三菱M701F燃機A-CPFM系統(tǒng)自動燃燒調(diào)整分析

石 玄

(廣東省深圳市廣前電力有限公司前灣燃機電廠，廣東深圳518054)

隨著社會的發(fā)展，電網(wǎng)對調(diào)峰機組的要求越來越高。而三菱M701F燃?xì)廨啓C具有技術(shù)先進，熱效率高，啟停速度快的特點，在全國的燃機發(fā)電廠中占有了重要地位［1］。由于M701F型燃機的燃燒室及其熱通道處于高溫高壓的工況中，容易產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定和燃燒壓力波動，可能導(dǎo)致火焰筒或過渡段等部件出現(xiàn)裂紋等故障。如何對燃燒進行持續(xù)的監(jiān)控和自動的燃燒調(diào)整是一個成熟的機組必須解決的問題。

1 燃燒波動原理及A-CPFM的目的和作用

燃燒壓力波動原理如圖，燃?xì)庠谌紵^程中，燃燒所產(chǎn)生的熱能以聲光模式釋放出來并使燃燒室產(chǎn)生一定壓力，而當(dāng)燃燒因素產(chǎn)生變化，劇烈的聲光釋放又會產(chǎn)生大量的熱能，反過來這些熱能又加劇了聲光的釋放，如此就激發(fā)了燃燒中的壓力波動。燃燒壓力波動會引起燃燒不穩(wěn)定，且嚴(yán)重的燃燒壓力波動會使熱部件損壞甚至破裂［2］。所以三菱M701F燃?xì)廨啓C通過安裝CPFM(燃燒室壓力波動監(jiān)視系統(tǒng))的監(jiān)視和閉鎖保護，系統(tǒng)會在壓力波動初期監(jiān)測到變化，提前Run Back(快速降負(fù)荷)或跳機來阻止熱部件的損壞。

但是在燃機的運行過程中，由于環(huán)境、燃?xì)鈼l件的變化，設(shè)備異常、老化等因素的影響，機組的燃燒狀況偏離了初始的最佳工況出現(xiàn)燃燒壓力波動、燃燒不穩(wěn)定，僅僅靠CPFM系統(tǒng)觸發(fā)保護，提前Run Back或跳機是不夠的，因為這樣意味著機組所帶負(fù)荷無法提升，發(fā)電效率嚴(yán)重下降且安全系能也無法保障。怎樣使燃機在運行工況改變甚至惡化的情況下自動進行燃燒調(diào)整，獲取燃機的最佳運行方式和運行工況點，避開燃燒不穩(wěn)定的區(qū)域，防止高溫?zé)岵考臒龘p，保證機組的穩(wěn)定運行，提高燃機的運行可靠性。這就是三菱M701F燃?xì)廨啓CA-CPFM(燃燒室壓力波動自動調(diào)整系統(tǒng))所要達到的目的。

圖1 燃燒壓力波動產(chǎn)生原理

2 三菱M701F燃機燃燒控制

影響燃燒穩(wěn)定性和Nox排放量的主要因素是進入燃燒器的燃料量和空氣量［3］。三菱M701F燃機對燃料和空氣量采用分開調(diào)整的模式。

三菱M701F燃機的燃燒室包括20個燃燒器，采用環(huán)管型布置。每個燃燒器由燃燒噴嘴、火焰筒、過渡段和旁路閥等其它附件組成。每個燃燒噴嘴由圍成一圈的8個DLN預(yù)混主燃料噴嘴和位于圓心的1個值班燃料噴嘴組成。值班燃料噴嘴產(chǎn)生的是擴散火焰，其主要作用是維持火焰不滅。而其它大部分燃料通過DLN預(yù)混主燃料噴嘴，與空氣預(yù)先混合后進入火焰筒燃燒，其產(chǎn)生的為預(yù)混火焰。這種噴嘴布置和燃燒方式可以使燃燒室的燃燒區(qū)域比較穩(wěn)定，且實現(xiàn)較少的Nox排放［4］。其中值班燃料噴嘴與主燃料噴嘴的燃料比呈分段函數(shù)關(guān)系。對燃料的調(diào)整，三菱M701F燃機通過對PLCSO(值班燃料控制輸出信號)的調(diào)整來實現(xiàn)。

三菱M701F燃機的空氣是通過壓氣機壓縮后到達燃燒室，與燃料充分混合后燃燒。對空氣量的調(diào)整，三菱M701F燃機采用獨有的旁路閥控制。在每個燃燒室均配有一個燃燒室旁路閥，通過旁路閥開度(BYCSO)的大小，來調(diào)節(jié)參與燃燒的空氣流量大小。

燃燒器燃料量、旁路閥開度與燃機負(fù)荷關(guān)系如圖:

