燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整和自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)的探究

1、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整和自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)的探究摘要：燃燒調(diào)整作為燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)試過(guò)程中的重要步驟，屬于燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)， 是研究燃?xì)廨啓C(jī)的重點(diǎn)。本文研究燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整和西門(mén)子、GE和三菱公司各 自開(kāi)發(fā)的燃?xì)廨啓C(jī)在線(xiàn)自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)及其應(yīng)用。從電廠機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況可 看出，在線(xiàn)自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)連續(xù)地對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，確保 機(jī)組的平穩(wěn)可靠。關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；燃燒調(diào)整；自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)引言本文介紹了燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整的目標(biāo)，以西門(mén)子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)為例，說(shuō)明燃 燒調(diào)整的基本過(guò)程，針對(duì)環(huán)境條件和燃料組分等燃燒邊界條件的變化，探討燃?xì)?輪機(jī)在線(xiàn)自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)及其應(yīng)用。電廠機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況表明，目前采

2、取的 燃燒優(yōu)化措施是有效的，自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)能滿(mǎn)足機(jī)組安全、平穩(wěn)和可靠運(yùn)行的 要求，減小跳機(jī)次數(shù)。一、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒過(guò)程是在燃燒室中進(jìn)行的。按燃料與空氣在到達(dá)火焰區(qū)之前 的混合程度不同，分為擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒。擴(kuò)散燃燒火焰穩(wěn)定，但NOx排放大; 預(yù)混燃燒火焰不太穩(wěn)定，但NOx排放較小。目前燃?xì)廨啓C(jī)普遍采用干式低NOx 燃燒技術(shù)，以預(yù)混燃燒為主，少量擴(kuò)散燃燒作為值班火焰，能達(dá)到低于50mg/ Nm3 NOx的排放目標(biāo)。但由于預(yù)混火焰對(duì)流場(chǎng)參數(shù)和化學(xué)當(dāng)量比變化等非常敏感， 容易在封閉的燃燒室內(nèi)誘發(fā)熱聲耦合振蕩，導(dǎo)致火焰發(fā)生燃燒動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)，產(chǎn)生 過(guò)大的燃燒脈動(dòng)和燃燒室外壁振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)

3、會(huì)造成燃燒室部件損壞，機(jī)組跳機(jī)停 運(yùn)。因此，燃燒穩(wěn)定性是燃?xì)廨啓C(jī)能否安全、平穩(wěn)和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。燃燒調(diào)整的首要目標(biāo)是保障燃?xì)廨啓C(jī)燃燒穩(wěn)定，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的 情況下，燃燒調(diào)整還要提高燃燒效率，減少NOx和CO等污染物的排放。燃燒調(diào) 整屬于熱態(tài)調(diào)試部分，調(diào)整進(jìn)入燃燒室的燃料量和空氣量配比，貫穿于機(jī)組從點(diǎn) 火啟動(dòng)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的各負(fù)荷階段。燃燒調(diào)整需要尋找機(jī)組安全燃燒的穩(wěn)定邊界， 將燃燒設(shè)定到安全燃燒穩(wěn)定邊界的中心區(qū)域，獲得良好的穩(wěn)定燃燒的裕度范圍。 因此燃燒調(diào)整的效果直接關(guān)系到機(jī)組安全運(yùn)行、燃燒效率及其污染物排放是否達(dá) 標(biāo)。以西門(mén)子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)為例，在點(diǎn)火啟動(dòng)期間，燃燒調(diào)整需要手動(dòng)設(shè)定點(diǎn)

4、火 轉(zhuǎn)速、值班氣流量、IGV角度和總?cè)剂狭康纳俾实?。通過(guò)多次冷態(tài)和熱態(tài)點(diǎn)火 啟動(dòng)試驗(yàn)，尋找到能成功點(diǎn)火的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速范圍和點(diǎn)火值班氣流量范圍，取中間值 為最佳點(diǎn)火轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火值班氣流量，提高機(jī)組點(diǎn)火成功率，通過(guò)預(yù)設(shè)的斜坡函數(shù) 實(shí)現(xiàn)升速過(guò)程。在部分負(fù)荷和基本負(fù)荷燃燒調(diào)整期間，通過(guò)手動(dòng)分別優(yōu)化設(shè)置值 班氣流量和排氣溫度（OTC）設(shè)定值，反復(fù)以不同速率進(jìn)行升負(fù)荷和降負(fù)荷試驗(yàn)， 找到燃燒穩(wěn)定且NOx和CO排放不超標(biāo)的穩(wěn)定運(yùn)行邊界，把值班氣流量和OTC值 設(shè)定在穩(wěn)定運(yùn)行的邊界中心，獲得良好的穩(wěn)定燃燒的裕度范圍。西門(mén)子F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)使用轟鳴探頭測(cè)量燃燒室內(nèi)的燃燒壓力脈動(dòng)值，使用加 速度探頭測(cè)量由燃燒壓力脈動(dòng)引發(fā)

5、的燃燒室外壁振動(dòng)幅值，把這兩個(gè)數(shù)值作為判 斷燃燒穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。轟鳴信號(hào)目前主要用于機(jī)組燃燒狀況監(jiān)測(cè)，加速度信 號(hào)用于保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)，加速度過(guò)大會(huì)引發(fā)減負(fù)荷或者跳機(jī)動(dòng)作。在燃燒調(diào)整的過(guò) 程中，通過(guò)ARGUS系統(tǒng)對(duì)獲取的轟鳴和加速度信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，得到不同頻 率下的轟鳴和加速度值，判斷燃燒狀況是否穩(wěn)定，并根據(jù)觀察到的數(shù)值大小進(jìn)行 相應(yīng)手動(dòng)調(diào)整，以保證機(jī)組高效安全和低排放運(yùn)行。二、燃?xì)廨啓C(jī)在線(xiàn)自動(dòng)燃燒調(diào)整技術(shù)2.1 GE 公司的 OpFlex AutoTune 系統(tǒng)GE公司開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)自動(dòng)燃燒調(diào)整系統(tǒng)OpFlex AutoTune，可自動(dòng)實(shí)時(shí)連 續(xù)地對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使燃?xì)廨啓C(jī)適應(yīng)不同的環(huán)境條

