（浙江浙能镇海发电有限责任公司 浙江省宁波市 315200）
摘要：燃气轮机运行工况十分恶劣，9FA燃机透平平均燃烧温度更是高达1400℉，在高温下连续运行，重要部件燃烧器、火焰筒等难免出现故障，而这些高温部件又无法进行直接监测。GE采用测量燃机排气温度和压气机排气温度的间接测量方法来判断这些部件是否正常。
关键词：燃机 监测 分散度 保护
1 机组状况概述
燃气轮机型号为PG9351FA，主要由压气机、透平和燃烧室组成。压气机为轴流式，共18级，压比为15.4。透平为轴流式，共３级。燃烧室的型号为DLN2.0+，为逆流分管型，共18个，燃烧室布置在压气机排气缸外缸上，逆气流方向看为顺时针排列，顶部右边开始为#1燃烧室。它主要由燃料喷嘴、火花塞、火焰检测器、联焰管和过渡段等组成。
2 GE设计排气分散度的意义
燃气轮机的工作环境十分恶劣，9FA燃机透平平均燃烧温度更是高达1400℉，在高温下连续运行的，燃烧器、火焰筒或过渡段等部件难免会出现堵塞、破裂等各种事故，而这些高温部件在运行中无法进行直接的监测，因此只能采用测量燃机排气温度和压气机排气温度的间接测量方法来判断这些部件的工作是否正常，通过均匀分配安装在排气通道上的热电偶测温元件来获取。理想正常工况下这些热电偶所测得的排气温度数据完全相同，但实际总存在一些偏差，这个偏差被称为燃机排气温度分散度。为了确定机组在正常情况下允许各排气热电偶测量结果有多大的偏差，每种类型的机组均规定了一个允许分散度Sallow，当实际分散度超出这个允许值并满足一定的条件，机组将立即跳机以确保设备的安全。
3 排气分散度计算
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图1 分散度计算
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图2 分散度通报条件
TTXM——透平平均排气温度，CTD——压气机排气温度
LJCTDA——压气机排气温度CTD被加以上限KSPL2℉下限KSPL1℉
ttxspl_z1 =KSPL4*TTXM-KSPL3*LJCTDA+KSPL5℉
其中：KSPL4一般为0.12~0.145，KSPL3为0.08，KSPL5 9FA机组一般采用60℉
ttxspl_z1——未加偏置的允许排气分散度，计算模块的计算结果由中间选择器限定，上限不大于KSPL6℉，下限不低于KSPL7℉，TTXSPLB——允许排气温度分散度偏置
偏置是一个温度值，其变化范围典型值在0-200℉之间。引起偏置值突升至200℉的过渡条件就是燃烧工况稳定。因此得到排气温度允许分散度TTXSPL的计算公式：
TTXSPL= ttxspl_z1+200℉-TTXSPLB
燃烧工况还在变化，则TTXSPLB=0。燃烧工况稳定，则TTXSPLB逐渐增加，500s后接近200℉。TTXSPL开始相应减少，500s后接近ttxspl_z1。
L69SP5判断最低点和第二低点是相邻的,JXD[K]-JXD[K-1]=1或30(JXD[K]=0,JXD[K-1]=30,即0和30是相邻的热电偶)。L60SP6判断第二低点和第三低点是相邻的。TXTOTTC是常数31。K=30TTXSP1=TTXD2[0]－TTXD2[30] 即最高点温度－最低点温度TTXSP2=TTXD2[0]－TTXD2[29] 即最高点温度－第二低点温度TTXSP3=TTXD2[0]－TTXD2[28] 即最高点温度－第三低点温度
4 排气分散度保护
通过对燃气轮机排气温度场的测量，将测量得到的数据进行分析，从而间接得出燃烧室的燃烧状况，它是分析燃烧是否正常的一个重要指标。其保护动作原理图如下：
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图3 排气分散度限制图
S1：第一分散度（排气温度最高与最低之差）S2：第二分散度（排气温度最高与第二低之差）S3：第三分散度（排气温度最高与第三低之差）
Sallow：允许分散度K1：常数（通常设置为K1=1.0）K2：常数（通常设置为K2=5.0）
K3：常数（通常设置为K3=0.8）
满足以下任一条件，排气分散度大保护动作（L30SPT＝１），机组自动紧急停机：
a) TTXSP1＞TTXSPL且TTXSP2＞0.8*TTXSPL且温度最低的热电偶与次低的热电偶相邻，持续2SEC；
b) TTXSP1＞5*TTXSPL且TTXSP2＞0.8*TTXSPL且温度次低的热电偶与次次低的热电偶相邻，持续2SEC；
c) TTXSP3＞TTXSPL，持续2SEC；
5分散度大常见的原因
5.1排气热电偶故障
排气热电偶布置在透平排气热通道中，运行中受气流冲刷、机组共振影响，经常发生热电偶偏斜，热电偶严重磨损，固定点松动，接线端子松动，热电偶导线高温老化，导线裸露与相邻部件发生碰磨而开路，而这些都会导致排气热电偶测量失准或故障。
5.2燃烧室燃料喷嘴有异物堵塞
个别燃烧室由于喷嘴堵塞，局部燃料量减少，直接影响该燃烧室正常工作，使得排气温度场产生一个低温区，造成排气分散度高。
5.3燃烧室燃料歧管破损，管道法兰漏气
将造成进入该燃烧室的燃料量减少，排气分散度高，燃机透平间内燃料外漏可以结合透平间危险气体监测系统进行综合判断。
5. 4燃烧室破裂，喷嘴烧蚀
燃烧室喷嘴烧蚀将造成火焰偏斜，偏离设计区域，可能引起局部超温，排气分散度高。
5.5燃烧切换
9FA机组在进行燃烧切换过程中，切换点附近发生燃烧不稳定、燃烧振荡或燃料清吹阀故障，导致燃烧切换失败，此时燃料控制阀频繁动作，造成天然气流量波动，从而使排气分散度增大越限，引起机组遮断。
6排气分散度高采取的措施
燃机带负荷运行时，一旦出现排气分散度大报警，一般从以下几方面进行处理:
a.如果排气分散度继续增大，应持续减负荷运行；并且考虑停机检查。
b.IBH控制阀故障，应减负荷至180MW，待燃烧切换后，D5供气环管重新投入，燃烧稳定后再进行控制系统复位，及时检查阀门定位器。
c.定期检查燃烧部件、热电偶的问题，查明各燃料喷嘴燃料分配不均匀的原因。
d.根据数据的趋势分析，停机前记录热电偶状况。
e.停机后对火焰筒和过渡段进行孔窥检查或者拆出进行目视检查。
f.检查燃料喷嘴、旋流器和各燃料支管，查明有无堵塞和烧坏。
g.尽量避免在预混燃烧低负荷长时间停留。
本文通过对GE公司PG9351FA燃机排气分散度的意义计算及分散度大的原因及采取措施进行了浅析。采用单一的排气分散度监测燃烧工况有一定的局限性,如通过改造增加CDM、Autotune等监测燃烧脉动及自动燃烧调整，定能减少由于排气分散度大造成的跳机事件，从而确保机组安全运行。
参考文献
[1] 吴革新，燃气轮机控制系统.北京：中国电力出版社，2009
[2] 电厂规程