熊 超， 王 勇， 曹偉平， 肖艷藏， 貢文明， 宋順利

(1. 國(guó)電南京自動(dòng)化股份公司， 南京 210032；2. 江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

GE公司9FA型燃?xì)廨啓C(jī)是我國(guó)最早引進(jìn)的9F燃?xì)廨啓C(jī)，早期壓氣機(jī)、燃燒器設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致電廠燃?xì)廨啓C(jī)問(wèn)題多發(fā)[1]，后期經(jīng)過(guò)升級(jí)后逐漸穩(wěn)定。2012年中國(guó)首次引進(jìn)9FB型燃?xì)廨啓C(jī)，該型燃?xì)廨啓C(jī)采用先進(jìn)熱通道、DLN2.6+燃燒器，機(jī)組效率、出力更高，穩(wěn)定性好，電廠反響較好。本文以兩個(gè)電廠正在運(yùn)行的9FA與9FB機(jī)組為基礎(chǔ)，從控制角度分析比較9FA、9FB型燃?xì)廨啓C(jī)。需要注意的是國(guó)內(nèi)大多數(shù)9FA燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造，采用了9FB燃?xì)廨啓C(jī)的部分技術(shù)。

1 技術(shù)概述

本文介紹的機(jī)型主要技術(shù)參數(shù)如下。9FA型機(jī)組：透平入口溫度1 327 ℃，聯(lián)合循環(huán)最大功率390 MW，采用DLN2.0+燃燒器。9FB型機(jī)組：透平入口溫度1 371 ℃，聯(lián)合循環(huán)最大功率450 MW，采用標(biāo)準(zhǔn)DLN2.6+燃燒器。9FA采用傳統(tǒng)基于時(shí)序邏輯控制(SBC)算法。9FB采用基于模型控制(MBC)算法，相較于9FA，這種控制方式可以實(shí)現(xiàn)在線、實(shí)時(shí)地自適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)仿真。9FB引入直接邊界控制，從而可以對(duì)環(huán)境條件、燃?xì)廨啓C(jī)老化、燃料等變化進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)調(diào)整。9FB具體控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括三塊模型：自適應(yīng)實(shí)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型、自動(dòng)燃燒調(diào)整模型、燃?xì)廨啓C(jī)邊界控制模型。

圖1 9FB燃?xì)廨啓C(jī)控制結(jié)構(gòu)圖

1.1 自適應(yīng)實(shí)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型

此模型是高保真模型，可實(shí)時(shí)連續(xù)調(diào)諧，以匹配燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際的性能。該模型由燃?xì)廨啓C(jī)性能模型推導(dǎo)而出。利用燃?xì)廨啓C(jī)測(cè)量參數(shù)推導(dǎo)出一些無(wú)法測(cè)量的虛擬循環(huán)參數(shù)(比如燃燒溫度TFIRE、燃燒基準(zhǔn)溫度CA_CRT)，這些參數(shù)直接用于控制回路。此外，隨著燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)部件性能發(fā)生老化，ARES可實(shí)時(shí)調(diào)整模型，確保模型的準(zhǔn)確性。此處要說(shuō)明9FB燃?xì)廨啓C(jī)燃燒基準(zhǔn)溫度采用的是CA_CRT，是基于以ARES模型推算出的，較9FA燃?xì)廨啓C(jī)采用經(jīng)驗(yàn)擬合出的燃燒基準(zhǔn)溫度TTRF更加精準(zhǔn)。

1.2 自動(dòng)燃燒調(diào)整模型

9FB安裝有自動(dòng)燃燒調(diào)整系統(tǒng)，主要包括了4個(gè)模型，分別計(jì)算了燃燒調(diào)整的4要素，燃燒脈動(dòng)、NOx排放、CO排放、燃燒穩(wěn)定性裕度。

