NI助力火电厂CMS-1000燃烧状态监控系统

　　CMS-1000系统

　　“通过使用NI模块化仪器和软件，我们可以显著减少调整一个设备所需的时间，同时可以创建更加友好的用户操作界面，且无需牺牲测量精度。”

　　- Jordan Pritt， Turbine Technology Services Corporation

　　

　　挑战：

　　当燃气涡轮燃烧室工作在燃料-空气比接近可燃性下限的时候，为避免加速磨损、火焰回火或者贫油熄火现象的发生，需要尽量减少可能的破坏性压力振荡。

　　解决方案：

　　使用NI硬件和NI LabVIEW软件开发一个便携的燃烧状态监测系统，这样我们可以精确地对不稳定的燃烧状态进行调整以及调试。

　　背景

　　许多的发电厂运营商都经历过由于汽轮机频率不稳所造成的损坏。为满足当前严格的排放标准所设计的Dry Low NOx（DLN）燃烧室，必须工作在一个很低的燃料-空气比下。由于燃料-空气比非常接近可燃性下限，使得DLN燃烧室容易出现动态的压力振荡，从而导致组件接口的加速磨损，或者是硬件的直接损坏；预混合区域的火焰回火则会导致燃料喷嘴或其它燃烧室硬件的熔化；又或者熄火造成蒸汽涡轮机跳闸脱线。为了在符合排放标准的前提下保护好长期工作组件，保证工作的完整性，DLN系统需要进行定期的调试维护。

　　CMS-1000系统

　　为了避免涡轮机中重要组件的加速磨损和机械损坏，我们使用NI硬件和LabVIEW 软件开发了一台燃烧状态监控系统，使得对涡轮机的调试相对容易。这台CMS-1000燃烧状态监控系统结构紧凑，能够监控蒸汽涡轮机中每一个燃烧室的压力。针对不同型号的蒸汽涡轮机，我们最多可以监控多达18个燃烧室中的动态压力。涡轮机的两侧各有一个监控箱，每一个监控箱接收一半的信号输入，传感器电缆从每一个燃烧室中接出再连接到任何一个监控箱中的动态压力传感器上。

　　

　　除了内置的压力传感器，监控箱中还装有阻尼线圈，作为信号补偿系统，可以消除传感信号线上的衰减。另外，监控箱中安装有NI 9234 动态信号采集（DSA）模块。压力传感器产生的模拟信号输出给每一个监控箱中的NI I/O模块和NI cDAQ-9188机箱。通过设置NI的硬件和软件，可以在两个监控箱之间实现同步数据采集。采集到的动态压力信号经由NI MES-3980 工业以太网开关传送给位于蒸汽涡轮机本地控制室中的一台笔记本电脑。

　　LabVIEW程序对18个压力信号进行快速傅立叶变换，得到每一个燃烧室的频谱（压力幅度vs.频率）。对这些频谱的后期处理提供了关键的幅度和频率数据，帮助决策者作出涡轮机调整方案。频谱和后期处理后的数据可以以多种图形的形式来显示，帮助工程师更简单、更快速地决定如何对蒸汽涡轮机的燃料和空气进行实时控制。多种数据记录的格式同样可以帮助工程师针对调整的结果编写文档并生成报表。

　　National Instruments提供的协助

　　NI在整个开发过程的各个环节为我们提供了巨大的帮助。购买NI产品之前，NI就帮助我们了解了实现我们开发目标所需的环节，并给出了中肯的意见，例如哪一种硬件和软件组合能够为我们的应用提供最好的效果。

　　National Instruments还提供了培训机会，在培训教室中帮助我们学习产品的使用。因为我们负责该项目的软件工程师之前并没有编写LabVIEW的经验，为了让他们可以快速地上手并保证高效、高质量的工作，培训就显得尤为重要。LabVIEW 核心课程 1为我们提供了重要的指导，没有该培训，我们不可能按时完成项目。

　　在购买了NI产品之后，National Instruments也一直在任何我们需要的地方提供帮助，从硬件数据信号线的连接到软件开发环节。NI技术支持工程师是一个极其重要的资源。他们知识丰富、值得信赖，他们会花时间来了解我们想实现的功能，而且有时候会为我们提供不同的开发建议来帮助我们更有效地完成开发目标。

　　产品优势

　　CMS-1000是一台紧凑、便携的动态信号监控系统，我们可以将其作为一台最终产品卖给任何想自己对蒸汽涡轮机进行调整的客户，也可以由我们内部使用，为那些不想自己调整涡轮机的客户提供调试服务。将传感器、管线和NI硬件装配在一个监控箱中大大简化系统的现场安装步骤，只需要两根线缆将三个最主要的组件（两台监控箱，一台笔记本电脑）连接起来即可。LabVIEW软件帮助我们开发了一个简单、友好的图形化用户界面，并带有数据记录功能。作为卖给客户的最终产品，这些软件特性都具有很重要的优势。

　　

　　CMS-1000系统还为我们进一步开发DLN燃烧室自动调整系统提供了一个现成的平台。自动调整系统会继承CMS-1000系统具有的动态监控功能，再配合上废气排放和涡轮机控制器输入信号。一套自动调整算法会持续地为实时燃料控制调整器提供反馈信号，帮助持续优化工作过程中的废气排放和动态压力。目前，这些调整还是由燃烧室工程师手动完成的，所以只能在离散的时间点上实现。这样的手动调整并不能随着时间的推移根据环境条件的季节变化或者燃烧室硬件的退化达到优化目的。

　　结论

　　通过使用NI模块化仪器和软件，我们可以显著减少调整一个设备所需的时间，同时可以创建更加友好的用户操作界面，且无需牺牲测量精度。在未来的燃烧状态监控系统中，我们会继续使用National Instruments的硬件和软件来帮助我们进行开发。

　　作者：

　　Jordan Pritt - Turbine Technology Services Corporation

　　关于Turbine Technology Services Corporation

　　Turbine Technology Services （TTS）公司为全世界的涡轮机使用者和运营商提供业内领先的技术咨询、现场支持以及设计服务，并为各种机构、独立发电企业和私人企业提供广泛的服务。我们的工程咨询专家可以为蒸汽涡轮机使用者和运营商提供有价值的系统评估服务和解决方案。我们的现场工程师致力于将我们的高效设计方案付诸实施、提供彻底的系统评估、监督合作伙伴与供应商，并与所有的发电厂进行协调。

　　我们的使命是提供汽轮机行业内领先的技术方案，并提供全球范围内的工程咨询服务。我们的解决方案可靠、有效，可以帮助您成功地完成蒸汽涡轮机的安装和现化代改进项目。我们还为客户的电厂提供控制组件、燃烧室及动态调整服务。哪里需要维护高效的工作状态，哪里就有我们的服务。