CN104534474A - 一种燃气轮机及应用该燃气轮机检测回火的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机。该燃气轮机包括：中心锥体、壳体及多个旋流叶片；所述中心锥体位于所述壳体内，所述中心锥体及壳体之间形成有预混通道，所述旋流叶片沿所述壳体的周向设置于所述壳体的内侧壁上，所述中心锥体上及预混通道内均设置有温度传感器。本发明提供的燃气轮机的分别在中心锥体的尖端附近和预混通道出口附近布置温度传感器可以分别检测燃料喷嘴的核心区回火和边界层回火，充分考虑了导致燃烧室喷嘴发生回火的主要机制，为燃料喷嘴的安全运行提供了保障；具有成本低、方便使用、适用范围广且稳定性较高的优点，适用于所有的场所，具有较大的推广价值。

Description

一种燃气轮机及应用该燃气轮机检测回火的方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机及应用该燃气轮机检测回火的方法，具体的是一种适用范围广且稳定性较高的燃气轮机及应用该燃气轮机检测回火的方法。

背景技术

燃气轮机正朝着大功率、高效率、低排放、燃料多样化及长寿命方向发展。其发展趋势集中体现在：提高压比和涡轮初温，提高整机性能；拓宽燃料适应性，实现多种能源高效、低碳利用；采用新型燃烧技术，降低污染物排放，满足环保要求；采用先进循环和先进设计技术，部件及整机效率不断提高；研制新型高温材料，采用先进冷却技术，提高热端部件的性能和可靠性。

燃烧室作为燃气轮机的三大核心部件之一，肩负着重要的功能。一方面它需要将燃料的化学能有效地释放出来转换为高温高压的燃气，为其在透平中膨胀做功提供条件；另一方面，他还负责控制污染物的排放，尤其是NOx的排放。然而，由于燃气轮机低NOx排放、燃料多样性和灵活性的要求使得燃烧室的开发受到很多限制，如熄火，回火和热声振荡，特别是燃烧室的回火问题。

回火是指在某些燃烧工况下，火焰向燃烧室燃料喷嘴内的混合气通道上游传播的现象。在重型燃气轮机燃烧室中，通常采用旋流器稳定火焰。采用旋流稳火方式的燃料喷嘴发生回火的机制主要有：边界层回火，核心流回火和燃烧不稳定诱导的回火。一些学者和工程师们通过理论和试验证明：回火主要受温度的控制，边界层内发生回火的速度比较慢，称为“缓慢回火”，而核心流内回火发生速度比较快，称为“快速回火”。当燃烧室发生回火时不仅会严重损坏燃烧室部件，同时还会增加污染物的排放，因此在运行的燃烧室上通常布置相应的传感器对回火进行监控以保护燃气轮机燃烧室运行的安全。

现有技术中，对回火的监控手段主要有：布置温度传感器，布置静压传感器和布置光学传感器等等。在回火检测技术中，通过测量冷却蒸汽温度的方法来监测回火。当冷却蒸汽的温度高于温度的高预定值，并且当和其它的两个燃烧器的冷却温度低于温度低预定值时，则检测到燃烧器内发生了回火。但该方法主要用于G级燃气轮机且使用蒸汽进行冷却的情况。在专利号为CN101876434A的回火检测技术中，采用在燃料喷嘴的预混通道某一横截面上布置多个静压传感器的方法来检测和判定回火，但一些回火试验证明：回火对温度的敏感程度远远高于速度，所以检测回火使用温度传感器更合适。在专利号为CN101846317A和CN102235674A的回火检测技术中都采用了光学传感器的方法，如采用火焰探测器。布置光学传感器与燃烧室光学连通，配置成检测与一个或多个燃烧区域相关的光学属性，需要布置多个不同的光学传感器来监测不同燃烧区域内的火焰波长进而检测回火。但是一般情况下光学传感器价格比较昂贵，而且在高温环境中容易损坏。

鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种适用范围广且稳定性较高的燃气轮机及应用该燃气轮机检测回火的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有对回火的监控手段主要有：布置温度传感器，布置静压传感器和布置光学传感器等等。通过测量冷却蒸汽温度的方法来监测回火。当冷却蒸汽的温度高于温度的高预定值，并且当和其它的两个燃烧器的冷却温度低于温度低预定值时，则检测到燃烧器内发生了回火。但该方法主要用于G级燃气轮机且使用蒸汽进行冷却的情况。采用在燃料喷嘴的预混通道某一横截面上布置多个静压传感器的方法来检测和判定回火，但一些回火试验证明：回火对温度的敏感程度远远高于速度，所以检测回火使用温度传感器更合适。采用了光学传感器的方法，如采用火焰探测器。布置光学传感器与燃烧室光学连通，配置成检测与一个或多个燃烧区域相关的光学属性，需要布置多个不同的光学传感器来监测不同燃烧区域内的火焰波长进而检测回火。但是一般情况下光学传感器价格比较昂贵，而且在高温环境中容易损坏的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气轮机，其包括：中心锥体、壳体及多个旋流叶片；所述中心锥体位于所述壳体内，所述中心锥体及壳体之间形成有预混通道，所述旋流叶片沿所述壳体的周向设置于所述壳体的内侧壁上，所述中心锥体上及预混通道内均设置有温度传感器。

其中，所述温度传感器包括第一热电偶及第二热电偶，所述第一热电偶的测量端设置于沿所述中心锥体的尖端，测量点所述第二热电偶的测量端穿过所述壳体置于所述预混通道内。

其中，所述第一热电偶及第二热电偶至少设置有两个，所述第一热电偶沿所述中心锥体的周向布置，所述第二热电偶沿所述壳体的周向布置。

其中，所述第一热电偶及第二热电偶均采用耐温大于1000℃的K型热电偶或S型热电偶。

本发明还提供了一种应用上述燃气轮机检测回火的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、分别设定所述中心锥体上及预混通道内发生回火对应的温度阈值；

S2、所述中心锥体上的温度传感器及预混通道内的温度传感器分别测量到温度数值；

S3、测量到的温度数值分别与对应的温度阈值比较，判断是否发生回火。

其中，所述温度传感器为多个时，将测量到的多个温度数值平均后再与对应的温度阈值比较。

其中，所述中心锥体上的温度传感器测量到的温度数值的平均值大于设定阈值，或所述预混通道内的温度传感器测量到的温度数值的平均值大于设定阈值时，则判断发生回火。

其中，所述中心锥体上的温度传感器测量到的温度数值的平均值小于等于设定阈值，且所述预混通道内的温度传感器测量到的温度数值的平均值小于等于设定阈值时，则判断未发生回火。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的燃气轮机中的中心锥体位于壳体内，中心锥体及壳体之间形成有预混通道，旋流叶片沿壳体的周向设置于壳体的内侧壁上，中心锥体上及预混通道内均设置有温度传感器。本发明提供的燃气轮机的分别在中心锥体的尖端附近和预混通道出口附近布置温度传感器可以分别检测燃料喷嘴的核心区回火和边界层回火，充分考虑了导致燃烧室喷嘴发生回火的主要机制，为燃料喷嘴的安全运行提供了保障；具有成本低、方便使用、适用范围广且稳定性较高的优点，适用于所有的场所，具有较大的推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例的应用燃气轮机检测回火的方法框图；

图2是本发明实施例的燃气轮机的结构示意图；

图3是本发明实施例图2中的A-A剖视图。

图中：1：中心锥体；2：旋流叶片；3：壳体；4：预混通道；5：第一热电偶；6：第二热电偶。

具体实施方式

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图2和图3所示，本发明实施例的燃气轮机，具体地是燃气轮机燃烧室喷嘴，其包括：中心锥体1、壳体3及多个旋流叶片2；中心锥体1位于壳体3内，中心锥体1及壳体3之间形成有预混通道4，旋流叶片2沿壳体3的周向设置于壳体3的内侧壁上，中心锥体1上及预混通道4内均设置有温度传感器，温度传感器设置于中心锥体1的尖端，用于测量中心锥体1尖端附近核心区回火的温度数值，另一个温度传感器设置于预混通道4的右端，用于测量预混通道4内的边界层回火的温度数值。充分考虑了导致燃烧室喷嘴发生回火的主要机制，为燃料喷嘴的安全运行提供了保障。具有适用范围广且稳定性较高的优点。

具体地，本实施例中的温度传感器包括第一热电偶5及第二热电偶6，第一热电偶5的测量端设置于沿中心锥体1的尖端，测量点第二热电偶6的测量端穿过壳体3置于预混通道4内。第一热电偶5及第二热电偶6至少设置有两个，测量结果更精准。第一热电偶5沿中心锥体1的周向布置，第二热电偶6沿壳体3的周向布置。第一热电偶5及第二热电偶6均采用耐温大于1000℃的K型热电偶或S型热电偶。

