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摘要：本文论述了燃机控制的基本原理，并针对燃机控制系统几种问题，提出了优化和改进的建议。
关键词：燃机，控制系统，故障诊断，优化
Abstract: this paper discusses the basic principle of gas turbine control, and in the light of the gas turbine control system several problems, and put forward Suggestions for improvement and optimization.
Keywords: gas turbine, control system, fault diagnosis, optimization
中图分类号： U268 文献标识码：A 文章编号：
1控制基本原理
燃机主要结构有三部分：(a)燃气轮机；(b)压气机(空气压缩机)；(c)燃烧室。其工作原理为：轴流式空气压缩机从外部吸收经过滤后的空气，压缩后送人燃烧室，同时经过热值调整后(如高炉煤气热值过低通过掺入高热值的焦炉煤气来提高热值，高炉煤气热值过高则通过掺入氮气来降低热值)的高炉煤气经煤气压缩机压缩后也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下经点火后进行燃烧，生成高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做工，推动动力叶片高速旋转，带动燃机发电机发电，废气排入余热锅炉再利用。
燃机运行决定能否成功启动的关键是点火控制，能否正常运转的是高炉煤气热值控制，运行中负荷能否稳定是燃机的负荷控制，其他的报警连锁是保证燃机正常运行。
2.燃机故障
2.1燃机启动点火时存在较大爆鸣声，燃机出口排气压力大于压力检测变送器测量上限10kPa，无法显示详细数据，对余热锅炉造成强大冲击，点火时锅炉操作人员不敢做日常点检及操作。调试人员和燃机公司专业人员历尽两周调试也无法消除爆鸣声及对余热锅炉的冲击，控制方案由最初的打开值班焦炉煤气放空阀，延时4s，再同时打开值班焦炉煤气隔离阀和控制阀，进枪点火到现在的先开值班焦炉煤气控制阀和排空阀，延时4s，再开隔离阀，进枪点火，虽然控制方案做了更改仍然没有效果，由于爆炸气浪的冲击最终导致余热锅炉的过热器联箱排污管疲劳断裂。
2.2当氮气压力波动大于10kPa/s或者压力低于0.4MPa时，热值调整失控，2007年6月、7月，因多次热值调整失控停机。由于调试期间氮气压力是严格按设计要求提供，参数整定也按给定的压力进行设置，而燃机实际运行中外部条件千差万别，氮气压力异常情况不可避免、时常发生低于0·4MPa情况，加之该阀控制从安全角度考虑，工艺要求快开慢关，如果此时高炉拉风坐料高炉煤气热值在一分钟内从原来需掺烧氮气立马会转到需补焦炉煤气增热，氮气还没有来得及关闭，焦炉煤气又补进来，其结果是值班焦炉控制阀开大，拖垮值班焦炉煤气压缩机造成停机。
2.3夏季气温高，燃机压缩机入口空气温度最高曾达到了42℃，平均达到了35℃，燃机只能带不足18MW的负荷。燃机负荷控制在23MW(经入口空气温度补偿后)以下时燃机入口导叶在最小位置，负荷调整靠调高炉煤气流量控制阀回流量来实现；28.1MW(经入口空气温度补偿后)以上负荷时，燃机入口导叶在58.3最大位置，负荷调整靠调高炉煤气流量控制阀减少回流量来实现，负荷中间位置靠调入口导叶和高炉煤气流量控制阀，如果入口空气温度补偿系数调试时取得不当，就会限制燃机负荷，同时高炉煤气流量控制阀回流过大也会降低燃机负荷，也直接影响到余热锅炉所带汽轮发电机的发电量。
3燃机故障解决与优化
3.1燃机点火
焦炉煤气点火爆鸣，是由于焦炉煤气在空气中达到爆炸浓度(5.6%下限~30.4%上限)，遇火星即發生爆炸。
