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        西門子重型燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度控制策略解析

        2018-12-19 05:54:16張立穎吳尚澤周長德
        東北電力技術(shù) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:燃機(jī)壓氣機(jī)設(shè)定值

        許 淼,張立穎,吳尚澤,周長德

        (1.遼寧東科電力有限公司,遼寧 沈陽 110179;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006)

        孟加拉國古拉紹電廠7號機(jī)組燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)365 MW工程采用多軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,其中包括1臺燃?xì)廨啓C(jī),1臺余熱鍋爐,1臺蒸汽輪機(jī)。燃機(jī)既可單循環(huán)運(yùn)行,也可聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行。燃機(jī)主燃料是天然氣,備用燃料是輕柴油,采用西門子SGT5-4000F型重型燃?xì)廨啓C(jī),余熱鍋爐由韓國斗山(DOOSAN)鍋爐廠生產(chǎn),蒸汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LN126.9-11.11/565/565型(合缸)三壓、一次中間再熱、雙缸雙排汽、雙抽凝汽式聯(lián)合循環(huán)用汽輪機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)操作所需的控制、監(jiān)控、保護(hù)、診斷和報(bào)警功能由過程控制系統(tǒng)SPPA-T3000提供。

        1 燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度控制

        受制造工藝及高溫限制,燃燒室內(nèi)的溫度不能直接被測量,所以要通過修正后的排氣溫度(OTC)來間接控制燃燒室內(nèi)溫度。燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度控制是燃?xì)廨啓C(jī)自動控制系統(tǒng)的核心部分,由OTC控制器和進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉(IGV)控制器兩部分組成,OTC控制器調(diào)節(jié)燃料量,IGV控制器調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣流量[1]。

        OTC控制器和IGV控制器的控制目標(biāo)都是修正后排氣溫度,IGV控制器是在IGV未全關(guān)且未全開時(shí)起作用,通過調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣量來控制排氣溫度。而OTC控制器是在IGV全關(guān)或全開時(shí)起作用,用于限制額定負(fù)荷下排氣溫度不超溫[2]。

        2 控制策略解析

        2.1 OTC補(bǔ)償

        由于壓氣機(jī)入口溫度、燃機(jī)轉(zhuǎn)速和大氣環(huán)境露點(diǎn)溫度等因素會影響燃機(jī)透平的膨脹比,所以在控制透平出口排氣溫度時(shí),必須考慮這些因素,需要對透平排氣出口的24個(gè)雙支熱電偶測得的平均溫度值進(jìn)行修正補(bǔ)償,平均溫度值加上溫度補(bǔ)償值(TC)就是修正補(bǔ)償后的排氣溫度,即OTC控制器和IGV控制器的過程值(PV)。溫度補(bǔ)償值計(jì)算公式見式(1)—(10)。

        (1)

        (2)

        S1=T×(-0.288)+T2×(-0.005 88)

        (3)

        S2=T2×Z0×(-0.058 5)+Z0×(-103)

        (4)

        (5)

        S4=T3×(-0.000 087)

        (6)

        S5=T×Z0×(-4.16)

        (7)

        S6=(T+10)3×0.000 11

        (8)

        S7=S0×(T+10)2×Z0×0.037 9

        (9)

        TC=S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7

        (10)

        式中:Z0,S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7為中間變量;Z為燃機(jī)轉(zhuǎn)速;T為壓氣機(jī)入口溫度;T0為大氣環(huán)境露點(diǎn)溫度;TC為溫度補(bǔ)償值。

