GE9E燃机加热系统控制研究

GE9E燃机加热系统控制研究

李鹰东（上海电力股份有限公司罗泾燃机发电厂，上海 200949）摘要：为进一步降低9E燃机NOX排放量，使燃机快速进入预混燃烧模式，文中对GE公司推出的9E燃机加热控制系统进行分析，从燃机控制阀开度指令程序入手深入挖掘可优化运算或参数，提出对加热控制系统调试改进的意见，为GE9E燃机更好发挥作用提供参考。关键词：GE9E燃机；加热控制系统；预混燃烧；控制阀中图分类号：TM611　　　　文献标识码：A文章编号：2095-87（2019）04-0209-020　引言󰀃20世纪80年代GE公司推出的9E燃机采用扩散燃烧设计，但这种燃烧方式产生的NOX远远高于最新国家环保标准，为了减低NOX排放量，转变9E燃机燃烧动力依赖为预混燃烧驱动。为了缩短运行燃机进入预混燃烧模式用时，在改造中应注重应用燃烧技术原理提高燃烧基准温度(TTRFI)，这目标要求我们必须将空气量限定在特殊值范围内。机组进气加热系统(IBH) 不但能有效控制进气量，还有益于延长燃烧部件的寿命。因此，研究9E燃机加热系统，优化IBH，可以让9E燃机在更小的 IGV开度下平稳运行，获取更高的TTRFI，还可以保护燃烧部件。文中在介绍扩散燃烧方式与预混燃烧方式的基础上，对IBH系统优化进行阐述。括：其一，燃机运行时，燃料与空气边混合边燃烧，新鲜空气逐渐减少，燃烧产物逐渐增多，需要空气和燃料依次送入燃烧室；其二，燃烧速度由燃料与空气混合扩散耗费时间决定，即扩散燃烧阶段燃烧物混合速率受燃烧室内燃烧产物不良影响；其三，扩散燃烧火焰呈黄色或橘黄色，火焰燃烧高度较高，其状态受空气流速、燃料形态、可燃烧混合形成速率等燃烧重要因素条件影响。1.2　预混燃烧原理与特点预混燃烧是机组内经典的燃烧方式，与扩散燃烧有明显区别，预混燃烧一般发生在燃料与氧气充分混合后，因此预混燃烧是发生在封闭系统中或预混燃烧物扩散速率低于燃烧速度的开放系统中[3]。研究中将预混燃烧物的含量作为预混燃烧分类的依据[2]。预混燃烧主要有以下特点：其一，预混燃烧物在燃烧区上游掺混，调整掺混比，可以控制燃烧温度，既能满足火焰温度要求，又能降低NOX排放；其二，可以通过调节空气旁路，控制负荷，进而控制空气量掺入；其三，预混燃烧的火焰首先发生在局部，然后向其他未燃烧气体运动，火焰是运动的，只有特定条件中，火焰达到平衡状态。1　扩散燃烧和预混燃烧1.1　扩散燃烧原理与特点选用扩散燃烧设计的9E 燃机在运行时，燃料与空气充分接触，即扩散燃烧设计中9E 燃机燃烧室内燃烧行为发生在燃料与空气兼容区域，此时燃料与空气量比约为1∶1[1]。扩散燃烧情况复杂，混合条件恶劣，主要特点包更加可靠。波形处理技术和输出电压提升技术，运用容易设计的方式，保证变频器调速系统在各种工况下都能够支持电器旁路工作方式，可靠性大大提升，保护功能更加完善，运行更加可靠。

（5）节能系统运用的是典型的电动机输出功率和转速关系的最优化方案。除磷泵系统属于压力控制，在空闲时间可以进行辅助系统的运用。在一个扎制周期内，只要经过粗轧机和精砂机的喷射除磷，其他时间不需要进行喷射处理。空闲时期的节能效果，经过在初临水压力的优化之后，可以在空闲周期内实际运行一台泵，频率设置在25Hz的除磷净空，系统运行。通在实际运行工况下，按照净空闲时间变频器调速运行的状态，节能时间缩短为130 h，电机实际耗能为12.5%，节能效果达到86.3%。每个月节能达到200多万元。总设计节能效果采用变频调速控制，运用高炉冲渣泵变频节能等设备，保持30%的水流量，防止管道所在年冲闸时间缩短为2700h。电瓶改造方案，根据冲渣泵的实际特性进行变频捡到改造，改造后实际运行情况为实际能耗达到230kW比值之前实际能耗缩短了30%。