1) 脈動(dòng)模型：脈動(dòng)模型根據(jù)測(cè)量參數(shù)計(jì)算燃燒脈動(dòng)，同時(shí)用脈動(dòng)測(cè)量(CDM)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整脈動(dòng)模型，當(dāng)CDM 系統(tǒng)發(fā)生傳感器故障時(shí)，可以繼續(xù)利用模型計(jì)算的脈動(dòng)進(jìn)行燃燒調(diào)整。

2) 排放模型：排放模型通過(guò)相關(guān)測(cè)量值和實(shí)際反應(yīng)的物理特性計(jì)算出理論排放的NOx和CO。

3) 燃料系統(tǒng)模型和乏氣熄火裕度模型：這兩個(gè)模型互相作用，從燃料噴嘴流量和燃燒穩(wěn)定性兩個(gè)方面來(lái)防止燃?xì)廨啓C(jī)突然熄火。

1.3 燃?xì)廨啓C(jī)邊界控制模型

邊界控制模型是基于物理邊界的模型，利用測(cè)量參數(shù)推導(dǎo)出機(jī)組運(yùn)行的邊界裕度，可以定義任何時(shí)間點(diǎn)的操作邊界條件。不管環(huán)境條件、負(fù)載、燃料特性或部件惡化，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)盡可能接近邊界運(yùn)行，可以提高燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)性能。9FB燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行邊界包括以下9個(gè)邊界限制：1)排氣溫度限制，限制FSR和IGV開(kāi)度；2)氮氧化合物NOx排放限制，限制燃料閥開(kāi)度；3)最大、最小燃燒溫度TFIRE限制，限制FSR和IGV開(kāi)度；4)燃燒基準(zhǔn)溫度CA_CRT限制，限制IGV、IBH、W9(9級(jí)抽氣冷卻閥)、W13(13級(jí)抽氣冷卻閥)；5) 燃料閥壓比VPR限制，限制燃料閥開(kāi)度；6) 防止壓氣機(jī)入口結(jié)冰，限制IBH開(kāi)度；7)燃料閥燃燒穩(wěn)定性限制，限制燃料閥開(kāi)度；8)最大脈動(dòng)限制，限制燃料閥開(kāi)度；9)冷卻抽氣流量裕度限制，限制W9(9級(jí)抽氣冷卻閥)、W13(13級(jí)抽氣冷卻閥)開(kāi)度。

2 主要控制對(duì)比分析

2.1 可變進(jìn)口導(dǎo)葉(IGV)系統(tǒng)控制

圖2 9FA的IGV溫度控制基準(zhǔn)圖

9FB的IGV控制相對(duì)9FA復(fù)雜不少，9FB增加了空燃協(xié)調(diào)控制(CAF)，保證到燃燒室的空氣-燃料混合物在一個(gè)可控范圍內(nèi)。使用該控制可以使IGV快速響應(yīng)FSR的變化，而不是像9FA那樣等到排氣溫度變化之后才開(kāi)始介入控制，具體邏輯如圖3所示。CSRGVSS0是根據(jù)空燃協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)得出的燃料FSR對(duì)應(yīng)的IGV開(kāi)度，CSRGV是IGV最終控制指令，IGV_CAF_H、IGV_CAF_L就是空燃協(xié)調(diào)控制的IGV高、低限制值。機(jī)組帶負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行期間，IGV_CAF_H、IGV_CAF_L不會(huì)限制IGV開(kāi)度。當(dāng)遇特殊工況，F(xiàn)SR快速變化時(shí)，對(duì)應(yīng)CSRGVSS0也會(huì)快速變化，IGV_CAF_H、IGV_CAF_L會(huì)瞬間介入IGV的控制，使IGV快速達(dá)到CSRGVSSO要求開(kāi)度。

圖3 空燃協(xié)調(diào)控制邏輯圖

圖4 9FB機(jī)型IGV控制圖

2.2 進(jìn)氣加熱(IBH)系統(tǒng)控制

9FA型機(jī)組進(jìn)氣加熱系統(tǒng)具體計(jì)算公式如式(1)：

CRISHOUT=max(CSRDLN,CSRPRX)

(1)

