採用LVE方案DLN2.6+燃燒系統燃機啟動階段燃燒穩定性控制方法與流程
2023-11-01 13:01:02
本發明涉及一種控制方法，尤其是涉及一種採用lve方案dln2.6+燃燒系統燃機啟動階段燃燒穩定性控制方法，它主要用於提高採用低可見排放技術(lve)dln2.6+燃燒系統的燃機在啟動階段對於不同天氣、不同燃料等工況下燃燒的穩定性，它屬於燃機燃燒控制領域。
背景技術：
燃氣輪機正常運行時的nox排放極低，但是在啟動階段燃燒進入預混模式前，為最大限度保證燃燒的穩定性擴散燃燒通道處於工作狀態，這一階段nox排放還是處於相對比較高的水平，且nox中no2的比例相對較高，最高可超過100mg/m3，因此通常可以看到在機組啟動過程中煙囪冒黃煙的現象，此階段時間通常在1-3小時。
為了消除啟動過程中的黃煙現象，減少汙染物排放，該申請人借鑑dln2.6燃燒技術，在採用dln2.6+燃燒器的9fa燃氣輪機上實現了啟動階段的lve(lowvisibleemission)優化改造，其原理主要是將啟動階段的擴散燃燒模式時間縮短，提前進入預混燃燒模式，具體方法為燃機點火時採用擴散燃燒，點著火暖機(1-3分鐘)結束後立即切換為預混模式，該方案實施後大大降低了汙染物的排放。但啟動階段特別是機組升速過程中預混模式下穩定燃燒的區間非常窄(見圖1)，擴散燃燒的提前退出對於燃燒的穩定性就產生了一定的影響，特別是在環境溫度和天然氣成分變化較大時，容易產生熄火的現象。對於該問題進行了多次優化，但是熄火問題仍時有發生，據統計2014年11月lve改造後至2016年3月期間，機組啟動近50次，出現12次不同程度的熄火現象。其原因是啟動階段進入預混燃燒後燃料量和各級燃料的配比採用的是固定不變的參數，在外部環境發生變化時，無法進行自適應調整。
通過研究表明，燃氣輪機燃空比過高(超出圖1中上部的區域)將導致富燃料熄火，燃空比過低(圖1中下部的區域)將導致貧燃料熄火，而啟動升速過程中在50％額定轉速附近，兩條邊界線最窄，容易進入熄火邊界，冬夏季氣溫變化對於燃空比的影響較大，若採用固定不變的燃料參數，燃氣輪機升速至50％左右時就及容易熄火導致啟動失敗。
公開日為2015年12月02日，公開號為103162309b的中國專利中，公開了一種名稱為「一種智能燃燒系統的控制方法」的發明專利。該專利採集骨料進料溫度信息、採集尾氣溫度及co含量信息、採集骨料出料溫度信息和採集燃燒火焰圖像信息，採集到的信息返回中央處理器，與燃燒器設定參數進行對比運算，並根據運算結果來控制燃燒器的供油量、供風量及霧化油壓，在控制過程中如有異常信息或機械故障信息，則通過報警裝置輸出報警信息。雖然該專利可保證火焰燃燒充分並控制骨料出料溫度穩定可靠，從而保證燃燒熱量不浪費；但是在環境溫度和天然氣成分變化較大時，燃燒的穩定性就產生了一定的影響，不能很好的控制，故其還是存在上述缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種在不增加設備投入的情況下，採用合理的控制，在環境溫度或燃料成分發生變化時自動改變燃燒參數，使該型燃機在啟動階段能適應各種不同工況，確保燃燒穩定性的採用lve方案dln2.6+燃燒系統燃機啟動階段燃燒穩定性控制方法。
本發明解決上述問題所採用的技術方案是：該採用lve方案dln2.6+燃燒系統燃機啟動階段燃燒穩定性控制方法，其特徵在於：步驟如下：
1)在冬季和夏季工況下各找出能保證燃燒穩定性的兩套邊界參數，該兩套邊界參數能分別適應兩個極端天氣下燃料成分變化影響；
2)使燃燒參數在冬夏季工況及不同燃料成分時能自動適應燃燒穩定性要求，在控制邏輯中增加以環境溫度t、空氣露點td、燃料氣溫度tfuel、燃料氣低位熱值lhv和比重sg為參變量的綜合參數f_a，即燃料空氣係數，定義如下：
3)將上述兩條燃料量下限值曲線輸入控制系統，並對控制系統的邏輯進行優化，利用控制邏輯中已有的環境溫度t、空氣露點td、燃料氣溫度tfuel、燃料氣低位熱值lhv和比重sg，計算出f_a值，根據f_a值的變化，控制系統將給出適當的燃料量fsr下限值，使得機組升速過程中燃料量與空氣合理配比，確保穩定燃燒。
作為優選，本發明所述步驟2)中，在燃料成分及溫度不變時：夏季工況下該參數值較大，所需的燃料量fsr越小；冬季工況下該參數值較小，所需的燃料量fsr越大；在相同的環境溫度、溼度工況下，燃料氣熱值越高，參數f_a越大。
