设置有热声不稳定检测的燃气轮机设备和控制燃气轮机设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种燃气轮机设备，其包括燃气轮机单元(2)和控制系统(3)。燃气轮机单元(2)包括燃烧室(5)。控制系统(3)包括监测装置(9)以及控制器(10)，监测装置设置有至少一个光学探头(11)，并被构造为通过光学探头(11)检测燃烧室(5)内的光强度的波动，控制器被构造为根据监测装置(9)的响应来控制燃气轮机单元(2)。

Gas turbine device equipped with thermoacoustic instability detection and method for controlling gas turbine equipment

The present invention relates to a gas turbine device comprising a gas turbine unit (2) and a control system (3). The gas turbine unit (2) includes a combustion chamber (5). The control system (3) includes a monitoring device (9) and a controller (10), the monitoring device is provided with at least one optical probe (11), and is constructed by optical probe (11) detection of the combustion chamber (5) in the light intensity fluctuation controller is constructed according to the monitoring device (9). In response to the control of gas turbine unit (2).

【技术实现步骤摘要】
设置有热声不稳定检测的燃气轮机设备和控制燃气轮机设备的方法
本专利技术涉及一种设置有热声不稳定检测的燃气轮机设备和控制燃气轮机设备的方法。
技术介绍
众所周知，控制用于发电的设备的燃气轮机就性能和保护环境方面的法规来说呈现特别复杂的方面，并且参考保存机器及其机器组件处于有效状态的需要，以避免过早劣化，尤其是潜在的灾难性故障。例如，对燃烧条件的适当控制对于保持高等级效率是至关重要的，同时将污染物排放量保持在法律规定的限度内，这变得日益严格。恶劣的燃烧条件也会严重损坏机器的结构。事实上，某些不稳定性的状态可能会导致在谐振频率附近受到应力的燃烧室的振动(“哼声”)。这种类型的事件可能尤其危害燃烧室的内部绝热涂层，燃烧室通常由相邻的瓷砖组成。燃烧室的振动可以容易地破坏绝热涂层，这需要比期望的更频繁的维护。此外，尽管维护不断，但绝热涂层仍可能会失去效率，并且不再能够为燃烧室的金属外壳提供足够的保护，从而可能发生严重的甚至不可逆的损坏。例如污染物排放水平过高的其他重大事件可能对机器本身并不危险，但应避免这些事件以便遵守法律约束，并且因为机器的效率显著降低。热声波动的问题由于能源市场需要的运行灵活性(尤其是在近几年)变得更为关键。事实上，为了跟踪需求的周期性变化并有助于分销网络的稳定性，用于发电的设备必须能够在非常不同的负载条件下运行，并且响应于快速的负载变化，这作为规则主要是交付给燃气轮机。然而，快速负载变化可能导致热声不稳定的状态。因此，为了能够采取必要的对策，必须具有能够准确、及时地记录热声波动的发生的设备。目前，使用压电型传感器测量热声波动，该传感器可与燃烧室或管道和压力塞直接耦接，或安装在通风室中。压电传感器基本上记录压力的变化，而不管它们在何处起始。然而，在燃气轮机的正常工作期间，燃烧室是各种压力波动的中心。例如，穿过机器的流体的正常垂直运动引起压力波动，然而不会造成威胁。因此，仅仅压电传感器就不能够识别与温度的波动相耦合的压力波动，换句话说，压力的波动可能是有害的，但是可以使用适当的控制来有效地对照。因此，当压力波动和放热波动密切相关时，也不能准确地、及时地确定热声不稳定的发生。显然，控制也受到影响并且可能没有希望的那样有效。