浅析三菱M701F4型燃气轮机燃烧振动优化 何毅峰

浅析三菱M701F4型燃气轮机燃烧振动优化何毅峰

发表时间：2018-05-14T15:54:30.857Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：何毅峰

[导读] 摘要：为更好的应对汽轮机燃烧过程中遇到的问题，需要对燃气轮机燃烧室工作具有一定的了解，对其压力振动类型原理等进行分析，因此本文便以三菱M701F4型燃气轮机做为主要叙述内容，对燃烧室工作过程中遇到的问题进行简要的分析。

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摘要：为更好的应对汽轮机燃烧过程中遇到的问题，需要对燃气轮机燃烧室工作具有一定的了解，对其压力振动类型原理等进行分析，因此本文便以三菱M701F4型燃气轮机做为主要叙述内容，对燃烧室工作过程中遇到的问题进行简要的分析。

关键词：M701F4型燃气轮机；燃烧振动；优化

M701F4型燃气轮机是三菱工业研发的具有极强技术价值的设备，由于其本身具有较高的应用性以及优良特点，因此被广泛应用。为提高燃气轮机燃烧的稳定性和安全性，首先需要对燃烧室的燃烧工作进行一定了解，并且对其中的振动机理进行掌握。如果燃烧室不能处于正常的工作状态，便会造成不良后果，例如机械熄火、机械损坏等，严重影响燃气轮机的机械寿命。机械振动的原因有很多，因此只有采取正确的应对方法才可以解决问题。

一、产生燃烧振动的原因

在燃烧中的火焰区间，燃烧产生的热量会以不同的形式表现，例如温度、声光等，而且在外界因素改变时，自身也会因此改变。在放出剧烈声光之后，伴随着大量的热量，并逆向促进声光现象的产生，推动压力的释放，产生燃烧振动的现象。M701F4型燃气轮机使用的燃料为天然气，在燃料与空气的比例问题中，如果掌握不好燃空比，便会导致燃空比不适用于当前的燃烧活动，一旦外界因素改变，就无法保证自身具有的稳定性，使振动现象产生[1]。

由于燃空比的改变，当前的工作活动也受到了一定的影响。M701F4型燃气轮机的燃料喷嘴及旁路阀为主要控制燃空比的部位。燃烧室中，燃烧所需要的燃料是由燃烧喷嘴提供的，而空气的流量则是由阀门控制，所以可以通过控制阀门调整两者之间的比例，达到最优化的效果，避免燃烧振动的产生，提高燃烧环节的稳定性。

在燃烧室中，燃烧的方式主要分为两种。第一种扩散燃烧，此方式具有稳定性强的优势，但是，此种方式对NOx的排放量没有进行有效的控制。第二种为预混燃烧，此燃烧特点是有效减少Nox排放，但是其本身的稳定性差，回火现象严重。因此预混燃烧在一定程度上会加剧振动的产生，而扩散燃烧可以有效的预防振动[2]。

二、燃烧振动的类型

在燃烧室工作过程中，主要的振动类型分为三种，对每一种方式来说，其本身的产生原理以及影响也各不一样，根据其自身频率进行分类，可以分成低频振动、高频振动以及超高频振动等。

（一）低频振动

低频振动的频率范围为十五到五十赫兹，产生原因是叶片振动以及转子转动时产生的频率，发生共振现象。在发生振动时，燃气轮机很有可能停止当前的工作状态，产生熄火现象，并且在发生振动的过程中虽然机械本身不会受到伤害，但会引发动叶、管道等部位的振动。在三菱燃气轮机的构造中，用增加围带的方法来减少损害的发生[3]。

（二）高频振动

根据高频振动的产生原理来看，此振动也可以被称为轴向振动，产生的原因是由于轴部振动诱发的，燃烧部位的振动频率与轴向的压力波动相互吻合，使燃烧室发生振动，如果此类振动经常发生，那么对与燃烧器来说，具有的影响是巨大的。在防治此类振动时，为降低损伤，需要对火焰的位置以及温度进行调整，减少燃烧器的伤害，增加使用寿命。在此过程中，可以采用控制空气进气量的方式，降低火焰的温度，达到燃烧的优化。

（三）超高频振动

超高频振动也称为圆周振动，其频率分布在五百到五千赫兹之间。产生此类振动的原因为燃烧器的振动频率与周向压力波动相符，产生共振现象，并且由于振动发生的部位所产生的影响是巨大的，会导致燃烧器特定的部位产生严重损害。超高频振动具有振动能量高，对燃烧器损害大的特点，因此对于此类振动，以防治为主，一旦发生将产生巨大影响[4]。

三、优化措施

（一）控制燃烧成分

M701F4型燃气轮机主要使用的燃料为油类和气类，在大多数的电厂中使用的为燃气燃料。由于天然气本身具有环保、造价低等特点，因此实用性更高。天然气的构成成分大多为甲烷，但是根据地域不同，天然气中的气体成分也各不一样。以浙江、广东为例，在浙江天然气中甲烷的占比为百分之九十四，氧气占比为百分之二，其他气体占百分之四；但是在广东地区，天然气呈现液态，其中甲烷的含量占百分之九十，而氧气含量仅占千分之一不到。在天然气燃烧的过程中，甲烷的含量与热值具有很大的关系，甲烷含量越高，其产生的热值便越低，而且在燃烧的过程中甲烷的含量会改变火焰的位置。因此为有效加强燃烧，可以通过调整阀门进行改变。开启阀门时，筒内的空气含量会降低，使火焰的温度升高，火焰位置呈上升状。关闭阀门时，筒内部的空气含量会增加，降低火焰温度，火焰位置呈下流状。所以在进行燃烧调整的过程中甲烷的含量不能有太大的变化，需要按照相应的标准进行调整，否则会产生燃烧不稳的状态，不利于正常工作，对整体设备造成影响，不利于燃烧[5]。

（二）燃料压力控制

燃气供气压力是由燃料压力控制阀控制的，其目的是为了保证供气压力调节阀后的压力恒定。由于到流量控制阀的燃气压力被调节后，所以流过流量控制阀的燃气会保持在适当压力。两个供给压力调节阀在分段控制下运行，以调整燃气流量控制阀前的压力。如果压力控制阀后压力控制过高，各流量控制阀开度较小，燃料流量控制阀小幅度的开关对应燃料流量会产生较大变化，不利于燃料流量分配。再者，低负荷时燃烧稳定性较差，燃料流量产生较大波动将会不利于燃烧。

（三）控制NOx排放

Nox生成途径主要分为两种，第一种，是燃料中的含氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化而成的。第二种为在燃烧过程的高温条件下，环境中所含的N2与O2化合而成。在控制Nox排放时，可以采取以下的方式：①增强机械密封性能，降低空气泄漏，有效防范机组老化