燃机技术 GE 公司 6F.01 燃气轮机 DLN 2.5H 燃烧系统导读以下介绍了 GE 公司的 6F.01 燃气轮机及其主要技 术特点，阐述了在 6F.01 燃气轮机上应用的 DLN 2.5H 燃烧 系统的各种燃烧模式，并与 GE 公司其它的 DLN 燃烧系统进 行了比较，分析了各个 DLN 燃烧系统在燃烧室结构、喷嘴 布置及燃烧模式上的主要技术特点和区别。为了降低 NOx 排放量，电厂之前普遍采取向燃烧区注水或水蒸汽的措施来 降低 NOx 的排放水平。但随着环保要求越来越严格，通过 注水或水蒸汽来进一步降低 NOx 排放水平，会对燃气轮机 的性能、部件寿命及检修间隔等产生较大的负面影响，并且 CO 和 UHC（ 未完全燃烧碳氢化合物 ）等污染物的排放量开 始大幅增加。基于这些因素，各大燃气轮机生产厂商开始寻 求其它 NOx 排放控制技术，目前广泛采用的是干式低 NOx（DLN）燃烧技术，即通过对燃气轮机燃料和空气的预混，并合理控制掺混比例，使燃烧室内进行贫燃料燃烧，且燃烧 火焰面温度低于1650 C （空气里N2氧化生成NOx的起始 温度 ），从而控制 NOx 排放。1 GE 公司 6F.01 燃气轮机简介 GE 公司地面发电用燃气轮机以 7 系列燃气轮机为基础，模 化发展出 6 系列和 9 系列燃气轮机，涵盖了各个功率等级。
源自 GE 大量的运行经验和技术，6F.01 燃气轮机应运而生，其在热力回收应用领域提供低成本发电产品，包括针对流程工业的热电联供，市政区域供热和中型联合循环电网支持。
6F.01 燃气轮机即最早于 2004 年在土耳其安装运行的 6C 燃气轮机 （即 6FA.03），该型燃气轮机在 6B 燃气轮机技术的 性能和经验基础上又发展了一步，是 GE 公司 F 级技术经验 在 40MW 燃气轮机上的运用成果。它吸取了F 级技术的燃料适应性广、可靠性高、可用性强、可维护性好等特点。
6C 燃气轮机设计功率为 42MW ，在通过一系列的系统升级和冷 却密封等技术的研发改进后重新命名为 6F.01 ，原机型已经 累计运行超过 11 万小时。
6F.01 燃气轮机燃烧温度达1370 C,透平排气温度 602 C,单机输出功率 51MW，热 效率38; “1 1 ”联合循环输出功率75 MW，热效率接近 56 ，是迄今为止 100MW 以下燃气轮机在联合循环领域可 以企及的最高效率。
和 6C 相比，6F.01 燃气轮机出力增加，热效率提高，联合供热后效率更可超过80。6F.01燃气轮机的技术特点如下 燃气轮机和辅机模块化设计，易于安装、调试、检修和维护，配备 50/60Hz 高效率负荷齿轮箱，MarkVIe 控制系统。
12 级轴流压气机，全三维气动设计，3 级进口可调导叶，压比 20.7 ，贯穿拉杆螺栓结构，所有叶片 现场可换。
6 个环管型燃烧室，先进 DLN 燃烧系统，NOx 排放的体积分数为 25ppm ，燃烧室设置了检修人孔，过渡段 和火焰筒的检修更换无需开缸。
3 级高效率透平，全三维气 动设计，第 1 级动叶采用了单晶材料，其余动叶和静叶为定 向结晶和等轴结晶材料，采用先进的冷却和分配技术，贯穿 拉杆螺栓结构。
2 DLN 2.5H 燃烧系统 2.1 烧天然气的 DLN 2.5H 燃烧系统和运行模式 6F.01 燃气轮机采用 DLN 2.5H 燃 烧系统，是GE公司2000年以来开发的新型 DLN燃烧系统，最初是针对蒸汽冷却的 H 级燃气轮机设计的，现主要应用在 7H、9H 和 52E 燃气轮机上。
DLN 2.5H 燃烧室的喷嘴布置 如图 1 所示。6F.01 燃气轮机 DLN 2.5H 燃烧系统采用“ 41”喷嘴布局，即 4个外围喷嘴加 1个中心喷嘴，3套天然气燃料管路 （D5 、PM1 、PM4），管路说明见表 1。DLN 2.5H 燃烧系统烧天然气的运行模式如下 扩散燃烧模式 D5 气体燃料直接通向燃烧室的扩散通道 D5 ，从点火到部 分额定转速的过程中采用该模式。子先导预混燃烧模式 D5PM1 气体燃料通向燃烧室的扩散通道 D5 和预混通道 PM1 ，从部分额定转速到低负荷之间采用这种模式。预混燃 烧模式 PM1PM4 气体燃料全部喷入每个燃烧室的预混通 道 PM1 和 PM4 。在这个燃烧模式下，调高 PM1 喷口的燃料 进气量有助于扩大低负荷运行范围。各个喷口的配气比例仅 根据燃烧基准温度 TTRF 来调整。从中等负荷到基本负荷之 间采用该模式且机组排放符合相关环保规定。先导预混燃烧 模式 D5PM1PM4 气体燃料全部喷入每个燃烧室的预混 通道 PM1 、PM4 和扩散通道 D5 。该模式下 D5 通道配气量 是关键，为了避免振荡燃烧，尽可能多的气体燃料通入扩散 通道 D5 ，剩下的气体燃料通入各预混通道且仅维持预混通 道里的气体燃料压比稍高于最小压比。从中等负荷到基本负 荷之间作为备用燃烧模式被采用，该模式下机组的排放不满 足相关环保规定。
