| 摘 要:结合某燃机电厂9F燃机燃烧器严重损坏事故,分析燃烧器损坏的可能原因,进一步从修正的韦伯指数概念着手,分析影响该指数的各项因素,找到保持该指数运行时处于规定范围内的调节手段,从而避免由于燃烧脉动而引起的燃烧器损坏事故. 关键词:燃机燃烧器;损坏事故;燃烧脉动;修正的韦伯指数;气体燃料温度；安全运行措施 一、燃机电厂发生的故障介绍 2014年4月12日某燃机电厂9F燃机发生了燃机排气第一分散度和第二分散度异常增大，经过初步分析判断燃烧器出现问题，为了防止事故扩大，立即申请停机检查。停机后电厂技术人员会同GE公司专家进行燃烧器孔窥检查。孔窥检查发现燃烧器有多处损坏，#1火焰筒涂层脱落，过渡段出现裂纹；#3燃烧器点火器端部烧损，端盖支撑断裂；#5过渡段外壳体断裂；#6过渡段出口侧内部密封条断裂；#7过渡段外壳体断裂；#13过渡段外壳体断裂；#14过渡段鱼口处磨损严重，壳体出现裂纹；#17火焰筒出现裂纹。浮动密封环均出现磨损，最大处4mm。#1-#18燃烧器弹性密封垫片均出现不同程度的磨损，燃烧器有涂层部分脱落；裂纹；局部断裂的现象，最严重的是#12燃烧器，已无法再次使用。 为什么该厂的燃烧器会造成那么严重损坏呢？应采取哪些防范措施呢？我们将在后面进行讨论，先对该厂的燃烧器的结构、燃烧方式进行介绍。 二、DLN2.0+燃烧器燃烧方式和气体燃料调节系统的介绍 该厂9F级燃机燃烧器是由GE公司生产的DLN2.0+燃烧器，采用干式低氮燃烧技术来抑制热力NOx的生成。 1. DLN2.0+燃烧器概述 DLN 英文全拼为Dry Low NOx，是指不使用注水/蒸汽（或其他种类介质）来降低NOx排放。DLN燃烧室的基本原理是：使燃料与空气预先混合成均相的、稀释的可燃混合物，并使其以火焰传播的方式燃烧，以使火焰温度控制在1650℃以下，从而降低NOx的生成量。NOx和CO的生成量与燃烧温度的关系如右图所示，当采取常规燃烧方式时，燃烧区域温度较高，一般高于1650℃，NOx的生成量较高。在燃烧温度控制在1650℃以下时，NOx的生成量最少。 2. DLN2.0+燃烧器燃烧方式 DLN2.0+燃烧器有两种不同类型的燃烧方式，即扩散燃烧方式和预混燃烧方式。扩散燃烧方式是指燃料与空气分别进入燃烧区，然后逐渐混合，在过量空气系数α≈1区域内燃烧的燃烧方式。过量空气系数的定义为α＝实际空气量/理论空气量。扩散燃烧特点是火焰面处α≈1，温度约为与α≈1所对应的理论燃烧温度，燃烧速度取决于分子扩散和湍流扩散的速度，不取决于化学反应的速度。燃烧稳定，不易熄火，不易回火，但燃烧温度高（一般高于1650℃），生成的NOx较多。 预混燃烧方式是指燃料与空气混合成均匀的可燃气体后，再引入燃烧区的燃烧方式。预混燃烧特点是火焰以湍流方式传播，燃烧速度取决于化学反应的速度，火焰面的温度取决于燃料/空气掺混比。燃烧温度一般不高于1650 ℃，产生的NOx较少。
3.DLN2.0+燃烧器气体燃料调节系统介绍 4.
9F燃机燃烧模式介绍 在机组启动至满负荷工况采用不同的燃烧模式，这就需要进行燃烧方式切换。下面的表中列出了燃烧方式的类型。（TTRF1为燃烧基准温度，SPD为运行转速）
三．燃机电厂DLN2.0+燃烧器损坏事故原因分析 事故过后GE 公司工程部门专家在利用实时监测燃烧装置对燃机启动全过程进行监视和分析，结论为此次故障是由于燃烧脉动高（由于不稳定的热扩散和燃烧器本身特性造成的燃烧系统内的压力波动高）造成，现场部件损坏类型与其它现场由于燃烧脉动高造成的部件损坏情况高度一致。 1.对于DLN2.0+ 燃烧系统，可能造成燃烧脉动原因如下： (1)燃料气体成分变化大。如果气体成分变化大，修正的韦伯指数超过2.5%，则机组燃烧需要重新调整以避免燃烧脉动高。 (2)环境温度的变化导致 DLN 燃烧调整问题 。该机组自2013年小修到故障检修前，共进行了三次DLN 燃烧调整，分别在13年3/9，6/17和2014年 3/22。其中3月份为全部负荷点优化调整，6月份和14年3月份为部分负荷点优化调整。因环境温度的改变，在优化调整中没有调整的负荷点，修正的韦伯指数超限2.5%,可能会引起燃烧脉动高。 (3) 燃料气温度超出规范要求。依据现场采集数据，TTRF1
>2300℉ 状态下数据后可以看出，该机组燃料气体温度有时低至160摄氏度，而设计要求气体温度为185摄氏度。如果机组在燃料气体温度160摄氏度下运行，则修正的韦伯指数可能超过5%。这将严重导致燃烧脉动高！ (4) 燃机燃烧模式切换造成修正的韦伯指数可能超过5%，使燃烧脉动升高。燃机燃烧模式切换点依据TTRF1值，在切换时的修正的韦伯指数必须满足GE公司规定值，特别是由PPM切至PM模式，否则将严重导致燃烧脉动高！ 2. 韦伯指数（华白指数 WI）和修正的韦伯指数（MWI）介绍 (1) 韦伯指数。对一个设计好的给定燃烧系统，度量气体燃料可互换性的测定值，又被称为互换性因子。韦伯指数是指燃料低热值与（相对于空气的）相对密度的平方根之比，用来相对测定在固定压比下喷入燃烧室的热量，其数学表达式为： WI= 式中，LHV－气体燃料的低热值，KJ/m³；
