CDM在9FB燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用

于金

摘要：燃燒是燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀況的最重要指標(biāo)，也是環(huán)保排放參數(shù)的直接決定因素。因此，采集燃燒相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行實時監(jiān)視是保證燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的必要手段。9FB型燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒脈動監(jiān)視（CDM）系統(tǒng)，對機(jī)組的實時監(jiān)視及穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。

Abstract： The direct determinant of environmental emission parameters. Therefore， data acquisition of combustion parameters and real-time monitoring is a necessary means to ensure Gas Turbine stable running. Combustion Dynamics Monitoring （CDM） system of 9FB Gas Turbine is of great significance to the real-time monitoring and stable operation of the unit.

關(guān)鍵詞：CDM系統(tǒng);燃燒;HMI;脈動;排放

Key words： CDM system;combustion;HMI;pulsation;emission

中圖分類號：TM621.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0221-02

CDM系統(tǒng)的主要組成部分包括探頭、探頭支架、專用電纜、JB1000接線箱及信號放大器、控制系統(tǒng)及人機(jī)交互界面（HMI）等。

9FB型機(jī)組的燃燒室配有18個燃燒器，每個燃燒器上安裝有一個CDM探頭，探頭的插入深度隨機(jī)組型號變化有不同的標(biāo)準(zhǔn)。燃燒器先行安裝進(jìn)燃燒筒，再固定CDM探頭，因此探頭的插入深度是肉眼無法捕捉的，所以CDM探頭的安裝需要使用隨機(jī)組配備的專用安裝工具，以控制插入深度，防止距離過近損壞探頭或距離過遠(yuǎn)測量不準(zhǔn)。CDM探頭專用安裝工具如圖1所示。

壓電檢測裝置CDM探頭在機(jī)組運(yùn)行過程中采集的聲波型信號，以微微庫倫的電荷信號（pC/psi）方式經(jīng)專用電纜傳送到燃機(jī)間外的接線箱JB1000中，通過JB1000中的PCB信號放大器將探頭采集到的電荷信號轉(zhuǎn)換為壓電信號（mV/psi）后送往控制系統(tǒng)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、快速傅里葉變換（FFT）計算，將加密的計算結(jié)果送往控制器進(jìn)行分析、處理后分組顯示。

需要注意的是，每個探頭上都標(biāo)有不同的靈敏度，每個PCB信號放大器上都有不同的電荷/電壓轉(zhuǎn)換參數(shù)，安裝時需要逐個進(jìn)行記錄，并將記錄下的對應(yīng)參數(shù)輸入到控制系統(tǒng)中，以保證快速傅里葉變換（FFT）計算的準(zhǔn)確性。PCB信號放大器與JB1000接線箱如圖2所示。

CDM動壓探頭采集到的聲波型信號，往往會在管壁上形成對測量參數(shù)造成影響的回聲，通過探頭支架上的阻尼管進(jìn)行衰減，以降低數(shù)據(jù)失真的可能。

探頭支架后的專用電纜，是低噪音、耐高溫、帶屏蔽的預(yù)制鎧裝電纜。為防止電纜對測量數(shù)據(jù)造成影響，18支探頭的電纜必須保持同樣長度，從燃機(jī)間延伸出來，不得截斷。

傳送到控制系統(tǒng)的壓電信號（mV/psi）在經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、快速傅里葉變換（FFT）計算后，得到表征燃燒脈動的各組數(shù)據(jù)頻率（Hz）-壓力（psi），操作員可通過人機(jī)交互界面（HMI）對燃燒脈動參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)視，燃燒脈動監(jiān)視共分為6組數(shù)據(jù)，分別放在6個頻段中：B（Blow-Out）熄火頻段（6-22Hz）、L（Low）低頻段（22-102Hz）、M（Medium）中頻段（102-190Hz）、H（High）高頻段（190-900Hz）、T（Transverse）橫斷頻段（190-213Hz）、S（Screech）嘯聲頻段（900-3200Hz）。

B頻段的最高值PK0，表示燃燒越不穩(wěn)定、存在熄火的可能;L頻段的最高值PK1，表示火焰強(qiáng)度太軟;M頻段最高值為PK2，表示火焰強(qiáng)度好;H頻段中間值為PK3，表示火焰強(qiáng)度硬、燃燒強(qiáng)烈;T頻段通常是H頻段的一部分，與2級、3級透平葉片的固有頻率重合，容易產(chǎn)生共鳴，該頻段不參與計算、保護(hù);S頻段最高值為PK4，屬于超高頻范圍，畫面監(jiān)視中超過3200Hz的數(shù)據(jù)都顯示為3200Hz，這些通常是壓氣機(jī)葉頂漏氣產(chǎn)生的聲波，不是燃燒系統(tǒng)的真實反映。各頻段數(shù)據(jù)在頻率交界處可能出現(xiàn)橫跨現(xiàn)象，不屬于故障范圍。

