[发明专利]一种基于TDLAS技术的燃气轮机燃烧温度监测系统

说明书

本发明公开了一种基于TDLAS技术的燃气轮机燃烧温度监测系统，包括依次连接的激光发射模块、激光传输模块、激光数据分析处理模块和温度显示模块。工作时，通过激光发射模块产生所需入射激光；通过激光传输模块传输入射激光和经过燃气轮机燃烧室流场吸收后的激光，并将激光信号转化为电信号；通过激光数据分析处理模块分析提取有效电信号，反演燃烧温度；通过温度显示模块实时显示燃烧室流场温度。本发明采用光学非接触式燃烧温度测量方法测量燃气轮机燃烧温度，相对燃气轮机现有燃烧温度测量系统，具有测量范围广、不干扰流场、测量精度高等优点。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，尤其涉及一种基于TDLAS技术的燃气轮机燃烧温度监测系统。

背景技术

燃烧温度是影响燃气轮机燃烧效率和污染物排放的重要因素，实现燃烧温度的精确监测，有助于实现燃气轮机燃烧过程精准控制，确保热通道部件运行安全、提升燃烧调整效果。

在役燃气轮机的温度监测系统主要由热电偶组成，其测点布置在透平排气段，无法直接获取燃气轮机燃烧温度。若要获取燃气轮机燃烧室出口温度，只能根据热电偶监测的透平排气温度，利用经验公式，结合压气机压比、大气温度等参数估算燃烧室出口温度。

上述在役燃气轮机燃烧室出口温度的估算方法，涉及大量经验系数和修正参数，在役燃气轮机实际运行中普遍存在以下问题：

(1)温度精准控制问题。现有温度控制系统通过监测的透平出口温度结合经验公式估算的燃烧室出口温度，与机组实际运行状况存在一定偏差，导致燃气轮机燃烧控制系统难以准确判断燃烧超温，不能实现小区间自适应性快速精确调整；燃气轮机燃烧控制系统难以准确进行燃烧模式切换和燃料量分配，易发生燃烧不稳定现象；燃气轮机控制系统难以准确修订调整燃烧控制参数，燃机运行时的燃烧自适应调整效果以及燃机检修过程中的人工燃烧调整效果均不能达到最佳状态。

(2)时滞性问题。现有燃烧温度监测系统不能直接测量燃烧室出口温度，需要通过处于燃烧室下游的透平出口温度来反推燃烧室出口温度，进而实现对燃气轮机燃烧室出口温度的控制，其控制过程存在时滞性。例如，当燃气轮机燃烧室出口发生超温现象，威胁到透平叶片时，燃气轮机控制系统，只有先通过现有温度监测系统的监测结果分析透平出口温度，再通过经验公式等方法进一步判断燃烧室出口温度是否超温，然后再实施燃烧温度控制措施，实现对燃气轮机透平叶片的保护，其需要通过监测燃烧室下游的温度反推燃烧室出口的温度，存在时滞性，不能实时控制燃烧温度，进而实时保护燃烧室下游的透平部件。

研究发现基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy，TDLAS)不需要直接接触高温燃气，具有测量精度高、响应快、对燃烧室流场无干扰等优势，能在线监测0～3000K范围内燃烧流场温度，非常适用于燃气轮机燃烧温度在线监测。

发明内容

为了解决现有燃气轮机监测系统无法直接监测燃气轮机燃烧室燃烧温度的问题，并实现燃气轮机燃烧温度在线监测，本发明提供了一种基于TDLAS技术的燃气轮机燃烧温度监测系统，该系统基于TDLAS双线测温原理，利用两只激光器输出可被水蒸汽吸收的且不同波长的激光谱线，并利用激光耦合器将两束激光耦合为一组激光，使耦合后的激光穿过燃烧室流场，再利用光电探测器将吸收后的激光光谱信号转换为电信号，通过温度反演模块，测量分析吸收谱线的强度，获取燃烧温度。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于TDLAS技术的燃气轮机燃烧温度监测系统，包括激光发射模块、激光传输模块、激光数据分析处理模块以及温度显示模块；其中，