[发明专利]一种燃气轮机燃烧稳定性状态监测诊断系统

说明书

本发明公开了一种燃气轮机燃烧稳定性状态监测诊断系统，包括传感器冷却结构(1)、动态压力传感器(2)、高频数据采集器(3)和数据分析处理器(4)；传感器冷却结构(1)与被测试对象燃烧室(5)的测压孔内壁平齐安装，动态压力传感器(2)安装在传感器冷却结构(1)的上端面，高频数据采集器(3)与动态压力传感器(2)连接，数据分析处理器(4)与高频数据采集器(3)连接。本发明采用了动态压力传感器冷却结构，利用循环冷却水对高温烟气进行冷却，缩短了感压容腔的长度，可减小感压容腔对燃烧压力脉动信号的衰减，提高燃烧压力脉动的测量准确度。

技术领域

本发明涉及一种燃烧稳定性状态监测诊断系统，尤其涉及一种燃气轮机燃烧稳定性状态监测诊断系统。

背景技术

重型燃气轮机上普遍采用了干式低氮贫燃预混燃烧技术，以满足燃烧污染物排放低的要求，但由于贫燃预混燃烧稳定性差，当燃气轮机运行参数偏离设计参数时易发生燃烧不稳定情况。燃烧不稳定现象是燃气轮机研发及运行维护人员必须考虑和面对的核心问题，其主要表现为燃烧室内压力的剧烈脉动，并发出尖锐的啸叫声，主要是燃烧的热释放率与来回传递的压力脉动形成耦合共振而产生。预混火焰的燃烧热释放主要集中在火焰的前沿位置，受到湍流的作用，火焰面的非定常起皱会引发微小的压力脉动。当这些脉动在燃烧室内来回传递时，便会再度引起火焰面的起皱，提高瞬时燃烧热释放率，激发出更大的压力脉动，如此进入一个热声耦合的恶性周期循环。这种压力脉动若无法适当地被耗散掉，会引起燃烧不稳定现象，出现燃烧室回火、喷嘴火焰吹熄、燃烧不完全等问题，严重时甚至会引起火焰筒鼓包开裂，损坏燃机昂贵的热通道部件，缩短热通道部件的维护周期。

为了解决重型燃气轮机贫燃预混燃烧的稳定性问题，燃气轮机生产制造商在燃烧室上安装了燃烧稳定性状态监测系统，通过实时监测燃烧室内燃烧压力脉动，防止燃气轮机燃烧室和透平等热通道部件因燃烧压力脉动大而损坏的故障发生。现有的燃烧稳定性状态监测系统主要通过动态压力传感器测量燃烧室内的压力脉动情况，但由于燃烧室内部始终充满燃烧后的高温烟气，测量环境温度远高于动态压力传感器允许的工作温度，现有燃烧稳定性状态监测系统主要通过两种方法解决，一是将动态压力传感器安装在燃烧室外部的未燃冷态区域，避免动态压力传感器与高温烟气直接接触，二是通过长引压管将燃烧室内部的高温烟气引至燃烧室外部，使引压管末端烟气温度低于动态压力传感器允许的工作温度。上述两种方法在使用中发现仍存在以下问题：1)将动态压力传感器安装在燃烧室外部的未燃冷态区域，动态压力传感器不能直接测量获得燃烧室内部的燃烧压力脉动，只能间接测量燃烧室内燃烧压力脉动经燃料喷嘴结构衰减后的压力脉动情况，测量结果与真实值存在一定差别；2)由于烟气温度较高，需要较长的引压管才能将烟气温度降至动态压力传感器的允许的工作温度，较长的引压管对燃烧压力脉动具有衰减作用，导致测量结果与燃烧室内真实压力脉动存在差别。此外现有燃烧稳定性状态监测系统仅设置了报警值和跳机值，只对燃烧压力脉动的幅值进行评估，而压力脉动幅值是燃烧不稳定的结果指标，不具有提前预测的能力。

发明内容

为了解决重型燃气轮机现有燃烧稳定性状态监测系统不能提前预测燃气轮机发生燃烧不稳定的问题，提高燃烧压力脉动的测量准确度，本发明提出一种燃气轮机燃烧稳定性状态监测诊断系统。本发明除采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换计算获得燃烧压力脉动的频率和幅值信息外，还对各频率的幅值增长速率进行计算，根据各频率的幅值增长速率可提前预测燃气轮机是否发生不稳定燃烧现象。此外，本发明采用了动态压力传感器冷却结构，利用循环冷却水对高温烟气进行冷却，缩短了感压容腔的长度，可减小感压容腔对燃烧压力脉动信号的衰减，提高燃烧压力脉动的测量准确度。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种燃气轮机燃烧稳定性状态监测诊断系统，包括传感器冷却结构、动态压力传感器、高频数据采集器和数据分析处理器；传感器冷却结构与被测试对象燃烧室的测压孔内壁平齐安装，动态压力传感器安装在传感器冷却结构的上端面，高频数据采集器与动态压力传感器连接，数据分析处理器与高频数据采集器连接。