當(dāng)各頻段的數(shù)據(jù)超出一定范圍時，畫面會顯示報警1（黃色）、報警2（紅色）。B頻段的兩個報警值分別為2psi、3psi，L頻段的兩個報警值分別為4psi、6psi，M頻段的兩個報警值分別為4psi、6psi，H頻段的兩個報警值分別為3psi、4psi。CDM監(jiān)視畫面如圖3所示。

燃燒脈動參數(shù)直接參與燃?xì)廨啓C(jī)的保護(hù)，當(dāng)脈動超過一定范圍時將觸發(fā)快速減負(fù)荷信號（LCY_TPMF_H），其中包括：PK1>6psi延時10分鐘/PK1>12psi延時15秒、PK2>6psi延時10分鐘/PK2>12psi延時15秒、PK3>4psi延時10分鐘/PK3>12psi延時15秒、PK4>1.3psi延時10分鐘/PK4>1.6psi延時15秒。

此外，燃燒脈動參數(shù)會直接影響環(huán)保排放數(shù)據(jù)。當(dāng)燃燒脈動參數(shù)超過一定報警限值或長時間頻繁波動時，環(huán)保排放參數(shù)會變大，比如一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮等。環(huán)保排放參數(shù)與燃燒脈動參數(shù)一般情況下處于動態(tài)平衡的狀態(tài)中，當(dāng)環(huán)境條件突然劣化時，燃燒脈動參數(shù)會發(fā)生一系列的波動，進(jìn)而影響到環(huán)保排放參數(shù)，當(dāng)燃燒脈動波動整體變大時，會相對應(yīng)的使得環(huán)保排放參數(shù)增大，甚至超過環(huán)保要求。此時，運(yùn)行值班人員可以手動調(diào)高NOX目標(biāo)排放值，來進(jìn)一步穩(wěn)定燃燒狀況，以適當(dāng)降低燃燒脈動參數(shù)。此外，當(dāng)燃燒脈動參數(shù)變化劇烈或瀕臨熄火時，還可通過調(diào)節(jié)天然氣系統(tǒng)PM1與PM3的燃料配比（split）來改善燃燒脈動與環(huán)保排放之間的關(guān)系。

每個探頭都用于兩個聲波數(shù)據(jù)采集通道，當(dāng)脈動數(shù)據(jù)低于0.1時，可認(rèn)為CDM探頭故障，排除監(jiān)視。當(dāng)單個探頭出現(xiàn)失電后重新得電等問題時，可以在控制器中進(jìn)行手動復(fù)位，若無法復(fù)位通道報警，需要進(jìn)一步分析問題。當(dāng)單個燃燒脈動出現(xiàn)故障時，可以在停機(jī)后進(jìn)入燃機(jī)間拔下航空插頭，模仿機(jī)組運(yùn)行時探頭采集聲波信號的過程，利用函數(shù)信號發(fā)生器從引線側(cè)向控制器發(fā)送信號，從根源上判斷是否是探頭本身出現(xiàn)了故障。函數(shù)信號發(fā)生器與CDM探頭如圖4所示。

在監(jiān)視CDM脈動數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)同一頻段連續(xù)3個或以上數(shù)據(jù)出現(xiàn)報警時，可以關(guān)注排氣分散度、NOX是否同時增大。相比于同樣條件下，如果出現(xiàn)連續(xù)、多個燃燒脈動參數(shù)異常，伴隨排氣熱電偶分散度增大或環(huán)保排放參數(shù)增大，需要考慮燃燒系統(tǒng)存在硬件損傷的可能性。不同負(fù)荷下各個燃燒室對應(yīng)不同的熱電偶，當(dāng)排氣熱電偶分散度增大時，可以通過觀察排氣熱電偶溫度分布情況來判斷其對應(yīng)燃燒筒的狀況。在圖1中左側(cè)，31支排氣熱電偶的溫度與通過加權(quán)平均計算出的排氣溫度TTXM從上到下排列，當(dāng)TTXD-1～31的數(shù)值與TTXM偏差超過20°時（大于20°變紅，小于20°變藍(lán)），偏差越大，紅線/藍(lán)線越粗。

通過CDM系統(tǒng)的應(yīng)用與監(jiān)視，大大改善了電廠運(yùn)行人員對燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀況的認(rèn)識，強(qiáng)化了環(huán)保排放參數(shù)的可調(diào)整性，同時也為業(yè)內(nèi)重燃的進(jìn)一步發(fā)展提供了典范。

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