摘要：安萨尔多AE94.3A型燃气机组是我国当前比较先进的新建联合循环机组主要机型之一，其在正常工况下，包括有燃料量控制系统和干式低氧化氮燃烧控制系统等。文本主要介绍安萨尔多AE94.3A型燃气机组的主要控制系统，并针对干式低氧化氮燃烧控制系统展开探究和分析，旨在为我国燃气机组的控制、调试以及运行维护等提供借鉴和参考。
关键词:9F级；燃气机组；控制系统
前言
某公司机组为安萨尔多AE94.3A型燃气-蒸汽联合循环供热机组，全厂配置两套机组，采用分轴联合循环布置。每套机组由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台燃气轮机发电机、一台蒸汽轮机发电机组成。在将机组投入正式使用之前，需要对其进行控制系统分析，保障其能够正常稳定发挥总体性能。压气机采用轴流式，共15级，压比为18.9，进口设有可调导叶(IGV)，同时第一级静叶（CV1）可调，主要用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。燃烧室采用环形结构，装有24个混合燃烧器，均匀分布在环形燃烧室圆周上，顺气流方向看为逆时针排列，燃烧室均采用逆流式布置。。
1燃气机组主要控制系统
1.1主要控制系统
燃气机组的主要控制系统一般是依据负荷指令以及排气温度等控制项目的需求，来对燃料量进行有效的调节和调整。在燃气轮机燃料控制基准（如下图1-1所示）中，含有启动过程控制、转速控制、负荷控制、温度控制、压比限制控制、负荷限制控制、冷却限制控制多个子系统。各个子系统的输出经过低选环节，其中最小值做为控制系统的燃料控制基础和标准。各子系统的启停控制、转速控制在燃气轮机并网之前过程中才会发挥作用。比如启动过程控制燃气轮机点火到实行并网时的燃料量，在开环控制下，燃料量可以得到有效控制，同时按照启动系统的逻辑信号对燃料值进行相应的设定。在启动过程中通过SFC控制发电机来拖动燃气轮机完成清吹，具备点火启动条件，此时的燃料量则为点火值。在燃气轮机启动后，燃料值则会被控制在适当的暖机值，在完成暖机之后，燃料量会根据一定的速率开始不断加大，直到最大值时退出控制系统[1]。
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图1-1 燃料控制基准
1.2转速、功率控制系统
燃气轮机的带负荷运行时，在转速控制、功率控制和温度控制中切换，转速、功率控制主要的功能是对燃料量进行控制和调节，促使燃气轮机的实际功率能够达到预设值。并网后的燃气轮机，其转速在一定程度上会受到整个系统频率的限制，在忽视频率扰动的条件下，可以认为燃气轮机的转速为一个恒定值。在机组的转速控制子系统中要尽量利用P调节器进行工作，此时一旦外回路的输出转速基准出现偏差进行调节时，则可以将其输出值与实时功率和燃料量所修正的空载燃料量进行相加计算，结果即是燃气轮机的燃料基准。另外一方面，功率控制回路可以对不灵敏区域进行无差调节，利用大于死区设定值的功率偏差，来改变数字积分实现转速基准的改善，确保燃气轮机在稳态时的功率为最终设定值[2]。
在并网之后，控制系统根据远方DCS负荷进行控制，输出燃料量能够随负荷基准升高而提高，带动燃烧负荷以及排气温度升高，燃气轮机IGV的角度就会随其增加而开大，实现对排气温度的控制功能。如果负荷持续增加就会导致导叶的角度开到最大，排气温度就会大于温度控制的基准，从而继续增加温度回路控制的投入，从而控制燃料和负荷的增加，在很大程度上能够确保透平进气温度控制在允许值的范围，防止高温对叶片造成损伤。
1.3温度控制系统
温度控制回路在正式投入使用之前呈现开环控制状态，主要功能是对燃料的基准进行追踪，一旦当温度控制方式的输出小于功率控制方式的输出，则会形成闭环回路。此时温度控制方式的被调量即是透平排气温度。不过由于温度控制的目的是为了合理的控制透平工作温度，并且在燃气轮机中透平第一级喷嘴处的温度相对较高，利用当前的技术不能直接对温度进行测量，排气温度在很大程度上可以实现对工作温度的间接反应，因此可以通过控制排气温度来实现对透平工作温度的控制。同时对于压比修正的温控曲线来说，只需要提供曲线斜率以及等温线相交点的压比值，则能够明确任意压比之下所对应的温度控制基准。比如压比修正曲线能够按照压比的大小值来确定数组元素，在实际的温度控制计算过程中，要充分结合压气机进口温度对压比修正曲线进行一定的偏置，则能够实现有效的温度控制[3]。
2 燃气轮机干式低氧化氮燃烧控制系统
燃气轮机主要控制系统的作用是准确的确定机组燃料的基准，然后再根据一定的比例将燃料分配到燃气和燃油系统中。在燃气轮机燃烧系统中，其主要的任务即是合理的分配燃料量、促使合理的燃料组合，最大限度的确保燃气轮机的燃烧效果和燃烧效率，尽量减少污染物的产生和扩散。
AE94.3A 燃机配备有干式低 NOx 燃气燃烧器（如图1-2 干式低NOx燃烧器示意图），可以保证在运行范围内燃烧稳定，NOx 和 CO 排放低。干式低 NOx 燃烧器结合了最佳燃烧的所有优点，包括低 NOx 和 CO 排放、低压力损失、高运行灵活度、完全对称设计、设计紧凑而且便于拆卸。该燃烧器的基本理念是在所有运行范围内采用预混燃烧模式。预混燃烧时大部分天然气在进入燃烧室之前已与空气混合均匀，避免由化学计量混合物燃烧产生峰值温度区域，从而降低 NOx 排放。
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图1-2 干式低NOx燃烧器示意图
结束语
综上所述，燃气轮机的控制系统的控制策略较为简单，但是由于其涉及到的设备自身特点和经验参数等范围较广，所以一般要采用先进的控制技术，在调试的过程中进行大量的设置变动和更改，从而可以保障其适应实际的工况。而对燃气轮机的控制则是要注重转速、功率控制系统、温度控制以及干式低氧化氮燃烧控制系统等的模式应用，促进燃气轮机控制技术得到不断提高和改进优化。
参考文献
[1]陈淦良.西门子9F级燃气-蒸汽联合循环机组深度调峰能力探究[J].电站系统工程,2019,35(06):39-42.
[2] 门金成.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术（三菱F级），北京；中国电力出版社，2017
[3]顾金芳,王舒,童祥.基于F级双轴燃气-蒸汽联合循环机组的自启停控制系统的应用[J].燃气轮机技术,2017,30(03):56-60.
作者简介：
王聪（1985.01-），男，汉族，河北定州人，广东大唐国际肇庆热电有限责任公司，工程师，工学学士，从事燃气轮机发电运行工作和研究。