点火前将值班焦炉煤气排空阀和值班焦炉煤气控制阀打开，在675rpm转速下，清吹4s，将可能留下的值班焦炉煤气隔离阀泄露的煤气清吹掉，再关值班焦炉煤气排空阀。点火没有成功则值班焦炉煤气排空阀在点火枪进枪4s后打开，值班焦炉煤气控制阀同时关闭。
手动检查值班焦炉煤气隔离阀的行程，带气检查管道没有流量，证明阀的密封性好，没有泄露，问题肯定出在值班焦炉煤气隔离阀打开点火枪进枪迟缓上，造成焦炉煤气富集。单独测试点火枪进枪发现从接受指令到进枪到位前后用时2s，查点火枪减压阀后压缩空气动力气源压力0.2MPa符合要求，减压阀后进枪动力气源截止阀没有全开，把动力气源截止阀全开，点火枪进枪速度不到1s，同时为确保每次点火成功将进枪和进枪点火时间改为5s，燃机再次开机点火没有听到爆鸣声，站在燃机边也感觉不到已经点火成功，排气压力2.41kPa只有轻微的波动，非常理想。
3.2高炉煤气热值调节
高炉煤气热值低于设计要求时焦炉煤气调节采用启动点火增热和运行调热两种模式。当燃机启动热值低于3732kJ/NM3时，采用增热控制方式，不经过煤气混合器直接加入管道，高于3732kJ/NM3启动增热隔离阀关闭；当燃机点火成功15s后高炉煤气投入转入调热控制模式，当高炉煤气热值过低时焦炉煤气经切断阀、控制阀进入混合器掺入高炉煤气管道中。热值调整采用经验函数加PID调节控制的方式。
焦炉煤气控制阀控制两个隔离阀，一套控制参数是无法同时满足两种控制模式的，特别是开机增热隔离阀只在点火前使用，值调整范围大，且时间响应短，唯一可能的两个阀特性不一致或者是做了限制，现场查发现调试人员对阀的开度行了机械限制，只能开全行程的10%，且到位限位开关没有动作，这就是燃机点火340s内无法将低于2800kJ/NM3高炉煤气值调整到点火热值需求的3050~3732kJ/NM之间的原因。
调整启动增热焦炉煤气隔离阀可开全行程的20%(由于热值仪可测范围为2400~4000kJ/NM3之间，再调大已无意义)，再将限位开度按20%整定。在高炉煤气热值为2425kJ/NM3和热值为3614kJ/NM3时，启动燃机启动增热控制正常，为开机赢得了宝贵时间，也避免了高炉煤气放散。
3.3负荷调节
燃机负荷23MW(经压缩机入口空气温度补偿后)以下时，负荷调节靠调整高炉煤气流量控制阀；28.1MW(经压缩机入口空气温度补偿后)以上负荷时燃机入口导叶在58.3最大位置，负荷调节靠关高炉煤气流量控制阀减少回流量；负荷在23~28.1MW之间靠调入口导叶和高炉煤气流量控制阀，入口导叶的变化将直接影响燃机负荷，可以通过修改提高压缩机入口温度补偿系数的方法，提高燃机入口导叶的开度。
在高炉煤气流量控制阀开度不变的情况下，提高入口导叶开度也就提高了燃机负荷。再就是在入口导叶开度不变的情况下减少对应的高炉煤气流量控制阀的调节开度，相当于将负荷控制段上移，适当减少高炉煤气流量控制阀的调节开度还可起到减轻煤气冷却器负担的作用，降低厂用电。
通过提高压缩机入口空气温度15℃以上系数对应关系，使函数曲线上移和适当减少高炉煤气流量控制阀开度等措施，在环境温度35℃时燃机可带24MW负荷，最高42℃时也能带22MW负荷。
4.结束语
优化改进后按每月燃机至少减少1次因原热值控制不稳停机计算，因故障停机1次平均影响240小时的燃机使用寿命，6小时叶片通道温度才能降低到180℃以下，2小时才能再次开机并网发电，全年安排2个月的检修时间，这样可多发电1200万kWh。
在环境温度达35℃时(设计温度15℃)燃机还能带额定负荷的85%，效率提升较为可观，2007年8月份天气炎热，全月还发电3124万kWh，燃机联合循环发电平均负荷43MW，燃机发电负荷也有24MW，效果非常明显。
参考文献：
1.尚志武，方淑敏，王太勇.基于高速数据采集和实时信号分析的结构试验分析系统的研究与应用[[J]一仪器仪表学报，2008(8)：78-82.
2.邱畅，李龙.采用FPGA的双通道SOOMH：的数据采集卡[[J].国外电子测量技术，2008(11)：32-34
3.黄伟，罗新民.基于FPGA的高速数据采集系统接口设计团.单片机与嵌入式系统应用，2006(08)：43-46.
