張 衛(wèi)

（浙江浙能金華燃機發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江金華 321025）

0 引言

某燃機電廠2014 年7 月22 日通過168 h 試運轉(zhuǎn)商業(yè)運行，該型燃機為東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的三菱M701F4 型燃氣輪機。

1 燃燒器改造升級的必要性

M701F4 燃機的壓氣機、燃燒室和透平為燃氣輪機三大部件，其中燃燒器是燃燒室的主要部件。燃燒室內(nèi)燃燒溫度高達1400 ℃，其冷卻效果直接影響機組燃燒效率和排放，以及機組穩(wěn)定運行。根據(jù)廠家維護手冊要求，機組運行每12 000 EOH必須檢查燃燒器。

（1）燃機目前使用的燃燒器噴嘴是傳統(tǒng)型噴嘴。2015 年以來國內(nèi)的F4 型燃機陸續(xù)開始進入首次C 檢，根據(jù)廠家技術(shù)函和檢修現(xiàn)場信息反饋，多臺機組已發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)型燃燒器輔助噴嘴燃料比較低，先端部溫度較高，先端均存在不同程度的高溫氧化減肉現(xiàn)象（圖1）。高負荷下長時間運行時，減肉會發(fā)展，容易造成機組燃燒不穩(wěn)定，嚴重時會導(dǎo)致機組遮斷，熱通道部件損壞。新型的輔助噴嘴，可以降低噴嘴先端的金屬溫度，提升運行可靠性，降低噴嘴維護成本，如圖2 所示。

圖1 先端部的高溫氧化減肉現(xiàn)象

（2）新型輔助噴嘴降低機組開機時NOx的排放量。值班燃料噴嘴按擴散燃燒使用大約5%天然氣的情況下保持火焰穩(wěn)定，其余天然氣供給主燃料噴嘴和頂環(huán)燃料噴嘴。主燃料噴嘴和頂環(huán)燃料噴嘴通過空氣與天然氣預(yù)混合在燃燒器中形成均勻低溫火焰。新型輔助噴嘴向噴嘴先端部提供氣模空氣，從而抑制碳附著現(xiàn)象產(chǎn)生，可以提升噴嘴可靠性和緩和對后流側(cè)的影響。NOx生成量可明顯減少，一定程度上解決1#機組在開機時NOx超標現(xiàn)象，同時提高燃燒器的使用壽命。

除去燃燒器外，燃燒室另外兩大部件火焰筒（內(nèi)筒）、過渡段（尾筒）MHPS 也采取了最新材料和冷卻技術(shù)，保證機組最大壽命周期一起更換改造升級。改造后的過渡段側(cè)密封更加合理，解決過渡段漏氣現(xiàn)象，提高安全性和經(jīng)濟性。

最大程度保證燃機透平的安全性能。高溫的燃氣穩(wěn)定是保證燃機三級透平的重要保證，通過改造能提高燃燒的穩(wěn)定性能。三級透平的總造價高達1.4 億元人民幣，占燃機總費用的70%。其中兄弟電廠出現(xiàn)透平涂層脫落或損壞現(xiàn)象，葉片燒損嚴重。保證聯(lián)合循環(huán)效率前提下，提高聯(lián)合循環(huán)出力。經(jīng)過燃燒器改造，IGV 控制優(yōu)化、TCA 流量優(yōu)化、旁通閥（主A、值班噴嘴）控制優(yōu)化，在現(xiàn)有聯(lián)合循環(huán)效率下，可以提高機組總出力，提高機組經(jīng)濟性。

2 燃燒器改造的可行性

為確保機組長期安全穩(wěn)定運行，三菱公司開發(fā)出具有良好性能的燃燒器，可以延長燃燒器壽命周期，并且在壽命周期內(nèi)成本最小化。同時新型燃燒器部件價格與舊型燃燒器價格等同，三菱提供二級燃料噴嘴免費升級服務(wù)。

（1）燃燒器輔助噴嘴采用改善的冷卻強化型輔助噴嘴，改善冷卻效果，減少出現(xiàn)裂紋的可能性。

（2）燃燒器內(nèi)筒采用更加先進、焊接性優(yōu)越、高強度材料的HASTELLOY-X 鎳基耐蝕合金。

（3）燃燒器尾筒采用高溫強度和維修性兼優(yōu)的TOMILLOY材料，為提升高溫強度，通過添加Al、Ti，提升了HASTELLOY-X材料的析出效果，增加了Mo、W、Co 的總量等，強化了固溶、提升了高溫強度，具體蠕變溫度增加50 ℃，LCF（多因素鎳基單晶合金）壽命和耐氧化性大大提高。

（4）燃燒器采用成熟的熱處理技術(shù)，使材料可恢復(fù)蠕變強度增強，延長燃燒器使用壽命，降低成本。改造后可以增加燃燒穩(wěn)定性，NOx排放更加環(huán)保。

圖2 新型冷卻強化型輔助噴嘴

（5）先進的TBC 涂層和高性能的冷卻技術(shù)和空力技術(shù)在改造的燃燒器上得到更深入應(yīng)用。

據(jù)了解，目前國內(nèi)M701F4 型燃機已有十幾臺燃燒器部件改造成功的實機驗證，在商業(yè)運行模式下可以確保機組長期穩(wěn)定安全運行。

3 燃燒器升級改造費用經(jīng)濟分析

通過對燃燒器部件改造，可以有效地降低燃機運行時燃料噴嘴先端的金屬溫度，改善火焰筒和過渡段涂層，從而提高其使用周期，提升其可靠性，從而保證燃機在壽命期內(nèi)的長期穩(wěn)定安全運行。降低NOx排放，延長機組檢修EOH 小時數(shù)，降低維護成本。在保證現(xiàn)有效率和同等環(huán)境溫度前提下，提高機組總出力。