CN104676633B - 一种燃气轮机火焰检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机火焰检测方法及系统，该方法通过测量并计算待测燃气轮机的燃烧室气体流速，实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。本发明具有较低的故障率、误诊率和响应时间，由于只需使用常见类型的传感器进行测量，维护方便，而且硬件和维护成本更低。

Description

一种燃气轮机火焰检测系统和方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机检测技术领域，尤其涉及一种燃气轮机火焰检测系统和方法。

背景技术

燃气轮机的工作原理是由压气机压缩空气，压缩空气进入燃烧室后，与注入燃烧室的燃料发生燃烧反应，放出热量，变为高温压缩气体，然后透平在此高温压缩气体的推动下旋转做功。燃烧室中燃料燃烧放热，是燃气轮机运转的前提条件。如果在点火时，无法建立火焰，则需要重新开始启动，甚至停机检查；如果在正常运行时，出现了熄火，则未燃烧的燃料可能进入透平燃烧，引起爆燃。所以从正常运行和安全运行的角度，都需要时时刻刻密切监视燃气轮机的燃烧室中的火焰情况。

现有的火焰检测方法有两类，一种是基于光学传感器进行检测，即通过检测燃烧室内的特定频谱的光强来判断火焰是否存在。这一类常见的火焰传感器有紫外传感器、红外传感器等，根据燃料组分的不同而有所选择。光学火焰传感器的优点是检测迅捷，时间延迟小。但光学火焰传感器的一个主要缺陷是，对于清洁度要求较高，光学探头容易因油污、灰等的付着而降低敏感性，甚至失去检测能力，因此往往需要多个检测器联合工作，组成多冗余的测量系统。使用光学传感器进行火焰检测，需要定期清洁和维护，所以硬件成本和维护成本都较高。为了地高可靠性和降低成本，一般分筒式燃烧室会使用连焰管来减少熄火风险，同时仅仅在部分燃烧室中设置光学火焰传感器，然而连焰管并不能时刻保证对熄火燃烧室的重点火，所以此种方法对于熄火而言，也是具有一定漏诊风险。

第二种是基于温度进行检测，典型的方式是通过透平排气温度检测火焰是否存在。此种检测方式可以利用燃气轮机一般都会配备的排气温度热电偶。根据排气温度和压气机压力、转速，计算燃烧室热量，从而判断火焰存在情况。此种方法的优点是误诊率低。缺点是诊断有延迟，特别是对于熄火的诊断，当出现排气温度分散度异常的时候，意味着未燃烧的燃料已经流过了整个透平，甚至维持了几秒。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术存在的硬件成本和维护成本较高，测量时间延迟的问题。

为此目的，本发明提出一种燃气轮机火焰检测方法，该方法包括：

测量待测燃气轮机的燃压缸中的全压以及所述待测燃气轮机的透平喷嘴喉部静压；

计算所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差；

根据所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

相应的，本发明还提出了一种燃气轮机火焰检测方法，该方法包括：

测量待测燃气轮机的燃压缸中的全压以及所述待测燃气轮机的透平冷却管路静压；

计算所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差；

根据所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

相应的，本发明还提出了一种燃气轮机火焰检测系统，所述燃气轮机火焰检测系统包括：计算单元、处理单元和差压计，所述差压计一侧的第一取压管连接于待测燃气轮机的燃压缸，用于测量燃压缸中的全压，所述差压计另一侧的第二取压管连接于所述待测燃气轮机的透平喷嘴喉部，用于测量透平喉部静压；

所述差压计，用于在待测燃气轮机点火后，测量所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差；

计算单元，用于根据所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

处理单元，用于实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

相应的，本发明还提出了一种燃气轮机火焰检测系统，所述燃气轮机火焰检测系统包括：计算单元、处理单元和差压计，所述差压计一侧的第一取压管连接于待测燃气轮机的燃压缸，用于测量燃压缸中的全压，所述差压计另一侧的第二取压管连接于所述待测燃气轮机的透平喷嘴冷却管路侧壁，用于测量透平冷却管路静压；

所述差压计，用于在待测燃气轮机点火后，测量所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差；

计算单元，用于根据所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

处理单元，用于实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提出的燃气轮机火焰检测系统和方法，使用压力测量，因此传感器成本低，可靠性也更高；使用压力测量，因此测量时间延迟相对于热电偶等测温元件的时间延迟小；没有光学元件的参与，因此维护周期长，而且取压管和压力传感器的维护也比光学火焰检测器的维护更方便。