关键词：燃机，控制系统，故障诊断，优化
Abstract: this paper discusses the basic principle of gas turbine control, and in the light of the gas turbine control system several problems, and put forward Suggestions for improvement and optimization.
Keywords: gas turbine, control system, fault diagnosis, optimization
中图分类号： U268 文献标识码：A 文章编号：
1控制基本原理
燃机主要结构有三部分：(a)燃气轮机；(b)压气机(空气压缩机)；(c)燃烧室。其工作原理为：轴流式空气压缩机从外部吸收经过滤后的空气，压缩后送人燃烧室，同时经过热值调整后(如高炉煤气热值过低通过掺入高热值的焦炉煤气来提高热值，高炉煤气热值过高则通过掺入氮气来降低热值)的高炉煤气经煤气压缩机压缩后也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下经点火后进行燃烧，生成高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做工，推动动力叶片高速旋转，带动燃机发电机发电，废气排入余热锅炉再利用。
燃机运行决定能否成功启动的关键是点火控制，能否正常运转的是高炉煤气热值控制，运行中负荷能否稳定是燃机的负荷控制，其他的报警连锁是保证燃机正常运行。
2.燃机故障
2.1燃机启动点火时存在较大爆鸣声，燃机出口排气压力大于压力检测变送器测量上限10kPa，无法显示详细数据，对余热锅炉造成强大冲击，点火时锅炉操作人员不敢做日常点检及操作。调试人员和燃机公司专业人员历尽两周调试也无法消除爆鸣声及对余热锅炉的冲击，控制方案由最初的打开值班焦炉煤气放空阀，延时4s，再同时打开值班焦炉煤气隔离阀和控制阀，进枪点火到现在的先开值班焦炉煤气控制阀和排空阀，延时4s，再开隔离阀，进枪点火，虽然控制方案做了更改仍然没有效果，由于爆炸气浪的冲击最终导致余热锅炉的过热器联箱排污管疲劳断裂。
2.2当氮气压力波动大于10kPa/s或者压力低于0.4MPa时，热值调整失控，2007年6月、7月，因多次热值调整失控停机。由于调试期间氮气压力是严格按设计要求提供，参数整定也按给定的压力进行设置，而燃机实际运行中外部条件千差万别，氮气压力异常情况不可避免、时常发生低于0·4MPa情况，加之该阀控制从安全角度考虑，工艺要求快开慢关，如果此时高炉拉风坐料高炉煤气热值在一分钟内从原来需掺烧氮气立马会转到需补焦炉煤气增热，氮气还没有来得及关闭，焦炉煤气又补进来，其结果是值班焦炉控制阀开大，拖垮值班焦炉煤气压缩机造成停机。
2.3夏季气温高，燃机压缩机入口空气温度最高曾达到了42℃，平均达到了35℃，燃机只能带不足18MW的负荷。燃机负荷控制在23MW(经入口空气温度补偿后)以下时燃机入口导叶在最小位置，负荷调整靠调高炉煤气流量控制阀回流量来实现；28.1MW(经入口空气温度补偿后)以上负荷时，燃机入口导叶在58.3最大位置，负荷调整靠调高炉煤气流量控制阀减少回流量来实现，负荷中间位置靠调入口导叶和高炉煤气流量控制阀，如果入口空气温度补偿系数调试时取得不当，就会限制燃机负荷，同时高炉煤气流量控制阀回流过大也会降低燃机负荷，也直接影响到余热锅炉所带汽轮发电机的发电量。
3燃机故障解决与优化
3.1燃机点火
焦炉煤气点火爆鸣，是由于焦炉煤气在空气中达到爆炸浓度(5.6%下限~30.4%上限)，遇火星即發生爆炸。
点火前将值班焦炉煤气排空阀和值班焦炉煤气控制阀打开，在675rpm转速下，清吹4s，将可能留下的值班焦炉煤气隔离阀泄露的煤气清吹掉，再关值班焦炉煤气排空阀。点火没有成功则值班焦炉煤气排空阀在点火枪进枪4s后打开，值班焦炉煤气控制阀同时关闭。