如图1所示本发明还提供了一种应用上述燃气轮机检测回火的方法，包括如下步骤：

S1、分别设定中心锥体1上及预混通道4内发生回火对应的温度阈值，温度阈值通过实验设定；

S2、中心锥体1上的温度传感器及预混通道4内的温度传感器分别测量到温度数值；

S3、测量到的温度数值分别与对应的温度阈值比较，判断是否发生回火。

本实施例中优选温度传感器为多个，温度传感器为多个时，将测量到的多个温度数值平均后再与对应的温度阈值比较。

具体地，本实施例中的中心锥体1上的温度传感器测量到的温度数值的平均值大于设定阈值，或预混通道4内的温度传感器测量到的温度数值的平均值大于设定阈值时，则判断发生回火。中心锥体1上的温度传感器测量到的温度数值的平均值小于等于设定阈值，且预混通道4内的温度传感器测量到的温度数值的平均值小于等于设定阈值时，则判断未发生回火。

本实施例中检测回火是否发生的具体步骤为：1、在燃料喷嘴的中心锥体1的尖端附近的某一截面上和预混通道4某一截面上分别布置多个温度传感器；2、通过数据采集系统获取中心锥体1的尖端附近某一截面上各测点的温度数值和预混通道4出口附近某一截面上各测点的温度数值；3、对探测到的中心锥体1的尖端附近某一截面上各测点温度计算其平均值，同时对探测到的预混通道4的出口附近某一截面上的各测点温度计算其平均值；4、分别设定燃料喷嘴的中心锥体1的尖端和预混通道4内发生回火对应的温度阈值；5、将计算得到的中心锥体1的尖端温度平均值与设定的中心锥体1的尖端温度阈值做比较，同时将计算得到的预混通道4内的温度平均值与设定的预混通道4内的温度阈值做比较；6、将中心锥体1的尖端温度的比较结果和预混通道4内的温度的比较结果相结合做联合判断，判定燃料喷嘴是否发生回火。

综上所述，本发明具有以下优点：本发明提供的燃气轮机中的中心锥体位于壳体内，中心锥体及壳体之间形成有预混通道，旋流叶片沿壳体的周向设置于壳体的内侧壁上，中心锥体上及预混通道内均设置有温度传感器。本发明提供的燃气轮机的分别在中心锥体的尖端附近和预混通道出口附近布置温度传感器可以分别检测燃料喷嘴的核心区回火和边界层回火，充分考虑了导致燃烧室喷嘴发生回火的主要机制，为燃料喷嘴的安全运行提供了保障；具有成本低、方便使用、适用范围广且稳定性较高的优点，适用于所有的场所，具有较大的推广价值。

进一步地，设置有多个温度传感器可以采用平均值与阈值比较，测量结果更精准。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种燃气轮机，其特征在于，包括：中心锥体(1)、壳体(3)及多个旋流叶片(2)；所述中心锥体(1)位于所述壳体(3)内，所述中心锥体(1)及壳体(3)之间形成有预混通道(4)，所述旋流叶片(2)沿所述壳体(3)的周向设置于所述壳体(3)的内侧壁上，所述中心锥体(1)上及预混通道(4)内均设置有温度传感器。

2.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于：所述温度传感器包括第一热电偶(5)及第二热电偶(6)，所述第一热电偶(5)的测量端设置于沿所述中心锥体(1)的尖端，测量点所述第二热电偶(6)的测量端穿过所述壳体(3)置于所述预混通道(4)内。

3.如权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于：所述第一热电偶(5)及第二热电偶(6)至少设置有两个，所述第一热电偶(5)沿所述中心锥体(1)的周向布置，所述第二热电偶(6)沿所述壳体(3)的周向布置。

4.如权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于：所述第一热电偶(5)及第二热电偶(6)均采用耐温大于1000℃的K型热电偶或S型热电偶。

5.一种应用权利要求1-4所述的燃气轮机检测回火的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、分别设定所述中心锥体(1)上及预混通道(4)内发生回火对应的温度阈值；

S2、所述中心锥体(1)上的温度传感器及预混通道(4)内的温度传感器分别测量到温度数值；

S3、测量到的温度数值分别与对应的温度阈值比较，判断是否发生回火。

6.如权利要求5所述的检测回火的方法，其特征在于：所述温度传感器为多个时，将测量到的多个温度数值平均后再与对应的温度阈值比较。

7.如权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于：所述中心锥体(1)上的温度传感器测量到的温度数值的平均值大于设定阈值，或所述预混通道(4)内的温度传感器测量到的温度数值的平均值大于设定阈值时，则判断发生回火。

8.如权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于：所述中心锥体(1)上的温度传感器测量到的温度数值的平均值小于等于设定阈值，且所述预混通道(4)内的温度传感器测量到的温度数值的平均值小于等于设定阈值时，则判断未发生回火。