附图说明

图1为本发明实施例的一种燃气轮机火焰检测方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例的一种燃气轮机火焰检测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的一种燃气轮机火焰检测系统中差压计与燃气轮机的连接结构示意图；

图4为本发明另一实施例的一种燃气轮机火焰检测系统中差压计与燃气轮机的连接结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是为了提供一种燃气轮机火焰检测方法及系统，通过测量或计算燃烧室气流速度，判断火焰存在与否。当燃气轮机燃烧室存在火焰时，气体体积流量和流速相对于无火状态会增大很多，因此可以利用燃烧室和透平的结构，通过测量一些位置处的静压的变化来监视流量，从而监视气体流量，从而间接地诊断火焰存在与否。而且由于燃烧室和透平存在冷却孔，所以还可以利用冷却孔的冷却气流量来间接监视静压的变化。

实施例一

图1为本发明实施例的一种燃气轮机火焰检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提出的一种燃气轮机火焰检测方法包括以下步骤：

S11、测量待测燃气轮机的燃压缸中的全压以及所述待测燃气轮机的透平喷嘴喉部静压；

S12、计算所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差；

S13、根据所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

S14、实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

本发明实施例中，在燃烧室下游的高速区具有取压孔，在燃烧室上游低速区具有取压孔，两处的取压孔通过导压管路与差压计连接，差压计测量两处压力差，根据该压力差计算燃烧室气流速度；并根据燃气轮机的燃料阀门、可转导叶、抽气阀门等所有执行机构的调节速率，计算出燃烧室气流速度的第一波动阈值和第二波动阈值，将所述第一波动阈值设为第一预设阈值，将所述第二波动阈值设为第二预设阈值，如果燃烧室气流速度突然减小的幅度超出了燃烧室气流速度的第一预设阈值，则判断燃烧室出现了熄火，如果燃烧室气流速度突然增大的幅度超出了燃烧室气流速度的第二预设阈值，则判断燃烧室点火成功。

进一步地，所述第一预设阈值和第二预设阈值相同或不同。

本发明实施例通过测量并计算燃烧室气流流速，进行点火成功或者火焰熄灭的检测，相比于传统的紫外或者红外火焰检测器，本发明具有较低的故障率和误诊率，同时具有相似的响应延迟，因为只需使用常见类型的传感器，因此成本更低；相比于传统的基于温度分散度诊断熄火的方法，本发明具有更低的故障率和响应时间。

实施例二

图2为本发明另一实施例的一种燃气轮机火焰检测方法的流程示意图；如图2所示，本发明实施例提出的一种燃气轮机火焰检测方法包括以下步骤：

S21、测量待测燃气轮机的燃压缸中的全压以及所述待测燃气轮机的透平冷却管路静压；

S22、计算所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差；

S23、根据所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

S24、实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

本发明实施例中，燃烧室下游的高速区的冷却气通过单独的高速区冷却气管路供应，在高速区冷却气管路的壁面上具有取压孔，在燃烧室上游低速区具有取压孔，两处的取压孔通过导压管路与差压计连接，差压计测量两处压力差，根据该压力差计算高速区冷却气管路中的气流速度，根据冷却气管路中的气流速度计算高速区冷却气管路两侧的压力差，并计算烧室气流速度；并根据燃气轮机的燃料阀门、可转导叶、抽气阀门等所有执行机构的调节速率，计算出燃烧室气流速度的第一波动阈值和第二波动阈值，将所述第一波动阈值设为第一预设阈值，将所述第二波动阈值设为第二预设阈值，如果燃烧室气流速度突然减小的幅度超出了燃烧室气流速度的第一预设阈值，则判断燃烧室出现了熄火，如果燃烧室气流速度突然增大的幅度超出了燃烧室气流速度的第二预设阈值，则判断燃烧室点火成功。

进一步地，所述第一预设阈值和第二预设阈值相同或不同。

本发明实施例通过测量并计算燃烧室气流流速，进行点火成功或者火焰熄灭的检测，相比于传统的紫外或者红外火焰检测器，本发明具有较低的故障率和误诊率，同时具有相似的响应延迟，因为只需使用常见类型的传感器，因此成本更低；相比于传统的基于温度分散度诊断熄火的方法，本发明具有更低的故障率和响应时间。

