[發明專利]一種采用排氣溫度分散度監測保護燃氣輪機燃燒的方法

有效

• 申請號: 201310117879.3
• 申請日: 2013-04-07
• 公開（公告）號: CN103195583A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 何皚
• 申請（專利權）人: 北京華清燃氣輪機與煤氣化聯合循環工程技術有限公司
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;G01K7/04
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機服役后防止其在運行過程中燃燒不穩定的保護方法，尤其涉及透平排氣分散度的設計和防止燃燒不穩定的信號處理方法，屬于燃氣輪機燃燒穩定性實時監測技術領域。

背景技術

隨著現代燃氣輪機技術的發展和效率提高的需求，重型燃氣輪機的透平前溫度越來越高，以GE公司的重型燃氣輪機為例，目前E/F級重型燃氣輪機的透平前溫度就高達1300°C，下一代G/H級重型燃氣輪機的透平前溫度更是高達1450°C。在如此高的溫度下，重型燃氣輪機熱端部件如燃燒室或過渡段等部件長期運行也難免出現一些破裂和損壞等故障。而過高的溫度環境也使得幾乎沒有工業傳感器可以長期可靠的工作。對這些高溫部件缺乏直接測量的情況下，監測這些高溫部件的健康狀態成了燃氣輪機設計過程中一個不得不考慮的問題。

目前工業上較為常用的方法就是通過測量透平排氣溫度來間接的監測高溫熱端部件的健康狀態。因為高溫部件的一個重要特征是：當燃燒不穩定、燃燒室破裂、燃燒溫度不均勻或過渡段破裂時，都會引起透平的進口流場和排氣溫度流暢的嚴重不均勻。傳統的方法就是在透平排氣通道中盡可能多地布置測溫熱電偶，然后檢測這些熱電偶所測溫度都相同，但在實際工業中，由于干擾和噪聲的存在，即使重型燃氣輪機處于穩定正常運行狀態下，這些熱電偶所測溫度也不可能絕對相同。此外，因為燃氣輪機在不同的工況運行時，透平前溫和排氣溫度都是不同的。當機組并網發電時，若所帶負荷較多發電量大時，重型燃氣輪機需要的燃料量多，透平前溫也必然高些。相反，若機組所帶負荷較少時，則透平前溫低，排氣溫度也低。而排氣溫度的不同也影響到分散度的不同，但排氣溫度高，其相應的熱電偶所測量到的偏差也大；相反，排氣溫度低，則這些均勻的熱電偶在不同地點所測量到的排氣溫度的偏差值也就較少。因此如何利用排氣溫度構造適當的指標，準確反映高溫部件狀態是燃燒監控保護的難點。

而且，重型燃氣輪機的排氣端測溫熱電偶一般都在幾十個，對每一個測溫熱電偶設置閾值并進行監測，不利于修改和維護，給用戶和工程師都帶來了較大的設計負擔和使用不便。雖然目前的智能算法如神經網絡、機器學習等已經有了很大的發展，但這些智能算法一般運算復雜，需要高性能的芯片作為載體，難以得到低成本、高效率的實時性計算。因此燃氣輪機的燃燒監測保護算法需要一種簡便而準確度又高的算法。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統燃氣輪機燃燒監測保護方法過于復雜的問題，通過利用基于余弦定理的數據驅動方法，實現由一個利用偏差角度來表征分散度的方法，從而提高燃氣輪機燃燒監測保護系統的實時性和準確度。

為了實現上述的目的，本發明的技術方案如下：

一種燃氣輪機燃燒監測保護方法，包括以下步驟：

A1）、在燃氣輪機透平排氣端的同一排氣截面上均勻安裝N個測溫熱電偶，測量透平的排氣溫度T_i，其中:N為測溫熱電偶的安裝數目,下標i為1，2，…,N；T_i為第i個測溫熱電偶測量到的溫度；

B1）、首先計算排氣溫度分散度S_總：

其中，排氣溫度分散度S_總用無故障狀態下的設定排氣溫度向量T_設和實際測量排氣溫度向量T_測之間的夾角θ來間接表示，當夾角θ趨向于0，排氣溫度分散度S_總=cos(θ)趨向于1，則表示燃燒穩定性越好，T_設表示燃氣輪機無故障狀態下的排氣溫度向量,該向量的維數為1×N；T_測表示實際測量的排氣溫度向量，為[T₁T₂…T_N]，<T_設,T_測>表示向量T_設和向量T_測的內積，||·||²表示向量的2范數；

C1）、設置警告和警告退出機制：由于排氣溫度分散度S_總與夾角θ成反比，因此當前無警告狀態下，如果排氣溫度分散度S_總輸出值大于警告閾值時，則表示正常；如果排氣溫度分散度S_總輸出值小于等于警告閾值時，則表示警告；如果警告已經發生，則排氣溫度分散度S_總輸出值必須大于警告解除閾值才能消除警告；

D1）、設置危險跳閘邏輯：一旦檢測到排氣溫度分散度S_總小于等于危險閾值，則發出危險信號，并啟動燃氣輪機停車邏輯。