手动检查值班焦炉煤气隔离阀的行程，带气检查管道没有流量，证明阀的密封性好，没有泄露，问题肯定出在值班焦炉煤气隔离阀打开点火枪进枪迟缓上，造成焦炉煤气富集。单独测试点火枪进枪发现从接受指令到进枪到位前后用时2s，查点火枪减压阀后压缩空气动力气源压力0.2MPa符合要求，减压阀后进枪动力气源截止阀没有全开，把动力气源截止阀全开，点火枪进枪速度不到1s，同时为确保每次点火成功将进枪和进枪点火时间改为5s，燃机再次开机点火没有听到爆鸣声，站在燃机边也感觉不到已经点火成功，排气压力2.41kPa只有轻微的波动，非常理想。
3.2高炉煤气热值调节
高炉煤气热值低于设计要求时焦炉煤气调节采用启动点火增热和运行调热两种模式。当燃机启动热值低于3732kJ/NM3时，采用增热控制方式，不经过煤气混合器直接加入管道，高于3732kJ/NM3启动增热隔离阀关闭；当燃机点火成功15s后高炉煤气投入转入调热控制模式，当高炉煤气热值过低时焦炉煤气经切断阀、控制阀进入混合器掺入高炉煤气管道中。热值调整采用经验函数加PID调节控制的方式。
焦炉煤气控制阀控制两个隔离阀，一套控制参数是无法同时满足两种控制模式的，特别是开机增热隔离阀只在点火前使用，值调整范围大，且时间响应短，唯一可能的两个阀特性不一致或者是做了限制，现场查发现调试人员对阀的开度行了机械限制，只能开全行程的10%，且到位限位开关没有动作，这就是燃机点火340s内无法将低于2800kJ/NM3高炉煤气值调整到点火热值需求的3050~3732kJ/NM之间的原因。
调整启动增热焦炉煤气隔离阀可开全行程的20%(由于热值仪可测范围为2400~4000kJ/NM3之间，再调大已无意义)，再将限位开度按20%整定。在高炉煤气热值为2425kJ/NM3和热值为3614kJ/NM3时，启动燃机启动增热控制正常，为开机赢得了宝贵时间，也避免了高炉煤气放散。
3.3负荷调节
燃机负荷23MW(经压缩机入口空气温度补偿后)以下时，负荷调节靠调整高炉煤气流量控制阀；28.1MW(经压缩机入口空气温度补偿后)以上负荷时燃机入口导叶在58.3最大位置，负荷调节靠关高炉煤气流量控制阀减少回流量；负荷在23~28.1MW之间靠调入口导叶和高炉煤气流量控制阀，入口导叶的变化将直接影响燃机负荷，可以通过修改提高压缩机入口温度补偿系数的方法，提高燃机入口导叶的开度。
在高炉煤气流量控制阀开度不变的情况下，提高入口导叶开度也就提高了燃机负荷。再就是在入口导叶开度不变的情况下减少对应的高炉煤气流量控制阀的调节开度，相当于将负荷控制段上移，适当减少高炉煤气流量控制阀的调节开度还可起到减轻煤气冷却器负担的作用，降低厂用电。
通过提高压缩机入口空气温度15℃以上系数对应关系，使函数曲线上移和适当减少高炉煤气流量控制阀开度等措施，在环境温度35℃时燃机可带24MW负荷，最高42℃时也能带22MW负荷。
4.结束语
优化改进后按每月燃机至少减少1次因原热值控制不稳停机计算，因故障停机1次平均影响240小时的燃机使用寿命，6小时叶片通道温度才能降低到180℃以下，2小时才能再次开机并网发电，全年安排2个月的检修时间，这样可多发电1200万kWh。
在环境温度达35℃时(设计温度15℃)燃机还能带额定负荷的85%，效率提升较为可观，2007年8月份天气炎热，全月还发电3124万kWh，燃机联合循环发电平均负荷43MW，燃机发电负荷也有24MW，效果非常明显。
参考文献：
1.尚志武，方淑敏，王太勇.基于高速数据采集和实时信号分析的结构试验分析系统的研究与应用[[J]一仪器仪表学报，2008(8)：78-82.
2.邱畅，李龙.采用FPGA的双通道SOOMH：的数据采集卡[[J].国外电子测量技术，2008(11)：32-34
3.黄伟，罗新民.基于FPGA的高速数据采集系统接口设计团.单片机与嵌入式系统应用，2006(08)：43-46.