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种燃气轮机设备，用于燃气轮机的燃烧器组件和控制燃气轮机设备的方法，其允许克服或至少减小上述限制。根据本专利技术，提供了一种燃气轮机设备，以及用于燃气轮机的燃烧器组件和控制燃气轮机设备的方法，它们分别如权利要求1,19及26所限定。附图说明现在将参考附图来描述本专利技术，附图示出了其非限制性的实施例，其中：-图1是根据本专利技术的一个实施例的用于发电的燃气轮机的简化框图；-图2示出了图1中的设备的一部分的更详细的图；-图3示出了显示与图1中的设备相关的尺寸的图；-图4示出了穿过图1中的设备的部件的横截面；-图5示出了图4中的部件的放大细节；-图6示出了本专利技术的不同实施例中的图4中的部件的放大细节。具体实施方式参考图1，数字1限定了作为整体的包括燃气轮机单元2和控制系统3的燃气轮机设备。燃气轮机单元2又包括压缩机4、燃烧室5和膨胀段或涡轮机7。轴向式压缩机4利用从外部抽出的空气流来供给燃烧室5。例如环形的燃烧室5设置有多个燃烧器组件8，这些燃烧器组件8使得空气和燃料的混合物在燃烧室5内燃烧。燃料可以是气态的，例如天然气或合成气，或液体，例如汽油。燃气轮机单元2可以被构造成使用不同类型的气体和液体的燃料。涡轮机7接收并且膨胀来自燃烧室5的燃烧气体流，以提取机械功，该机械功传递给外部使用者，通常为发电机(这里未示出)。参照图2，控制系统3包括监测装置9和控制器10。监测装置9用于监测燃烧室5内的热声波动，特别是用于检测燃烧室5的火焰区域的光强度的波动。在一个实施例中，监测装置9包括多个光学探头11、光电传感器12、获取单元13、光学滤波器14及和用于将光学探头11光学耦合到相应的光电传感器12的波导器件15。光学探头11被设置成面对燃烧室5的内部，使得相应的燃烧器组件8的火焰区域是可见的。在一个实施例中，如稍后更详细地描述的，光学探头11被内置在相应的燃烧器组件8的结构中。由光学探头11收集的光辐射被相应的波导器件15传送到光电传感器12，在一个实施例中，波导器件15可以是光学纤维。光电传感器12可以包括在适当的情况下组装到成图像传感器中的光电探测器，如光电二极管、光电晶体管或光电倍增管。每个光电传感器12将由各个波导器件15接收的光强度的信号转换成电信号，这些电信号由获取单元13收集。然后，获取单元13向控制器10提供从来自光电传感器12的电信号获取的光学监测信号SOM。在一个实施例中，光学滤波器14沿着光学探头和光电传感器12之间的光路布置，例如在波导器件15和相应的光电传感器12之间。在这种情况下，光学滤波器14和相应的相关联的光电传感器12限定独立的通道，该通道传输与相应的波长带相关的信号(该信号是随后转换为电信号的原本的光信号)。替换地，可以沿着波导器件15布置光学滤波器。在这种情况下，可以使用光学滤波器14的波导器件下游的不同部分来形成不同的通道。此外，可以用特殊的光电传感器12或相同的光电传感器12(例如时分)来转换不同通道的光强信号。在一个实施例中，分束器16可用于将通道中的光束分开，从而将光束的一部分引向相应的光学滤波器14。光学滤波器14具有以与作为燃烧反应的中间产物的自由基OH、CH的发射谱的特征相关联的相应的波长为中心的通带，该中间产物分别具有扩散和预混合火焰。具体地说，光学滤波器14的通带B1、B2可以分别以308nm和430nm的波长为中心。通带B1、B2可以分别具有例如10nm和10nm的宽度，并且在一个实施例中它们是分开的并且不重叠。在未示出的不同实施例中，不存在光学滤波器，并且在整个光谱上执行强度信号到电信号的转换。在另外的实施例中，可以有选择红外线和/或可见光带的光学滤波器，例如用于高温测量应用或用于识别燃烧器的火焰区域的延伸和对称性的特征。监测装置9还可以包括用于提供表示燃烧室5内的压力的压力监测信号SPM的压电传感器17。压电传感器17可以用管(未示出)流体地耦接到燃烧室5的内部，或者它们可以容纳在燃烧室5的增压室(也未示出)中。控制器10接收来自燃气轮机单元2上的或耦合到其上的传感器的操作值的测量值以及来自监视设备9(分别来自获取单元13和压电传感器17)的光学监测信号SOM和压力监视信号SPM。控制器10用于根据所接收的操作值的测量值和从外部计算或提供的参考值(“设定点”)来确定控制信号SC。具体地说，控制器10用于根据光学监测信号SOM来确定控制信号SC。