式中:CRISHOUT是IBH指令輸出；CSRPRX是IBH壓比極限控制基準(zhǔn)；CSRDLN是擴(kuò)展預(yù)混DLN燃燒基準(zhǔn)。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程是隨著負(fù)荷增加，IGV開(kāi)度增加，IBH開(kāi)度逐漸減小最終全關(guān)。

9FB機(jī)組的IBH運(yùn)行過(guò)程與9FA一樣，但是控制方式有差別。具體公式如式(2)：

CRISHOUT=max(min(IBH_CRT,IBH_TDBD),IBH_OLL,IBH_ICE)

(2)

式中:CRISHOUT是IBH指令輸出；IBH_CRT是最小燃燒基準(zhǔn)溫度控制輸出，是根據(jù)邊界模型給出的最小目標(biāo)燃燒基準(zhǔn)溫度CRT進(jìn)行PI運(yùn)算得出的值；IBH_TDBD是配合IGV溫匹控制的IBH輸出，默認(rèn)不參與控制，當(dāng)投入溫匹控制的時(shí)候，一旦IGV開(kāi)度大于58°，IBH_TDBD變成0，并且只有退出溫匹才能恢復(fù)；IBH_OLL是壓比極限IBH輸出，用于壓比保護(hù)；IBH_ICE是防結(jié)冰IBH輸出，目標(biāo)值是邊界模型根據(jù)壓氣機(jī)進(jìn)氣蝸殼溫度和IGV開(kāi)度推算得出。

IBH一個(gè)重要功能是拓展DLN的預(yù)混下限，9FA是根據(jù)與IGV開(kāi)度的線性函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)IGV開(kāi)到一定角度時(shí)，IBH開(kāi)始跟隨IGV打開(kāi)，從而通過(guò)提高透平排氣溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)提高燃燒基準(zhǔn)溫度。9FB則通過(guò)IBH_CRT直接控制燃燒基準(zhǔn)溫度CA_CRT，控制上更加精準(zhǔn)。

2.3 燃燒模式控制及清吹系統(tǒng)控制

燃燒模式控制是燃?xì)廨啓C(jī)控制的核心部分，清吹系統(tǒng)則是保證燃燒器安全運(yùn)行的重要部分。

9FA機(jī)組采用的是DLN2.0+燃燒器，每個(gè)燃燒器有5只燃料噴嘴，每只噴嘴各有一個(gè)擴(kuò)散燃料通道(D5)和一個(gè)預(yù)混燃料通道(PM1或PM4)，D5和PM4各配有空氣側(cè)、燃?xì)鈧?cè)兩個(gè)清吹閥和中間的通風(fēng)閥，PM1無(wú)清吹閥，具體噴嘴圖如圖5(a)所示。DLN2.0+燃燒切換是以經(jīng)驗(yàn)公式擬合出的燃燒基準(zhǔn)溫度TTRF作為切換基準(zhǔn)。DLN2.0+燃燒模式切換如圖6(a)所示，切換過(guò)程如下：

1) 9FA點(diǎn)火時(shí)是擴(kuò)散模式(D5模式)，D5燃料占總?cè)剂螰SR比為100%，按照10 %/s變化。默認(rèn)PM4清吹打開(kāi)。

2) 當(dāng)經(jīng)驗(yàn)公式擬合出的燃燒基準(zhǔn)溫度>426.7 ℃，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速大概到95%，切換成亞先導(dǎo)預(yù)混模式(SPPM模式)，此模式下D5通道占大概70%的FSR，PM1打開(kāi)，占30%的FSR。

3) 當(dāng)經(jīng)驗(yàn)公式擬合出的燃燒基準(zhǔn)溫度>954 ℃，燃?xì)廨啓C(jī)大概帶10%負(fù)荷，切換成先導(dǎo)預(yù)混模式(PPM模式)，PM4清吹關(guān)閉，PM4通道打開(kāi)。

