【正文】 工況 ,調(diào)節(jié) D5 、 PM1 和 PM4 的燃氣量 ,使燃燒系統(tǒng)的熱效率和排放量達到最佳 ,在任意負荷下都能穩(wěn)定運行。燃燒控制系統(tǒng)的任務就是合理組合和分配燃料量 ,保證燃燒效率和穩(wěn)定性 ,抑制環(huán)境污染物的生成。 從圖 1－ 13 中可以看出，在氣體速度比例截止閥的控制閥 90SR 及其油動機之間，還裝有一個液壓泄油閥，這個閥門的動作是由跳閘控制油系統(tǒng)來控制的。而氣體控制閥的開度大小，則可以通過兩個線性可變差動變壓器 96GC 2，來感受出一個反饋信號。但按噴管內(nèi)氣體實現(xiàn)完全膨脹的情況，通過相同的流量要求更大的出口截面面積，故噴管內(nèi)氣體只能膨脹到原設計出口截面壓力 2p ，而不能繼續(xù)膨脹到 bp 。因為，若氣流繼續(xù)膨脹，氣流的速度要增至超聲速，氣流的截面要逐漸擴大，而漸縮噴管不能提供氣流展開所需的空間，故氣流在漸縮噴管中只能膨脹到 2p = crp 為止，出口截面 上的流速也只能達到當?shù)芈曀?： 故而流量 mq 維持達臨界時的值不變。由于在設計時已經(jīng)確保氣體控制閥前后的天然氣壓力比總是滿足小于臨界壓比的條件，因而流過氣體控制閥的天然氣流量與閥門前后的壓力降無關，它只是氣體控制閥開度以及閥體前天然氣壓力 P2 的函數(shù)（當天然氣的溫度變化不大時）。 氣體燃料加熱裝置 燃氣輪機燃燒器不僅對入口燃料的壓力有要求，而且對入口燃料的溫度也有要求，一般為露點溫度加 28～ 30℃左右。它對應的過量空氣系數(shù)稱之為“貧油熄火極限”，用 amax 表示。當然，若有 B? 變化的實驗值時，變工況計算進可用它代入來進行。為了了解整臺燃氣輪機變工況的特性，我們也有必要了解當機組的負荷變化時，燃燒室的某些特性是如何 變化的。相對放氣而言，它無放氣損失，此外當葉柵的流入角改變時，流出角的變化一般不大，所以導葉旋轉后動葉柵的扭速將減小，即該級的耗 功和壓比都減小，特性線上的等速線將移向低壓比、小流量處。在每一條等*1/ Tc? 特性線上，當 *1*1 / pTGc 減小至某一值時，壓氣機將出現(xiàn)不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，這是的工作點叫喘振點，其對應的流量叫喘振流量。 在實際的應用中，往往將壓氣機的壓比特性和效率特性畫在同一張圖上。壓氣機的工作范圍定義為 ψ =（ GvmaxGVmin） /Gvmin 100% 式中 Gvmax—— 壓氣機的最大空氣流量； Gvmin—— 相應于喘振開始時的最小流量。 （ 2）當流量 Gv 減少到一定值時壓氣機的工作進入不穩(wěn)定工況區(qū)，即進入喘振時的最小流量 Gvmin。在進氣條件一定和轉速不變的條件下，壓氣機的壓比、效率隨流量變化的關系通常稱為壓氣機的流量特性。 從壓氣機的流量特性可以看出以下幾個特點： （ 1）隨著壓氣機流量 Gv 的減少，π c*起初升高，然后下降。在不同的轉速下，發(fā)生“阻塞”的 Gv 是不同的。這種現(xiàn)象首先發(fā)生在多級壓氣機的末級，因為在這些級中，由于壓氣機各級的壓頭下降，容積流量的增長最大。 圖 13 給出了用相似參數(shù)（如 *1*1 / pTGc 、 *1/ Tc? 等）表示的軸流式壓氣機通用特性曲線示意圖，以下來分析通用特性曲線的變化特點。 圖 14 所示為旋轉導葉及其安裝角改變前后的速度三角形。