燃机低污染控制系统设计

《燃机低污染控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、首先简单介绍下国内外燃机低污染控制系统背景：目前，低污染燃烧技术已经成为了世界上主要燃气轮机制造厂商的标配，包括现在的俄乌燃机也在讲究搞低污染燃烧室；低污染控制设计主要有几种：向燃烧室喷水/喷蒸汽；干式低NOx（DLN）燃烧；选择性催化还原（SCR）：催化燃烧；其中选择性催化还原（SCR）就是：指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3、液氨、尿素）来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。目前来讲，DLN（DryLowNOx）控制发展得最成熟，综合成本最低。根据目前的研究，CO和NOx的排放与燃烧过程的火焰温度有关，而火焰温度又可以通过合

2、理调节燃料和空气的混合比来控制。另一方面，目前，燃机DLN燃烧室设计都是从扩散燃烧慢慢的切换到预混燃烧，如果在燃气轮机燃烧温度不够太早切入，容易熄火。这个过渡态控制，对DLN控制设计也很重要。下面结合具体案例讲，就以美国GE公司6FA燃机的DLN2.6。首先是控制目标控制目标：控制火焰温度，控制手段就是合理调节燃料和空气的混合比来控制，空气流量主要跟燃机工况相关，但也可以通过IGV来适当调节。因此更具体一点：控制手段就是合理调节燃料各个燃料阀。这是GE公司6FA燃机的控制界面对于DLN控制设计，此控制工程师要做的，就是根据燃机的工况，通过控制程序把阀门的开度位置计

3、算出来。这其实是2步：第一步是：根据燃机的工况，把总的燃料量算出来；第二步，再根据当前的火焰温度（间接估计），把总燃料量分到各个阀门上。IGV(IntegrativeGenomicsViewer)也是一种控制手段，前面说了，主要是要调节燃料和空气比，调IGV相当于调了空气流量。IGV调节范围很窄，因为它要匹配燃机的工况。还是回到DLN控制，它的步骤大概是这个样子：第一步：阀门使能前面说了，燃机是从带污染的扩散燃烧慢慢切换到低排放的预混燃烧的，因此这里有一个调节的过程，DLN燃料控制阀门并不是一直是开的，GE把这个过渡过程分成几个燃烧模式，也就是这4个阀门的不同组合

4、。这种限制的设置也是为了防止过早进入预混模式导致熄火，在工程中，工程师在写程序的时候还会对控制阀门的使能分级，比如GE的程序里是这样：这是为了防止燃机碰到各种状况时，可以告诉控制系统某个阀门故障或不能动，让控制系统进行调节。白话一点，就是你进行控制时，先确认下是在哪个燃烧模式下，然后确认下在阀门还有没有其他状态不能动，这样就获得了可以调节的阀门。第二步：TTRF计算前面不是提到了，火焰温度对CO和NOx排放很关键，以GE的6FA重型燃气轮机为例，按火焰温度为1430~1530℃这个标准来选择天然气燃料量与空气的混合比排放最低。但问题来了，火焰温度没法测量，因此必须

5、用间接的方法，工业上，为了综合评价整个燃烧室的燃烧状态，一个类似于火焰温度的燃烧基准温度（CRT）被构造，GE叫它TTRF(gasturbinefiringtemperature)。它因为无法直接测量，因此它的估算是基于多个传感器测量参数（如压气机排气压力，压气机排气温度和涡轮排气温度等）的经验公式来实现的。GE就是用这个公式实现的。现在间接知道火焰温度状态，就可以进行反馈调节了。这个就是根据TTRF的数值，插值各个阀门的燃料百分比，为什么是百分比，前面说了，这其实是2步，第一步是：根据燃机的工况，把总的燃料量算出来；第二步，再根据当前的火焰温度（间接估计），把总

6、燃料量分到各个阀门上。DLN控制模块在整个燃机控制中的构架是这样的：前面各个控制模块，根据燃机的工况，把总的燃料量算出来，DLN控制模块要把这个总燃料量具体分配到各个阀门管道上，程序里就是用一个插值表来实现：从TTRF到阀门百分比的。至于这个插值表是怎么来的，那是燃烧室设计人员，在试验的时候大量试验出来的，GE对燃机电厂做DLN调整的时候，也主要是调这个参数表，然后就可以进入第4步：幅值和速率饱和保护。这个是控制工程应用里必备的，原因就是要考虑阀门的调节速率和幅值，比如你指令给的很快，但阀门实际调节速度跟不上，这就是一种速率饱和，工程中要考虑，然后进入第5步，分流

7、策略。这一步很有意思，如果没有经验，很容易设计成比如4个阀门分别是10%，10%，40%和40%，加起来是100%就行，但GEDLN2.6设计是这样：先算出第一个阀门，比如是10%，然后看经过速率饱和后是多少，比如9.8%，然后用总燃料减去这个，然后下一步再做100%，分剩下3个，调节顺序大概是这样：最终在全预混下，整个燃料流量是比较均匀的最后一步就是根据流量百分比，把阀门开度算出来。这里主要是要考虑一个燃料的Wobbe指数，进行一个修正。最后还记得考虑中间的一个工程问题：预填充。原因是阀门到燃烧室那个地方有一段管路，并不是阀门一开，燃烧室里就立马有燃料，这里有一

8、个延时，而