM2D5（P）燃料清吹清吹清吹1D（L）燃料燃料清吹清吹3D（J）燃料燃料清吹燃料3（M）清吹燃料吹扫燃料6.2（C）清吹燃料燃料燃料6.3（B）清吹燃料燃料燃料6D（A）燃料燃料燃料燃料甩负荷（I）-PM关燃料关关甩负荷（I）扩散燃料关关关,D5吹扫,当D5吹扫刚启动时，该阀打开至100来“吹”，在返回到预定的位置之前，在那里保持20秒，将支管的燃料气体完全清吹。,韦伯指数,热值,热值指完全燃烧1kg（或1m，气体）的物质释放出的能量，单位是焦耳/千克（或者焦耳/立方米，气体）高位热值(HHV)：燃料的燃烧热和水蒸汽的冷凝热的总数，即燃料完全燃烧时所放出的总热量低位热值(LHV)：燃料的燃烧热，即由总热量减去冷凝热的差数,LNG,天然气在常压下，冷却至约-162时，则由气态变成液态，称为液化天然气（英文LiquefiedNaturalGas）。液化天然气密度是标准状态下甲烷的625倍。也就是说，1m液化天然气可气化成625m天然气，由此可见贮存和运输的方便性。通常天然气的热值范围在30000-45000KJ/m。这取决于天然气的成分,天然气成分,表中为我厂天然气成分设计值通常来讲，重烃的比例越高，燃料的热值越大,韦伯指数的意义,使用气体燃料的燃气轮机能够运行在一个很宽范围的热值内，但是对于能够提供专门燃料系统的设计而言，它是受限制的。燃料喷嘴被设计成运行在一个固定的压比范围之内，并且热量的变更靠增大或减小燃料喷嘴面积或燃料气的温度来调节。在整个运行期间，燃料喷嘴的压比必须在可接受范围内。对于一个已经设计好的给定系统，度量气体燃料可调性的标准是当量韦伯指数MWI.(ModifiedWobbeIndex),韦伯指数的定义,所谓韦伯指数就是指燃料低热值与（相对空气的）相对密度的平方根之比，其数学表达式为Tfuel为气体燃料的温度SG为气体燃料相对于空气的比重，即气体燃料的分子质量/空气分子质量（28.9）,韦伯指数的规定,GE为用户提供了MWI的设计值，并且要求运行中的MWI不能超出设计值的上下限。MWI的上下限说明在进行燃料系统设计时何种气体能被接受。对于DLN燃烧室，如果超出此范围的燃料气体必须做一些附加的措