這時不僅進口需要導葉可調(diào)，且前幾級靜葉亦要求可調(diào)，它們除啟動時關小外，在帶負荷的情況下也需調(diào)節(jié)， 一直到較高的負荷如 60%～ 70%的額定功率時，這些葉片才轉至設計的安裝角。目前 B?的變化只能通過燃燒室的實驗來得到（見圖 1－7）。此時，燃料過濃，空氣不足，這稱為“富油熄火”。 氣體燃料調(diào)壓裝置 燃氣輪機燃燒器對入口燃料的壓力有一個要求范圍（約 左右），燃料供應系統(tǒng)應能滿足這一壓力要求。過濾器下方裝有排污閥，要求定期開啟，以保持濾網(wǎng)清潔。 ffcdcMaAdA )1( 2 ??氣流截面擴張。 在設計工況下，漸縮漸放噴管的喉部截面處的氣流達到臨界狀態(tài)，氣流速度在收縮段是亞聲速的，到最小截面處等于當?shù)芈曀?，在擴張段達到超聲速 。 氣體控制閥的開度（即通 流面積）是由氣體控制閥的控制伺服閥 65GC 通過一個油動機來操縱的。當它們 在其中與標準的燃料輸入信號進行比較后，也能夠產(chǎn)生一個偏差信號。 為防止燃氣輪機停機后，有一定數(shù)量的天然氣泄漏到燃燒室中去，在啟動過程中沒有排盡，而致使點火后引起爆炸，當機組停運時，上述兩道閥門后的天然氣管道應立即自動地旁通大氣（見圖 1－ 14），即使有泄漏現(xiàn) 象，也只允許把漏氣排向高空，從而嚴防排入燃燒室。 針對兩種燃燒方式的不同特點 , GE 公司先后開發(fā)了幾代干式低 NOX (DLN) 燃燒室 :DLN 1 ,DLN 2 ,DLN 2 + ,DLN 2. 6 以及 DLN 2. 5H 等。這一系列過程必須自動發(fā)生和完成，同時要減小燃氣輪機熱通道部件和輔助部件中的熱應力。這些邏輯信號包括轉速級信號、轉速設定點控制、負荷能力選擇、啟動設備控制和計時器信號等。 能夠?qū)C組功率 Ne 產(chǎn)生影響的外部變量包括 : 燃料量 Gf 、環(huán)境溫度 Ta 、環(huán)境壓力 pa 、機組背壓 p4 以及電網(wǎng)頻率ω e ，其中燃料量 Gf 為調(diào)節(jié)量， Ta 、 ta 、 p4 和ω e 為 擾動量， Ne 的變化與 IGV 角度α無直接關系。這個上下限隨燃氣輪機轉速大小而變，在脫扣轉速時這個上下限之間的范圍最窄。允許 FSKSU _ WU（典型值為% FSR/s）賦給 FSRSU，以建立暖機 FSR 值。隨著燃 油量的增加，燃氣輪機轉速逐步升高。而且，F(xiàn)SRSU 輸出的變化必須在主保護允許邏輯 L4 為“真”的條件下才能實現(xiàn)，否則上述所有控制信號為零， FSRSU 將直接被箝位于零。 在 P 調(diào)節(jié)作用下 ,穩(wěn)態(tài)時實際轉速 n 與其給定值 nc 是有差的。在不考慮頻率ω e 擾 動的前提下，不需要考慮轉速調(diào)節(jié)。實發(fā)功率 eN? 逐步沿 c?n 升高的方向從 1?eN 到達 2?eN 。轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個重要作用是可以調(diào)節(jié)機組空轉時 (對于并網(wǎng)運行的機組 ,指尚未并網(wǎng)時 ) 的轉速 , 在發(fā)電機同期的時候 , 就要調(diào)整空轉轉速使其與電網(wǎng)同步 , 以達到機組并網(wǎng)的條件之一。