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摘要：为了解决在一些恶劣的极端天气当中，燃气轮机防结冰系统中出现的各种问题，本文首先介绍了燃气轮机的防结冰系统，以及使用的ACPFM系统的具体工作原理，之后对其系统进行优化方案的设计，使其保障燃气轮机可以平稳的运行下去，不受到燃气轮机的影响。
关键词：燃气轮机;防结冰系统;自动投入逻辑;燃烧特性
前言：在燃气轮机的使用过程中，由于存在一些极端的天气情况，使得现阶段的燃气轮机的防结冰系统有着一定程度的缺陷，因此需要针对防结冰系统存在的问题进行控制方案的优化处理，使其能够应对极端天气，提升燃气轮机的质量性。
1 、燃气轮机以及ACPFM系统
1.1 ACFM系统
燃气轮机在运行过程中，依靠着旋转叶轮式进行驱动，使其空气能够经过轴流压气机压缩成一种高压的空气，之后再与燃烧器以及燃料进行混合，通过燃烧的方式产生高温和高压的燃气，之后产生的燃气会进行透平膨胀作功，进而可以有效地推动转子进行旋转，使其输出功率[1]。
天然气燃料易燃，但是一旦同空气之间不具备良好的配比，就会导致在燃烧过程中的不均衡，使其发生燃烧振动。而在燃烧器的燃烧位置，经过燃烧而产生的热量会以声光的模式得以释放，因此一旦这时外界出现一定程度的变化，就会导致在发生的声光当中有着较大的热量发出，进而导致压力出现波动，在这个过程中，一旦燃烧波动超出了设定的范围，就会导致燃气轮机当中的部件由于高温而发生损伤[2]。同时火焰筒以及尾筒都在这个高危地带，一旦由于持续高温的出现，就会对这些部件造成严重的损伤，甚至会有部件碎片的脱落，使其碎片通过气流进入到其他部位，造成故障的扩大。
因此为了尽可能地降低燃烧所发生的振动现象，需要始终让燃烧器保持最佳的运转。因此三菱公司自主研发了燃烧振动自动调整系统，其结构上是由燃烧振动检测传感器以及ACPFM共同组成，该系统可以很好地对燃烧器的实时状态进行检测，進而在对检测出的数据自动的分析，达到对燃气轮机稳定性的检测功能，并对数据进行故障预防性的调整，以此提升燃气轮机的稳定、安全性。燃气器在使用过程中，主要是通过调整燃料的流量以及进入空气的流量，来对燃气汽轮机当中的燃烧状态进行控制，而扩散燃烧以及预混合燃烧的燃料配比上，主要是利用制版燃料控制信号进行有效控制，让所有进入到燃烧器当中的空气，都需要通过燃烧器旁的路阀来进行有效控制[3]。
1.2 ACPFM系统工作原理
在燃气轮机工作的过程中，其内部的燃烧室在狭小的空间内有着较高的温度，为此在这个空间内，一点小小的压力波动变化都会导致严重影响到燃烧室的正常运转，甚至对燃烧室造成一定程度的破坏，为此需要对压力波动有着严格地把控，同时还需要提升对压力波动的测量精度。在燃气轮机中其他数据的测量当中，进行了FFT变化之后还需要将其转变成各种不同频段的压力波动值，从而实现有效的监视。为了实现这一功能，需要在每一个燃烧器上进行压力波动传感器的设置，从而实时把控燃烧室内的压力波动情况。
AFPFM系统当中，还能够依据CPFM的波动情况对燃烧室的稳定性和安全性造成的影响进行分析，其中分别设置了预报警、报警以及跳闸限值结构，以此保障ACPFM系统可以针对每一个燃烧器当中的九个全部频段所产生的振动数据进行详细的分析，并在之后依据分析出的结构来进行技术的调整，以此促进燃气轮机正常平稳的运转下去。
1.3影响到燃烧振动的因素
在燃气轮机燃烧过程中，其具有的重要燃烧成分当中，具有的甲烷含量比重多高就会导致产生的热量越低，并且其甲烷的含量变化，也能直接影响到火焰产生的位置，但是可以利用旁路阀的开度来进行位置的修正。其中，F3燃气轮机在设计当中，可以让甲烷的含量在5%的含量误差之间。
燃料温度以及进气温度的影响方面，由于控制相同的负荷当中，燃烧的温度并不确定，为此需要依据进气温度的实际变化来对其进行温度的修正，以此保障燃烧状态当中的温度不会发生严重的波动。下图1为燃料温度和进气温度与燃烧振动的关系。
