论DLN-1型燃烧器的燃烧调整

姜红卫

（中电投珠海横琴热电有限公司，广东 珠海 519030）

1 燃烧器结构概述

GE公司的DLN-1燃烧室是一个两级预混合燃烧室，设计烧天然气燃料，也能够烧液体燃料，主要包含四大部件：燃料喷注系统、火焰筒、文丘里管和盖帽/中心体组件。

2 影响燃烧排放物的因素

影响燃烧排放物（主要指NOX与CO）因素包括：火焰温度、燃料/空气、燃料在燃烧区停留的时间、大气压力、大气温度、大气湿度。

（1）火焰温度、燃料/空气和排放物的关系。理论上当燃料/空气=1的时候，火焰的温度最高，此时CO的生成率很低，但NOX生成率最高，一般来讲控制燃烧温度在1400～1600℃的范围内，排放物的综合生成效率是最优的。

（2）燃料在燃烧区停留的时间与排放物的关系。燃料在燃烧区停留的时间越长，燃烧越完全，NOX的生成越多。

（3）大气压力与排放物的关系。NOX的生成率可以近似的认为与进气压力的平方根成正比。

3 DLN-1燃烧过程及原理简述

DLN-1燃烧室在进入预混燃烧模式（最优排放模式）时，一级区（primaryzone）作为燃料与空气的预先混合区（非燃烧区），二级区（secondaryzone）作为燃烧区（引火炬），经过一级区混合后的均相的、稀释的可燃混合物，以湍流火焰传播的方式通过二级区火焰的表面进行燃烧，通过对燃料与空气实时掺混比的控制，从而控制火焰面的温度，进而达到控制排放物的目的。

要在二级区获得高效且稳定的燃烧，需要满足三个要素：一个引火炬，一个在引火炬和主级气流内表面之间形成强制扰动的空气动力学装置，以及一个在一级区出口的主级气流外表面上形成稳定火焰区的空气动力学装置。引火炬由二级燃料喷嘴（secondaryfuelnozzle）形成，其预混合了一部分天然气和空气，并将此混合物通过漩流器喷射到一个燃烧室里进行燃烧。漩流器安装在盖帽/中心体的下游末端，环绕二级喷嘴。漩流器形成一股漩涡气流，搅和引火炬和主级气流之间的界面区，确保火焰连续从引火炬传播到一级区出口燃料－空气混合物的内表面。在文丘里管喉部的突然膨胀形成一个螺旋管形的再循环区，贯穿文丘里管的下游锥面。这个区域引入了一部分文丘里管的冷却空气，是一个稳定的燃烧区域，起着主级燃料－空气混合物的点火源的角色。文丘里管冷却空气积存区的锥角和轴向位置对这种点火源的效率起着重要的作用。最后，稀释区（dilutionzone）是使CO燃尽的区域，也修正了燃烧系统出口的气体温度型线。

综合考虑，为了在预混合运行时获得良好的排放性能，在一级区混合的燃料/空气的比值必须较小，即要处于较贫的状态燃烧。在影响排放物的相关因素中，能人为控制的因素主要是燃料/空气的比值、燃烧温度，当燃料/空气的比值在0.5～0.6之间，控制燃烧温度在1200～1600℃之间时，可以达到最佳排放效果，GE公司现场的燃烧调整也主要是根据这个原理来进行的。

4 DLN-1燃烧器的燃烧调整

4.1 燃烧调整的原理

对于热电联产的机组，只对机组预混燃烧状态进行燃烧调整，对于DLN-1型燃烧室，控制燃料/空气的比值是通过控制进入一级区的燃料（FSRP）和二级区的（FSRS）燃料的分配来实现的，相关的功能模块逻辑图如图1所示。

图1

FXKSPM 是一个常数组 FXKSPM[n=0、1、2、3]，FXKTLL也是一个常数组 FXKTLL[n=0、1、2、3]，TTRF1是燃烧器温度基准。该PM-SS-SPL-RF功能模块实际上是一个分段选择函数，当TTRF1的温度达到相应的FXKTLL[n]值，选择相应的FXKSPM[n]值赋予FXSP2，FXSP2送往下一步的功能模块，最终在数值上使FXSP2=FSRP/（FSRP+FSRS），从而通过改变FXKSPM[n]的值来达到控制一级区和二级区的燃料分配。

4.2 燃烧调整前的准备工作

雾天、雨天、大风等恶劣天气的情况下不可以进行燃烧调整，在进行燃烧调整前准备温度计、气压计、湿度计等工具，锅炉排放物测量的相关仪表校验合格，在MARKVI控制系统中做好相关的参数曲线，主要包括负荷、燃烧器基准温度（TTRF1）、燃机排烟温度以及分散度等。

4.3 记录相关燃烧数据

以某厂的燃烧调整为例，当机组达到基本负荷（温控状态）运行时，PM-SS-SPL-RF功能模块选择FXKSPM[3]的定值赋予FXSP2。在实际的燃烧调整过程中，必须严密监视机组的排烟温度以及分散度，当出现异常时立即停止燃烧调整，查明原因。

（1）第一次记录数据如下表1（在每个测试点稳定5分钟），并记录开始和结束时的环境温度、湿度。

表1

（2）第二次记录数据据如下表2（在每个测试点稳定5分钟），并记录开始和结束时的环境温度、湿度。

表2

5 结语

分析上述数据，同时根据GE公司的相关规定，燃烧过程中的NOX排放量不得低于7ppm，以防止火焰由于燃料过“贫”而熄灭。综合考虑各种影响因素，将FXKSPM的定值设为83%时，可以得到最优排放。如果是调峰的机组，在不同的负荷点用同样的方法进行燃烧调整，可以得到相应的最优排放点。需要注意的是符合测试点的选择，观察TTRF1的温度，不得选择切换点附近的负荷进行测试，并且在测试的过程中，退出机组的一次调频功能，以保持机组的负荷稳定。