燃氣往復式內燃機空燃比控制研究分析

王桂鈞 陳康成

（中海石油（中國）有限公司海南分公司， 海南 海口 570100）

1 背景情況

某海上天然氣生產平臺主電站配置有1臺美國通用（GE）公司生產的瓦克夏（WAUKESHA）16V275GL+見圖1.1）燃氣往復式內燃機組。該機組為16缸、4沖程、預燃室式、稀燃式、V 配置發動機。汽缸總排氣量為285 L (17,398 cu. in.) ，發動機采用天然氣操作，設計特點是油耗低，廢氣排放量少。

圖1.1：往復式發動機

2 空燃比控制原理

Waukesha 16V 275GL +燃氣往復式內燃機使用的是氮氧化物空燃比控制系統（見圖2.1），用于控制發動機的空燃比（空氣與燃料氣的比例）。燃氣與空氣在文丘里式混合室混合，形成一定空燃比的混合氣，然后經控制閥進入發動機燃燒。

氮氧化物空燃比控制系統是一個閉環控制系統，通過監控氮氧化物傳感器中實際氮氧化物和氧氣的排放，并接受ECU 中關鍵的發動機信息，氮氧化物控制系統發揮作用。 氮氧化物控制系統將氮氧化物和氧氣數值，以及ECU 的其他輸入信息，轉換成計算的氮氧化物 g/hp-hr or (g/Nm3)數值。 該控制系統將發動機排氣計算值（單位克）與至ECU 的用戶可調氮氧化物輸入值進行對比。如傳感器的測量值（單位克）與所需氮氧化物級別（單位克）不同，控制系統檢測步進器，以調節燃油壓力調節器先導裝置總成的燃氣/空氣壓力,保證機組的穩定運行。

圖2.1：氮氧化物空燃比控制系統

3 空燃比調節校準

由于大功率燃氣往復式發動機高平均有效壓力運行區域內的空燃比范圍較窄( 圖3.1) ，容易發生爆震和失火[1]。因此，如何將氣體發動機空燃比控制在合理范圍，對于機組的穩定運行和降低排放至關重要。……