图1 燃料温度（左）和进气温度（右）与燃烧振动的关系
2、 恶劣条件下防结冰系统引起的CPFM振动原因和优化策略
2.1 防结冰系统
在燃气轮机当中，其具备的防结冰系统是为了应对在一些极端的天气环境当中，需要通过压气机出口被压缩的高温空气送到压气机的入口处，这样便可以有效地提升压气机入口的空气温度，进而让压气机在入口处的可转导叶能够顺利地进行高功率运行，避免由于低温的环境导致可转导叶的停止工作。在燃气轮机的防结冰系统安排上，其内部结构包含空气供给阀、防结冰空气平衡阀、防结冰管路排污阀以及防结冰空气温度调整阀。
2.2 故障成因
在一些极端天气当中，由于天气十分寒冷，同时空气湿度大，燃气轮机又处于高负荷的运转当中，使其在H1频段出现了压力值的波动，其中ACPFM系统进行了自动的调整，而是随着和PLCSO不断增加，使得向着HH2报警区域靠近，过了临界线之后导致防结冰系统进行自动投入使用，将防结冰阀启动，不断控制燃气轮机的空气进入量，也就是提升BYCSO的含量增加。但是由于该过程中，燃控比过度变化不正常，导致H1频段触发了报警系统。
此前由于长时间在H1频段当中的燃烧器压力一直处于波动较高的状态，进而导致ACPFM的调节也过大，之后再将防结冰阀打开之后。进而进一步减少了进空气流量，从而导致了燃烧器的压力波动区域报警。虽然系统当中进行了紧急回调处理，但是依然无法对HH2频段的压力进行波动的控制，因此最终发生了保护动作。
2.3 防结冰系统控制方面优化策略
2.3.1 低频振动
在低频振动的模式下，有着易熄火的危害，但是不会对燃烧器造成严重损伤，但是能够引发透平4级冻液以及平齐通道内产生一定程度的振动。因此需要对其进行优化处理，采用的方法是通过提升火焰位置的燃控比，从而提升PILOT的含量，同时在开旁路阀出降低内筒的空气量。 2.3.2 轴向振动
在轴线振动模式下，会在燃气轮机内所有的燃烧器中发生不同程度的摆动，进而对燃烧器以及旋流部件造成损伤。因此采取的优化措施为通过移动热源的位置，来降低火焰的温度，从而在调节辅助燃料比，从而来改变火焰的具体位置。
2.3.3 周向振动
在周向振动模式下，能夠与燃烧器中的特定部门发生一定程度的振动，从而产生的振动能力可以在短时间内破坏燃烧器。在这个模式下采取的优化措施为，对能量分布进行调节，以此来利用能量分布情况来避免振动的发生。
3 、纠正和防范措施
为了进一步避免燃气轮机的防结冰系统在一些低温环境下发生故障，需要采取一系列有效的安全措施
3.1 重新修订H1频段的调整值以及调整范围
为了尽可能地避免对H1频段进行调节过程中的过度或者不足，需要重新对H1频段进行调整。使其从原本的6kPa调整为7.9kPa，之后再将原本的PLCSO输出补正限制调整为-2%到+0.7%之间，之后再对负荷进行有效地调整。
3.2 对防结冰系统的自动投入逻辑进行优化
需要对防结冰系统的逻辑进行修正，具体逻辑为当运行环境符合防结冰系统的运行时，防结冰系统可自行投入运行，直到暖管结束。而一旦IGV的开度大于30%之后，防结冰系统则不能投入运行，无法进行正常的控制。在大气的环境因素符合防结冰系统的运行时，因为一些原因使得GT符合有着明显的下降，就需要将防结冰系统迅速地调动起来。
总结：
综上所述，在对燃气轮机防结冰系统地控制方案优化分析当中，需要首先明确燃气轮机的运行原理，之后再对防结冰系统进行控制方式的分析，之后再结合其实际情况来有针对性地进行控制方案的优化。
参考文献：
[1]李响，廉小隗.M701F3型燃气轮机防结冰系统动作导致机组跳闸的讨论[J].科技创新导报，2017，14（07）：78-79+81.
[2]杨丽华.防结冰系统的控制方案优化[J].化学工程与装备，2016（09）：197-199.