圖2 燃料量、旁路閥開度與燃機負(fù)荷關(guān)系圖

3 M701F燃機A-CPFM燃燒自動調(diào)整流程

M701F燃機A-CPFM自動調(diào)整系統(tǒng)是依據(jù)高速采集的數(shù)據(jù)、并對燃燒穩(wěn)定區(qū)域進行分析，通過對燃機PLCSO和旁路閥開度(BYCSO)大小的自動調(diào)整，使燃機穩(wěn)定運行。其流程如圖:

3.1 數(shù)據(jù)收集

主要包括:燃燒室壓力波動、NOx排放量、BPT偏差、燃?xì)鈮毫囟?，燃?xì)獾某煞值葏?shù)。其中燃燒室壓力波動數(shù)據(jù)非常重要和精確。三菱M701F燃機在每個燃燒室中都安裝一個壓力波動傳感器，而且還在其中第3號、8號、13號和18號共4個燃燒室各安裝了一個燃燒壓力波動加速度傳感器。機組正常運行時，每個傳感器的測量數(shù)值進行FFT變換后轉(zhuǎn)化為9個不同的頻段進行分析，對于各個頻段，其波動的幅值大小是A-CPFM自動燃燒調(diào)整地重要依據(jù)。

3.2 穩(wěn)定領(lǐng)域預(yù)測

圖3 A-CPFM燃燒自動調(diào)整流程

三菱M701F燃機在大修后或大的工況改變后，都必須進行人工燃燒調(diào)整。其目的是使燃機能在PLCSO偏置±1%，BYCSO偏置±10%的安全區(qū)域運行。機組正常運行時，A-CPFM系統(tǒng)利用和過去穩(wěn)定運行數(shù)據(jù)的對比，加上現(xiàn)時的燃燒室壓力波動、Nox排放量、BPT偏差、燃?xì)鈮毫囟?，燃?xì)獾某煞值葏?shù)，通過回歸分析的方法，同時按各燃燒器及各頻率帶計算出燃燒室的預(yù)測最穩(wěn)定區(qū)域，并決定燃燒調(diào)整的修正方向。

3.3 修正量計算

A-CPFM從預(yù)測的運行穩(wěn)定領(lǐng)域圖通過燃燒修正函數(shù)算出修正量進行修正調(diào)整。

3.4 自動調(diào)整

根據(jù)燃燒修正函數(shù)算出的修正量調(diào)節(jié)PLCSO和BYCSO，使運行點回避燃燒振動領(lǐng)域回到穩(wěn)定運行領(lǐng)域。

圖4 PLCSO自動修正示意圖

3.5 調(diào)整效果評價

三菱M701F燃機燃燒自動調(diào)整后的數(shù)據(jù)依然會重新進入一個新的自動調(diào)整流程。如果燃燒波動值和NOx排放量依然超出設(shè)定值，燃燒調(diào)整繼續(xù)修正。這個流程反復(fù)運行，確保運行點始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。

3.6 A-CPFM自動調(diào)整示意圖

圖5 A-CPFM自動調(diào)整示意圖

4 A-CPFM燃燒修正條件

觸發(fā)三菱M701F燃機A-CPFM燃燒修正條件有兩個:(1)燃燒室壓力波動達到Caution值或Pre Alam值;(2)監(jiān)測到壓力波動加速度達到設(shè)定值［5］。

表1 壓力波動頻段和定值

5 某燃機電廠#2機組燃燒調(diào)整試驗

在某燃機電廠#2機組上進行了實際動作檢測，以下為實際動作過程。

在下述實驗中，故意降低PLCSO，造成燃燒穩(wěn)定性下降的狀態(tài)。投入A-CPFM，自動增加PLCSO，使運行點回到穩(wěn)定區(qū)域。

圖6 某燃機電廠#2機組燃燒自動調(diào)整試驗效果圖

6 結(jié) 語

通過多年的實際運行，三菱M701F燃機A-CPFM系統(tǒng)能在燃機工況變化的情況下能夠提前抑制燃燒壓力波動，并使燃機在穩(wěn)定狀態(tài)下連續(xù)運行，提高了燃機運行可靠性。

［1］楊順虎.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運行［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［2］俞立凡，楊燕嵐.9F燃?xì)廨啓C燃燒故障分析［J］.發(fā)電設(shè)備，2008(3):219-223.

［3］黃建偉.三菱M701F型燃?xì)廨啓C溫度控制［C］.2005年大型燃?xì)廨啓C發(fā)電技術(shù)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會，2005.

［4］席亞賓.三菱燃機低Nox燃燒室特點與燃燒控制［C］.2007年中國電機工程學(xué)會年會論文集，2007.

［5］吳海濱.M701F燃?xì)廨啓C主控制系統(tǒng)分析［J］.燃?xì)廨啓C技術(shù)，2006，19(3):14-19.