燃气轮机控制的方式与实现

燃气轮机控制的方式与实现

熊伟

中国石油集团电能有限公司气电公司 黑龙江大庆163000 

摘要：随着世界经济的快速发展,能源问题已经成为全球人类面临的一个极其重要的话题。从可持续利用资源、节能减排到保护环境,我国在20世纪90年代开始大力建设清洁型和节约型社会。目前国内外对燃气轮机控制系统研究有很多方面:首先是控制策略上;其次是从技术角度来考虑;最后就是用计算机代替传统仪表实现信息处理功能,提高可靠性以及实时性等性能指标的研究和应用。

关键词：燃气轮机；控制系统；方式；实现

本文主要研究了燃气轮机控制的技术。它是一种将机械能转化为电能,实现能量转换和传输以及协调工作,并具有安全、可靠等优点的机电设备，燃气轮机控制技术在当今社会中起到了非常重要的作用。研究如何有效地提高效率并且降低成本，同时也能够在一定范围内调节负荷量以满足不同用户对性能要求及供电质量上有很大帮助是有极大意义的。

一、燃气轮机控制方式的发展

1.1燃气轮机的控制方式的时代发展阶段

燃气轮机控制方式的发展主要分为三个阶段:第一阶段是在上世纪七十年代,由于技术的限制,对其进行了改进,并开始使用电液伺服阀来实现。该方法能够有效地减少工作过程中可能出现的问题和故障。但是因为它具有一定程度上存在着惯性大、难以避免产生共振现象等缺点;第二阶段则采用的是闭式控制模式来完成燃气轮机控制系统设计任务;第三阶段则是在八十年代中期以后逐步扩大到智能化阶段,通过对其进行研究与改进后逐渐发展成为了PID控制器技术。

1.2 燃气轮机的研究背景和发展趋势

在过去的几十年中,中国对能源需求量不断增加,但由于技术水平落后、管理经验欠缺等原因使得我国生产和应用的石油天然气资源非常少。因此开发新产品来满足日益增长、越来越多市场化要求是一个十分重要而艰巨任务。同时也要解决目前国内所面临得问题以及国外先进设备价格昂贵这一严峻现象;另一方面就是提高国产燃气轮机的可靠性与耐久性,以保证其在使用过程中安全可靠地运行。

二、燃气轮机控制系统基本理论

2.1燃气轮机控制系统的主要功能

1.控制燃料燃烧,使其在额定功率下运行。2.对空气预热,防止压缩机过热和过载。3.通过调节转子转速来改变叶片负荷量从而改善供气门开度;4.调整进汽压力以适应不同工况时保持正常工作状态并保证机组安全可靠地启动与调速、稳态等性能要求;5.根据输出的电压变化控制油压和温度,使燃料燃烧完全或部分熄火后再燃。

2.2燃气轮机控制系统的运行过程

燃气轮机控制系统是一个比较复杂的系统,它需要有一套完整的控制程序,对整个机组进行合理有效地运行。

首先要建立在正常工作状态下。因为燃料气化过程中所产生出来的是高温高压气体和低温低压废气等混合后形成了压力差、温度差以及流量比较大大时,我们可以通过调节阀门来实现控制燃气轮机转速及功率输出量大小的目的;其次是根据机组实际情况选择合适型号的管径进行设计并安装好相应装置以满足不同工况运行需求。

燃气轮机的控制系统是由计算机系统和发动机、发电机等组成。其中,控制部分包括了对机组运行工况进行实时监控,并通过数据采集器来实现自动处理,同时也可以利用PLC来完成逻辑功能转换;而调速机构则主要负责调节转速与流量以及其他相关装置的工作状态。

在整个燃气锅炉中最重要的是燃料燃烧过程的温度控制系统设计和优化系统性能是其核心内容之一。它能够使发动机在不同条件下正常运行并且具有良好稳定、高效性等优点,

2.3燃气轮机控制系统的控制因素

(1)机组运行过程中,燃料质量、温度和压力等都会影响到燃气汽轮发电机组的控制。在实际操作中需要对这些参数进行测量。同时还要考虑燃料品质与环境条件之间存在一定程度上得差别; (2)由于发动机工作时燃烧效率受环境影响较大,所以必须采取措施降低热负荷波动范围以及提高发电机输出功率以减小其变化幅度; (3)为了保证机组运行稳定、经济可靠和安全环保等要求,需要对燃料的品质控制进行优化。

