MS6001FA燃气轮机DLN2.6+燃烧系统分析

沈琪

摘 要：简要介绍了MS6001FA型燃气轮机的结构，DLN燃烧技术的由来及优、缺点，DLN2.6+燃烧室的结构、特点和燃烧过程。

关键词：燃气轮机；燃烧室；氮氧化物；轴流式压气机

中图分类号：TK479 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0009-02

随着环保要求的日益严格，燃气轮机燃烧室的发展主要围绕着“如何降低氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氢化合物（UHC）等燃烧污染物排放”的主题进行。经过2O多年的发展历程，已经积累了大量的关于干式低NOX（简称“DLN”）燃烧室的成果和实际运行经验，它已成为当今国际上普遍采用的较为成熟的技术。本文主要针对MS6001FA型燃气轮机的燃烧系统，分析其燃烧过程和特点。

1 MS6001FA型燃气轮机的结构概况

MS6001FA型燃气轮机是由美国GE公司生产。燃气轮机由1个17级的轴流式压气机、1个由6个DLN2.6+燃烧室组成的燃烧系统和1个3级透平转子等组成。图1所示为燃气轮机的总体结构图。

2 DLN燃烧系统介绍

从20世纪80年代开始，环保要求日益严格，GE公司不断开发、改进了DLN燃烧技术，并于1991年初推出了燃烧天然气的DLN燃烧系统。

“干式”是相对于注水、注蒸汽方式而言的。DLN燃烧技术是通过合理控制燃烧火焰温度（低于1 650 ℃）而实现燃气以低氮氧化物形式排放的技术。该技术主要是通过对燃气轮机燃料的预混，实现对燃料、空气掺混的合理控制，使燃料在火焰筒中处于“贫油”燃烧状态，从而降低火焰的中心温度，减少氮氧化物的生成。简单来说，就是用贫预混方式的湍流火焰传播燃烧方法取代传统燃烧室中的扩散燃烧方式。

DLN燃烧系统是一个整体，包括分级或单级预混燃烧室、控制系统以及燃料系统和一些辅助系统。DLN燃烧技术的研究内容包括燃烧室的改进、燃料分配和运行方式的优化，目标是控制燃料空气比和燃烧时间，获得排放烟气的低氮氧化物，同时降低燃烧噪声，保证部分负荷燃烧的稳定性和足够的燃气停留时间，使一氧化碳完全燃烧。

2.1 DLN燃烧技术的优、缺点

DLN燃烧技术具有以下优、缺点：NOX、CO的排放量低，所以，DLN燃烧技术有利于环境保护；DLN燃烧室的分级燃烧方式使燃烧更加稳定，不易出现强烈的火焰脉动和熄火现象。其最大缺点是结构复杂、喷嘴的价格昂贵。

2.2 DLN2.6+燃烧室的结构及特点

DLN2.6+燃烧室的剖面图见图2. 该系统除了对燃料喷嘴的配置作了改进外，还采用了新型火焰筒﹑导流衬套﹑过渡段，同时对燃料输送管路也作了相应的改动。

DLN2.6+燃烧室的主要特点是增加了第六个燃料喷嘴，安装在现有DLN-2燃烧室的5个喷嘴中央。有了这个中央喷嘴，DLN-2.6能够拓宽因9/9排放而降低的负荷，比5个喷嘴的DLN-2要好得多。外围喷嘴分别向中央喷嘴喷射燃料，使得外围喷嘴的燃料-空气比得以调节，获得大约比基本负荷降低了1 093 ℃的温度，氮氧化物排放为9 ppm。减少中心燃烧室的燃料不会增加一氧化碳的生成。

除了增加了一个中央喷嘴外，没有对DLN-2作其他任何改动，这种DLN2.6+燃烧室与DLN-2的不同之处在于没有采用扩散燃烧模式，而是设计成只有预混合模式的燃烧室，带4条母管，其中，3条预混合母管向6个燃烧室分段输送燃料，第4条预混合母管用于喷射四级燃料消除动力扰动。前3条预混合母管分配给PM1、PM2和PM3，这样配置可以在任何时候使用任意数量（1～6）的燃烧室。PM1母管向中央喷嘴输送燃料，PM2母管向装在联焰管上的2个外围喷嘴输送燃料，而PM3则向其余3个外围喷嘴输送燃料。5个外围喷嘴与DLN-2所使用的喷嘴是一样的，而中央喷嘴也很类似的，只是为了能在可用空间内装得下，对其几何外型作了简化。图3所示为DLN2.6+燃料喷嘴配置图。

MS6001FA型燃气轮机装有6个相同的燃烧室，机组配2个火花塞和4个火焰探测器，相邻的燃烧室间用联焰管相连，具体布置情况如图4所示。

2.3 DLN2.6+燃烧系统运行模式

图5展示了DLN2.6+燃烧室燃烧的5个阶段，即扩散燃烧、亚先导预混燃烧、先导预混燃烧、亚预混燃烧和预混燃烧。与DLN2.0+燃烧系统相比，该系统增加了亚预混燃烧，并且在30%负荷时就开始进入亚预混燃烧，在40%负荷时开始进入预混燃烧，扩大了预混燃烧工作区间，可减轻启动时的黄色污染排放。

2.4 DLN2.6+燃烧系统气体燃料控制

图6为DLN2.6+气体燃料的控制系统，由1个燃料速比截止阀（SRV）和4个燃料控制阀（GCV）组成。

控制系统根据燃烧温度和IGV的运行控制方式来调节天然气的流量分配。速比截止阀的作用是调整进入气体控制阀的天然气压力P2，使P2成为转速的函数。此外，它还起到截止阀的作用，保证机组停机时，能够既迅速又严密地切断供向燃烧室的天然气。气体控制阀的作用是根据透平转速和负荷变化的要求，不断地改变阀门的开度，调整进入燃烧室的天然气流量。DLN2.6系统最大的特点是在燃烧室中心轴方向增加了第六个较小的喷嘴（PM1）。该喷嘴的燃料流量和燃料空气比可独立调节，关闭该喷嘴也不会带来额外一氧化碳的增加。另外的5个喷嘴分成2组，其中一组包括2个喷嘴（PM2），另一组包括剩余的3个喷嘴（PM3），5个喷嘴为双通道，内通道D5的燃料流量由GCV4控制。

3 总结

MS6001FA型燃气轮机在国内较少引进，对DLN2.6+燃烧室的了解也相对较少，但DLN2.6+燃烧室克服了DLN2.0+燃烧室因PM1喷嘴配置不当，在临近该喷嘴的火焰筒处出现鼓包现象，影响火焰筒寿命的缺陷。DLN2.6+燃烧系统于2005年在9FA+e现场成功完成对PG9351FA的改进型燃烧系统的升级，2007年被正式用于9FA新机型中。针对此新型燃烧系统，我们还需要不断地学习和交流，为今后国内的DLN2.0+燃烧系统的改造和DLN2.6+燃烧系统的运行积累宝贵的经验。

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：简要介绍了MS6001FA型燃气轮机的结构，DLN燃烧技术的由来及优、缺点，DLN2.6+燃烧室的结构、特点和燃烧过程。

关键词：燃气轮机；燃烧室；氮氧化物；轴流式压气机

中图分类号：TK479 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0009-02

随着环保要求的日益严格，燃气轮机燃烧室的发展主要围绕着“如何降低氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氢化合物（UHC）等燃烧污染物排放”的主题进行。经过2O多年的发展历程，已经积累了大量的关于干式低NOX（简称“DLN”）燃烧室的成果和实际运行经验，它已成为当今国际上普遍采用的较为成熟的技术。本文主要针对MS6001FA型燃气轮机的燃烧系统，分析其燃烧过程和特点。

1 MS6001FA型燃气轮机的结构概况

MS6001FA型燃气轮机是由美国GE公司生产。燃气轮机由1个17级的轴流式压气机、1个由6个DLN2.6+燃烧室组成的燃烧系统和1个3级透平转子等组成。图1所示为燃气轮机的总体结构图。

2 DLN燃烧系统介绍

从20世纪80年代开始，环保要求日益严格，GE公司不断开发、改进了DLN燃烧技术，并于1991年初推出了燃烧天然气的DLN燃烧系统。

“干式”是相对于注水、注蒸汽方式而言的。DLN燃烧技术是通过合理控制燃烧火焰温度（低于1 650 ℃）而实现燃气以低氮氧化物形式排放的技术。该技术主要是通过对燃气轮机燃料的预混，实现对燃料、空气掺混的合理控制，使燃料在火焰筒中处于“贫油”燃烧状态，从而降低火焰的中心温度，减少氮氧化物的生成。简单来说，就是用贫预混方式的湍流火焰传播燃烧方法取代传统燃烧室中的扩散燃烧方式。

DLN燃烧系统是一个整体，包括分级或单级预混燃烧室、控制系统以及燃料系统和一些辅助系统。DLN燃烧技术的研究内容包括燃烧室的改进、燃料分配和运行方式的优化，目标是控制燃料空气比和燃烧时间，获得排放烟气的低氮氧化物，同时降低燃烧噪声，保证部分负荷燃烧的稳定性和足够的燃气停留时间，使一氧化碳完全燃烧。

2.1 DLN燃烧技术的优、缺点

DLN燃烧技术具有以下优、缺点：NOX、CO的排放量低，所以，DLN燃烧技术有利于环境保护；DLN燃烧室的分级燃烧方式使燃烧更加稳定，不易出现强烈的火焰脉动和熄火现象。其最大缺点是结构复杂、喷嘴的价格昂贵。

2.2 DLN2.6+燃烧室的结构及特点

DLN2.6+燃烧室的剖面图见图2. 该系统除了对燃料喷嘴的配置作了改进外，还采用了新型火焰筒﹑导流衬套﹑过渡段，同时对燃料输送管路也作了相应的改动。

DLN2.6+燃烧室的主要特点是增加了第六个燃料喷嘴，安装在现有DLN-2燃烧室的5个喷嘴中央。有了这个中央喷嘴，DLN-2.6能够拓宽因9/9排放而降低的负荷，比5个喷嘴的DLN-2要好得多。外围喷嘴分别向中央喷嘴喷射燃料，使得外围喷嘴的燃料-空气比得以调节，获得大约比基本负荷降低了1 093 ℃的温度，氮氧化物排放为9 ppm。减少中心燃烧室的燃料不会增加一氧化碳的生成。

除了增加了一个中央喷嘴外，没有对DLN-2作其他任何改动，这种DLN2.6+燃烧室与DLN-2的不同之处在于没有采用扩散燃烧模式，而是设计成只有预混合模式的燃烧室，带4条母管，其中，3条预混合母管向6个燃烧室分段输送燃料，第4条预混合母管用于喷射四级燃料消除动力扰动。前3条预混合母管分配给PM1、PM2和PM3，这样配置可以在任何时候使用任意数量（1～6）的燃烧室。PM1母管向中央喷嘴输送燃料，PM2母管向装在联焰管上的2个外围喷嘴输送燃料，而PM3则向其余3个外围喷嘴输送燃料。5个外围喷嘴与DLN-2所使用的喷嘴是一样的，而中央喷嘴也很类似的，只是为了能在可用空间内装得下，对其几何外型作了简化。图3所示为DLN2.6+燃料喷嘴配置图。

MS6001FA型燃气轮机装有6个相同的燃烧室，机组配2个火花塞和4个火焰探测器，相邻的燃烧室间用联焰管相连，具体布置情况如图4所示。

2.3 DLN2.6+燃烧系统运行模式

图5展示了DLN2.6+燃烧室燃烧的5个阶段，即扩散燃烧、亚先导预混燃烧、先导预混燃烧、亚预混燃烧和预混燃烧。与DLN2.0+燃烧系统相比，该系统增加了亚预混燃烧，并且在30%负荷时就开始进入亚预混燃烧，在40%负荷时开始进入预混燃烧，扩大了预混燃烧工作区间，可减轻启动时的黄色污染排放。

2.4 DLN2.6+燃烧系统气体燃料控制

图6为DLN2.6+气体燃料的控制系统，由1个燃料速比截止阀（SRV）和4个燃料控制阀（GCV）组成。

控制系统根据燃烧温度和IGV的运行控制方式来调节天然气的流量分配。速比截止阀的作用是调整进入气体控制阀的天然气压力P2，使P2成为转速的函数。此外，它还起到截止阀的作用，保证机组停机时，能够既迅速又严密地切断供向燃烧室的天然气。气体控制阀的作用是根据透平转速和负荷变化的要求，不断地改变阀门的开度，调整进入燃烧室的天然气流量。DLN2.6系统最大的特点是在燃烧室中心轴方向增加了第六个较小的喷嘴（PM1）。该喷嘴的燃料流量和燃料空气比可独立调节，关闭该喷嘴也不会带来额外一氧化碳的增加。另外的5个喷嘴分成2组，其中一组包括2个喷嘴（PM2），另一组包括剩余的3个喷嘴（PM3），5个喷嘴为双通道，内通道D5的燃料流量由GCV4控制。

3 总结

MS6001FA型燃气轮机在国内较少引进，对DLN2.6+燃烧室的了解也相对较少，但DLN2.6+燃烧室克服了DLN2.0+燃烧室因PM1喷嘴配置不当，在临近该喷嘴的火焰筒处出现鼓包现象，影响火焰筒寿命的缺陷。DLN2.6+燃烧系统于2005年在9FA+e现场成功完成对PG9351FA的改进型燃烧系统的升级，2007年被正式用于9FA新机型中。针对此新型燃烧系统，我们还需要不断地学习和交流，为今后国内的DLN2.0+燃烧系统的改造和DLN2.6+燃烧系统的运行积累宝贵的经验。

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：简要介绍了MS6001FA型燃气轮机的结构，DLN燃烧技术的由来及优、缺点，DLN2.6+燃烧室的结构、特点和燃烧过程。

关键词：燃气轮机；燃烧室；氮氧化物；轴流式压气机

中图分类号：TK479 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0009-02

随着环保要求的日益严格，燃气轮机燃烧室的发展主要围绕着“如何降低氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）和未燃碳氢化合物（UHC）等燃烧污染物排放”的主题进行。经过2O多年的发展历程，已经积累了大量的关于干式低NOX（简称“DLN”）燃烧室的成果和实际运行经验，它已成为当今国际上普遍采用的较为成熟的技术。本文主要针对MS6001FA型燃气轮机的燃烧系统，分析其燃烧过程和特点。

1 MS6001FA型燃气轮机的结构概况

MS6001FA型燃气轮机是由美国GE公司生产。燃气轮机由1个17级的轴流式压气机、1个由6个DLN2.6+燃烧室组成的燃烧系统和1个3级透平转子等组成。图1所示为燃气轮机的总体结构图。

2 DLN燃烧系统介绍

从20世纪80年代开始，环保要求日益严格，GE公司不断开发、改进了DLN燃烧技术，并于1991年初推出了燃烧天然气的DLN燃烧系统。

“干式”是相对于注水、注蒸汽方式而言的。DLN燃烧技术是通过合理控制燃烧火焰温度（低于1 650 ℃）而实现燃气以低氮氧化物形式排放的技术。该技术主要是通过对燃气轮机燃料的预混，实现对燃料、空气掺混的合理控制，使燃料在火焰筒中处于“贫油”燃烧状态，从而降低火焰的中心温度，减少氮氧化物的生成。简单来说，就是用贫预混方式的湍流火焰传播燃烧方法取代传统燃烧室中的扩散燃烧方式。

DLN燃烧系统是一个整体，包括分级或单级预混燃烧室、控制系统以及燃料系统和一些辅助系统。DLN燃烧技术的研究内容包括燃烧室的改进、燃料分配和运行方式的优化，目标是控制燃料空气比和燃烧时间，获得排放烟气的低氮氧化物，同时降低燃烧噪声，保证部分负荷燃烧的稳定性和足够的燃气停留时间，使一氧化碳完全燃烧。

2.1 DLN燃烧技术的优、缺点

DLN燃烧技术具有以下优、缺点：NOX、CO的排放量低，所以，DLN燃烧技术有利于环境保护；DLN燃烧室的分级燃烧方式使燃烧更加稳定，不易出现强烈的火焰脉动和熄火现象。其最大缺点是结构复杂、喷嘴的价格昂贵。

2.2 DLN2.6+燃烧室的结构及特点

DLN2.6+燃烧室的剖面图见图2. 该系统除了对燃料喷嘴的配置作了改进外，还采用了新型火焰筒﹑导流衬套﹑过渡段，同时对燃料输送管路也作了相应的改动。

DLN2.6+燃烧室的主要特点是增加了第六个燃料喷嘴，安装在现有DLN-2燃烧室的5个喷嘴中央。有了这个中央喷嘴，DLN-2.6能够拓宽因9/9排放而降低的负荷，比5个喷嘴的DLN-2要好得多。外围喷嘴分别向中央喷嘴喷射燃料，使得外围喷嘴的燃料-空气比得以调节，获得大约比基本负荷降低了1 093 ℃的温度，氮氧化物排放为9 ppm。减少中心燃烧室的燃料不会增加一氧化碳的生成。

除了增加了一个中央喷嘴外，没有对DLN-2作其他任何改动，这种DLN2.6+燃烧室与DLN-2的不同之处在于没有采用扩散燃烧模式，而是设计成只有预混合模式的燃烧室，带4条母管，其中，3条预混合母管向6个燃烧室分段输送燃料，第4条预混合母管用于喷射四级燃料消除动力扰动。前3条预混合母管分配给PM1、PM2和PM3，这样配置可以在任何时候使用任意数量（1～6）的燃烧室。PM1母管向中央喷嘴输送燃料，PM2母管向装在联焰管上的2个外围喷嘴输送燃料，而PM3则向其余3个外围喷嘴输送燃料。5个外围喷嘴与DLN-2所使用的喷嘴是一样的，而中央喷嘴也很类似的，只是为了能在可用空间内装得下，对其几何外型作了简化。图3所示为DLN2.6+燃料喷嘴配置图。

MS6001FA型燃气轮机装有6个相同的燃烧室，机组配2个火花塞和4个火焰探测器，相邻的燃烧室间用联焰管相连，具体布置情况如图4所示。

2.3 DLN2.6+燃烧系统运行模式

图5展示了DLN2.6+燃烧室燃烧的5个阶段，即扩散燃烧、亚先导预混燃烧、先导预混燃烧、亚预混燃烧和预混燃烧。与DLN2.0+燃烧系统相比，该系统增加了亚预混燃烧，并且在30%负荷时就开始进入亚预混燃烧，在40%负荷时开始进入预混燃烧，扩大了预混燃烧工作区间，可减轻启动时的黄色污染排放。

2.4 DLN2.6+燃烧系统气体燃料控制

图6为DLN2.6+气体燃料的控制系统，由1个燃料速比截止阀（SRV）和4个燃料控制阀（GCV）组成。

控制系统根据燃烧温度和IGV的运行控制方式来调节天然气的流量分配。速比截止阀的作用是调整进入气体控制阀的天然气压力P2，使P2成为转速的函数。此外，它还起到截止阀的作用，保证机组停机时，能够既迅速又严密地切断供向燃烧室的天然气。气体控制阀的作用是根据透平转速和负荷变化的要求，不断地改变阀门的开度，调整进入燃烧室的天然气流量。DLN2.6系统最大的特点是在燃烧室中心轴方向增加了第六个较小的喷嘴（PM1）。该喷嘴的燃料流量和燃料空气比可独立调节，关闭该喷嘴也不会带来额外一氧化碳的增加。另外的5个喷嘴分成2组，其中一组包括2个喷嘴（PM2），另一组包括剩余的3个喷嘴（PM3），5个喷嘴为双通道，内通道D5的燃料流量由GCV4控制。

3 总结

MS6001FA型燃气轮机在国内较少引进，对DLN2.6+燃烧室的了解也相对较少，但DLN2.6+燃烧室克服了DLN2.0+燃烧室因PM1喷嘴配置不当，在临近该喷嘴的火焰筒处出现鼓包现象，影响火焰筒寿命的缺陷。DLN2.6+燃烧系统于2005年在9FA+e现场成功完成对PG9351FA的改进型燃烧系统的升级，2007年被正式用于9FA新机型中。针对此新型燃烧系统，我们还需要不断地学习和交流，为今后国内的DLN2.0+燃烧系统的改造和DLN2.6+燃烧系统的运行积累宝贵的经验。

〔编辑：刘晓芳〕