[發明專利]燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測系統

有效

• 申請號: 202110547040.8
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113176094B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 楊世錫;黃沁妮;顧希雯;何俊;屠瑤;俞維文;黃海舟;張宇明;隋永楓;吳崢峰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01D21/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 鄭磊

本發明公開了一種燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測系統，屬于工業燃氣輪機領域。該系統包括傳感器組件、數據采集器和上位機；所述燃氣輪機燃燒室中的每一個火焰筒上均安裝有所述傳感器組件，每一組傳感器組件包括一個壓力脈動傳感器、一個振動加速度傳感器和一個紅外高溫傳感器；所述數據采集器用于實時采集所述燃氣輪機燃燒室中各傳感器組件的電信號，并將其轉換為數字信號，獲得多屬性多狀態的實時檢測數據；所述上位機用于獲取和存儲所述數據采集器采集的實時檢測數據，并進行多域分析和故障預警。本發明能提高燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測和預警的及時性和可靠性，保障燃氣輪機安全穩定運行。

技術領域

本發明屬于工業燃氣輪機領域，具體涉及一種燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測系統。

背景技術

燃燒室是燃氣輪機重要的高溫核心部件之一。為了減少燃燒室氮氧化物的排放，現代主流燃燒室為干式低氮氧化物排放燃燒室。干式低氮氧化物排放燃燒室基于貧燃預混燃燒技術，更容易產生熱聲振蕩現象。熱聲振蕩主要是由燃燒室熱釋放脈動和壓力波動相互耦合產生的，會引起放熱量和壓力的大幅波動，使得燃燒室燃燒不穩定，影響燃氣輪機的安全可靠運行并降低燃燒室的使用壽命。因此，需要對燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩進行在線監測。

現有的燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測系統包括排氣溫度分布監測系統和燃燒脈動壓力監測系統兩種。許多國外燃氣輪機制造商，如GE、西門子和三菱等，都開發和應用了符合其燃燒室特性的排氣溫度分布監測系統和燃燒脈動壓力監測系統。西門子、GE和三菱定義了不同的排氣溫度分散度，將其與設定值相比較，并結合測點的相鄰情況，通過排氣溫度場是否均勻對燃燒室熱聲振蕩進行間接監測。但是排氣溫度測點布置于渦輪尾部，距離燃燒室有一定距離，信號監測存在一定滯后性，且排氣溫度場的不均勻較難與燃燒室熱聲振蕩直接一一對應，渦輪等其他故障同樣會引起排溫分布的變化。

目前成熟的燃燒脈動壓力監測系統有GE公司的OpFlex AutoTune系統，西門子公司ARGUS系統的aSMC(Advanced Stability Margin Controller)模塊，三菱的A-CPFM(Advanced Combustion Pressure Frequency Monitor)系統。

GE公司的OpFlex AutoTune系統采用先進的模型化控制技術MBC(Model-BasedControl)，可在線、實時地確定燃氣輪機熱力模型邊界運行參數，建立每個待調節參數的特定控制回路，從而提高了控制準確性。該系統可以通過綜合優化IGV角度控制壓氣機空氣流量和燃料閥開度控制燃料流量自動實時連續地對燃燒室進行調整，同時結合先進的熱力學模型(ARES)和虛擬傳感器技術，實時計算燃機運行狀態，提高了燃氣輪機的靈活性和可靠性。該系統側重于燃燒室運行參數的控制，且依賴于熱力學模型的建立，并不是特定地監測與分析燃燒室熱聲振蕩情況。

西門子公司ARGUS系統包含的aSMC模塊通過對燃燒參數的實時調整，最大限度保證燃機在部分負荷和基本負荷時的燃燒穩定性。基于燃燒脈動壓力的測量，該系統會自動實時評估并調整燃燒參數，減少因燃氣狀態，大氣條件及出力變化帶來的燃燒不穩定，實現燃燒系統的優化和高效。該系統只測量了壓力脈動一個參數，測量參數比較單一。

三菱公司的A-CPFM系統通過壓力波動傳感器和加速度傳感器高速采集機組運行數據，并對數據進行燃燒脈動壓力頻段分析，以此評估燃燒穩定性，通過自動調整燃燒室值班燃料控制輸出信號(PLCSO)和旁通閥開度(BYCSO)，使燃燒室安全穩定運行。該系統雖然采集了壓力脈動和加速度兩種監測參數，但是分析方法比較單一。

國內目前在役的燃氣輪機幾乎都是國外燃氣輪機制造商研制的，相應配套的燃燒室熱聲振蕩監測系統也由國外燃氣輪機制造商直接提供。加之國外公司對燃燒室此類高溫部件相關技術的封鎖，國內尚不具備成熟的、可應用的燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測系統。我國對于燃氣輪機燃燒室熱聲振蕩在線監測系統的研究起步相對較晚，但是，國內已經開展了一些研究工作并取得了一定的進展。