[發(fā)明專利]一種基于TDLAS技術的燃氣輪機燃燒溫度監(jiān)測系統(tǒng)

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• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN109916532A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 肖俊峰;王瑋;王峰;李曉豐;于飛龍;張炯
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發(fā)明公開了一種基于TDLAS技術的燃氣輪機燃燒溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次連接的激光發(fā)射模塊、激光傳輸模塊、激光數(shù)據(jù)分析處理模塊和溫度顯示模塊。工作時，通過激光發(fā)射模塊產(chǎn)生所需入射激光；通過激光傳輸模塊傳輸入射激光和經(jīng)過燃氣輪機燃燒室流場吸收后的激光，并將激光信號轉化為電信號；通過激光數(shù)據(jù)分析處理模塊分析提取有效電信號，反演燃燒溫度；通過溫度顯示模塊實時顯示燃燒室流場溫度。本發(fā)明采用光學非接觸式燃燒溫度測量方法測量燃氣輪機燃燒溫度，相對燃氣輪機現(xiàn)有燃燒溫度測量系統(tǒng)，具有測量范圍廣、不干擾流場、測量精度高等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于燃氣輪機技術領域，尤其涉及一種基于TDLAS技術的燃氣輪機燃燒溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術

燃燒溫度是影響燃氣輪機燃燒效率和污染物排放的重要因素，實現(xiàn)燃燒溫度的精確監(jiān)測，有助于實現(xiàn)燃氣輪機燃燒過程精準控制，確保熱通道部件運行安全、提升燃燒調(diào)整效果。

在役燃氣輪機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要由熱電偶組成，其測點布置在透平排氣段，無法直接獲取燃氣輪機燃燒溫度。若要獲取燃氣輪機燃燒室出口溫度，只能根據(jù)熱電偶監(jiān)測的透平排氣溫度，利用經(jīng)驗公式，結合壓氣機壓比、大氣溫度等參數(shù)估算燃燒室出口溫度。

上述在役燃氣輪機燃燒室出口溫度的估算方法，涉及大量經(jīng)驗系數(shù)和修正參數(shù)，在役燃氣輪機實際運行中普遍存在以下問題：

(1)溫度精準控制問題。現(xiàn)有溫度控制系統(tǒng)通過監(jiān)測的透平出口溫度結合經(jīng)驗公式估算的燃燒室出口溫度，與機組實際運行狀況存在一定偏差，導致燃氣輪機燃燒控制系統(tǒng)難以準確判斷燃燒超溫，不能實現(xiàn)小區(qū)間自適應性快速精確調(diào)整；燃氣輪機燃燒控制系統(tǒng)難以準確進行燃燒模式切換和燃料量分配，易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象；燃氣輪機控制系統(tǒng)難以準確修訂調(diào)整燃燒控制參數(shù)，燃機運行時的燃燒自適應調(diào)整效果以及燃機檢修過程中的人工燃燒調(diào)整效果均不能達到最佳狀態(tài)。

(2)時滯性問題。現(xiàn)有燃燒溫度監(jiān)測系統(tǒng)不能直接測量燃燒室出口溫度，需要通過處于燃燒室下游的透平出口溫度來反推燃燒室出口溫度，進而實現(xiàn)對燃氣輪機燃燒室出口溫度的控制，其控制過程存在時滯性。例如，當燃氣輪機燃燒室出口發(fā)生超溫現(xiàn)象，威脅到透平葉片時，燃氣輪機控制系統(tǒng)，只有先通過現(xiàn)有溫度監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結果分析透平出口溫度，再通過經(jīng)驗公式等方法進一步判斷燃燒室出口溫度是否超溫，然后再實施燃燒溫度控制措施，實現(xiàn)對燃氣輪機透平葉片的保護，其需要通過監(jiān)測燃燒室下游的溫度反推燃燒室出口的溫度，存在時滯性，不能實時控制燃燒溫度，進而實時保護燃燒室下游的透平部件。

研究發(fā)現(xiàn)基于可調(diào)諧半導體激光吸收光譜技術(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy，TDLAS)不需要直接接觸高溫燃氣，具有測量精度高、響應快、對燃燒室流場無干擾等優(yōu)勢，能在線監(jiān)測0～3000K范圍內(nèi)燃燒流場溫度，非常適用于燃氣輪機燃燒溫度在線監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有燃氣輪機監(jiān)測系統(tǒng)無法直接監(jiān)測燃氣輪機燃燒室燃燒溫度的問題，并實現(xiàn)燃氣輪機燃燒溫度在線監(jiān)測，本發(fā)明提供了一種基于TDLAS技術的燃氣輪機燃燒溫度監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于TDLAS雙線測溫原理，利用兩只激光器輸出可被水蒸汽吸收的且不同波長的激光譜線，并利用激光耦合器將兩束激光耦合為一組激光，使耦合后的激光穿過燃燒室流場，再利用光電探測器將吸收后的激光光譜信號轉換為電信號，通過溫度反演模塊，測量分析吸收譜線的強度，獲取燃燒溫度。

本發(fā)明采用如下技術方案來實現(xiàn)的：

一種基于TDLAS技術的燃氣輪機燃燒溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊、激光傳輸模塊、激光數(shù)據(jù)分析處理模塊以及溫度顯示模塊；其中，