有差轉速控制算法根據(jù)要求的轉速基準信號Speed Reference） TNR 與實際轉速 TNH之差，正比例地改變 FSR，實現(xiàn) FSRN – FSRN0=（ TNRTNH）KDrooop （ 21） 式中 FSRN—— 有差轉速控制的輸出 FSR； FSRN0—— 燃氣輪機在額定轉速下空載的 FSR 值（在這里作為控制常數(shù)存入存儲單元）； KDroop—— 決定有差轉速控制不等率的控制常數(shù)（調(diào)峰的燃氣輪機δ一般取 4%）。 圖 24（ b）表示控制轉速基準 TNR 的變化， TNR 由中間值選擇輸出。圖中 Z1 與加法器組成數(shù)字積分器， L83JDn 給出積分速率（ L83JDn： n=0， 1， 2，?， 5，相應于不同的速率）， L70R 和 L70L 決定積分的方向。角加速度為正值時就是轉速增加的動態(tài)過程，加速控制系統(tǒng)僅限制轉速增加的動態(tài)過程的加速度，對穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）不起作用，對減速過程也不起作用。而轉速控制系統(tǒng)在啟動過程中以 TNKR1 _ 0（ 9%TNH/min）的速率斜升 TNR（直到 TNH 到達 95%）。 加速控制系統(tǒng)控制算法見圖 211，最終經(jīng)中間值選擇門輸出 FSRACC 信號。 轉速信號 TNH 經(jīng)微分器和加速基準 TNHAR 在減法器中相減，其輸出為 tT N HT N HA R ????? /? 在燃氣輪機未進入加速控制前，也就是轉速的上升速率未超出加速基準 TNHAR前，其角速度差值△ω＞ 0，那么 FSR 的差值為正，即， △ FSR=FSKACC2△ω＞ 0 使加法器的輸出值大于原有 FSR 值，也就是 FSRACC＞ FSR，從而使得加速控制圖 2－ 5 圖 2－ 11 21 系統(tǒng)處于退出控制狀態(tài)。 表 22 TNHAR 的典型控制常數(shù) n 1 2 3 4 5 TAKNn(%) TAKHn(%/s) 溫度控制系統(tǒng) 燃氣輪機的透平葉輪和葉片在高溫、高速下工作，它們不僅承受高溫，而且還承受巨大的離心應力。機組不論用何種方式加載，一旦機組進入溫度控制便會自動切斷加載回路，停止加載。中間值選擇的另外兩上輸入 FSRMAX和 FSRMIN 為中間值選擇設置最大和最小值極限。 排氣溫度信號的處理 GE 重型燃氣輪機的排氣室中有 18 或 24 對熱電偶用以測量排氣溫度（在 MS6000機組中為 18 對，在 MS9000 機組中為 24 對， PG9351FA 機組中為 31 對）。再按從 最高溫度到最低溫度的順序，把全部排氣溫度信號編排出新的向量TTXD2 _ n。 根據(jù)第一級噴嘴入口為溫度 3T =1420℃，壓力為 3p =，燃氣輪機排煙溫度4T =℃，燃氣輪機排煙壓力 4p =，按照nnppTT 14343 )( ?? 得： n=。 X 值為 X=TTXD2 _ 2TTKXCO 式中 TTXD2 _ 2—— 向量 TTXD2 _ n 中第二高的信號； TTKXCO—— 控制常數(shù)（典型值為 278℃ /500186。卡件提供冷端補償和熱電偶異常情況的偏置信號。每一采樣周期 FSR 便減小一個△ T 值，排氣溫度不斷降低，△ T 不斷減小，直到△ T=0為止。由于這里的溫度長期維 持在1100℃以上，故無法直接測量此溫度。否則，將會使透平受熱部件的壽命大大降低，甚至就會引起透平葉片燒毀、斷裂等嚴重事故。 在啟動過程中， TNHAR 是從一張 5 個點的對照表中計算出來的（見圖 212 和表 22），這張表是燃氣輪機轉速 TNH 的一個函數(shù)。 （ 2） FSRMIN—— 一個可變的最小極限 FSR 值。