[发明专利]燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统

说明书

本发明公开了一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，属于工业燃气轮机领域。该系统包括传感器组件、数据采集器和上位机；所述燃气轮机燃烧室中的每一个火焰筒上均安装有所述传感器组件，每一组传感器组件包括一个压力脉动传感器、一个振动加速度传感器和一个红外高温传感器；所述数据采集器用于实时采集所述燃气轮机燃烧室中各传感器组件的电信号，并将其转换为数字信号，获得多属性多状态的实时检测数据；所述上位机用于获取和存储所述数据采集器采集的实时检测数据，并进行多域分析和故障预警。本发明能提高燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测和预警的及时性和可靠性，保障燃气轮机安全稳定运行。

技术领域

本发明属于工业燃气轮机领域，具体涉及一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统。

背景技术

燃烧室是燃气轮机重要的高温核心部件之一。为了减少燃烧室氮氧化物的排放，现代主流燃烧室为干式低氮氧化物排放燃烧室。干式低氮氧化物排放燃烧室基于贫燃预混燃烧技术，更容易产生热声振荡现象。热声振荡主要是由燃烧室热释放脉动和压力波动相互耦合产生的，会引起放热量和压力的大幅波动，使得燃烧室燃烧不稳定，影响燃气轮机的安全可靠运行并降低燃烧室的使用寿命。因此，需要对燃气轮机燃烧室热声振荡进行在线监测。

现有的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统包括排气温度分布监测系统和燃烧脉动压力监测系统两种。许多国外燃气轮机制造商，如GE、西门子和三菱等，都开发和应用了符合其燃烧室特性的排气温度分布监测系统和燃烧脉动压力监测系统。西门子、GE和三菱定义了不同的排气温度分散度，将其与设定值相比较，并结合测点的相邻情况，通过排气温度场是否均匀对燃烧室热声振荡进行间接监测。但是排气温度测点布置于涡轮尾部，距离燃烧室有一定距离，信号监测存在一定滞后性，且排气温度场的不均匀较难与燃烧室热声振荡直接一一对应，涡轮等其他故障同样会引起排温分布的变化。

目前成熟的燃烧脉动压力监测系统有GE公司的OpFlex AutoTune系统，西门子公司ARGUS系统的aSMC(Advanced Stability Margin Controller)模块，三菱的A-CPFM(Advanced Combustion Pressure Frequency Monitor)系统。

GE公司的OpFlex AutoTune系统采用先进的模型化控制技术MBC(Model-BasedControl)，可在线、实时地确定燃气轮机热力模型边界运行参数，建立每个待调节参数的特定控制回路，从而提高了控制准确性。该系统可以通过综合优化IGV角度控制压气机空气流量和燃料阀开度控制燃料流量自动实时连续地对燃烧室进行调整，同时结合先进的热力学模型(ARES)和虚拟传感器技术，实时计算燃机运行状态，提高了燃气轮机的灵活性和可靠性。该系统侧重于燃烧室运行参数的控制，且依赖于热力学模型的建立，并不是特定地监测与分析燃烧室热声振荡情况。

西门子公司ARGUS系统包含的aSMC模块通过对燃烧参数的实时调整，最大限度保证燃机在部分负荷和基本负荷时的燃烧稳定性。基于燃烧脉动压力的测量，该系统会自动实时评估并调整燃烧参数，减少因燃气状态，大气条件及出力变化带来的燃烧不稳定，实现燃烧系统的优化和高效。该系统只测量了压力脉动一个参数，测量参数比较单一。

三菱公司的A-CPFM系统通过压力波动传感器和加速度传感器高速采集机组运行数据，并对数据进行燃烧脉动压力频段分析，以此评估燃烧稳定性，通过自动调整燃烧室值班燃料控制输出信号(PLCSO)和旁通阀开度(BYCSO)，使燃烧室安全稳定运行。该系统虽然采集了压力脉动和加速度两种监测参数，但是分析方法比较单一。

国内目前在役的燃气轮机几乎都是国外燃气轮机制造商研制的，相应配套的燃烧室热声振荡监测系统也由国外燃气轮机制造商直接提供。加之国外公司对燃烧室此类高温部件相关技术的封锁，国内尚不具备成熟的、可应用的燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统。我国对于燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统的研究起步相对较晚，但是，国内已经开展了一些研究工作并取得了一定的进展。