        2.2 排氣溫度控制策略

        2.2.1 排氣溫度設(shè)定值

        排氣溫度設(shè)定值控制邏輯簡圖如圖1所示。

        由圖1可知,排氣溫度設(shè)定值分為排氣溫度OTC設(shè)定值和排氣溫度IGV設(shè)定值兩部分,當(dāng)IGV全開或全關(guān)時(shí),2個(gè)回路的設(shè)定值相同;當(dāng)IGV在中間開度時(shí),排氣溫度OTC設(shè)定值會加上一個(gè)10 ℃的偏置值,避免2個(gè)回路在調(diào)節(jié)排氣溫度時(shí)相互干擾。設(shè)定值回路都經(jīng)過了最大值和最小值的限制,最大值為642 ℃加上溫度補(bǔ)償值,而最小值的限制回路與協(xié)調(diào)投入相關(guān),若協(xié)調(diào)設(shè)定的最高溫度比較低時(shí),此回路會在燃機(jī)未到滿負(fù)荷的情況下提前被激活,從而影響燃機(jī)效率和負(fù)荷,所以協(xié)調(diào)設(shè)定的最高溫度通常應(yīng)該設(shè)定高一些,盡量不能讓此回路提前被激活[3]。

        排氣溫度的設(shè)定值受相對負(fù)荷、壓氣機(jī)入口溫度修正和HCO(液壓間隙優(yōu)化)修正3個(gè)主要因素影響。

        圖1 排氣溫度設(shè)定值控制邏輯簡圖

        壓氣機(jī)入口溫度修正的作用是避免環(huán)境溫度低時(shí)燃機(jī)的NOx排放量增加,所以在環(huán)境溫度低時(shí)提高排氣溫度的設(shè)定值。HCO修正是在HCO投入時(shí)燃機(jī)的排氣溫度會增加,所以在HCO投入時(shí)降低排氣溫度的設(shè)定值。

        2.2.2 IGV控制器

        IGV控制器邏輯簡圖如圖2所示。

        圖2中,切換條件1為頻率大于47 Hz且防喘放氣閥全關(guān)。

        圖2 IGV控制器邏輯簡圖

        切換條件2為燃機(jī)跳閘30 s脈沖或切換條件1的10 s脈沖。

        由圖2可知,IGV控制器分為兩部分,一是頻率小于47 Hz時(shí),由轉(zhuǎn)速的函數(shù)曲線開環(huán)控制;二是頻率大于47 Hz時(shí),由IGV溫度控制器控制,當(dāng)燃機(jī)未在OTC控制模式時(shí),IGV溫度控制器由YMIN(燃料量控制指令)修正值作為前饋和排氣溫度的PID輸出值組成。YMIN的修正值是經(jīng)過壓氣機(jī)入口壓力、壓氣機(jī)入口溫度和燃機(jī)轉(zhuǎn)速修正后的值。當(dāng)燃機(jī)切換到OTC控制模式時(shí),IGV控制器的前饋值保持當(dāng)前值。YMIN修正值計(jì)算公式見式(11)。

        (11)

        式中:P為壓氣機(jī)入口壓力;T為壓氣機(jī)入口溫度;ZS為燃機(jī)轉(zhuǎn)速;MAX(a,b)為a、b中取大值。

        圖3 OTC控制器邏輯簡圖

        2.2.3 OTC控制器

        當(dāng)排氣溫度達(dá)到溫控值時(shí),燃機(jī)的控制模式會切換至OTC模式,這時(shí)燃機(jī)控制對象為排氣溫度,避免燃機(jī)超溫。OTC控制為修正后排氣溫度的閉環(huán)控制,邏輯簡圖如圖3所示。

        圖3中,切換條件1是燃機(jī)并網(wǎng)協(xié)調(diào)投入且IGV閥在最小開度,在燃機(jī)—汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)冷態(tài)啟動,余熱鍋爐和汽輪機(jī)升溫升壓時(shí),為保證鍋爐壓力、溫度在制造廠允許范圍內(nèi),控制溫升曲線、排氣溫度的設(shè)定值,協(xié)調(diào)給出溫度設(shè)定值。由于該設(shè)定值較低,小選功能塊作用下此回路被激活,從而限制了燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度[4-5]。

        3 結(jié)束語

        通過對西門子SGT5-4000F型燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度控制策略解析,對此類型機(jī)組的進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù),為相關(guān)人員對控制邏輯的理解和判斷事故原因提供參考。

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