摘要：燃料调节系统是按照控制系统的指令要求，保证燃机在起动和运行各种工况下完成按照天然气流量变化曲线向燃机的燃烧室供应燃料，并可根据操作人员指令或在保护系统动作时，及时而快速地关断燃料供应。
关键词：燃烧室；流量；压力；调节；快速切断
中图分类号：TF702+.6文献标识码：A
1 概述
燃料供给及调节系统是为了给燃机启动和运行的各种工况下，向燃气轮机不同燃烧区供应满足燃烧室流量要求的燃料，并且可以根据操作人员指令或在保护系统动作时，及时而快速地关断燃料供应，保证燃机的安全。
2 燃气轮机燃烧系统简介
现在地球污染问题比较严重，环保问题变得极其重要，为保证低污染排放，我们的燃机燃烧室采用先进的低污染排放的燃烧室结构。火焰筒设计成环形火焰筒和筒形火焰筒两部分。为了有效降低氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和未燃碳氢化合物的排放量，保证燃机排放的污染指标满足环保要求，燃料的燃烧在三个燃烧区（即环形燃烧区、扩散燃烧区和均匀燃烧区）进行。燃料气分别由三根天然气总管供应。燃料与空气在环形段和主火焰筒涡流器前预先进行掺混，形成可燃的均匀预混气，进行均匀预混燃烧。这样可将氮氧化物（NOx）的排放量控制在50mg/Nm3以内。由于燃烧室的结构复杂，因此向燃烧室提供燃料的燃料供给及调节系统的设计也很复杂。
3 设计依据
3.1 设计技术参数
介质：天然气
温度（℃）：20～40
点火压力（MPa）：0.21
点火流量（kg/s）：0.0032
供气压力（MPa）：3.0±0.1
供气流量范围（kg/s）：2.97～12.89
3.2 系统的功能要求
燃料供给及调节系统的功能是按照控制系统的指令要求，保证起动和运行各种工况下完成按照天然气流量变化曲线向燃机的燃烧室供应燃料，并可根据操作人员指令或在保护系统动作时，及时而快速地关断燃料供应。因此该系统应具有如下功能：(a)保证供给到燃机燃烧室的天然气的清洁度；(b)保证向点火器供给所需压力和流量的天然气；(c)保证在机组正常停机和紧急停机时，快速切断燃料供给；(d)保证机组的运行要求，可调节供给燃烧室的天然气流量。
4 系统设计
根据燃机对燃料系统功能的要求和燃烧室的结构特点，设计了燃机燃料供给及调节系统原理图（见图1）。
4.1 系统组成
该系统主要由压力表1、隔断阀2、压力控制开关3、压力传感器4、流量测量模块5、过滤分离器6、温度传感器7、切断阀8、压力调节阀9、点火支路减压阀10、点火支路调节阀11、点火支路压力传感器12、点火支路切断阀13、调节阀15，16，17等元件组成。
4.2 系统工作原理及浅析
4.2.1 系统工作原理
由天然气调压站输送来的天然气经过主管线后分成四个支管线，将天然气输送到点火器和燃烧室的喷嘴。当燃机起动前，首先将隔离阀2打开，由天然气调压站输送来的天然气通过流量测量模块5、过滤分离器6输送到切断阀8的上游。按照控制系统的指令，切断阀8打开。切断阀8的下游分成两个支路，一个支路是通向点火器即点火器支路，另一个支路是通向燃机三个燃料总管的燃料调节支路。
来自切断阀8的天然气经过点火支路减压阀10减压后，通过点火支路调节阀11，输送到点火支路切断阀13的上游，按照控制系统的指令，给点火支路切断阀13发出打开的控制信号，切断阀13打开，天然气被输送到点火器，燃机开始点火。
另一个支路是通向燃机三个燃料总管的燃料调节支路。燃料调节支路分成三个支路分别向环形燃烧区燃料总管、扩散燃烧区燃料总管和均匀燃烧区燃料总管提供天然气。
点火器支路停止供天然气的同时控制系统给压力调节阀9发出打开的控制信号，压力调节阀9开始工作。接着控制系统也给环形燃烧区燃料调节阀17发出打开的控制信号，流量调节阀17按照控制系统的控制信号调节流量调节阀17阀门开度，从而保证环形燃烧区所需燃料流量。当燃机转速达到某一规定值时，按照控制系统的指令，同时向扩散燃烧区和均匀燃烧区的燃料调节阀15、16发出打开的控制信号，流量调节阀15、16按照控制系统的控制信号控制流量调节阀15、16的开度，从而保证环形燃烧区所需燃料流量。
4.2.2 系统工作原理浅析
根据燃机燃料系统的设计参数和功能要求，该系统分成点火器支路和燃料调节支路。之所以此系统中设置了一路单独的点火器支路，是因为经过对燃料流量、压力的分析，其压力和流量远远小于燃料调节支路所需的燃气压力和流量，调节阀对压力和流量的调节只能在一定的调节范围内是稳定值，因此与燃料调节支路采用同一个调节阀是不能满足点火器支路对燃气流量和压力的要求的，只能单独设置一路点火支路，保证点火支路所需的供气压力和供气流量。
由于燃机运行过程中对天然气供气精度要求比较高，所采用的燃料流量和压力调节阀都是比较精密的元件，而且系统中所使用的流量计等测量元件也是比较精密的元件，因此对天然气的洁净度、含水量等的气体品质要求都挺高，为满足此系统对天然气的洁净度的设计要求，我们选择了过滤分离器模块6。
该系统最重要的功能就是能够向燃机提供所需流量和压力的天然气，保证机组在各种工况的运行要求。为了满足该项功能的要求，在系统中设置了压力调节阀和流量调节阀两个重要元件，由这两个阀门共同调节输送到燃烧室的燃料流量。流量调节阀用于控制输送到燃烧室的天然气的流量，进入燃烧室的天然气的流量是由调节阀开度确定。压力调节阀来控制流量调节阀上游的天然气压力，通过控制调节阀的开度，可以在较大范围内调节进入燃烧室的天然气的流量，以适应然机启动与正常运行时的燃料流量的需要。
为了使压力调节阀和流量调节阀能够实现上述要求和保证燃机的运行安全，在燃料供给及调节系统中设置了一套与燃料控制系统传递信息的元件。燃料点火支路上减压阀后安装有压力传感器和压力表，用于监测供到点火器的天然气压力是否满足点火要求；燃料供给和调节系统的天然气入口处设有压力表，用于测试由天然气调压站来的天然气是否输送到燃料供给和调节系统的入口；入口的隔离阀后设有两个压力控制开关4，过滤器后设有温度控制器。
5 结论
通过以上的分析可以看到燃料供给及调节系统的设计能够满足燃机的技术参数及功能的要求，功能先进，能够满足燃机正常运行的各种工况下的燃料供给的要求。
