CN107201954B - 采用lve方案dln2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制方法 - Google Patents

采用lve方案dln2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制方法，它属于燃机燃烧控制领域。本发明通过首创的燃料空气系数F_A算式及利用试验得出的数据在控制系统中采用变参数方式进行运用。本发明在不增加设备投入的情况下，采用合理的控制，在环境温度或燃料成分发生变化时自动改变燃烧参数，使该型燃机在启动阶段能适应各种不同工况，确保燃烧稳定性。

Description

采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制 方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，尤其是涉及一种采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动阶 段燃烧稳定性控制方法，它主要用于提高采用低可见排放技术(LVE)DLN2.6+燃烧系统的 燃机在启动阶段对于不同天气、不同燃料等工况下燃烧的稳定性，它属于燃机燃烧控制领 域。
背景技术
燃气轮机正常运行时的NOx排放极低，但是在启动阶段燃烧进入预混模式前，为最大 限度保证燃烧的稳定性扩散燃烧通道处于工作状态，这一阶段NOx排放还是处于相对比较 高的水平，且NOx中NO2的比例相对较高，最高可超过100mg/m3，因此通常可以看到在机组启动过程中烟囱冒黄烟的现象，此阶段时间通常在1-3小时。
为了消除启动过程中的黄烟现象，减少污染物排放，该申请人借鉴DLN2.6燃烧技术， 在采用DLN2.6+燃烧器的9FA燃气轮机上实现了启动阶段的LVE(Low VisibleEmission) 优化改造，其原理主要是将启动阶段的扩散燃烧模式时间缩短，提前进入预混燃烧模式， 具体方法为燃机点火时采用扩散燃烧，点着火暖机(1-3分钟)结束后立即切换为预混模式， 该方案实施后大大降低了污染物的排放。但启动阶段特别是机组升速过程中预混模式下稳 定燃烧的区间非常窄(见图1)，扩散燃烧的提前退出对于燃烧的稳定性就产生了一定的影 响，特别是在环境温度和天然气成分变化较大时，容易产生熄火的现象。对于该问题进行 了多次优化，但是熄火问题仍时有发生，据统计2014年11月LVE改造后至2016年3月期 间，机组启动近50次，出现12次不同程度的熄火现象。其原因是启动阶段进入预混燃烧 后燃料量和各级燃料的配比采用的是固定不变的参数，在外部环境发生变化时，无法进行 自适应调整。
通过研究表明，燃气轮机燃空比过高(超出图1中上部的区域)将导致富燃料熄火，燃空比过低(图1中下部的区域)将导致贫燃料熄火，而启动升速过程中在50％额定转速附近，两条边界线最窄，容易进入熄火边界，冬夏季气温变化对于燃空比的影响较大，若采 用固定不变的燃料参数，燃气轮机升速至50％左右时就及容易熄火导致启动失败。
公开日为2015年12月02日，公开号为103162309B的中国专利中，公开了一种名称为“一种智能燃烧系统的控制方法”的发明专利。该专利采集骨料进料温度信息、采集尾 气温度及CO含量信息、采集骨料出料温度信息和采集燃烧火焰图像信息，采集到的信息返 回中央处理器，与燃烧器设定参数进行对比运算，并根据运算结果来控制燃烧器的供油量、供风量及雾化油压，在控制过程中如有异常信息或机械故障信息，则通过报警装置输出报警信息。虽然该专利可保证火焰燃烧充分并控制骨料出料温度稳定可靠，从而保证燃烧热量不浪费；但是在环境温度和天然气成分变化较大时，燃烧的稳定性就产生了一定的影响，不能很好的控制，故其还是存在上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种在不增加设备投入的 情况下，采用合理的控制，在环境温度或燃料成分发生变化时自动改变燃烧参数，使该型 燃机在启动阶段能适应各种不同工况，确保燃烧稳定性的采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃 机启动阶段燃烧稳定性控制方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动 阶段燃烧稳定性控制方法，其特征在于：步骤如下：
1)在冬季和夏季工况下各找出能保证燃烧稳定性的两套边界参数，该两套边界参数能 分别适应两个极端天气下燃料成分变化影响；
2)使燃烧参数在冬夏季工况及不同燃料成分时能自动适应燃烧稳定性要求，在控制逻 辑中增加以环境温度T、空气露点Td、燃料气温度Tfuel、燃料气低位热值LHV和比重Sg为参变量的综合参数F_A，即燃料空气系数，定义如下：
3)将上述两条燃料量下限值曲线输入控制系统，并对控制系统的逻辑进行优化，利用 控制逻辑中已有的环境温度T、空气露点Td、燃料气温度Tfuel、燃料气低位热值LHV和比重Sg，计算出F_A值，根据F_A值的变化，控制系统将给出适当的燃料量FSR下限值，使 得机组升速过程中燃料量与空气合理配比，确保稳定燃烧。