4) 當(dāng)經(jīng)驗(yàn)公式擬合出的燃燒基準(zhǔn)溫度>1 232 ℃，燃?xì)廨啓C(jī)大概帶50%負(fù)荷，切換成預(yù)混模式(PM模式)，此模式下D5通道關(guān)到0后，D5通道開(kāi)始清吹，PM1占比15%的FSR，PM4占85%的FSR。

5) 預(yù)混模式下甩負(fù)荷，進(jìn)入PM1模式，所有FSR集中在PM1，且動(dòng)作過(guò)程無(wú)速率限制，此過(guò)程延續(xù)15 s。15 s后，D5關(guān)閉清吹，PM4開(kāi)啟清吹，進(jìn)入亞先導(dǎo)預(yù)混模式。

6) 先導(dǎo)預(yù)混模式下甩負(fù)荷，直接進(jìn)入亞先導(dǎo)預(yù)混模式。

圖5 DLN2.0+和DLN2.6+燃燒器噴嘴示意圖

DLN2.0+清吹系統(tǒng)控制比較復(fù)雜，文獻(xiàn)[2]對(duì)此解析非常完整，本文由于篇幅不再敘述。模式切換對(duì)清吹閥開(kāi)關(guān)時(shí)間有嚴(yán)格要求，表1是DLN2.0+清吹閥開(kāi)關(guān)要求時(shí)間表。在實(shí)際機(jī)組運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)榍宕甸y問(wèn)題造成切換預(yù)混模式失敗，甚至跳機(jī)。

(a) DLN2.0+燃燒模式切換

表1 DLN2.0+清吹閥開(kāi)關(guān)要求時(shí)間

9FB機(jī)組采用的是標(biāo)準(zhǔn)DLN2.6+燃燒器，每個(gè)燃燒器有6只燃料噴嘴，PM1噴嘴是全預(yù)混燃料通道，其他每只噴嘴各有一個(gè)擴(kuò)散燃料通道(D5)和一個(gè)預(yù)混燃料通道(PM2或PM3)，D5、PM2、PM3各配有空氣側(cè)、燃?xì)鈧?cè)兩個(gè)清吹閥和中間的通風(fēng)閥，PM1無(wú)清吹閥，具體噴嘴圖如圖5(b)所示。DLN2.6+燃燒切換是以ARES模型推算出的CA_CRT作為燃燒基準(zhǔn)。根據(jù)文獻(xiàn)[3]描述，利用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式擬合出的燃燒基準(zhǔn)TTRF存在誤差大的缺陷。DLN2.6+燃燒模式切換如圖6(b)所示，切換過(guò)程如下：

1) 機(jī)組點(diǎn)火時(shí)是擴(kuò)散模式(D5模式)，只有D5參與燃燒，D5是擴(kuò)散燃燒方式，沒(méi)有預(yù)混，但是能保證燃燒的穩(wěn)定性。

2) 當(dāng)轉(zhuǎn)速到95%左右，燃燒基準(zhǔn)溫度CA_CRT>3.57%時(shí)，進(jìn)入亞先導(dǎo)預(yù)混模式(1D),PM1打開(kāi)，此時(shí)PM3和PM2清吹閥打開(kāi)開(kāi)始清吹。

3) 當(dāng)繼續(xù)加負(fù)荷到大概10%，CA_CRT>63.21%,進(jìn)入亞預(yù)混模式(3模式)，PM2關(guān)閉清吹，開(kāi)始打開(kāi)進(jìn)入燃燒，D5關(guān)閉，D5打開(kāi)清吹。

4) 當(dāng)繼續(xù)加負(fù)荷到大概25%，CA_CRT>71%,進(jìn)入了預(yù)混C模式(6.2模式)，PM3關(guān)閉清吹后打開(kāi)參與燃燒，此時(shí)PM2的燃料量要大于PM3的燃料量，機(jī)組NOx排放還沒(méi)達(dá)到DLN2.6+能達(dá)到的最低值。

5) 繼續(xù)加負(fù)荷到大概40%，CA_CRT>86.7%,進(jìn)入預(yù)混B模式(6.3模式)，此時(shí)依舊是PM1、PM3、PM2參與燃燒，但是PM3的燃料比例要高于PM2，此時(shí)NOx排放可達(dá)DLN2.6+最低水平。

