M 701F4重型燃機燃料量分配控制解析

席建忠 唐寶華

（杭州華電江東熱電有限公司）

0 引言

M701F4重型燃機環(huán)形布置有20個燃燒器，每個燃燒器分為主燃料A、主燃料B、端蓋、輔助四個噴嘴，每個燃燒器的燃料量均是相等的，噴嘴的燃料量根據(jù)負荷的不同會有不同的變化，同時對燃料密度、熱值、成分有一個相應(yīng)的補償，在運行中同時接受A-CPFM系統(tǒng)的在線微調(diào)［1］。

1 M 701F4燃機燃料系統(tǒng)特點

1.1 燃燒器組成／結(jié)構(gòu)

M701F4重型燃機共有20個環(huán)管型燃燒器，燃燒器之間有聯(lián)焰管相通，但18號燃燒器與19號燃燒器之間是沒有聯(lián)焰管的，也就是說點火槍1（布置在8號燃燒器）、點火槍2（布置在9號燃燒器）開始人為分成了兩個半?yún)^(qū)，即9號～18號燃燒器、19號～8號燃燒器［2］。燃燒器可分成噴嘴、內(nèi)筒、尾筒、旁路閥四部分，從壓氣機擴壓器出來的空氣流入到燃燒器，再與燃料氣混合，進行均勻的燃燒。采用預(yù)混式燃燒器，其優(yōu)點是可以有效的減少NOx的排放，但缺點是燃燒穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)回火。旁路閥的設(shè)置也是F4相對于F3機型上的一個改進，其作用是在低負荷時，一部分壓氣機出口空氣通過旁路閥直接進入燃氣透平，不參與燃燒，旁路閥與進口可調(diào)靜葉（IGV）配合運行，調(diào)節(jié)燃料／空氣比，使燃機處于良好的燃燒狀態(tài)。

1.2 燃料分配系統(tǒng)組成部分

每臺M701F4重型燃氣輪機均配有1個燃氣溫度控制閥（三通閥），1個燃氣加熱器（FGH），2個燃氣壓力控制閥（壓力控制閥A、壓力控制閥B）和4個燃氣流量控制閥：主A流量控制閥、主B流量控制閥、值班（輔助）流量控制閥、頂環(huán)（端蓋）流量控制閥［3］。燃氣經(jīng)過FGH之后被加熱到210℃進入壓力控制閥組，燃料控制閥組由壓力控制閥和流量控制閥串聯(lián)組成，壓力控制閥在前，流量控制閥在后，壓力控制閥控制流量閥前后的壓差，使其維持在一個定值（約為0.392MPa），這樣，燃氣流量和流量控制閥的開度就成正比了，通過控制燃氣流量調(diào)節(jié)閥的開度即可精確控制進入燃燒室的燃料流量。具體布置如圖1所示。

圖1 燃料分配系統(tǒng)工藝圖

2 燃料量控制

2.1 基本控制原理

燃氣通過主A管道、主B管道、值班管道和頂環(huán)管道供給燃機。進入燃機的燃氣總流量由CSO（控制信號輸出）控制。CSO分配為PLCSO、MACSO、MBCSO和THCSO。同時，每條管線（主A管道、主B管道、值班管道和頂環(huán)管道）的燃氣流量由PLCSO、MACSO、MBCSO以及THCSO單獨控制。THCSO為帶負荷期間CLSCO的函數(shù)。其控制邏輯圖如圖2所示。

圖2 燃料分配控制邏輯圖

2.2 值班燃料的PLCSO計算公式

（1）升速階段

其中，Ps為關(guān)于燃氣轉(zhuǎn)速的一個函數(shù)。

其在MFCSO中所占的比例具體為：機組轉(zhuǎn)速在0～1100r／min之前，其PLCSO 比例為38%，1100～1500r／min降至33%，1500～2100r／min為30.4%，2100～2830r／min降至24.5%，2830～3000r／min也就是同步期間降至20%。

（2）帶負荷階段

其中，P為CLCSO的函數(shù)；P1為壓氣機進氣溫度的修正；P2為燃氣熱值的修正；P3為惰性氣體成分的修正。

2.3 頂環(huán)燃氣的THCSO計算公式

其中，T為CLCSO的函數(shù)；T1為壓氣機進口溫度的修正；T2為燃氣熱值的修正；T3為惰性氣體組分的修正。

2.4 主燃氣的MCSO 計算公式

2.5 MACSO 和MBCSO計算公式

3 運行中燃氣流量的控制分配

燃機點火（MFMIG）之前，CSO受燃料限制信號FLCSO控制，被鉗制在-5%，此時主／值班燃氣壓力和流量控制閥都是在關(guān)閉位置，以確保燃氣點火前不會進入燃燒器。點火、升轉(zhuǎn)速至暖機轉(zhuǎn)速階段，在天然氣小流量時，主燃料壓力控制閥A處于全關(guān)狀態(tài)，由主燃料壓力控制閥B調(diào)節(jié)主燃料流量控制閥差壓。隨著暖機結(jié)束，進入加速階段，天然氣流量增大，主燃料壓力控制閥B開度大于32% 后，主燃料壓力控制閥A才慢慢開啟，等主燃料壓力控制閥B開至40%（最大開度）后，主燃料壓力控制閥B就穩(wěn)定在40%的開度，由主燃料壓力控制閥A來調(diào)節(jié)主燃料流量控制閥差壓，直至停機熄火。這樣2個壓力調(diào)節(jié)閥配合可以保證燃料從小流量到大流量的調(diào)節(jié)精度，THCSO和PLCSO占比見表1和表2。

表1 THCSO占比

表2 PLCSO占比

在正常帶負荷階段，值班燃料的PLCSO隨著負荷升高逐步下降，與此同時頂環(huán)燃氣的THCSO則逐步上升，MCSO則是CSO減去上述兩項的差值，至于主A和主B之間則是根據(jù)固定的比例0.625進行分配的。

4 結(jié)束語

燃氣輪機因其功率密度極大、啟動速度快以及低頻噪聲等優(yōu)勢，最初被作為飛機的動力裝置，而后又廣泛應(yīng)用于航空、艦船、電力等領(lǐng)域。我國的工業(yè)燃氣輪機起步較早，上世紀60年代初東方汽輪機就開始研制的中小型燃氣機組，完全依靠自身的力量在科研和生產(chǎn)方面都取得了一些進展。但由于國家能源政策的調(diào)整，燃氣輪機發(fā)電市場并無發(fā)展，我國重型燃氣輪機的研發(fā)基本停頓。當(dāng)前雖然重型發(fā)電用燃機制造技術(shù)取得一定的進展，但與國外先進國家的差距仍然較大。

本文旨在通過對F級燃機控制策略研究，與行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員進行交流，大家共同提高，也助力燃機電廠安全高效運行。