CN112035969B - 改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法及装置，基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。本发明实施例通过增加火焰筒掺混孔半径，提高掺混空气，可确保燃烧稳定的同时，有效改善气改油火焰筒的低工况熄火特性。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧技术领域，尤其涉及一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法及装置。
背景技术
现有燃气轮机由于燃油为液态，其雾化、和空气掺混较天然气复杂且不易稳定，所以燃气轮机在燃料由天然气改为燃油(如柴油)时，常常需要对燃烧室的火焰筒进行气动和结构再设计，不仅工作量大，且再设计的火焰筒和涡轮匹配效果难以和原型机媲美，低工况下容易熄火。
发明内容
本发明实施例提供一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法及装置，用以解决现有技术中气改油火焰筒低工况经常熄火的问题。
本发明实施例提供一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，包括：
基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，所述基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，包括：
基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，包括：
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，利用如下公式计算获得各掺混孔对应的半径增量：
其中，Gf为燃油质量流量，单位为kg/s；A为掺混孔的总面积，单位为m2；m为掺混孔数量，单位为个；fmin为燃油的贫油熄火值，无量纲；f为油气比，无量纲；Ga,I为一次燃烧空气质量流量，单位为kg/s；Ga,II为二次掺混空气质量流量，单位为kg/s；r0为掺混孔的原始半径，单位为cm。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，所述半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)。
本发明实施例还提供一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，包括：
确定模块，用于基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
改进模块，用于根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，所述确定模块进一步包括：
参数获取子模块，用于基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
半径增量确定子模块，用于根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，所述半径增量确定子模块用于：
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，利用如下公式计算获得各掺混孔对应的半径增量：
其中，Gf为燃油质量流量，单位为kg/s；A为掺混孔的总面积，单位为m2；m为掺混孔数量，单位为个；fmin为燃油的贫油熄火值，无量纲；f为油气比，无量纲；Ga,I为一次燃烧空气质量流量，单位为kg/s；Ga,II为二次掺混空气质量流量，单位为kg/s；r0为掺混孔的原始半径，单位为cm。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，所述半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法的步骤。
本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法及装置，通过增加火焰筒掺混孔半径，提高掺混空气，可确保燃烧稳定的同时，有效改善气改油火焰筒的低工况熄火特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法的流程示意图；
图2为火焰筒的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图；
附图标记说明：1——前置扩压器，2——燃油喷嘴，3——燃烧室机匣，4——头部旋流器，5——火焰筒头部，6——点火器，7——主燃孔，8——掺混孔，9——外火焰筒，10——内火焰筒，11——头部导流板，12——冷却孔，13——外环形流路，14——内环形流路，15——燃烧室出口，16——突扩区。
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、完整地描述，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作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。
图1为本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法的流程示意图，如图1所示，包括：
步骤100、基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
具体地，本发明实施例涉及气改油火焰筒的气动结构改型设计，在详细介绍本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法之前，先说明下火焰筒的结构，图2为火焰筒的结构示意图，如图2所示，火焰筒包括：前置扩压器1，燃油喷嘴2，燃烧室机匣3，头部旋流器4，火焰筒头部5，点火器6，主燃孔7，掺混孔8，外火焰筒9，内火焰筒10，头部导流板11，冷却孔12，外环形流路13，内环形流路14，燃烧室出口15和突扩区16。
由于原先烧天然气的火焰筒结构不变，改为烧燃油，那么，油气比f(等于燃油质量流量Gf和燃烧空气Ga,I之比)将小于燃油的贫油熄火值fmin，即：
进入火焰筒燃烧室的空气Ga分成两部分，燃烧空气Ga,I和掺混空气Ga,II，即
Ga＝Ga,I+Ga,II (2)
由于压气机未做改型设计，所以空气Ga不变。
由式(1)可知，要想不贫油熄火，需要增大油气比f，即增大燃油质量流量Gf或减小燃烧空气质量流量Ga,I。但是由于增大燃油质量流量Gf的话，很容易带来燃烧室超温的问题，所以往往通过减少燃烧空气Ga,I来提高油气比f。
另外为达到稳定燃烧，通过改变燃烧空气质量流量Ga,I和掺混空气质量流量Ga,II比例分配来达到稳定燃烧，本发明提出增加火焰筒掺混孔半径的方法来提高掺混空气质量流量Ga,II，进而减少燃烧空气质量流量Ga,I，提高油气比的同时，确保燃烧更加稳定。
本发明实施例通过对气改油火焰筒的低工况熄火特性进行分析，获取目标气改油火焰筒的相关参数，并基于相关参数确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量。所述目标气改油火焰筒
步骤101、根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
即根据目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，对目标气改油火焰筒进行气动和结构设计的改进。
本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，通过增加火焰筒掺混孔半径，提高掺混空气，可确保燃烧稳定的同时，有效改善气改油火焰筒的低工况熄火特性。
基于上述实施例的内容，进一步地，所述基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，包括：
基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量。
具体地，鉴于在火焰筒外围压力变化不大，所以，空气质量流量和主燃孔7、掺混孔8的总面积A成正比：
Ga＝kA (3)
由式(3)可得系数k：
由式(1)和式(2)可得：
由式(3)～(5)可得：
由式(6)可得掺混孔的总面积增量ΔA为：
鉴于火焰筒的掺混孔为圆孔，数量为m个，故改型后的每个掺混孔的半径值r为：
由式(8)可得每个掺混孔的半径值增量Δr为：
根据公式(9)可知，气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量Δr与目标气改油火焰筒的燃油质量流量Gf、掺混孔的总面积A、掺混孔数量m、燃油的贫油熄火值fmin、油气比f、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量Ga,II和各掺混孔的原始半径r0有关。