光学监测信号SOM可以单独使用，或者在适当的情况下与压力监视信号SPM一起使用，这将在下面说明。控制信号SC用于通过致动器组18确定燃气轮机单元的操作条件，这些在这里未详细示出(例如，控制信号SC可以确定第一压缩机级的入口导向叶片(InletGuideVanes,IGV)的开口度和供应到燃烧器组件8的燃料流的调节阀)。在一个实施例中，控制器10包括第一处理模块20、第二处理模块21及控制模块22。第一处理模块20用于基于从获取单元13接收的光学监测信号SO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机设备，包括燃气轮机单元(2)和控制系统(3)，其中：所述燃气轮机单元(2)包括燃烧室(5)；并且所述控制系统(3)包括监测装置(9)和控制器(10)，所述监测装置(9)设置有至少一个光学探头(11)，并被构造为利用该光学探头(11)检测燃烧室(5)内的光强度的波动，所述控制器被构造为根据监测装置(9)的响应来控制燃气轮机单元(2)。

【技术特征摘要】
2016.03.25 IT 1020160000317171.一种燃气轮机设备，包括燃气轮机单元(2)和控制系统(3)，其中：所述燃气轮机单元(2)包括燃烧室(5)；并且所述控制系统(3)包括监测装置(9)和控制器(10)，所述监测装置(9)设置有至少一个光学探头(11)，并被构造为利用该光学探头(11)检测燃烧室(5)内的光强度的波动，所述控制器被构造为根据监测装置(9)的响应来控制燃气轮机单元(2)。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述监测装置(9)被构造为在包括波长308nm的第一波带(B1)中以及在包括波长430nm的第二波带(B2)中选择性地检测光强度的波动。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一波带(B1)和所述第二波带(B2)是分开的。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述监测装置(9)被构造为检测从红外线范围延伸到紫外线范围的波长谱中的光强度的波动。5.根据权利要求2所述的设备，其中所述监测装置(9)包括光电传感器(12)以及波导器件(15)，该波导器件用于将光学探头(11)光学耦合到光电传感器(12)。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述监测装置(9)包括沿着光路布置在光学探头(11)和光电传感器(12)之间的光学滤波器(14)，并且该光学滤波器具有与第一波带(B1)和第二波带(B2)一致的各个通带。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述光学滤波器(14)和相应的相关联的光电传感器(12)限定传输与相应的波长带相关的信号的单独的通道。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述监测装置(9)被构造为将光强信号转换成光学监测信号(SOM)，并且所述控制器(10)被构造为根据由监测装置(9)提供的光学监测信号(SOM)提供用于燃气轮机单元(2)的控制信号(SC)。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述控制器(10)包括处理模块(20)，该处理模块被构造为基于光学监测信号(SOM)来检测燃烧室(5)内部的热声不稳定的状态。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理模块(20)被构造为计算光学监测信号(SOM)的波谱并且检测大于阈值(TH)的振幅的波谱分量。11.根据权利要求9所述的设备，其中所述监测装置(9)包括流体耦合到燃烧室(5)内部的压电传感器(17)，并且该压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩里科·戈塔尔多，爱德华多·贝尔托洛托，克劳迪娅·奥扎诺，
申请(专利权)人：安萨尔多能源公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT