基于國(guó)產(chǎn)化改造的西門(mén)子燃機(jī)控制系統(tǒng)燃燒性能優(yōu)化研究摘要：探討了西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化改造與燃燒性能優(yōu)化。隨著我國(guó)能源需求的增加，西門(mén)子燃機(jī)被應(yīng)用于電力生產(chǎn)，但其控制系統(tǒng)依賴(lài)進(jìn)口，導(dǎo)致維護(hù)成本高，限制了技術(shù)發(fā)展。通過(guò)國(guó)產(chǎn)化改造，研究旨在替代進(jìn)口核心控制模塊和優(yōu)化軟件系統(tǒng)，以提高燃機(jī)的燃燒性能、減少排放，并促進(jìn)本土技術(shù)創(chuàng)新。分析了燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，指出其通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃?xì)鈮毫Α囟鹊葏?shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夂涂諝夤?yīng)的精準(zhǔn)調(diào)整。提出了核心控制模塊和軟件系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)，以及通過(guò)優(yōu)化燃燒模式切換、提升燃燒穩(wěn)定性和控制排放，實(shí)現(xiàn)燃燒性能的進(jìn)一步優(yōu)化。關(guān)鍵詞：國(guó)產(chǎn)化"燃機(jī)控制系統(tǒng)"燃燒性能"核心控制模塊Research"on"Combustion"Performance"Optimization"of"Siemens"Gas"Turbine"Control"System"Based"on"Localization"TransformationWANG"HuiJiangsu"Huadian"Yizheng"Thermal"Power"Co.，"Ltd.，Yangzhou，"Jiangsu"Province，"211417"ChinaAbstract：This"article"explores"the"localization"transformation"and"combustion"performancenbsp;optimization"of"Siemens"gas"turbine"control"system.nbsp;With"the"increasing"demand"for"energy"in"China，"Siemens"gas"turbines"have"been"applied"in"power"production.However，"their"control"systems"rely"on"imports，"resulting"in"high"maintenance"costs"and"limiting"technological"development."Through"localization"transformation，"the"research"aims"to"replace"imported"core"control"modules"and"optimize"software"systems"to"improve"the"combustion"performance"of"gas"turbines，"reduce"emissions，"and"promote"local"technological"innovation."The"article"analyzes"the"structure"and"working"principle"of"the"gas"turbine"control"system，"pointing"out"that"it"achieves"precise"adjustment"of"gas"and"air"supply"through"real-time"monitoring"of"gas"pressure，"temperature"and"other"parameters."Key"technologies"for"the"localization"of"core"control"modules"and"software"systems"have"been"proposed，"as"well"as"further"optimization"of"combustion"performance"through"optimizing"combustion"mode"switching，"improving"combustion"stability，"and"controlling"emissions.Key"Words："Localization;"Gas"turbine"control"system;"Combustion"performance"optimization；Core"control"module隨著我國(guó)能源需求的不斷增長(zhǎng)，燃?xì)廨啓C(jī)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。西門(mén)子燃機(jī)因其高效的運(yùn)行性能成為許多電廠的核心設(shè)備。然而，由于控制系統(tǒng)依賴(lài)進(jìn)口，不僅增加了維護(hù)成本，還限制了本土化的技術(shù)發(fā)展。為此，開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化改造勢(shì)在必行。本研究旨在探討西門(mén)子燃機(jī)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化改造過(guò)程，重點(diǎn)分析核心控制模塊和軟件系統(tǒng)的優(yōu)化，提升燃燒性能、降低排放，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的自主創(chuàng)新與發(fā)展。1西門(mén)子燃機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析1.1燃機(jī)控制系統(tǒng)概述燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)是保障燃機(jī)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的核心，其主要功能是管理和控制燃機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)燃?xì)獾墓?yīng)調(diào)節(jié)、協(xié)調(diào)壓氣機(jī)的運(yùn)行、燃燒器的點(diǎn)火與停機(jī)過(guò)程等步驟，保障燃機(jī)在不同工況下能夠保持高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。燃機(jī)控制系統(tǒng)由多個(gè)相互配合的子系統(tǒng)組成，包括液壓油系統(tǒng)、天然氣供應(yīng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，每個(gè)子系統(tǒng)都對(duì)燃機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到了至關(guān)重要的作用[1]。液壓油系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制燃料供應(yīng)閥門(mén)的開(kāi)度，確保燃?xì)夤?yīng)的準(zhǔn)確性和靈活性。天然氣供應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的天然氣流量，讓燃機(jī)的燃料供應(yīng)穩(wěn)定，潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用是減少燃機(jī)運(yùn)行中的摩擦，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)確保機(jī)組能夠在高溫、高負(fù)荷下正常工作。通過(guò)這些子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，燃機(jī)控制系統(tǒng)能夠在不同負(fù)荷下自動(dòng)調(diào)整燃料和空氣的供應(yīng)比例，以維持最佳的燃燒效率。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)依賴(lài)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃?xì)鈮毫?、燃燒溫度、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)被傳輸至中央控制單元，控制單元根據(jù)系統(tǒng)反饋的信息對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整[2]。此外，控制系統(tǒng)的安全保護(hù)功能能夠及時(shí)識(shí)別和處理異常情況（如超溫、超壓或燃燒不穩(wěn)定），避免設(shè)備損壞和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。1.2控制系統(tǒng)的工作原理燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)布置在燃機(jī)各個(gè)部位的傳感器，監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中的參數(shù)，如燃?xì)鈮毫?、壓氣機(jī)出口壓力、燃燒溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。這些傳感器采集的數(shù)據(jù)會(huì)被傳輸至中央控制單元，中央控制器根據(jù)當(dāng)前的燃機(jī)工作負(fù)荷和燃燒需求進(jìn)行計(jì)算和分析，最終輸出控制信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)燃?xì)夤?yīng)閥門(mén)的開(kāi)度。通過(guò)這種方式，控制系統(tǒng)能夠確保燃料供應(yīng)量與壓縮空氣流量之間的精準(zhǔn)匹配，從而維持燃燒過(guò)程的穩(wěn)定性和效率。這種實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)制使得燃?xì)廨啓C(jī)能夠在不同運(yùn)行負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)高效的燃燒。燃?xì)廨啓C(jī)通常在擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒兩種模式之間切換。擴(kuò)散燃燒模式適用于較低負(fù)荷或啟動(dòng)時(shí)，具有更好的穩(wěn)定性，而預(yù)混燃燒模式在高負(fù)荷時(shí)更為高效，并降低污染物排放?？刂葡到y(tǒng)會(huì)根據(jù)燃燒溫度和壓力的設(shè)定閾值，判斷何時(shí)切換到預(yù)混燃燒模式，實(shí)現(xiàn)燃燒效率最大化和低排放目標(biāo)。燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)還具有完善的保護(hù)機(jī)制，以應(yīng)對(duì)各種極端工況。例如：當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的溫度或壓力超過(guò)安全閾值時(shí)，超溫超壓保護(hù)系統(tǒng)會(huì)立即介入，調(diào)整燃?xì)夤?yīng)或執(zhí)行緊急停機(jī)，以防止設(shè)備損壞。2國(guó)產(chǎn)化改造的關(guān)鍵技術(shù)2.1"核心控制模塊的國(guó)產(chǎn)化在國(guó)產(chǎn)化改造過(guò)程中，進(jìn)口核心部件的替代是關(guān)鍵任務(wù)。為了確保燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的性能不因國(guó)產(chǎn)化而下降，核心控制模塊的國(guó)產(chǎn)替代必須實(shí)現(xiàn)與原進(jìn)口系統(tǒng)同等甚至更高的精度和可靠性。國(guó)產(chǎn)核心控制模塊的研發(fā)包括液壓系統(tǒng)控制、燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器等技術(shù)。液壓系統(tǒng)是燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中的重要組成部分，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)燃?xì)夤?yīng)的流量和壓力，確保燃機(jī)在不同工況下能夠保持燃料與空氣的合理比例。國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵是對(duì)液壓泵、壓力調(diào)節(jié)器、蓄能器等關(guān)鍵部件進(jìn)行研發(fā)和改進(jìn)，使其能夠滿(mǎn)足高壓、穩(wěn)定供油的需求。液壓泵需要具備高效的壓力調(diào)節(jié)能力，以應(yīng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)在快速負(fù)荷變化時(shí)的需求，蓄能器在系統(tǒng)中起到儲(chǔ)能和壓力緩沖的作用，讓液壓系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)提供穩(wěn)定的動(dòng)力油。壓力調(diào)節(jié)器必須具備精確的調(diào)節(jié)功能，能夠根據(jù)燃燒狀態(tài)的變化迅速調(diào)整供油壓力，保證燃?xì)夤?yīng)的精準(zhǔn)[3]。在燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥控制方面，國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)是確保調(diào)節(jié)閥能夠在各種工況下保持靈活的開(kāi)閉控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)夤?yīng)流量的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。這不僅要求閥門(mén)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐用性，還需要其控制系統(tǒng)具備高度的響應(yīng)性和可靠性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器則需要在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中重點(diǎn)開(kāi)發(fā)，其精準(zhǔn)度直接關(guān)系到系統(tǒng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控能力，這些傳感器的數(shù)據(jù)將被用于控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整，從而保障燃機(jī)的安全、高效運(yùn)行。2.2"軟件系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)口燃機(jī)的控制軟件通常是由國(guó)外公司設(shè)計(jì)，其代碼邏輯、算法和控制策略是基于特定的硬件配置與運(yùn)行環(huán)境量身定制的。因此，在國(guó)產(chǎn)化改造過(guò)程中，重新開(kāi)發(fā)控制軟件需要充分考慮國(guó)產(chǎn)硬件的特點(diǎn)及其與燃機(jī)系統(tǒng)的適配性，既要調(diào)整軟件架構(gòu)的，還需在算法優(yōu)化、數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行效率上達(dá)到與原系統(tǒng)同等甚至更高的水準(zhǔn)。國(guó)產(chǎn)控制軟件的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)各類(lèi)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整。這包括對(duì)燃?xì)夤?yīng)、空氣流量、燃燒溫度、壓氣機(jī)出口壓力等重要參數(shù)的實(shí)時(shí)跟蹤和分析。為了確保燃機(jī)在各種工況下都能維持穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，軟件系統(tǒng)必須具備高度的可靠性和穩(wěn)定性。這意味著軟件開(kāi)發(fā)不僅要注重精確的參數(shù)采集和反饋，還需要在響應(yīng)速度和故障容忍度上進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試與優(yōu)化。特別是在燃燒模式切換和燃?xì)夤?yīng)精度控制方面，國(guó)產(chǎn)軟件的開(kāi)發(fā)需要進(jìn)行大量的仿真和測(cè)試。3燃燒性能的優(yōu)化方法3.1"燃燒模式切換的優(yōu)化西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)通常采用擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒兩種模式，擴(kuò)散燃燒模式具有燃燒穩(wěn)定性高、適應(yīng)負(fù)荷波動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，而預(yù)混燃燒則在低氮氧化物（NOx）排放方面表現(xiàn)優(yōu)異。為了實(shí)現(xiàn)更高的燃燒效率與環(huán)保目標(biāo)，燃燒模式切換的優(yōu)化成為關(guān)鍵。通過(guò)國(guó)產(chǎn)化改造，可以根據(jù)具體工況條件，優(yōu)化燃燒模式的切換點(diǎn)與切換邏輯。在預(yù)混模式下，燃燒更為均勻，排放的污染物顯著減少，但這一模式在低負(fù)荷下容易出現(xiàn)熄火風(fēng)險(xiǎn)，因此需要在負(fù)荷達(dá)到一定水平后切換至預(yù)混燃燒。而在擴(kuò)散燃燒向預(yù)混燃燒切換的過(guò)程中，需要平衡好二者的火焰穩(wěn)定性與燃料供應(yīng)的協(xié)調(diào)性[4]。3.2"燃燒穩(wěn)定性提升燃燒穩(wěn)定性的提升可以通過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng)和改進(jìn)燃燒器結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，控制系統(tǒng)應(yīng)具備快速響應(yīng)能力，能夠在檢測(cè)到燃燒參數(shù)（如火焰溫度、壓力波動(dòng)）異常時(shí)，迅速調(diào)整燃料供應(yīng)和空氣比例，避免燃燒不完全或熄火的情況。此外，國(guó)產(chǎn)化改造過(guò)程中，燃燒器的設(shè)計(jì)也可以針對(duì)國(guó)產(chǎn)燃料的特性進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)燃燒效率。3.3"排放控制與性能平衡燃燒性能優(yōu)化的一個(gè)重要目標(biāo)是減少排放氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）。預(yù)混燃燒模式在低排放方面具有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)在燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)空氣和燃?xì)獾耐耆旌?，可以有效減少高溫燃燒區(qū)域，從而減少NOx的生成。然而，在追求低排放的同時(shí)，還需要保證燃?xì)廨啓C(jī)的整體性能不受影響。國(guó)產(chǎn)化改造需要在燃燒優(yōu)化和排放控制之間找到平衡點(diǎn)[5]。增加對(duì)排放參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整燃燒條件，確保在環(huán)保指標(biāo)范圍內(nèi)保持較高的燃燒效率。4國(guó)產(chǎn)化改造后的燃機(jī)性能測(cè)試與分析4.1"測(cè)試環(huán)境與條件國(guó)產(chǎn)化改造后的燃機(jī)性能測(cè)試是在嚴(yán)格控制的環(huán)境下進(jìn)行的，目的是確保改造后的控制系統(tǒng)和燃機(jī)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出高效和穩(wěn)定的性能。測(cè)試環(huán)境一般選擇在專(zhuān)門(mén)的燃機(jī)測(cè)試中心或電廠現(xiàn)場(chǎng)，確保真實(shí)的工況模擬。測(cè)試時(shí)的環(huán)境條件包括燃料的質(zhì)量、溫度、壓力、濕度等因素，這些條件對(duì)燃燒性能有直接影響。在測(cè)試過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)各種傳感器持續(xù)監(jiān)控燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，收集包括燃燒溫度、排放指標(biāo)、燃?xì)饬髁?、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速等重要數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)，還會(huì)采用多種負(fù)荷工況，包括滿(mǎn)負(fù)荷、部分負(fù)荷和低負(fù)荷等不同運(yùn)行模式，以驗(yàn)證在各種條件下的燃燒穩(wěn)定性和控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。4.2"國(guó)產(chǎn)化改造后的性能表現(xiàn)經(jīng)過(guò)國(guó)產(chǎn)化改造后的核心控制模塊展現(xiàn)出了卓越的性能。改造后的系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的參數(shù)，精確調(diào)節(jié)燃料與空氣的供給，使燃燒過(guò)程更加穩(wěn)定。在滿(mǎn)負(fù)荷工況下，燃燒效率提升了3%～5%。同時(shí)，在低負(fù)荷模式下，通過(guò)對(duì)燃燒器的優(yōu)化調(diào)整，系統(tǒng)有效減少了熄火的風(fēng)險(xiǎn)，保證了燃燒過(guò)程的穩(wěn)定性。在排放控制方面，改造后的系統(tǒng)也有了改善。通過(guò)在預(yù)混燃燒模式下的精準(zhǔn)控制，氮氧化物（NOx）的排放量減少了近20%，達(dá)到了更加嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)一氧化碳（CO）的控制也更加有效，降低了環(huán)境污染。這種排放控制的改進(jìn)不僅滿(mǎn)足了國(guó)家和國(guó)際的環(huán)保要求，也為電廠的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。國(guó)產(chǎn)化后的控制系統(tǒng)在響應(yīng)速度和操作便利性上有了提升。系統(tǒng)的操作界面經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，變得更加簡(jiǎn)潔直觀，用戶(hù)可以更方便地進(jìn)行操作和監(jiān)控。核心控制模塊和軟件系統(tǒng)的本地化提升了燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率，確保了在不同負(fù)荷下的穩(wěn)定運(yùn)行。排放控制技術(shù)的優(yōu)化降低了NOx和CO的排放，符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)產(chǎn)化改造不僅降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本，還提高了燃機(jī)的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益，展示了國(guó)產(chǎn)技術(shù)在高端裝備制造領(lǐng)域的潛力。[1]衛(wèi)明，曾建軍，崔豐，等.燃?xì)廨啓C(jī)電廠部