【文章內(nèi)容簡介】 時(shí)，如果燃料供應(yīng)系統(tǒng)的氣壓較低，則需利用燃?xì)庠鰤簷C(jī)來提高燃?xì)廨啓C(jī)燃 燒器入口的壓力至要求范圍內(nèi)。 如果燃?xì)夤?yīng)壓力高于燃機(jī)燃燒器入口的燃?xì)庖髩毫Γ瑒t需要設(shè)置減壓裝置降低壓力。 氣體燃料加熱裝置 燃?xì)廨啓C(jī)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(diǎn)溫度加 28～ 30℃左右。 在寒冷地區(qū)，如我國新疆有的地區(qū)冬季最低氣溫達(dá) 39℃左右，在這種地區(qū)，燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)配備燃料加熱裝置（如蒸汽加熱器等）來提高燃燒器入口的燃?xì)鉁囟取? 氣體燃料主控系統(tǒng) 氣體燃料主控系統(tǒng)主要包括： ○ 1 氣體燃料過濾器； ○ 2 氣體速度 /比例截止閥和氣體控制閥組件； ○ 3 氣體燃料控制系統(tǒng)； ○ 4 通向各燃燒室的氣體燃料分配母管等。圖 1－ 6中給出了氣體燃料的系統(tǒng)圖。氣體燃料在流過過濾器時(shí)，可以除去其中夾帶的雜物，以免影響氣體控制閥和氣體速度比例截止閥的工作。過濾器下方裝有排污閥，要求定期開啟，以保持濾網(wǎng)清潔。在運(yùn)行過程中過濾器也必須定期清洗，清洗周期的長短，則取決于氣體燃料的質(zhì)量。 氣體速度比例截止閥和氣體控制閥串聯(lián)在一起，安裝在同一個(gè)殼體中，氣體控制閥的作用是，根據(jù)透平轉(zhuǎn)速和外界負(fù) 荷變化的要求，不斷地改變氣體控制閥的開度（即氣閥的通流面積），調(diào)整送入燃燒室的天然氣流量，氣體控制閥的閥芯是一個(gè)設(shè)計(jì)成為帶有裙邊的碟形體，閥座則設(shè)計(jì)成為漸縮漸擴(kuò)型的拉伐爾管。由于在設(shè)計(jì)時(shí)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(guān)，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(dāng)天然氣的溫度變化不大時(shí)）。 氣體控制閥為一個(gè)漸縮漸擴(kuò)形的拉法爾噴管： 流體在噴管內(nèi)流動(dòng)，流速增加，壓力降低。 基本方程組 連續(xù)性方程式： 式中： 0??? vdvcdcAdAff（ 1－ 1） 2mA 噴管截面積、? 7 過程方程式： 式中： 聲速方程式： 馬赫數(shù)定義式： 由流動(dòng)能量方程式、熱力學(xué)第一定律解析式、以及上述基本方程式，得： 若氣流通過噴管，此時(shí)氣體因絕熱膨脹，壓力降低、流速增加，所以氣流截面的變化規(guī)律是： 相應(yīng)地，對噴管的要求是：對亞聲速氣流要做成漸縮噴管；對超聲速氣流要做成漸擴(kuò)噴管；對氣流由亞聲速連續(xù)增加至超聲速時(shí)要做成漸縮漸擴(kuò)噴管（縮放噴管），或叫做拉法爾噴管。各種噴管的形狀如圖 1－ 8 所示。氣體流經(jīng)噴管做充分膨脹時(shí)，各參數(shù)的變化關(guān)系如圖 1－ 9 所示。 ffcdcMaAdA )1( 2 ??氣流截面擴(kuò)張。，超聲速流動(dòng)，氣流截面縮至最小；＝，聲速流動(dòng)，＝氣流截面收縮；，亞聲速流動(dòng)，,01,01,01????dAMadAMadAMasmc f /流體流速、? kgmv /3流體比容、?0?? vdvkpdp （ 1－ 2） pa壓力、?p定熵指數(shù)?kkpvc?ccMa f?（ 1－ 3） （ 1－ 4） （ 1－ 5） 圖 1－ 8 8 假定工質(zhì)為理想氣體并取定值比熱容，噴管中流量隨工作條件的關(guān)系如下式： 由上式可知，當(dāng) 2A 及 0p 、 0v 保持不變，也即 2A 和進(jìn)口截面參數(shù)保持不變時(shí)，流量僅隨出口截面壓力與進(jìn)口截面壓力之比而變，見圖 1－ 10 對于收縮噴管，當(dāng)背壓 bp （噴 管出口截面外壓力）從大于臨界壓力 crp 逐漸降低時(shí)，出口截面上的壓力 2p 也逐漸下降且數(shù)值上與 bp 相等，此時(shí) mq 則逐漸增大；到背壓等于臨界壓力時(shí)， 2p 仍等于 bp 等于 crp ， mq 達(dá)到最大 值，如圖中曲線 ab 所示。若 bp 繼續(xù)下降， 2p 不隨之下降，而仍維持等于 crp ， mq 也保持不變，為 b 點(diǎn)的值。