M 701F4重型燃机燃料量分配控制解析

席建忠 唐宝华

（杭州华电江东热电有限公司）

0 引言

M701F4重型燃机环形布置有20个燃烧器，每个燃烧器分为主燃料A、主燃料B、端盖、辅助四个喷嘴，每个燃烧器的燃料量均是相等的，喷嘴的燃料量根据负荷的不同会有不同的变化，同时对燃料密度、热值、成分有一个相应的补偿，在运行中同时接受A-CPFM系统的在线微调［1］。

1 M 701F4燃机燃料系统特点

1.1 燃烧器组成／结构

M701F4重型燃机共有20个环管型燃烧器，燃烧器之间有联焰管相通，但18号燃烧器与19号燃烧器之间是没有联焰管的，也就是说点火枪1（布置在8号燃烧器）、点火枪2（布置在9号燃烧器）开始人为分成了两个半区，即9号～18号燃烧器、19号～8号燃烧器［2］。燃烧器可分成喷嘴、内筒、尾筒、旁路阀四部分，从压气机扩压器出来的空气流入到燃烧器，再与燃料气混合，进行均匀的燃烧。采用预混式燃烧器，其优点是可以有效的减少NOx的排放，但缺点是燃烧稳定性差，可能出现回火。旁路阀的设置也是F4相对于F3机型上的一个改进，其作用是在低负荷时，一部分压气机出口空气通过旁路阀直接进入燃气透平，不参与燃烧，旁路阀与进口可调静叶（IGV）配合运行，调节燃料／空气比，使燃机处于良好的燃烧状态。

1.2 燃料分配系统组成部分

每台M701F4重型燃气轮机均配有1个燃气温度控制阀（三通阀），1个燃气加热器（FGH），2个燃气压力控制阀（压力控制阀A、压力控制阀B）和4个燃气流量控制阀：主A流量控制阀、主B流量控制阀、值班（辅助）流量控制阀、顶环（端盖）流量控制阀［3］。燃气经过FGH之后被加热到210℃进入压力控制阀组，燃料控制阀组由压力控制阀和流量控制阀串联组成，压力控制阀在前，流量控制阀在后，压力控制阀控制流量阀前后的压差，使其维持在一个定值（约为0.392MPa），这样，燃气流量和流量控制阀的开度就成正比了，通过控制燃气流量调节阀的开度即可精确控制进入燃烧室的燃料流量。具体布置如图1所示。

图1 燃料分配系统工艺图

2 燃料量控制

2.1 基本控制原理

燃气通过主A管道、主B管道、值班管道和顶环管道供给燃机。进入燃机的燃气总流量由CSO（控制信号输出）控制。CSO分配为PLCSO、MACSO、MBCSO和THCSO。同时，每条管线（主A管道、主B管道、值班管道和顶环管道）的燃气流量由PLCSO、MACSO、MBCSO以及THCSO单独控制。THCSO为带负荷期间CLSCO的函数。其控制逻辑图如图2所示。

图2 燃料分配控制逻辑图

2.2 值班燃料的PLCSO计算公式

（1）升速阶段

其中，Ps为关于燃气转速的一个函数。

其在MFCSO中所占的比例具体为：机组转速在0～1100r／min之前，其PLCSO 比例为38%，1100～1500r／min降至33%，1500～2100r／min为30.4%，2100～2830r／min降至24.5%，2830～3000r／min也就是同步期间降至20%。

（2）带负荷阶段

其中，P为CLCSO的函数；P1为压气机进气温度的修正；P2为燃气热值的修正；P3为惰性气体成分的修正。

2.3 顶环燃气的THCSO计算公式

其中，T为CLCSO的函数；T1为压气机进口温度的修正；T2为燃气热值的修正；T3为惰性气体组分的修正。

2.4 主燃气的MCSO 计算公式

2.5 MACSO 和MBCSO计算公式

3 运行中燃气流量的控制分配

燃机点火（MFMIG）之前，CSO受燃料限制信号FLCSO控制，被钳制在-5%，此时主／值班燃气压力和流量控制阀都是在关闭位置，以确保燃气点火前不会进入燃烧器。点火、升转速至暖机转速阶段，在天然气小流量时，主燃料压力控制阀A处于全关状态，由主燃料压力控制阀B调节主燃料流量控制阀差压。随着暖机结束，进入加速阶段，天然气流量增大，主燃料压力控制阀B开度大于32% 后，主燃料压力控制阀A才慢慢开启，等主燃料压力控制阀B开至40%（最大开度）后，主燃料压力控制阀B就稳定在40%的开度，由主燃料压力控制阀A来调节主燃料流量控制阀差压，直至停机熄火。这样2个压力调节阀配合可以保证燃料从小流量到大流量的调节精度，THCSO和PLCSO占比见表1和表2。

表1 THCSO占比

表2 PLCSO占比

在正常带负荷阶段，值班燃料的PLCSO随着负荷升高逐步下降，与此同时顶环燃气的THCSO则逐步上升，MCSO则是CSO减去上述两项的差值，至于主A和主B之间则是根据固定的比例0.625进行分配的。

4 结束语

燃气轮机因其功率密度极大、启动速度快以及低频噪声等优势，最初被作为飞机的动力装置，而后又广泛应用于航空、舰船、电力等领域。我国的工业燃气轮机起步较早，上世纪60年代初东方汽轮机就开始研制的中小型燃气机组，完全依靠自身的力量在科研和生产方面都取得了一些进展。但由于国家能源政策的调整，燃气轮机发电市场并无发展，我国重型燃气轮机的研发基本停顿。当前虽然重型发电用燃机制造技术取得一定的进展，但与国外先进国家的差距仍然较大。

本文旨在通过对F级燃机控制策略研究，与行业内的技术人员进行交流，大家共同提高，也助力燃机电厂安全高效运行。