6) 當(dāng)在亞先導(dǎo)預(yù)混模式(1D模式)下向亞預(yù)混模式(3模式)切換時(shí)，因?yàn)楣收?比如D5清吹閥故障)，D5沒(méi)有切除燃料，依然參與燃燒。當(dāng)繼續(xù)增加負(fù)荷到CA_CRT>64.8%時(shí)，機(jī)組進(jìn)入先導(dǎo)預(yù)混模式(3D模式),PM2開(kāi)始打開(kāi)參與燃燒。繼續(xù)增加負(fù)荷到CA_CRT>92.6%時(shí)，機(jī)組進(jìn)入擴(kuò)展先導(dǎo)預(yù)混模式(6D模式),PM3開(kāi)始打開(kāi)參與燃燒。這是一個(gè)故障的模式，非常類(lèi)似于DLN1.0的L-L模式，此模式下排放高，損害燃燒器壽命。

7) 當(dāng)在預(yù)混模式(預(yù)混C模式或預(yù)混B模式)下甩負(fù)荷時(shí)，60%的FSR燃料量全部集中于PM1,此過(guò)程維持15 s，15 s后，進(jìn)入亞先導(dǎo)預(yù)混模式(1D模式)。

8) 當(dāng)在故障模式先導(dǎo)預(yù)混模式(3D模式)或擴(kuò)展先導(dǎo)預(yù)混模式(6D模式)下甩負(fù)荷則直接進(jìn)入亞先導(dǎo)預(yù)混模式(1D模式)。

9FB燃?xì)廨啓C(jī)清吹閥組控制設(shè)有擴(kuò)散測(cè)試投入按鈕、預(yù)混測(cè)試投入按鈕和取消按鈕。每次燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)之前，必須做清吹系統(tǒng)測(cè)試，測(cè)試通過(guò)后，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)條件才滿足。點(diǎn)擊投入按鈕依次使D5、PM3和PM2空氣側(cè)吹掃閥和燃?xì)鈧?cè)吹掃閥得電，并對(duì)吹掃閥開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行判斷。如果滿足要求則通過(guò)，不滿足要求則要求檢修人員調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)時(shí)間，直到滿足要求才能準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)。9FA燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)此項(xiàng)功能，每次開(kāi)機(jī)都需手動(dòng)檢修并做相關(guān)實(shí)驗(yàn)。表2是DLN2.6+清吹閥開(kāi)關(guān)要求時(shí)間表。

DLN2.6+清吹系統(tǒng)保護(hù)主要可以分為兩大類(lèi)：清吹失去(LOP)保護(hù)和隔離失去(LOB)保護(hù)。

清吹失去(LOP)保護(hù)包括以下4條：1) 吹掃指令發(fā)出14 s后，三個(gè)閥間壓力任意兩個(gè)報(bào)低；2) 吹掃條件滿足后，未發(fā)出吹掃指令(燃料閥反饋故障)；3) 吹掃指令發(fā)出后，一個(gè)閥門(mén)關(guān)限位故障且開(kāi)限位故障(關(guān)限位未按規(guī)定時(shí)間脫開(kāi)，開(kāi)限位未按規(guī)定時(shí)間到)；4) 吹掃指令發(fā)出后，任意一個(gè)閥門(mén)關(guān)限位或開(kāi)限位故障且三個(gè)清吹閥間壓力有一個(gè)故障。如發(fā)生以上任意一條清吹失去保護(hù)，則閉鎖進(jìn)入DLN模式切換，閉鎖條件還包括吹掃空氣溫度>399 ℃。