[3]郭刚，高仕玉，耿欢.防结冰系统改造在西气东输管道燃气轮机上的应用[J].燃气轮机技术，2018，28（04）：69-72.
关键词：燃气轮机;防结冰系统;自动投入逻辑;燃烧特性
前言：在燃气轮机的使用过程中，由于存在一些极端的天气情况，使得现阶段的燃气轮机的防结冰系统有着一定程度的缺陷，因此需要针对防结冰系统存在的问题进行控制方案的优化处理，使其能够应对极端天气，提升燃气轮机的质量性。
1 、燃气轮机以及ACPFM系统
1.1 ACFM系统
燃气轮机在运行过程中，依靠着旋转叶轮式进行驱动，使其空气能够经过轴流压气机压缩成一种高压的空气，之后再与燃烧器以及燃料进行混合，通过燃烧的方式产生高温和高压的燃气，之后产生的燃气会进行透平膨胀作功，进而可以有效地推动转子进行旋转，使其输出功率[1]。
天然气燃料易燃，但是一旦同空气之间不具备良好的配比，就会导致在燃烧过程中的不均衡，使其发生燃烧振动。而在燃烧器的燃烧位置，经过燃烧而产生的热量会以声光的模式得以释放，因此一旦这时外界出现一定程度的变化，就会导致在发生的声光当中有着较大的热量发出，进而导致压力出现波动，在这个过程中，一旦燃烧波动超出了设定的范围，就会导致燃气轮机当中的部件由于高温而发生损伤[2]。同时火焰筒以及尾筒都在这个高危地带，一旦由于持续高温的出现，就会对这些部件造成严重的损伤，甚至会有部件碎片的脱落，使其碎片通过气流进入到其他部位，造成故障的扩大。
因此为了尽可能地降低燃烧所发生的振动现象，需要始终让燃烧器保持最佳的运转。因此三菱公司自主研发了燃烧振动自动调整系统，其结构上是由燃烧振动检测传感器以及ACPFM共同组成，该系统可以很好地对燃烧器的实时状态进行检测，進而在对检测出的数据自动的分析，达到对燃气轮机稳定性的检测功能，并对数据进行故障预防性的调整，以此提升燃气轮机的稳定、安全性。燃气器在使用过程中，主要是通过调整燃料的流量以及进入空气的流量，来对燃气汽轮机当中的燃烧状态进行控制，而扩散燃烧以及预混合燃烧的燃料配比上，主要是利用制版燃料控制信号进行有效控制，让所有进入到燃烧器当中的空气，都需要通过燃烧器旁的路阀来进行有效控制[3]。
1.2 ACPFM系统工作原理
在燃气轮机工作的过程中，其内部的燃烧室在狭小的空间内有着较高的温度，为此在这个空间内，一点小小的压力波动变化都会导致严重影响到燃烧室的正常运转，甚至对燃烧室造成一定程度的破坏，为此需要对压力波动有着严格地把控，同时还需要提升对压力波动的测量精度。在燃气轮机中其他数据的测量当中，进行了FFT变化之后还需要将其转变成各种不同频段的压力波动值，从而实现有效的监视。为了实现这一功能，需要在每一个燃烧器上进行压力波动传感器的设置，从而实时把控燃烧室内的压力波动情况。
AFPFM系统当中，还能够依据CPFM的波动情况对燃烧室的稳定性和安全性造成的影响进行分析，其中分别设置了预报警、报警以及跳闸限值结构，以此保障ACPFM系统可以针对每一个燃烧器当中的九个全部频段所产生的振动数据进行详细的分析，并在之后依据分析出的结构来进行技术的调整，以此促进燃气轮机正常平稳的运转下去。
1.3影响到燃烧振动的因素
在燃气轮机燃烧过程中，其具有的重要燃烧成分当中，具有的甲烷含量比重多高就会导致产生的热量越低，并且其甲烷的含量变化，也能直接影响到火焰产生的位置，但是可以利用旁路阀的开度来进行位置的修正。其中，F3燃气轮机在设计当中，可以让甲烷的含量在5%的含量误差之间。
燃料温度以及进气温度的影响方面，由于控制相同的负荷当中，燃烧的温度并不确定，为此需要依据进气温度的实际变化来对其进行温度的修正，以此保障燃烧状态当中的温度不会发生严重的波动。下图1为燃料温度和进气温度与燃烧振动的关系。
图1 燃料温度（左）和进气温度（右）与燃烧振动的关系