首先，基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取与各掺混孔对应的半径增量Δr相关的参数，即目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
然后，根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量。
本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，通过对气改油火焰筒的低工况熄火特性进行分析，确定火焰筒掺混孔半径增量，可有效改善气改油火焰筒低工况熄火特性。
基于上述实施例的内容，进一步地，根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，包括：
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，利用如下公式计算获得各掺混孔对应的半径增量：
其中，Gf为燃油质量流量，单位为kg/s；A为掺混孔的总面积，单位为m2；m为掺混孔数量，单位为个；fmin为燃油的贫油熄火值，无量纲；f为油气比，无量纲；Ga,I为一次燃烧空气质量流量，单位为kg/s；Ga,II为二次掺混空气质量流量，单位为kg/s；r0为掺混孔的原始半径，单位为cm。
本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，给出了确定火焰筒掺混孔半径增量的具体计算公式，根据该公式计算得到各掺混孔半径增量，然后基于各掺混孔半径增量对火焰筒进行气动和结构上的改进，可有效改善气改油火焰筒低工况熄火特性。
基于上述实施例的内容，所述半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)。
经过实验，根据上述公式(9)计算得到的半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)，低工况熄火率由20％降为0，彻底解决了气改油存在的低工况熄火问题。
本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，在半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)时，可有效解决气改油火焰筒低工况熄火特性。
下面对本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置进行描述。
图3为本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置的结构示意图，包括：确定模块310和改进模块320，其中，
确定模块310，用于基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
改进模块320，用于根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
在此需要说明的是，本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，能够实现上述改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本发明实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行赘述。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，所述确定模块310进一步包括：
参数获取子模块，用于基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
半径增量确定子模块，用于根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，所述半径增量确定子模块用于：
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，利用如下公式计算获得各掺混孔对应的半径增量：
其中，Gf为燃油质量流量，单位为kg/s；A为掺混孔的总面积，单位为m2；m为掺混孔数量，单位为个；fmin为燃油的贫油熄火值，无量纲；f为油气比，无量纲；Ga,I为一次燃烧空气质量流量，单位为kg/s；Ga,II为二次掺混空气质量流量，单位为kg/s；r0为掺混孔的原始半径，单位为cm。
根据本发明一个实施例的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，所述半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)。
本发明实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，通过增加火焰筒掺混孔半径，提高掺混空气，可确保燃烧稳定的同时，有效改善气改油火焰筒的低工况熄火特性。
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，所述方法包括：基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，所述方法包括：基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，该方法包括：基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：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 (6)
1.一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，其特征在于，包括：
基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进；
所述基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，包括：
基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量，包括：
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，利用如下公式计算获得各掺混孔对应的半径增量：
其中，Gf为燃油质量流量，单位为kg/s；A为掺混孔的总面积，单位为m2；m为掺混孔数量，单位为个；fmin为燃油的贫油熄火值，无量纲；f为油气比，无量纲；Ga,I为一次燃烧空气质量流量，单位为kg/s；Ga,II为二次掺混空气质量流量，单位为kg/s；r0为掺混孔的原始半径，单位为cm。
2.根据权利要求1所述的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的方法，其特征在于，所述半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)。
3.一种改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，确定目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
改进模块，用于根据所述各掺混孔的半径增量，对所述目标气改油火焰筒进行改进；
所述确定模块进一步包括：
参数获取子模块，用于基于气改油火焰筒的低工况熄火特性，获取目标气改油火焰筒的燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径；
半径增量确定子模块，用于根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，确定所述目标气改油火焰筒的各掺混孔对应的半径增量；
所述半径增量确定子模块用于：
根据所述燃油质量流量、掺混孔的总面积、掺混孔数量、燃油的贫油熄火值、油气比、一次燃烧空气质量流量、二次掺混空气质量流量和各掺混孔的原始半径，利用如下公式计算获得各掺混孔对应的半径增量：
其中，Gf为燃油质量流量，单位为kg/s；A为掺混孔的总面积，单位为m2；m为掺混孔数量，单位为个；fmin为燃油的贫油熄火值，无量纲；f为油气比，无量纲；Ga,I为一次燃烧空气质量流量，单位为kg/s；Ga,II为二次掺混空气质量流量，单位为kg/s；r0为掺混孔的原始半径，单位为cm。
4.根据权利要求3所述的改进气改油火焰筒低工况熄火特性的装置，其特征在于，所述半径增量的取值范围为(0.9cm,1.1cm)。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至2任一项所述改进气改油火焰筒低工况熄火特性方法的步骤。
6.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述改进气改油火焰筒低工况熄火特性方法的步骤。
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