表2 DLN2.6+清吹閥開(kāi)關(guān)要求時(shí)間

隔離失去(LOB)保護(hù)包括以下4條：1) 吹掃關(guān)閉指令發(fā)出后，一個(gè)閥門(mén)開(kāi)限位故障且關(guān)限位故障(開(kāi)限位未按規(guī)定時(shí)間脫開(kāi)，關(guān)限位未按規(guī)定時(shí)間到)；2) 吹掃關(guān)閉指令發(fā)出后，任意一個(gè)閥門(mén)開(kāi)限位或關(guān)限位故障且三個(gè)清吹閥間壓力有一個(gè)故障；3) 吹掃關(guān)閉指令發(fā)出后，空氣側(cè)清吹閥開(kāi)或關(guān)限位開(kāi)關(guān)故障且任意一個(gè)閥間壓力開(kāi)關(guān)故障且燃?xì)鈧?cè)清吹閥開(kāi)或關(guān)限位開(kāi)關(guān)故障；4) 吹掃關(guān)閉指令發(fā)出8 s后，三個(gè)閥間壓力任意兩個(gè)報(bào)高。發(fā)生以上所述隔離失去保護(hù)條件3或4會(huì)觸發(fā)跳機(jī)保護(hù)，隔離失去保護(hù)條件1或2會(huì)觸發(fā)自動(dòng)停機(jī)。自動(dòng)停機(jī)還包括清吹冷卻系統(tǒng)冷卻水水位高于跳機(jī)值。跳機(jī)保護(hù)還包括機(jī)組并網(wǎng)前吹掃空氣溫度>399 ℃。

2.4 抽氣流量冷卻優(yōu)化控制

9FB型機(jī)組通過(guò)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)抽氣流量冷卻優(yōu)化控制，以最優(yōu)的冷卻空氣量對(duì)2級(jí)透平S2N(壓氣機(jī)13級(jí)抽氣冷卻)和3級(jí)透平S3N(壓氣機(jī)9級(jí)抽氣冷卻)冷卻，從而提高機(jī)組效率。本文以冷卻2級(jí)透平S2N的壓氣機(jī)13級(jí)抽氣控制為例展開(kāi)分析。從文獻(xiàn)[4]得知，此優(yōu)化算法模型參數(shù)是基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和金屬部件壽命分析得出。此優(yōu)化控制在機(jī)組并網(wǎng)后自動(dòng)投入，具體控制如圖7所示，共分了7個(gè)控制輸出：

1) 抽氣流量裕度控制:2級(jí)噴嘴腔壓力TS2P_ABS是PI計(jì)算測(cè)量值，設(shè)定是邊界模型給出的常數(shù)，經(jīng)過(guò)PI計(jì)算得出S2N_BFMX。

2) 燃燒基準(zhǔn)溫度控制：燃燒基準(zhǔn)溫度CA_CRT是PI計(jì)算測(cè)量值，設(shè)定是邊界模型給出的燃燒器最低燃燒溫度目標(biāo)值，經(jīng)過(guò)PI計(jì)算得出S2N_CRT。

3) 金屬溫度裕度控制：設(shè)定值是邊界模型根據(jù)轉(zhuǎn)速折算的裕度，測(cè)量值是2級(jí)噴嘴腔壓力TS2P_ABS，經(jīng)過(guò)PI計(jì)算得出金屬溫度裕度控制輸出S2N_BMTX。此控制是為了保護(hù)2級(jí)噴嘴的熱應(yīng)力安全。

4) 壓比極限限制控制：設(shè)定值是常數(shù)偏置值，測(cè)量值是壓比極限與實(shí)際壓比偏差，經(jīng)過(guò)PI計(jì)算得出S2N_OLL。此控制是防止抽氣流量過(guò)大或過(guò)小，導(dǎo)致壓比變化量超過(guò)極限，發(fā)生喘振等危險(xiǎn)。

5) 最大抽氣流量控制：設(shè)定值是設(shè)計(jì)常數(shù)，測(cè)量值是兩側(cè)抽氣流量占總壓氣機(jī)流量的比值，經(jīng)過(guò)PI計(jì)算得出S2N_WMAX。

6) 溫度匹配投入限制控制：當(dāng)投入溫度匹配時(shí)，溫度匹配限制輸出值是最小值48.5，退出溫匹后溫度匹配限制輸出值是100，關(guān)閉邊界限制，溫度匹配限制輸出用S2N_TDBD表示。