因?yàn)椋魵饬骼^續(xù)膨脹，氣流的速度要增至超聲速，氣流的截面要逐漸擴(kuò)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(dá)到當(dāng)?shù)芈曀?： 故而流量 mq 維持達(dá)臨界時(shí)的值不變。 將此時(shí)之壓力比，即臨界壓力比代人式 (1— 6)，即得 圖 1－ 9 ??????????????????????kkm ppvpkkAq 112020 11200cr,2 12 vpk kcc ff ???（ 1－ 6） （ 1－ 6） 9 如噴管為縮放噴管，在正常工作條件下 bp crp ，在噴管最小截面處壓力為 crp ，流速為當(dāng)?shù)芈曀?crfc, 。盡管在噴管最小截面以后氣流速度達(dá)超聲速，噴管截面面積擴(kuò)大，但據(jù)質(zhì)量守恒原理其 截面上的質(zhì)量流量與最小截面處相等。降低背壓，最小截面處壓力及流速不變，所以雖然出口截面的壓力下降，出口截面面積增大，出口流速也增大，但流量保持不變，如圖中曲線 bc 所示。但若出口截面面積 2A 是定值，隨 2p 降低，實(shí)際需要的喉部流通面積會(huì)減小，則會(huì)出現(xiàn)流量減小，如圖中虛線所示。 在設(shè)計(jì)工況下，漸縮漸放噴管的喉部截面處的氣流達(dá)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(dāng)?shù)芈曀?，在擴(kuò)張段達(dá)到超聲速 。設(shè)計(jì)工況下氣體在噴管內(nèi)的壓力變化如圖 1－ 12 中曲線 ABC 所示。 若降低背壓 bp ，使之小于原出口截面設(shè)計(jì)壓力 2p ，此時(shí)喉部截面處的氣流仍為臨界狀態(tài)，故噴管流量不變。但按噴管內(nèi)氣體實(shí)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(shè)計(jì)出口截面壓力 2p ，而不能繼續(xù)膨脹到 bp 。氣體流出噴管后，在管外自由膨脹，降壓至 bp ，情況與漸縮噴管相似，也稱為膨脹不足。 圖 1－ 10 噴管流量隨出口壓力變化示意圖 11122m a x 1212 vpkkkAm k ??????? ??? 10 氣體速度 /比例截止閥的作用有兩個(gè)： ○ 1 調(diào)整進(jìn)入氣體控制閥的天然氣壓力 P2，使P2 成為透平轉(zhuǎn)速的函數(shù)。也就是說，當(dāng)氣體速度 /比例截止閥與氣體控制閥串聯(lián)在一起工作時(shí)，可以適應(yīng)機(jī)組轉(zhuǎn)速和外界負(fù)荷變化的需要，來共同調(diào)整供向燃燒室的天然氣流量。 ○ 2 保證機(jī)組在正常停機(jī)或事故停機(jī)時(shí)，能夠既迅速又嚴(yán)密地切斷供向燃燒室的天然氣。 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(gè)油動(dòng)機(jī)來操縱的。當(dāng)然，氣體控制閥的開度（也就是油動(dòng)機(jī)活塞的位置）應(yīng)該根據(jù)伺服閥65GC、透平轉(zhuǎn)速以及外界負(fù)荷之間的關(guān)系來確定。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速和外界負(fù)荷確定不變時(shí)，就要求向燃燒室供給一定數(shù)量的氣體燃料，也就是說，在轉(zhuǎn)速電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，就有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的燃料輸入信號。而氣體控制閥的開度大小，則可以通過兩個(gè)線性可變差動(dòng)變壓器 96GC 2，來感受出一個(gè)反饋信號。當(dāng)這個(gè)反饋信號在機(jī)組的控制系統(tǒng)中與標(biāo)準(zhǔn)的燃料輸入信號作比較后，就能夠產(chǎn)生一個(gè)偏差信號 ，這個(gè)信號在經(jīng)過伺服閥驅(qū) 動(dòng)放大器的放大后，將傳送給 65GC，通過它去操縱油動(dòng)機(jī)動(dòng)作，最后使氣體控制閥的開度定位。 