[發明專利]一種計算燃氣輪機燃燒火焰溫度的方法

有效

• 申請號: 201410398885.5
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104295375B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 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;G06F19/00
• 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

本發明涉及一種采用經驗公式計算燃氣輪機燃燒火焰溫度的方法，常被用作燃氣輪機的低污染排放控制中，屬于燃氣輪機燃燒溫度測量及控制技術領域。

背景技術

隨著國家對清潔環保能源的日益重視，燃氣輪機發電機組的排放日趨嚴格。傳統標準型的“擴散燃燒”由于燃料與空氣總摻混比的過濃或稀容易產生數量較多的“熱NOx”和CO污染物。將天然氣與空氣預先混合成為均相的、稀釋的可燃混合物，使之以湍流火焰傳播方式的低NOx燃燒室正成為現代燃氣輪機的主流。但是預混燃燒的火焰溫度和燃料量的實時摻混比的數值相對應，以天然氣燃料為例，高于1530℃容易產生大量NOx，低于1430℃又容易產生CO。因此通過設計反饋控制器，調節燃料量的實時摻混比來保證火焰溫度在一定范圍之內，可以有效的同時降低CO和NOx的排放。

因此，實現將火焰溫度保持在一定范圍內這一目標，需要獲取當前的燃燒火焰溫度來反饋到控制器中，以進行對應的燃料量的實時摻混比調節。然而，目前燃氣輪機由于其燃燒室溫度過高，無法安裝可長期工作的永久溫度傳感器。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℃，下一代G/H級重型燃氣輪機的透平前溫度更是高達1450℃，其燃燒室都沒有任何溫度測量傳感器。因此只能通過其它可測量傳感器間接計算來獲取。

從經典的燃氣輪機理論來看，該溫度是可以通過插值壓氣機和透平的特性表，并結合一系列的熱力性能迭代求取。但這類方法運算復雜，需要高性能的芯片作為載體，難以做到低成本、高效率的實時性計算，并不適用于燃氣輪機控制工程上簡單實時性的要求。因此，一個可行的辦法就是通過構造經驗公式，實現對燃氣輪機火焰溫度的簡單實時又精度較高的預測。

發明內容

本發明的目的是為燃氣輪機工程實際提供一種基于測量參數、計算簡便、精度較高且可行的計算燃氣輪機燃燒火焰溫度的方法，可用于燃氣輪機低污染排放控制中的火焰溫度估計。

為了實現上述的目的，本發明的技術方案如下：

1)、采用壓力傳感器、流量傳感器和溫度傳感器分別測量燃氣輪機壓氣機排氣壓力COP、燃燒室燃料供應量WF和透平排氣溫度TOT；燃氣輪機壓氣機排氣壓力COP的單位為kPa，燃燒室燃料供應量WF的單位為最大燃料量質量流量的百分比％，透平排氣溫度TOT的單位為℃；

2)、安裝臨時高溫傳感器來獲得燃氣輪機的火焰溫度校正值CFT_r；

3)、采用下列經驗公式來計算火焰溫度CFT：

CFT＝K₁×COP+K₂×COP²+K₃×WF+K₄×WF²+K₅×TOT+K₆×TOT²+K₇

其中，CFT表示燃氣輪機燃燒火焰溫度，K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆和K₇表示該經驗公式的經驗系數，該經驗系數采用下述公式計算求得：