对有速度调节要求的设备，采用变频调速装置，以达到节能降耗的目的。包括工艺系统和风机、水泵等设备，应添加高炉冲渣系统水泵电机、炼铁出铁口除尘风机点击、连铸设备冷却给水泵点击、电弧炉除尘风机点击、轧

钢机除尘风机点击、热轧板除磷泵点击、发电机系统凝结水泵电机等。空闲周期内的节能效果，在一台泵的频率设置为25Hz，实际运行工况达到输出功率为额定功率的80%，实际节能达到20%，按照空闲时间有60%，节能计算时间达到130h。

3　结束语

随着电力电子器件和控制理论的发展,变频调速技术日益成熟,在工业驱动领域得到了广泛的应用。拥有大量风机和泵类设备的钢铁企业，为了提高经济效益，必须进行变频控制，节能效益的提升，加快技术改造步伐，在钢铁行业进行广泛应用，经过多年的实践，变频调频技术已经得到了不断的完善和成熟，成为目前行业发展的共识。今后将积极探索变频调速技术在钢铁行业的应用，为钢铁工业的发展起到巨大的技术推动作用。

参考文献[1][2][3]阴德智.离心泵变频调速及节能技术探讨[J].大科技,2018(32):2.党军妮.变频调速技术在节能领域的应用[J].甘肃冶金,2018,40(6):120-122.郭志宏.基于变频调速技术的电气节能控制研究[J].林业科技情报,2018,50(3):73-74.2019.4·今日自动化 209Topics and reviews 专题与综述

2　GE9E燃机加热系统介绍GE公司的9E 燃机在燃烧系统被调试升级后，燃料转为以低氮燃料为能源，极大程度地降低了燃烧带来的 NOx产物，因此燃料不再是NOx的主要来源，要想进一步控制NOx，需要依据燃烧理论对火焰温度和燃料/空气化学比进行控制。NOx随火焰温度降低而显著减少，燃机火焰温度与 NOx产物的相关性如图1所示；而燃料/空气比与NOx的形成呈非线性关系，如图2所示。图1燃烧温度对NOx生产量的影响图2󰀃燃料/空气比波动对NOX排放量的影响IBH 是为控制空气/燃料化学比，确保燃机更早进入预混燃烧模式而添加的进气加热系统，其作用抽取压气机中部分的高温高压空气至9E燃机进气系统关口，再通过一系列喷嘴设置将燃料与抽取而来的空气掺混加热，IBH系统工作流程如图3。图3󰀃IBH系统工作流程控制9E燃机IBH系统开关有两个阀指令：一是向下扩展DLN指令CSRDLNX，二是压气机运行基准CSRPRX。执行IBH系统控制阀具体指令csrihout通过计算取CSRDLNX和CSRPRX最大值。当燃机转速达到额定转速95%时，控制指令csrihout控制气动阀动作，气动阀随负荷提高而渐渐关小直至全关，反之，则控制气动阀逐渐打开。csrihout=max(CSRDLNX，CSRPRX) (1)210今日自动化·2019.4

其中csrihout是控制阀开关指令，CSRDLNX为DLN向下扩展标准，CSRPRX为压气机运行极限。在IBH控制程序中，cprlin表示压气机运行压比参数，由于压气机运行极限主要受燃烧室材料，因此文中主要针对CSRDLNX进行分析。3　IBH控制优化根据IBH控制程序逻辑，CSRDLNX计算公式如下：CSRDLNX(t)=[CSRDLN(t)-CQBHP(t)]×10 + csrihout(t-1)×G(s) (2)其中：G(s)是传递函数， CQBHP 是燃机进气加热系统排量比的实测反馈，CSRDLN是干式低污染燃烧排气比的目标值，t表示t时刻的值，t-1为t-1 时刻变量。G(s)=

1

1+TS( T = 4s) (3)CSRBH是进气/排气比的基准值。在燃机转速百分比不足95%或CSGV高于62°条件下，CSRBH=-1 　 　　　　　 (4)若条件相反，则CSRBH=0.333×(60-CSGV) (5)且1