作为优选，本发明所述步骤2)中，在燃料成分及温度不变时：夏季工况下该参数值较 大，所需的燃料量FSR越小；冬季工况下该参数值较小，所需的燃料量FSR越大；在相同的环境温度、湿度工况下，燃料气热值越高，参数F_A越大。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、试验得出冬夏季两套燃料量FSR下 限参数，能分别适应冬季(环境温度达-5℃、露点-5℃)和夏季(环境温度达40℃、露点40℃)极端工况，该参数适用于采用DLN2.6+燃烧系统的燃气轮机，具有普遍性；2、独创 的燃料空气系数F_A综合了环境和燃料成分变化等因素，为不同环境、燃料工况时燃料量 FSR下限值的自适应变化提供了可靠的依据，改变了以往冬季和夏季需要人工调整参数值， 很多时候甚至出现熄火故障后才进行参数调整的被动局面，大大更高了机组运行的安全性。2016年3月以来已经过了极寒和炎热天气的启动工况共计超过150次，无一次熄火现象；3、燃料量FSR下限值自适应变化后，总体水平相较厂家最初给定参数提高2-3％，而启动升速时间从原来的470s下降至350s，启动阶段的燃料量节省约15％，同时启动电耗降低20％，年节约成本在50万元以上(按年启动150次计算)。
附图说明
图1是机组升速过程燃烧边界示意图。
图2是机组升速过程燃料边界参数表。
图3是机组升速过程燃料边界参数曲线示意图。
图4是本实施例LVE改造后燃料量FSR下限值优化控制策略示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的 解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图4，本实施例型燃气轮机控制系统中用FSR代表燃料量(0％-100％)，TNH 代表机组额定转速的百分比(0％-100％对应0-3000r/min)，fskminnu_su为启动升速阶段 对应转速的11点数组，fskminu为对应于fskminnu_su的11个转速点的FSR下限值数组。
本实施例采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制方法，步骤如下：
1)因环境温度变化对燃机启动阶段燃烧稳定性的影响尤为明显，因此在冬季和夏季工 况下各找出能保证燃烧稳定性的两套边界参数，这两套边界参数能分别适应两个极端天气 下燃料成分变化影响，经过2015年至2016年3月份的试验已确定了两套参数值，分别如 图1及其对应曲线图2所示。
2)为了能使燃烧参数在冬夏季工况及不同燃料成分时能自动适应燃烧稳定性要求，在 控制逻辑中增加以环境温度T、空气露点Td、燃料气温度Tfuel、燃料气低位热值LHV和比 重Sg等为参变量的综合参数F_A，我们称其为燃料空气系数(原创)，定义如下：
该参数反应了燃料空气的占比关系(根据实际影响效果得出)，在燃料成分及温度不变 时：夏季工况(环境温度、湿度较高)下该参数值较大，所需的燃料量FSR越小，需要往图3中的夏季边界参数靠近；而冬季工况(环境温度、湿度较低)下该参数值较小，所需 的燃料量FSR越大，需要往图3中的冬季边界参数靠近。而在相同的环境温度、湿度工况 下，燃料气热值越高，参数F_A越大，燃料量FSR需要往夏季边界曲线靠近，反之则需要 往冬季边界曲线靠近。
3)将上述两条燃料量下限值曲线输入控制系统，并对控制系统的逻辑进行优化，利用 控制逻辑中已有的环境温度、露点、燃料气温度等参数计算出F_A值，根据F_A值的变化， 控制系统将给出适当的燃料量FSR下限值，使得机组升速过程中燃料量与空气合理配比， 确保稳定燃烧。
本实施例的控制策略已在申请人公司8号燃气蒸汽联合循环机组的控制系统中得以实 现，具体的实施方式如下：
1)参见图4，在控制系统逻辑中增加相关控制模块(共18个，图中有部分省略)；
2)在各模块中设置对应参数：CAD图中Mod2和Mod3分别对应上述图2中Y轴的冬季和夏季边界11点参数；Mod4中F_A_l和F_A_h为极端天气和燃料变工况下F_A参数的上 下限取值，以环境温度达-5℃、露点-5℃和环境温度达40℃、露点40℃两个极端工况为边 界，分别取值为8.3和155；Mod17对应上述图2中X轴的11点参数。
通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制方法，其特征在于：步骤如下：
1)在冬季和夏季工况下各找出能保证燃烧稳定性的两套边界参数，该两套边界参数能分别适应两个极端天气下燃料成分变化影响；
2)使燃烧参数在冬夏季工况及不同燃料成分时能自动适应燃烧稳定性要求，在控制逻辑中增加以环境温度T、空气露点Td、燃料气温度Tfuel、燃料气低位热值LHV和比重Sg为参变量的综合参数F_A，即燃料空气系数，定义如下：
3)将两套边界参数的燃料量下限值输入控制系统，并对控制系统的逻辑进行优化，利用控制逻辑中已有的环境温度T、空气露点Td、燃料气温度Tfuel、燃料气低位热值LHV和比重Sg，计算出F_A值，根据F_A值的变化，控制系统将给出适当的燃料量FSR下限值，使得机组升速过程中燃料量与空气合理配比，确保稳定燃烧。
2.根据权利要求1所述的采用LVE方案DLN2.6+燃烧系统燃机启动阶段燃烧稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，在燃料成分及温度不变时：夏季工况下该参数值较大，所需的燃料量FSR越小；冬季工况下该参数值较小，所需的燃料量FSR越大；在相同的环境温度、湿度工况下，燃料气热值越高，参数F_A越大；即F_A参数越大，所需燃料量FSR越小；F_A参数越小，所需燃料量FSR越大。
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