P－燃料压力，kPa；
T－燃料温度，℃；
Pref－参考气压，101.325 kPa；
Tref－参考温度，0℃；
（2）修正的韦伯指数(MWI)。在规定状态下，从通过燃料控制阀的气体燃料得到的热量输入与韦伯指数成正比。GE公司使用修正的韦伯指数(MWI)，含有气体燃料的不同限定值。修正的韦伯指数的数学定义为 MWI= 式中，LHV－气体燃料的低位发热量；
（ 单位： Btu/scf ） MWgas－气体燃料的平均分子量 ； 28.9－干空气的平均分子量； MWgas /28.9－气体燃料对于空气的相对密度 Tgas－气体燃料的绝对温度 。 （单位：°R 兰氏温标） 3.GE公司对该燃机电厂可能造成燃烧脉动原因分析如上，每一项内容均提及到修正的韦伯指数（MWI），从修正的韦伯指数（MWI）计算公式可以看到，影响该指数的数值大小的因素有气体燃料的低位发热量，气体燃料对于空气的相对密度，气体燃料的绝对温度。当气体燃料的低位发热量或气体燃料相对于空气的比重发生变化，可对燃料气进行加热，通过气体燃料的绝对温度以限制它的修正的韦伯指数在限值以内。GE公司的规范规定修正的韦伯指数变化率为±5％，说明针对它的DLN2.0+燃烧器系统，MWI在±5％范围内变化是可以被接受的。GE公司在提供设备时已分析和验证所有的运行工况，以保证机组运行时该参数不超出规定值。同理，其它燃机制造商也用类似指数来限制工况变化，保障燃机燃烧器的安全运行。 4.计算燃机电厂气体燃料的温度允许变化范围，发现电厂运行时气体燃料的温度的超限工况，结合GE公司监测燃烧装置的记录，可分析出燃烧脉动的原因，运行人员进行气体燃料的温度调节，使修正的韦伯指数（MWI）在限定数值范围内，从而避免燃烧器严重损坏事故。据设计规范提供燃料气的LHV为915(500<LHV<1400)，气体燃料相对于空气的比重为0.5737，气体燃料运行温度设计为185℃,控制系统模块计算出修正的韦伯指数为42.08。设计的修正的韦伯指数限定数值范围为39.9822~44.1908（上下限各有0.4208死区范围在允许范围内），依据上述修正的韦伯指数的数学公式可计算出气体燃料的温度的理论范围为142℃~234℃(TTRF1>1900℉部分PPM模式和PM全模式),并依据GE气体燃料规范要求（MWI在±2.5％内）得到气体燃料温度值正常运行规定控制值：当TTRF1>1800℉ 进入PPM模式时，气体燃料温度>150℃；当TTRF1>2300℉ 进入PM模式，气体燃料温度>162℃；正常PM工况保持185±3℃。 四．DLN2.0+燃烧器安全运行的措施 1. 监视天然气成分的变化。建议安装高质量色谱仪，以便在线监控气体燃料成分变化。如燃气中出现新机组设计时没有考虑的成分，如高烃成分，硫化物，氢气等，修正的韦伯指数超过设定值±2.5%，立即联系燃机制造厂家技术部门进一步分析 。 2. 如大气温度有明显变化（变化值大于22℃）时，修正的韦伯指数超过设定值±2.5%，可联系燃机制造厂家进行DLN燃烧器进行燃烧调整。 3. 机组正常运行时控制好气体燃料温度，使该温度稳定在规定的运行值附近，同时运行人员能够快速查找到修正的韦伯指数，以判断燃烧器的工作状态。如气体燃料温度自动调节异常，立即手动干预调整气体燃料温度，恢复其正常。如气体燃料加热器故障停运，不能立即恢复，气体燃料温度快速下降，机组保护动作快速甩部分负荷，将预混燃烧模式(PM)切至次先导预混模式（SPPM模式）运行。 4. 机组启动阶段，在燃烧切换点要严格按GE公司给出的各阶段气体燃料温度规定值进行操作，密切监视燃烧模式切换点的燃烧脉动水平，避免机组长时间运行在燃烧脉动过高的状态，并根据情况进行燃烧调整。在经济条件允许的情况下，建议尽快安装实时监测燃烧装置（CDM），以实时监测燃烧脉动。 5. 机组运行时要严密监视燃机排气温度变化情况，出现排气分散度异常要立即联系燃机制造厂家，当排气分散度保护拒动时要立即停机检查燃烧器。 6.建议在运行操作站上将修正的韦伯指数的规定数值同实际计算值进行对比显示，以作为运行操作参考。 五.燃机的燃烧器是燃机的重要部件,制造技术生产厂家垄断,运行时工况较恶劣,易发生损坏事故,更换的生产成本很高,因此运行人员必须要掌握其结构及运行必要的技术规范,保证燃烧器安全运行。
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