本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果：1、試驗得出冬夏季兩套燃料量fsr下限參數，能分別適應冬季(環境溫度達-5℃、露點-5℃)和夏季(環境溫度達40℃、露點40℃)極端工況，該參數適用於採用dln2.6+燃燒系統的燃氣輪機，具有普遍性；2、獨創的燃料空氣係數f_a綜合了環境和燃料成分變化等因素，為不同環境、燃料工況時燃料量fsr下限值的自適應變化提供了可靠的依據，改變了以往冬季和夏季需要人工調整參數值，很多時候甚至出現熄火故障後才進行參數調整的被動局面，大大更高了機組運行的安全性。2016年3月以來已經過了極寒和炎熱天氣的啟動工況共計超過150次，無一次熄火現象；3、燃料量fsr下限值自適應變化後，總體水平相較廠家最初給定參數提高2-3％，而啟動升速時間從原來的470s下降至350s，啟動階段的燃料量節省約15％，同時啟動電耗降低20％，年節約成本在50萬元以上(按年啟動150次計算)。
附圖說明
圖1是機組升速過程燃燒邊界示意圖。
圖2是機組升速過程燃料邊界參數表。
圖3是機組升速過程燃料邊界參數曲線示意圖。
圖4是本實施例lve改造後燃料量fsr下限值優化控制策略示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖並通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明並不局限於以下實施例。
實施例。
參見圖1至圖4，本實施例型燃氣輪機控制系統中用fsr代表燃料量(0％-100％)，tnh代表機組額定轉速的百分比(0％-100％對應0-3000r/min)，fskminnu_su為啟動升速階段對應轉速的11點數組，fskminu為對應於fskminnu_su的11個轉速點的fsr下限值數組。
本實施例採用lve方案dln2.6+燃燒系統燃機啟動階段燃燒穩定性控制方法，步驟如下：
1)因環境溫度變化對燃機啟動階段燃燒穩定性的影響尤為明顯，因此在冬季和夏季工況下各找出能保證燃燒穩定性的兩套邊界參數，這兩套邊界參數能分別適應兩個極端天氣下燃料成分變化影響，經過2015年至2016年3月份的試驗已確定了兩套參數值，分別如圖1及其對應曲線圖2所示。
2)為了能使燃燒參數在冬夏季工況及不同燃料成分時能自動適應燃燒穩定性要求，在控制邏輯中增加以環境溫度t、空氣露點td、燃料氣溫度tfuel、燃料氣低位熱值lhv和比重sg等為參變量的綜合參數f_a，我們稱其為燃料空氣係數(原創)，定義如下：
該參數反應了燃料空氣的佔比關係(根據實際影響效果得出)，在燃料成分及溫度不變時：夏季工況(環境溫度、溼度較高)下該參數值較大，所需的燃料量fsr越小，需要往圖3中的夏季邊界參數靠近；而冬季工況(環境溫度、溼度較低)下該參數值較小，所需的燃料量fsr越大，需要往圖3中的冬季邊界參數靠近。而在相同的環境溫度、溼度工況下，燃料氣熱值越高，參數f_a越大，燃料量fsr需要往夏季邊界曲線靠近，反之則需要往冬季邊界曲線靠近。
3)將上述兩條燃料量下限值曲線輸入控制系統，並對控制系統的邏輯進行優化，利用控制邏輯中已有的環境溫度、露點、燃料氣溫度等參數計算出f_a值，根據f_a值的變化，控制系統將給出適當的燃料量fsr下限值，使得機組升速過程中燃料量與空氣合理配比，確保穩定燃燒。
本實施例的控制策略已在申請人公司8號燃氣蒸汽聯合循環機組的控制系統中得以實現，具體的實施方式如下：
1)參見圖4，在控制系統邏輯中增加相關控制模塊(共18個，圖中有部分省略)；
2)在各模塊中設置對應參數：cad圖中mod2和mod3分別對應上述圖2中y軸的冬季和夏季邊界11點參數；mod4中f_a_l和f_a_h為極端天氣和燃料變工況下f_a參數的上下限取值，以環境溫度達-5℃、露點-5℃和環境溫度達40℃、露點40℃兩個極端工況為邊界，分別取值為8.3和155；mod17對應上述圖2中x軸的11點參數。
通過上述闡述，本領域的技術人員已能實施。
此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內容僅僅是對本發明結構所作的舉例說明。凡依據本發明專利構思所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或者簡單變化，均包括於本發明專利的保護範圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書所定義的範圍，均應屬於本發明的保護範圍。