氣體速度比例截止閥的動(dòng)作原理與氣體控制閥基本上是相似的，它是由一個(gè)氣體速度比例截止閥的控制伺服閥 90SR 通過油動(dòng)機(jī)來操縱的，當(dāng)氣體速度比例截止閥的開度改變時(shí)，可以使氣體控制閥前的天然氣壓力 P2 相應(yīng)地發(fā)生變化。這個(gè)閥門的開度大小則可以通過一個(gè)線性可變動(dòng)變壓器 96SR 來感受出一個(gè)反饋信號。這個(gè)反饋信號將與天然氣壓力 P2 發(fā)生的反饋信號（它是由氣體壓力傳感器 96FG 產(chǎn)生的）一起輸送給轉(zhuǎn)速電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的壓力控制環(huán)路。當(dāng)它們 在其中與標(biāo)準(zhǔn)的燃料輸入信號進(jìn)行比較后，也能夠產(chǎn)生一個(gè)偏差信號。這個(gè)信號在經(jīng)過伺服閥驅(qū)動(dòng)放圖 1－ 13 圖 1－ 11 漸縮噴管中的壓力變化曲線 圖 1－ 12 縮放噴管中的壓力變化曲線 11 大器的放大后，將傳送給 90SR，通過它去操縱油動(dòng)機(jī)動(dòng)作，最后使氣體速度比例截止閥的開度定位。 氣體速度比例截止閥與氣體控制閥的動(dòng)作，可以滿足整臺(tái)機(jī)組在啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)，氣體燃料流量的控制和調(diào)節(jié)特性的需要。 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(dòng)機(jī)之間，還裝有一個(gè)液壓泄油閥，這個(gè)閥門的動(dòng)作是由跳閘控制油系統(tǒng)來控制的。當(dāng)機(jī)組在正常情況下運(yùn)行時(shí)（那時(shí)跳閘控制油系統(tǒng)中液壓油的油壓正常），液壓泄油 閥所處的位置能夠允許控制伺服閥 90SR 把液壓油輸送給油動(dòng)機(jī)，以此去控制氣體速度比例截止閥的開度大小。當(dāng)機(jī)組進(jìn)行正常停機(jī)或事故停機(jī)時(shí)，跳閘控制油系統(tǒng)中的液壓油將迅速泄壓。液壓泄油閥中的彈簧將會(huì)使套筒升起，從而把油動(dòng)機(jī)中的液壓油泄到機(jī)組的潤滑油箱中去。這樣就能使氣體速度比例截止閥立即關(guān)閉，由此達(dá)到切斷天然氣供給的目的。 為防止燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)后，有一定數(shù)量的天然氣泄漏到燃燒室中去，在啟動(dòng)過程中沒有排盡，而致使點(diǎn)火后引起爆炸，當(dāng)機(jī)組停運(yùn)時(shí)，上述兩道閥門后的天然氣管道應(yīng)立即自動(dòng)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(yán)防排入燃燒室。 燃機(jī)主控制系統(tǒng)確定的燃料基準(zhǔn) FSR ,會(huì)按比例分配給燃?xì)夂腿加拖到y(tǒng)。當(dāng)只燃用天天然氣時(shí) ,其燃料量就等于 FSR 決定的總?cè)剂狭?。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)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。 傳統(tǒng)的燃燒室采用的是擴(kuò)散燃燒方式 ,即將燃?xì)庵苯訃娙肴紵齾^(qū)域 ,和助燃空氣邊擴(kuò)散摻混邊燃燒。擴(kuò)散燃燒的過量空氣系數(shù)近似為 1 ,燃燒溫度非常高 ,通常高于空氣中 N2 和 O2 化學(xué)反應(yīng)的起始溫度 1650℃ ,因而會(huì)產(chǎn)生大量的 NOx 污染物 ,而采用預(yù)混燃燒方式則可以有效地抑制 NOx 的生成。預(yù)混燃燒是預(yù)先將燃?xì)夂涂諝饣旌统删?、稀釋的可燃混和體 ,使燃燒在較高的過量空氣系數(shù)下進(jìn)行 , 降低燃燒溫度 , 從而抑制 NOx 的生成。但正因?yàn)轭A(yù)熱燃燒在燃燒前進(jìn)行了均勻混和 ,它的可燃范圍有限 ,在低負(fù)荷時(shí)燃燒穩(wěn)定性和效率都比較差。 針對兩種燃燒方式的不同特點(diǎn) , 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。 9FA 燃機(jī)的燃燒室為DLN 2 + 型 ,是兩級串 聯(lián)式燃燒室 ,每個(gè)燃燒室中有 5 個(gè)燃燒筒 ,每個(gè)燃燒筒有兩級噴嘴 ,燃燒室噴嘴布置如圖 1－ 8 所示。