7) 抽氣流量邊界限制控制：根據(jù)轉(zhuǎn)速TNH和IGV開(kāi)度折算出抽氣流量邊界限制值S2N_NCBE，在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，此控制起保護(hù)作用，壓比極限限制S2N_OLL和最大抽氣流量控制S2N_WMAX失效。

圖7 抽氣流量冷卻優(yōu)化控制圖

此外，當(dāng)2級(jí)噴嘴腔壓力TS2P_ABS過(guò)低時(shí)，流量閥將強(qiáng)制開(kāi)到100%，同時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)會(huì)自動(dòng)減負(fù)荷保證燃?xì)廨啓C(jī)透平安全。如果發(fā)生單側(cè)抽氣流量閥關(guān)閉，則將一側(cè)的控制開(kāi)度補(bǔ)償?shù)搅硪粋?cè)。

2.5 透平冷卻風(fēng)機(jī)(88BT)控制

相對(duì)于9FA兩臺(tái)88BT控制，9FB采用3臺(tái)88BT，并且使用變頻風(fēng)機(jī)。88BT的作用除了在9FA防止透平間溫度過(guò)高，還有一個(gè)重要作用是在9FB時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)透平缸體溫度的控制。9FB的88BT控制共有5個(gè)模式，包括稀釋模式、透平間排氣溫度控制模式、間隙控制模式、浮力控制模式和冷卻/停機(jī)模式。具體控制圖如圖8所示。

圖8 9FB透平冷卻風(fēng)機(jī)(88BT)控制圖

1) 稀釋模式：當(dāng)SRV開(kāi)度>1%(開(kāi)始進(jìn)天然氣) 或 火焰建立 或 點(diǎn)火開(kāi)始 或 啟動(dòng)開(kāi)始自動(dòng)投入，風(fēng)機(jī)指令自動(dòng)給50%。此模式主要是稀釋透平間的熱空氣或者泄漏的天然氣。

2) 透平間排氣溫度控制模式： 從點(diǎn)火成功到熄火且排氣溫度小于52 ℃并超過(guò)20 min則自動(dòng)投入，此模式是將透平間溫度控制在不高于116 ℃。

3) 間隙控制模式：此模式在進(jìn)入稀釋模式或冷卻模式后自動(dòng)投入，將第1級(jí)透平缸體8只熱電偶的平均值控制在給定目標(biāo)值內(nèi)(由環(huán)境溫度ATID推算出)。間隙控制可以通過(guò)控制缸體膨脹來(lái)減少第1級(jí)動(dòng)靜葉片之間的漏氣量，從而提高機(jī)組效率。9FB型機(jī)組在第1級(jí)透平護(hù)環(huán)處安裝了8個(gè)缸體熱電偶，如圖9所示。

圖9 第1級(jí)透平缸體熱電偶安裝布置圖

4) 浮力控制模式：此模式在進(jìn)入稀釋模式或冷卻模式后自動(dòng)投入，此控制目標(biāo)是將缸體8個(gè)熱電偶對(duì)角的熱電偶溫度差值(熱電偶1與熱電偶5、熱電偶2與熱電偶6、熱電偶3與熱電偶7、熱電偶4與熱電偶8之間的最大差值)控制在55 ℃內(nèi)。此模式主要是防止缸體受熱不均勻，降低缸體橢圓度，嚴(yán)防葉片刮缸。

5) 冷卻/停機(jī)模式：

當(dāng)停機(jī)至熄火后風(fēng)機(jī)仍在運(yùn)行時(shí)且排氣溫度>46 ℃自動(dòng)投入，自動(dòng)給出風(fēng)機(jī)指令為35%。

此外，當(dāng)燃燒基準(zhǔn)CA_CRT>88.63%時(shí)觸發(fā)故障輸出， 將風(fēng)機(jī)指令調(diào)整到67%。當(dāng)3臺(tái)88BT只剩一臺(tái)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)指令將達(dá)到最大100%，防止透平間溫度超溫。當(dāng)透平間排氣溫度>149 ℃時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)將自動(dòng)停機(jī)。