2.2 清吹系统就 DLN 燃烧系统而言，清吹 系统是重要的组成部分。清吹系统是在燃烧系统运行期间，将压气机排气引进暂时未通入气体燃料的管路和喷嘴进行 冷却，并能有效防止管路和喷嘴中上次残留气体燃料的自燃。
6F.01 燃气轮机 DLN2.5H 燃烧系统稳态运行时清吹气体与 压气机排气的压比有一定要求，该值最大为 1.0 ，过高的压 比会使进入燃烧室的清吹气体速度和流量增加，从而引起振 荡燃烧。同时，稳态运行条件下清吹气体在燃烧室端盖下游 处存在一定压损，目的是为了防止燃烧气体回流 /横流进入燃 料喷嘴，造成零部件的损坏。
3 GE 公司 DLN 燃烧系统比较 自 20 世纪 80 年代以来，GE 公司就不断开发和改进 DLN 燃 烧技术，除 DLN 2.5H 燃烧系统之外，还陆续推出了一系列 先进的 DLN 燃烧系统，包括 DLN 1 、DLN 1 、DLN 2 、DLN 2、DLN 2.6 、DLN 2.6 ，被应用在不同 GE 型号和级别的 燃气轮机上。其中，DLN 1 系列是针对 E 级燃气轮机 （燃烧 温度1093 C1204 C）开发的，采用轴向分级燃烧室；DLN 2系列是针对F级燃气轮机（燃烧温度1260 C1427 C ）开发 的，同样被应用于 H级燃气轮机（燃烧温度1427 C1593 C ），采用径向/周向分级燃烧室。GE公司燃气轮机 DLN燃烧技术的演化见图 2。DLN 1 燃烧系统采用的是分级燃烧技术。一级燃料喷嘴布置 在二级燃料喷嘴的外围，形成了沿径向的燃料分布，并且一、二级燃料的相对轴向位置前后错开，充分利用火焰筒的横截 面进行燃料分级。与其他 DLN 燃烧室相比，其中心体组件 伸入火焰筒内部，火焰筒筒体上有文丘里组件，所以火焰筒 结构较复杂，需要合理地分配大量的冷却空气。
DLN 1 燃烧 系统在 DLN 1 的基础上重新设计了二级燃料喷嘴，优化了文 丘里组件，增强了燃料和空气的预混，同时将火焰筒末端的 二次空气掺冷孔后移，并采用分级掺冷技术，将燃气轮机 NOx 的排放控制在了更低的水平。与 DLN 1 系列燃烧系统 相比较，DLN 2 系列燃烧系统燃烧时只有一个燃烧区域。由 于 DLN 2 系列燃烧系统是为更高燃烧温度的燃气轮机设计，要求除参与混合燃烧之外的空气 （例如冷却用空气 ）尽可能少，因此取消了 DLN 1 系列燃烧室中需要空气冷却的文丘里和 中心体组件。
DLN 2.6 燃烧系统最大的特点是在 DLN 2 燃烧 室中心轴方向增加了第 6 个较小的喷嘴，该喷嘴的燃料流量 和燃料空气比可独立调节，且在整个燃烧过程中始终投入运 行，能够确保机组在低负荷运行范围内稳定燃烧，同时促使 燃气在燃烧室里停留足够的时间，让 CO 得到充分完全的燃 烧，降低了 CO 排放。
DLN 2.6 燃烧系统除了改进燃烧室喷嘴布置之外，在燃烧模式上也进行了优化，采用了全预混燃 烧模式，每只喷嘴取消了扩散通道，仅保留了预混通道，简 化了燃烧室结构。而 DLN 2 和 DLN 2.6 相对于 DLN 2 和 DLN 2.6 来说，取消了布置在燃烧室边缘的四次气燃料喷嘴，同时燃料喷嘴摈弃了旧的设计 swirler/peg ，采用了新的设计 swozzle 。
swozzle 燃料喷嘴是在 DLN 2 和 DLN 2.5H 燃烧 系统设计时引进的。
swozzle 喷嘴将燃料喷射口 nozzle 与旋 流器叶片 swirler 结合在一起，所有这些都在燃料喷嘴本体内，因此提供了一个混合更好、更稳定的燃烧区域。
DLN 2 、DLN 2、DLN 2.6 、DLN 2.6 燃烧系统各燃料喷嘴布置见图3。swirler/peg 和 swozzle 燃料喷嘴外形见图 4。相对于DLN 2.6燃烧系统的“ 5 1 ”喷嘴布局来说QLN 2.5H 采用了“ 41”喷嘴布局，减少了外围的一个燃料喷嘴，结构更加紧凑。
DLN 2.6 燃烧系统中的中心喷嘴采用的是全 预混燃烧模式，而 DLN 2.5H 燃烧系统的中心喷嘴采用的是 预混加扩散燃烧，在保证了燃烧稳定和排放达标的前提下，燃烧系统调节更为灵活。各 DLN 燃烧系统之间的区别见表