其中 ,D5 為位于燃燒筒后端的擴(kuò)散噴嘴 ,PM1 和 PM4 是位于前端的預(yù)混噴嘴。 DLN 燃燒控制系統(tǒng)的作用就是根據(jù)運(yùn)行工況 ,調(diào)節(jié) D5 、 PM1 和 PM4 的燃?xì)饬?,使燃燒系統(tǒng)的熱效率和排放量達(dá)到最佳 ,在任意負(fù)荷下都能穩(wěn)定運(yùn)行。因此 ,燃燒控制系統(tǒng)是整個(gè)燃機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵和核心。燃?xì)庀到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1－ 9 所示 ,由燃?xì)饨刂归yASV ,燃?xì)馑俦乳y SRV 和 3 個(gè)燃?xì)饪刂崎y GCV1 、 GCV2 、 GCV3 組成 ,這些閥門 都是液壓伺服閥。其中燃?xì)馑俦乳y采用 PI 調(diào)節(jié)來控制閥后燃?xì)鈮毫?P2 ,3 個(gè)燃?xì)饪刂崎y圖 1－ 6 圖 1－ 14 12 分別控制進(jìn)入 18 個(gè)燃燒室的 D5 、 PM1 和 PM4 的流量。 圖 1－ 15 DLN 2 + 燃燒室噴嘴布置 圖 1－ 16 燃?xì)庀到y(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 1－ 17 燃料控制系統(tǒng)操作畫面 13 第 2章 燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng) 燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)使機(jī)組盤車把機(jī)組帶動(dòng)到清吹轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火，再把機(jī)組轉(zhuǎn)速提升到額定工作轉(zhuǎn)速，還要控制同期并網(wǎng)，然后把燃?xì)廨啓C(jī)加負(fù)荷到適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)。這一系列過程必須自動(dòng)發(fā)生和完成，同時(shí)要減小燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件和輔助部件中的熱應(yīng)力。 燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)通?？煞譃?4 個(gè)功能 子系統(tǒng)，即：①主控制系統(tǒng)；②順序（程序）控制系統(tǒng)；③保護(hù)系統(tǒng)；④電源系統(tǒng)。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(xiàng)基本控制：①設(shè)定啟動(dòng)和正常的燃料極限；②控制燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的加速；③控制燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；④限制燃?xì)廨啓C(jī)的透平進(jìn)口溫度。 每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)控制功能或系統(tǒng)能控制送到燃?xì)廨啓C(jī)的燃料流量。這幾個(gè)控制系統(tǒng)都輸入到“最小值選擇門”，該選擇門的輸出作為燃料控制系統(tǒng)的輸入。采用最小值可給燃?xì)廨啓C(jī)提供最安全的運(yùn)行。 順序（程序）控制系統(tǒng)提供了在啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)和冷機(jī)期間輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)裝置和輔機(jī)的 順序控制。順序控制系統(tǒng)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)和其他主要系統(tǒng)，如燃料系統(tǒng)、液壓油系統(tǒng)，并發(fā)出燃?xì)廨啓C(jī)按預(yù)定方式啟停的邏輯信號。這些邏輯信號包括轉(zhuǎn)速級信號、轉(zhuǎn)速