2.6 自動(dòng)燃燒調(diào)整控制

燃燒調(diào)整是燃?xì)廨啓C(jī)檢修服務(wù)中的重點(diǎn)工作之一，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行、污染物排放減少、機(jī)組延壽都有重要意義。9FB型機(jī)組安裝了脈動(dòng)測(cè)量(CDM)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，GE公司開(kāi)發(fā)了自動(dòng)燃燒調(diào)整控制技術(shù)。自動(dòng)燃燒調(diào)整需要在預(yù)混B模式(6.3模式)才能投入，此模式下PM1、PM2、PM3參與控制燃料，自動(dòng)燃燒調(diào)整對(duì)PM1和PM3進(jìn)行調(diào)節(jié)。PM1和PM3控制思路一致，下面以PM1為例進(jìn)行分析，PM1共有5個(gè)控制部分：

1) PK2代表18個(gè)燃燒器的中頻測(cè)量值(取大)，但是GE采用的是脈動(dòng)模型計(jì)算的PK2參與燃燒調(diào)整。根據(jù)實(shí)際測(cè)量脈動(dòng)值不斷調(diào)整脈動(dòng)模型，所以脈動(dòng)模型計(jì)算出的PK2與實(shí)際測(cè)量脈動(dòng)PK2幾乎沒(méi)有任何偏差。這樣做還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，當(dāng)脈動(dòng)測(cè)量裝置故障時(shí)，依舊可以根據(jù)模型計(jì)算的PK2進(jìn)行燃燒調(diào)整。PK2的設(shè)定值是常數(shù)，理論上不超過(guò)報(bào)警值(0.42 kg/cm2)都可以，最終通過(guò)PI計(jì)算得出PM1_PK2。

2) 參與自動(dòng)燃燒調(diào)整的是15%含氧量下NOx值也是排放模型計(jì)算的NOx值。實(shí)際NOx值從燃燒調(diào)整到生成有一個(gè)反應(yīng)時(shí)間，而用理論NOx來(lái)參與燃燒調(diào)整，調(diào)節(jié)更快更精準(zhǔn)。NOx設(shè)定值是依據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策設(shè)定的常數(shù)，最終通過(guò)PI計(jì)算得出PM1_NOx。

3) 此外對(duì)NOx還有一個(gè)最大設(shè)定值，進(jìn)行PI計(jì)算后得出最大NOx排放限制PM1_NOx。

4) PM1燃料管道壓比控制輸出PM1_VPR實(shí)際是對(duì)燃料流量的控制，測(cè)量值是根據(jù)噴嘴和歧管之間的差壓與速比燃料閥后壓力P2之間的壓比，設(shè)定值是邊界模型給出的設(shè)計(jì)常數(shù)。通過(guò)PI計(jì)算得出PM1_VPR。

5) PM1燃料閥穩(wěn)定燃燒裕度控制輸出PM1_SBL：測(cè)量值是根據(jù)乏氣裕度模型計(jì)算出的PM1噴嘴燃燒裕度，設(shè)定值是邊界模型給出的設(shè)計(jì)常數(shù)。通過(guò)PI計(jì)算得出PM1_SBL。

最終經(jīng)過(guò)上述5個(gè)控制部分運(yùn)算得出的PM1指令開(kāi)度(PM1_MBC)，如圖10所示。

圖10 PM1自動(dòng)燃燒調(diào)整控制圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文以9FA型燃?xì)廨啓C(jī)和9FB型燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)，從技術(shù)概述和主要控制兩個(gè)部分分析了兩個(gè)機(jī)型的控制差異。9FB燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)論在機(jī)體還是控制上都較9FA先進(jìn)很多。9FB采用現(xiàn)代航空架構(gòu)取代傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，大量使用模型控制，而且可做到自適應(yīng)控制，提高了燃料適應(yīng)性、負(fù)荷靈活性、運(yùn)行穩(wěn)定性。