CMS-1000系統

 

"通過使用NI模塊化儀器和軟件，我們可以顯著減少調整一個設備所需的時間，同時可以創建更加友好的用戶操作界面，且無需犧牲測量精度。"

- Jordan Pritt, Turbine Technology Services Corporation 

 

挑戰:

當燃氣渦輪燃燒室工作在燃料-空氣比接近可燃性下限的時候，為避免加速磨損、火焰回火或者貧油熄火現象的發生，需要盡量減少可能的破壞性壓力振蕩。 

 

解決方案:

使用NI硬件和NI LabVIEW軟件開發一個便攜的燃燒狀態監測系統，這樣我們可以精確地對不穩定的燃燒狀態進行調整以及調試。 

 

作者:

Jordan Pritt - Turbine Technology Services Corporation 

關于Turbine Technology Services Corporation

 

Turbine Technology Services （TTS）公司為全世界的渦輪機使用者和運營商提供業內領先的技術咨詢、現場支持以及設計服務，并為各種機構、獨立發電企業和私人企業提供廣泛的服務。我們的工程咨詢專家可以為蒸汽渦輪機使用者和運營商提供有價值的系統評估服務和解決方案。我們的現場工程師致力于將我們的高效設計方案付諸實施、提供徹底的系統評估、監督合作伙伴與供應商，并與所有的發電廠進行協調。

 

我們的使命是提供汽輪機行業內領先的技術方案，并提供全球范圍內的工程咨詢服務。我們的解決方案可靠、有效，可以幫助您成功地完成蒸汽渦輪機的安裝和現化代改進項目。我們還為客戶的電廠提供控制組件、燃燒室及動態調整服務。哪里需要維護高效的工作狀態，哪里就有我們的服務。

 

背景

許多的發電廠運營商都經歷過由于汽輪機頻率不穩所造成的損壞。為滿足當前嚴格的排放標準所設計的Dry Low NOx（DLN）燃燒室，必須工作在一個很低的燃料-空氣比下。由于燃料-空氣比非常接近可燃性下限，使得DLN燃燒室容易出現動態的壓力振蕩，從而導致組件接口的加速磨損，或者是硬件的直接損壞；預混合區域的火焰回火則會導致燃料噴嘴或其它燃燒室硬件的熔化；又或者熄火造成蒸汽渦輪機跳閘脫線。為了在符合排放標準的前提下保護好長期工作組件，保證工作的完整性，DLN系統需要進行定期的調試維護。

 

CMS-1000系統

為了避免渦輪機中重要組件的加速磨損和機械損壞，我們使用NI硬件和LabVIEW 軟件開發了一臺燃燒狀態監控系統，使得對渦輪機的調試相對容易。這臺CMS-1000燃燒狀態監控系統結構緊湊，能夠監控蒸汽渦輪機中每一個燃燒室的壓力。針對不同型號的蒸汽渦輪機，我們較多可以監控多達18個燃燒室中的動態壓力。渦輪機的兩側各有一個監控箱，每一個監控箱接收一半的信號輸入，傳感器電纜從每一個燃燒室中接出再連接到任何一個監控箱中的動態壓力傳感器上。

 

 

除了內置的壓力傳感器，監控箱中還裝有阻尼線圈，作為信號補償系統，可以消除傳感信號線上的衰減。另外，監控箱中安裝有NI 9234 動態信號采集(DSA)模塊。壓力傳感器產生的模擬信號輸出給每一個監控箱中的NI I/O模塊和NI cDAQ-9188機箱。通過設置NI的硬件和軟件，可以在兩個監控箱之間實現同步數據采集。采集到的動態壓力信號經由NI MES-3980 工業以太網開關傳送給位于蒸汽渦輪機本地控制室中的一臺筆記本電腦。

 

LabVIEW程序對18個壓力信號進行快速傅立葉變換，得到每一個燃燒室的頻譜(壓力幅度vs.頻率)。對這些頻譜的后期處理提供了關鍵的幅度和頻率數據，幫助決策者作出渦輪機調整方案。頻譜和后期處理后的數據可以以多種圖形的形式來顯示，幫助工程師更簡單、更快速地決定如何對蒸汽渦輪機的燃料和空氣進行實時控制。多種數據記錄的格式同樣可以幫助工程師針對調整的結果編寫文檔并生成報表。

 

National Instruments提供的協助

NI在整個開發過程的各個環節為我們提供了巨大的幫助。購買NI產品之前，NI就幫助我們了解了實現我們開發目標所需的環節，并給出了中肯的意見，例如哪一種硬件和軟件組合能夠為我們的應用提供較好的效果。

 

National Instruments還提供了培訓機會，在培訓教室中幫助我們學習產品的使用。因為我們負責該項目的軟件工程師之前并沒有編寫LabVIEW的經驗，為了讓他們可以快速地上手并保證高效、高質量的工作，培訓就顯得尤為重要。LabVIEW 核心課程 1為我們提供了重要的指導，沒有該培訓，我們不可能按時完成項目。

 

在購買了NI產品之后，National Instruments也一直在任何我們需要的地方提供幫助，從硬件數據信號線的連接到軟件開發環節。NI技術支持工程師是一個極其重要的資源。他們知識豐富、值得信賴，他們會花時間來了解我們想實現的功能，而且有時候會為我們提供不同的開發建議來幫助我們更有效地完成開發目標。

 

產品優勢

CMS-1000是一臺緊湊、便攜的動態信號監控系統，我們可以將其作為一臺較終產品賣給任何想自己對蒸汽渦輪機進行調整的客戶，也可以由我們內部使用，為那些不想自己調整渦輪機的客戶提供調試服務。將傳感器、管線和NI硬件裝配在一個監控箱中大大簡化系統的現場安裝步驟，只需要兩根線纜將三個較主要的組件(兩臺監控箱，一臺筆記本電腦)連接起來即可。LabVIEW軟件幫助我們開發了一個簡單、友好的圖形化用戶界面，并帶有數據記錄功能。作為賣給客戶的較終產品，這些軟件特性都具有很重要的優勢。

 

 

CMS-1000系統還為我們進一步開發DLN燃燒室自動調整系統提供了一個現成的平臺。自動調整系統會繼承CMS-1000系統具有的動態監控功能，再配合上廢氣排放和渦輪機控制器輸入信號。一套自動調整算法會持續地為實時燃料控制調整器提供反饋信號，幫助持續優化工作過程中的廢氣排放和動態壓力。目前，這些調整還是由燃燒室工程師手動完成的，所以只能在離散的時間點上實現。這樣的手動調整并不能隨著時間的推移根據環境條件的季節變化或者燃燒室硬件的退化達到優化目的。

 

結論

通過使用NI模塊化儀器和軟件，我們可以顯著減少調整一個設備所需的時間，同時可以創建更加友好的用戶操作界面，且無需犧牲測量精度。在未來的燃燒狀態監控系統中，我們會繼續使用National Instruments的硬件和軟件來幫助我們進行開發。