实施例三

本发明实施例还提出了一种燃气轮机火焰检测系统，所述燃气轮机火焰检测系统包括：计算单元、处理单元和差压计(P)，如图3所示，所述差压计(P)一侧的第一取压管连接于待测燃气轮机的燃压缸，用于测量燃压缸中的全压，所述差压计另一侧的第二取压管连接于所述待测燃气轮机的透平喷嘴喉部，用于测量透平喉部静压；

所述差压计，用于在待测燃气轮机点火后，测量所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差；

计算单元，用于根据所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

处理单元，用于实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

本发明实施例中，如图1所示，差压计(P)一侧的取压管连接于燃气轮机燃压缸，另一侧的取压管连接于燃气轮机透平喷嘴喉部，取喉部静压。

在燃气轮机点火后，如果火焰成功建立，那么差压计(P)测量的差压将增大，因为此时气体流量增大，所以燃压缸中的全压与透平喉部的静压之差会增大。而且由于透平流量增大使得燃压缸压力也增大，从而两方面增大了压差。根据此压差的大小来判断火焰建立与否。如果压差过小则认为没有火焰，反之如果压差较大则认为建立了火焰。

实施例四

本发明实施例提出了一种燃气轮机火焰检测系统，所述燃气轮机火焰检测系统包括：计算单元、处理单元和差压计(P)，如图4所示，所述差压计(P)一侧的第一取压管连接于待测燃气轮机的燃压缸，用于测量燃压缸中的全压，所述差压计另一侧的第二取压管连接于所述待测燃气轮机的透平喷嘴冷却管路侧壁，用于测量透平冷却管路静压；

所述差压计，用于在待测燃气轮机点火后，测量所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差；

计算单元，用于根据所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

处理单元，用于实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

本发明实施例中，如图2所示，差压计(P)一侧的取压管连接于燃气轮机燃压缸，另一侧的取压管连接于燃气轮机透平喷嘴冷却管路侧壁，取冷却管路静压。

在燃气轮机点火后，如果火焰成功建立，那么由于气体流量增大，从而燃压缸中的全压与透平喉部的静压之差会增大，从而冷却气流量会增大。冷却气流量的增加会增大冷却管路中气体的全压和静压之差，因此差压计(P)测量的压力差会增大。根据此压差的大小来判断火焰建立与否。如果差压过小则认为没有火焰，反之如果差压较大则认为建立了火焰。

终上所述，本发明提出的燃气轮机火焰检测系统和方法，使用压力测量，因此传感器成本低，可靠性也更高；使用压力测量，因此测量时间延迟相对于热电偶等测温元件的时间延迟小；没有光学元件的参与，因此维护周期长，维护成本低，而且取压管和压力传感器的维护也比光学火焰检测器的维护更方便。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种燃气轮机火焰检测方法，其特征在于，该方法包括：

测量待测燃气轮机的燃压缸中的全压以及所述待测燃气轮机的透平喷嘴喉部静压；

计算所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差；

根据所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

2.一种燃气轮机火焰检测方法，其特征在于，该方法包括：

测量待测燃气轮机的燃压缸中的全压以及所述待测燃气轮机的透平冷却管路静压；

计算所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差；

根据所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

3.一种燃气轮机火焰检测系统，其特征在于，所述燃气轮机火焰检测系统包括：计算单元、处理单元和差压计，所述差压计一侧的第一取压管连接于待测燃气轮机的燃压缸，用于测量燃压缸中的全压，所述差压计另一侧的第二取压管连接于所述待测燃气轮机的透平喷嘴喉部，用于测量透平喉部静压；

所述差压计，用于在待测燃气轮机点火后，测量所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差；

计算单元，用于根据所述燃压缸中的全压与透平喉部静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

处理单元，用于实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。

4.一种燃气轮机火焰检测系统，其特征在于，所述燃气轮机火焰检测系统包括：计算单元、处理单元和差压计，所述差压计一侧的第一取压管连接于待测燃气轮机的燃压缸，用于测量燃压缸中的全压，所述差压计另一侧的第二取压管连接于所述待测燃气轮机的透平喷嘴冷却管路侧壁，用于测量透平冷却管路静压；

所述差压计，用于在待测燃气轮机点火后，测量所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差；

计算单元，用于根据所述燃压缸中的全压与透平冷却管路静压之间的压差计算所述待测燃气轮机的燃烧室气体流速；

处理单元，用于实时监测所述燃烧室气体流速的波动值，根据所述波动值来判断火焰是否建立，如果燃烧室流速减小的波动值大于第一预设阈值，则燃烧室出现了熄火状态，如果燃烧室流速增大的波动值大于第二预设阈值，则燃烧室建立了火焰。