2、 恶劣条件下防结冰系统引起的CPFM振动原因和优化策略
2.1 防结冰系统
在燃气轮机当中，其具备的防结冰系统是为了应对在一些极端的天气环境当中，需要通过压气机出口被压缩的高温空气送到压气机的入口处，这样便可以有效地提升压气机入口的空气温度，进而让压气机在入口处的可转导叶能够顺利地进行高功率运行，避免由于低温的环境导致可转导叶的停止工作。在燃气轮机的防结冰系统安排上，其内部结构包含空气供给阀、防结冰空气平衡阀、防结冰管路排污阀以及防结冰空气温度调整阀。
2.2 故障成因
在一些极端天气当中，由于天气十分寒冷，同时空气湿度大，燃气轮机又处于高负荷的运转当中，使其在H1频段出现了压力值的波动，其中ACPFM系统进行了自动的调整，而是随着和PLCSO不断增加，使得向着HH2报警区域靠近，过了临界线之后导致防结冰系统进行自动投入使用，将防结冰阀启动，不断控制燃气轮机的空气进入量，也就是提升BYCSO的含量增加。但是由于该过程中，燃控比过度变化不正常，导致H1频段触发了报警系统。
此前由于长时间在H1频段当中的燃烧器压力一直处于波动较高的状态，进而导致ACPFM的调节也过大，之后再将防结冰阀打开之后。进而进一步减少了进空气流量，从而导致了燃烧器的压力波动区域报警。虽然系统当中进行了紧急回调处理，但是依然无法对HH2频段的压力进行波动的控制，因此最终发生了保护动作。
2.3 防结冰系统控制方面优化策略
2.3.1 低频振动
在低频振动的模式下，有着易熄火的危害，但是不会对燃烧器造成严重损伤，但是能够引发透平4级冻液以及平齐通道内产生一定程度的振动。因此需要对其进行优化处理，采用的方法是通过提升火焰位置的燃控比，从而提升PILOT的含量，同时在开旁路阀出降低内筒的空气量。 2.3.2 轴向振动
在轴线振动模式下，会在燃气轮机内所有的燃烧器中发生不同程度的摆动，进而对燃烧器以及旋流部件造成损伤。因此采取的优化措施为通过移动热源的位置，来降低火焰的温度，从而在调节辅助燃料比，从而来改变火焰的具体位置。
2.3.3 周向振动
在周向振动模式下，能夠与燃烧器中的特定部门发生一定程度的振动，从而产生的振动能力可以在短时间内破坏燃烧器。在这个模式下采取的优化措施为，对能量分布进行调节，以此来利用能量分布情况来避免振动的发生。
3 、纠正和防范措施
为了进一步避免燃气轮机的防结冰系统在一些低温环境下发生故障，需要采取一系列有效的安全措施
3.1 重新修订H1频段的调整值以及调整范围
为了尽可能地避免对H1频段进行调节过程中的过度或者不足，需要重新对H1频段进行调整。使其从原本的6kPa调整为7.9kPa，之后再将原本的PLCSO输出补正限制调整为-2%到+0.7%之间，之后再对负荷进行有效地调整。
3.2 对防结冰系统的自动投入逻辑进行优化
需要对防结冰系统的逻辑进行修正，具体逻辑为当运行环境符合防结冰系统的运行时，防结冰系统可自行投入运行，直到暖管结束。而一旦IGV的开度大于30%之后，防结冰系统则不能投入运行，无法进行正常的控制。在大气的环境因素符合防结冰系统的运行时，因为一些原因使得GT符合有着明显的下降，就需要将防结冰系统迅速地调动起来。
总结：
综上所述，在对燃气轮机防结冰系统地控制方案优化分析当中，需要首先明确燃气轮机的运行原理，之后再对防结冰系统进行控制方式的分析，之后再结合其实际情况来有针对性地进行控制方案的优化。
参考文献：
[1]李响，廉小隗.M701F3型燃气轮机防结冰系统动作导致机组跳闸的讨论[J].科技创新导报，2017，14（07）：78-79+81.
[2]杨丽华.防结冰系统的控制方案优化[J].化学工程与装备，2016（09）：197-199.
[3]郭刚，高仕玉，耿欢.防结冰系统改造在西气东输管道燃气轮机上的应用[J].燃气轮机技术，2018，28（04）：69-72.