摘要：以某廠PG9171E燃氣輪機為研究對象，介紹了DLN1.0燃燒室結構特點、燃燒模式及燃料控制策略，結合實際案例，對燃氣輪機在燃燒模式切換過程中的燃料分配算法進行了深入的研究分析。DLN1.0燃燒技術的解析對于燃燒調整以及燃機控制系統國產化具有一定的實際參考價值及指導意義。

　　關鍵詞：PG9171E;燃氣輪機;DLN1.0燃燒室;燃燒模式;燃料控制策略

　　0 引言

　　當燃氣輪機中氣體燃料燃燒為擴散燃燒時，由于燃燒溫度高，在燃燒過程中極易產生數量較多的熱NOx污染物，因此，為實現低NOx燃燒，DLN1.0燃燒技術采用均相貧預混的湍流火焰傳播燃燒方法[1]，通過將燃燒器改為兩級串聯式，從而將燃料燃燒由最初的擴散燃燒通過模式切換和改變燃料分配的方式逐步過渡至預混燃燒，通過調節空燃比，可以保證燃燒溫度始終低于1 650 ℃，故能有效抑制熱NOx的生成。

　　而如何確保在模式切換過程中燃料分配變化不對燃氣輪機正常安全穩定運行產生影響，如導致回火、脫火、振蕩燃燒、負荷波動或是CO排量高等問題，則尤為重要。本文以某廠PG9171E燃氣輪機為研究對象，深入研究了DLN1.0燃燒技術。

　　1 DLN1.0燃燒室

　　由圖1可知，干式低NOx(DLN1.0)是一種兩級串聯式的預混稀釋態的DLN1.0燃燒室。一區由6個彼此隔開的燃燒空間組成，每個燃燒空間都裝設各自的旋流器和燃料噴嘴，通過中心體組合件，裝設一個二區燃料噴嘴和旋流器，在文丘里組合件后便是二區。

　　由壓氣機來的高壓空氣被分流為3個部分，即一次空氣、冷卻空氣和二次空氣。一次空氣流經旋流器、端部配氣蓋板、過渡錐頂上的魚鱗孔以及開在火焰筒前段的三排一次射流孔，進入燃燒區，直接與燃料進行混合與燃燒;冷卻空氣穿過在火焰筒壁上的多排冷卻空氣射流孔分散進入火焰筒中，在火焰筒壁面附近形成一個溫度較低的空氣冷卻膜，保護管壁避免高溫灼燒;二次空氣由開在火焰筒后段的混合射流孔射入由燃燒區來的高溫煙氣中，對高溫煙氣進行摻冷，從而降低進入透平入口的溫度[2-3]。

　　2 燃料控制算法

　　為了將燃氣輪機的燃燒方式由擴散燃燒過渡至預混燃燒，PG9171E燃氣輪機燃料控制算法將實時燃燒基準溫度與預選設定的燃燒溫度基準陣列參數進行比較，并根據其他輔助邏輯條件，判斷燃氣輪機所處燃燒模式，然后根據燃氣輪機實時運行狀態計算出當前燃氣輪機所需燃料量，以實現燃燒模式的順利切換并調節一區、二區各燃料閥的燃料量。

　　由圖2可知，燃料控制算法主要由燃料行程基準、燃料分配基準及燃料流量基準組成。燃料行程基準計算控制可分為8種類型：啟動升速控制、加速控制、轉速/負荷控制、負荷限制控制、溫度控制、停機控制、壓氣機壓比控制和手動控制，這8個控制模塊的控制輸出，通過最小值選擇作為當前燃料行程基準;燃料分配基準則根據燃燒基準溫度輔以其他邏輯條件判斷燃氣輪機所處燃燒模式，并根據不同的燃燒模式得出一級燃料閥在燃料行程基準中所占的比例值，剩余的燃料行程基準值由二級燃料閥與切換燃料閥根據需要再次分配，從而獲得各燃料閥的分配比例;燃料流量基準是由燃料行程基準及燃料分配比例計算得到的分配流量以及由壓氣機排氣壓力和燃料溫度計算得到的預充流量相加得到。

　　另外，由于二級燃料閥及切換燃料閥后環管結構復雜，環管體積大，管路行程長，為了快速排出二級燃料閥及切換燃料閥管路中的空氣，對于二級燃料閥和切換燃料閥在其首次開啟之時需要預充流量對管路進行預充，而預充流量是壓氣機排氣壓力和燃料閥前溫度的函數，并隨著壓氣機排氣壓力的增大而增大，燃料閥前溫度的增大而減小。雖然壓氣機出口至燃燒室有一定的壓損，但仍可近似認為燃燒室壓力等于壓氣機排氣壓力，因而為了保證燃料管路與燃燒室之間的壓差，當壓氣機排氣壓力增大時需要增大預充流量，以增大燃料閥開度來提高燃料閥后壓力。

　　3 燃燒模式

　　DLN1.0燃燒技術共有8種燃燒模式，即初級燃燒模式、貧貧增燃燒模式、貧貧減燃燒模式、擴展貧貧模式、二次切換模式、預混切換模式、預混穩定燃燒模式以及負荷恢復模式。在機組正常啟動運行期間，按時間順序共經歷5種燃燒模式，即初級燃燒模式、貧貧增燃燒模式、二次切換模式、預混切換模式、預混穩定燃燒模式。在機組正常停機期間，按時間順序共經歷4種燃燒模式，即預混穩定燃燒模式、貧貧減燃燒模式、貧貧增燃燒模式、初級燃燒模式。在燃燒異常工況下，則會觸發擴展貧貧模式或負荷恢復模式[4]。本文以某燃氣電廠PG9171E燃氣輪機為研究對象，對其模式切換過程中的燃料控制算法進行了研究分析。

　　3.1 初級燃燒模式

　　燃機從點火開始，經過暖機、加速、全速空載到低負荷運行(燃燒基準溫度低于1 650 °F)，都工作在初級燃燒模式(圖3)下。在該燃燒模式下，只有一級燃料閥開啟，所有燃料進入一區，進行擴散燃燒。

　　3.2 貧貧增燃燒模式

　　隨著負荷的不斷升高，當燃燒基準溫度高于1 650 °F時，二級燃料閥開啟，此時進入貧貧增燃燒模式(圖4)，二級燃料管路開始預充，一區的燃料分配比例由100%按4.5%/s的速率降至95%，二區的燃料分配比例由0%按4.5%/s的速率增至5%，此外二區預充流量按0.05%/s的速率增加至目標值;當二級燃料管路預充完成后(二級燃料管路預充時間由預充流量計算得到)，一區的燃料分配比例由95%按4.5%/s的速率降至70%，二區的燃料分配比例則由5%按4.5%/s的速率增至30%，由于二區燃料量的增大，在預充完成大約6 s后，二區著火，最終一區、二區燃料分配比例為7：3。另外，預充完成后延時3 s，預充流量按0.02%/s的速率減小至0。