6、件和燃料成分，提高燃 氣輪機(jī)的性能、靈活性和可靠性。OpFlex AutoTune系統(tǒng)采用先進(jìn)的模型化控制技 術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)MBC）。該技術(shù)也被稱(chēng)為直接邊界控制，基于燃?xì)廨啓C(jī)熱力模型可實(shí)時(shí) 確定邊界運(yùn)行參數(shù)，并能建立每個(gè)待調(diào)節(jié)參數(shù)的特定控制回路，提高控制準(zhǔn)確性、 響應(yīng)能力和可靠性，屬于一種新的控制理念，無(wú)需硬件上的改變，在國(guó)外已有很 多研究成果和應(yīng)用實(shí)例。模型化控制技術(shù)的核心是使用全負(fù)荷周期控制（ALCC）技術(shù)。ALCC技術(shù)通過(guò) 綜合優(yōu)化入口導(dǎo)葉角度（控制空氣流量）和燃料閥位置（控制燃料流量）在滿(mǎn)足 額定的燃燒溫度、壓氣機(jī)喘振預(yù)量和燃燒室運(yùn)行限能情況下來(lái)保證機(jī)組出力，通 過(guò)分析實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與實(shí)時(shí)

7、熱力學(xué)模型不斷對(duì)比，使機(jī)組在適應(yīng)邊界限制條 件的情況下達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的邊界限制條件包括燃燒動(dòng)態(tài)、排 放和熄火等。模型化控制技術(shù)相應(yīng)建立物理邊界模型，以評(píng)估機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行狀 態(tài)，包括燃燒動(dòng)態(tài)模型、燃燒排放模型等。這種模型是一種自適應(yīng)邊界模型，可 不斷實(shí)時(shí)估計(jì)當(dāng)前的運(yùn)行邊界限制條件。為提高機(jī)組性能，在任何環(huán)境條件、燃 料組分或機(jī)組老化的情況下，OpFlex AutoTune系統(tǒng)能使機(jī)組盡量靠近邊界限制條 件運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整以降低機(jī)組排放和減少燃燒脈動(dòng)，使燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn) 自動(dòng)燃燒調(diào)整的目的。運(yùn)用虛擬傳感器技術(shù)，當(dāng)控制系統(tǒng)診斷到某傳感器因?yàn)楸旧砉收铣霈F(xiàn)測(cè)量值 不準(zhǔn)確或損壞時(shí)，會(huì)通

8、過(guò)熱力學(xué)模型計(jì)算出合理值傳輸給虛擬傳感器來(lái)取代實(shí)際 值，減少不必要的跳機(jī)，保持機(jī)組繼續(xù)可靠運(yùn)行。GE公司的OpFlex AutoTune系 統(tǒng)在不需要直接測(cè)量燃料組分的情況下適應(yīng)不同燃料變化，消除季節(jié)性燃燒調(diào)整， 通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒系統(tǒng)，可避免低貧預(yù)混熄火、降低排放量和燃燒動(dòng)態(tài)，保障機(jī) 組高效安全運(yùn)行。2.2三菱公司的A-CPFM系統(tǒng)以三菱M701F燃?xì)廨啓C(jī)為例，A-CPFM系統(tǒng)依據(jù)傳感器高速采集的機(jī)組運(yùn)行 數(shù)據(jù)進(jìn)行燃燒壓力脈動(dòng)頻段分析，以此評(píng)估燃燒穩(wěn)定性，然后根據(jù)機(jī)組穩(wěn)定性情 況，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)值班燃料控制輸出信號(hào)（PLCSO）和旁路閥開(kāi)度 （BYCSO），使燃?xì)廨啓C(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。若穩(wěn)定

9、燃燒區(qū)域變化，運(yùn)行點(diǎn)臨近不穩(wěn) 定，就需要重新調(diào)整運(yùn)行點(diǎn)。根據(jù)預(yù)測(cè)的運(yùn)行穩(wěn)定領(lǐng)域圖，A-CPFM系統(tǒng)通過(guò)燃 燒修正函數(shù)算出修正量并進(jìn)行修正調(diào)整，調(diào)節(jié)PLCSO和BYCSO,使運(yùn)行點(diǎn)回避燃 燒振動(dòng)領(lǐng)域回到穩(wěn)定運(yùn)行領(lǐng)域。M701F燃?xì)廨啓C(jī)燃燒自動(dòng)調(diào)整后的數(shù)據(jù)依然會(huì)重 新進(jìn)入一個(gè)新的自動(dòng)調(diào)整流程。如果燃燒波動(dòng)值和NOx排放量仍超出設(shè)定值，燃 燒調(diào)整將繼續(xù)修正。這個(gè)流程反復(fù)運(yùn)行，以確保運(yùn)行點(diǎn)始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。結(jié)束語(yǔ)：本文介紹燃?xì)廨啓C(jī)燃燒調(diào)整的目標(biāo)和任務(wù)，并以西門(mén)子F級(jí)燃?xì)廨?機(jī)為例，說(shuō)明燃燒調(diào)整的基本過(guò)程；針對(duì)燃燒邊界條件的變化，分析目前燃燒優(yōu) 化的思路和采取的措施，包括加裝天然氣成分在線(xiàn)分析儀及引入穩(wěn)定裕度控制器 （A-SMC），