實際由于轉子的慣性， TNH 總是滯后于 TNR，因此啟 動 過 程 中 FSRN 總 是 大 于FSKRN1。加速控制系統(tǒng)主要在兩種加速過程發(fā)揮作用。 當燃氣輪機啟動程序完成以后，邏輯量 L83TRESI=1，則切除積分器，將預置控制的常數(shù) PRESET=%賦給 TNR，以備同期并網(wǎng)。這保證若δ =4%，即使電網(wǎng)頻率高達 103%時，機組仍能帶滿負荷。當 FSRN=FSRN0 時，由式（ 21）可知，此時 TNH=TNR，即轉速基準 TNR 正好就是空載時的轉速TNH。例如 ,圖 5 中 ,特 性線‘ 1’與 n ? 軸的相交值 c?n 1為其對應的轉速給定值 , 即c?n = c?n 1 。 2) 轉速調(diào)節(jié)回路 轉速調(diào)節(jié)回路為有差的比例調(diào)節(jié)算法 , 其輸入為轉速給定值與實測轉速之差值 : Δ c?n = c?n 0?n ,輸出為燃料量指令 fcG? 。因此，對于并入大電網(wǎng)運行的機組，功率采用無差調(diào)節(jié)，轉速采用有差調(diào)節(jié)，得出功率－轉速的串級調(diào)節(jié)策略；外回路為功率調(diào)節(jié)回路，它根據(jù)功率偏差Δ Ne = Nec Ne 來改變轉速設定值 nc , 為保證功率的無差調(diào) 節(jié)，外回路中設置積分器；內(nèi)回路為轉速的 P 調(diào)節(jié)算法，它根據(jù)外回路輸出的轉速給定值進行有差調(diào)節(jié)，輸出為燃料量指令 Gf。 當轉速 n 采用 PI 調(diào)節(jié)時 ,由于積分作用 ,穩(wěn)態(tài)時轉速 n 總是等于其給定值 nc 。 燃氣輪機的負 荷控制系統(tǒng)與火電廠的負荷控制系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別 ,傳統(tǒng)的燃氣輪機負荷控制系統(tǒng)多采用如圖 25 所示的負荷 — 轉速串級控制方式。一旦達到該值，圖中上部比較器條件成立，使 RISING 置 1，受控觸點動作切斷了積分器的輸入。在從點火 FSR 到暖機 FSR 的轉變過程 中，用了一個一階濾波器，使得過渡過程變得暖和，該濾波器時間常數(shù)為 FSKSU _ TC（典型值 1s）。 圖 2－ 2 圖 2－ 3 圖 2－ 1 圖 2－ 2 15 啟動控制過程是開環(huán)的，根據(jù)程序系統(tǒng)來的一組邏輯信號來分段輸出預先設置的FSRSU，整個啟動控制的過程用圖 22 曲線表示。 單軸燃氣輪機控制系統(tǒng)設置了幾種自動改變?nèi)細廨啓C燃料消耗率的主控制系統(tǒng)（見表 21）和每個系統(tǒng)對應的輸出指令 —— FSR（ Fuel Stroke Reference 燃料行程基準），此外還設置了手動控制燃料行程基準。 第 1節(jié) 燃氣輪機的主控系統(tǒng) 主控系統(tǒng)是指燃氣輪機的連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對于并網(wǎng)后的機組 ,主要需監(jiān)控機組的實發(fā)功率、轉速和排氣溫度。在上述各功能系統(tǒng)中主控制系統(tǒng)是主要的，它必須完成 4 項基本控制：①設定啟動和正常的燃料極限；②控制燃氣輪機轉子的加速；③控制燃氣輪機轉子的轉速；④限制燃氣輪機的透平進口溫度。其中 ,D5 為位于燃燒筒后端的擴散噴嘴 ,PM1 和 PM4