2.4燃气轮机控制系统特点

(1)结构复杂,系统多。燃气轮机控制系统的主要功能是通过对现场情况进行分析并做出决策。

(2)可靠性要求高。采用先进、成熟的控制方式和控制方法来设计控制器时应考虑以下几个方面:现场实际运行中所产生误差;机械故障或操作不当会导致设备不能正常工作而造成事故;对环境条件要求较低等,因此必须满足以上三个性能指标才能保证燃气轮机控制系统能够安全可靠地运转。

三、燃气轮机控制系统的实现

3.1燃气轮机控制系统的需求分析

热器是燃气轮机的重要组成部分,它对锅炉和汽轮系统都有很大影响,因此,提高换热效率显得尤为迫切。本文主要研究了目前国内外天然气工业在应用上存在的问题及发展趋势。首先介绍了当前国内燃气轮机技术现状;然后分析我国现阶段天然气机组存在缺点和不足之处并提出相应解决对策:一是加强换气品质控制与管理;二是优化结构设计以减少设备投资、降低能耗、延长使用寿命,三是提高系统可靠性,四是提升换热器效率。

3.2燃气轮机整体架构

燃气轮机整流电路的主要功能是将机械能转化为热能,因此在整个系统中,主电路和辅助电路都是重要组成部分。其中整流、滤波电感与控制电容等元器件对整个机组至关重要。

整流管:该部分由变压器组以及发电机组成;辅助电源模块包括了:蓄电池组(或直流母线)、调压器(或直流母线);输出电压的主要功能是调节功率因数并为整流电路提供稳定可靠地直流电源,同时还可以通过控制逆变器来实现。

3.3燃气轮机的控制电路

控制电路是用来控制功率开关的通断、调节电流。在燃气轮机中常用到,比如,可以用PLC进行逻辑运算。

当系统运行时需要对其输入信号和输出信号进行比较处理后才能使系统进入工作状态;而如果输入的是模拟量或者数字量就会直接影响到程序执行速度以及操作人员的判断;所以为了避免出现错误控制过程可能导致的误动作等问题发生。在这里采用了单片机来代替传统继电器,实现逻辑运算功能,从而提高整个控制系统运行效率。

在燃气轮机控制系统中,控制电路是非常重要的组成部分。它可以让整个系统正常运行。

(1)PLC输出逻辑单元:主要用于对输入、电压和电流信号进行检测并转换成PWM波形,然后将其发送到下一级的处理器上;

(2)功率放大器:通过功率反馈调节装置把输入到控制器和输出之间所需要达到控制量相对应的电平变化,以实现整个系统在正常工作时能够产生足够大容量。

3.4燃气轮机控制系统的测试要点

为了测试出系统的性能和稳定性,必须在硬件、软件上进行全面检测。通过对压力传感器输出信号与控制电路输入电压比较,来判断是否能够正常工作。

(1)压差测量:压差是指将从被测部件到仪表盘前后的连续时间内所测得气瓶中气体含量数占总体积之比;

(2)流量测定:流量计和温度仪在测量过程当中都会受到外界环境因素干扰而产生误差,所以必须对其进行严格控制。

3.5燃气轮机控制系统的应用领域

燃气轮机控制系统的应用领域主要包括了机械、电子技术和工程方面。本文在分析现状及发展趋势后,针对燃气轮机控制系统中存在的问题与不足之处进行了探讨研究。提供一个可以使燃气轮机控制系统达到最优状态、最佳性能参数以及优化运行效果的思路。

四、 结束语

我国在燃气轮机控制系统方面已经有很多技术上和国际先进水平相比较差距。虽然近些年国内对于天然气工业也加大了投资力度并引进国外一些先进设备。但是这些设备仍然存在不足之处:首先就是国产化率较低;其次是配套的系统不完善;还有一个很大问题在于进口产品过多导致成本增加以及价格昂贵。因此需要加大对燃气轮机控制系统的研究力度。

参考文献:
[1]通用电气公司.用于燃气轮机控制的系统及其方法:[P].
[2]林秉剑.典型燃气轮机伺服控制系统的维护及故障处理方法[J].热力透平,2004:261-263.