一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，包括耐高温动态压力测量模块、TDLAS燃烧温度测量模块、多功能数据采集模块和燃烧状态参数显示模块。该系统利用耐高温动态压力传感器测量模块直接测量燃烧室的压力脉动，利用TDLAS燃烧温度测量模块直接测量燃烧室出口温度，采用同一多功能数据采集模块同步采集、处理和输出燃烧室压力脉动与燃烧温度，可保持燃烧室压力脉动和燃烧温度监测结果在时间上的一致性。结果在时间上的一致性。结果在时间上的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统


[0001]本技术属于燃气轮机
，尤其涉及一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统。

技术介绍

[0002]燃气轮机燃烧监测的主要任务是通过有效的方法获得燃烧室压力、温度等状态参数，将监测结果发送至燃气轮机状态显示系统及控制系统，由燃气轮机调控人员或者燃机控制系统调整燃机运行参数，确保燃烧室及热通道部件的运行安全。
[0003]在役燃气轮机采用动态压力传感器或者加速度传感器，监测燃烧外壳振动以及燃烧室引压管的压力脉动等参数获取燃烧稳定性；通过热电偶监测透平出口温度，再利用经验公式等方法，获取排气温度分散度、推算燃机燃烧室出口的燃烧温度等。
[0004]上述燃烧室压力脉动与燃烧温度的监测方法，还存在不足之处。1)在役燃气轮机主要通过引压管将燃烧室内的高温燃气冷却，通过监测引压管内的压力脉动，间接获取燃烧室内的压力脉动，由于引压管本身存在压损和阻尼，其压力脉动频率及幅值等特性参数不能完全代表燃气轮机燃烧室本身的压力脉动特性，在很大程度上影响了燃烧稳定性诊断的准确性；2)通过透平出口温度估算燃烧室出口温度，其估算值与燃烧室出口实际温度存在偏差并伴随一定的时滞现象，致使燃烧温度诊断效果不佳；3)由于通过燃烧室下游透平的排气温度反推燃烧室的燃烧温度本身在时效上伴随有一定的迟滞，导致燃烧稳定性诊断结果和燃烧温度诊断结果无法在时间上保持一致性，易影响燃烧诊断结果的准确性。
[0005]为提高在役燃机燃烧状态监测诊断的准确度，有必要改进现有的燃烧温度与燃烧压力脉动监测方法。1)取消燃烧室引压管、或者缩短引压管的长度，可以减小引压管引起的压损和阻尼，提高燃烧室压力脉动监测的准确度；2)可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)测量精度高，不需要直接接触高温燃气，可以直接测量燃烧室温度；3)将燃烧压力脉动监测点和燃烧温度监测点尽量在布置在同一部件上，直接监测燃烧室的压力脉动和燃烧温度，并在同一系统内进行数据分析和处理，可保持燃烧室压力脉动和燃烧温度监测诊断结果在时间上的一致性。

技术实现思路

[0006]为提高在役燃机燃烧状态监测诊断的准确度、保持燃烧室压力脉动和燃烧温度监测诊断结果在时间上的一致性，本技术提供了一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，该系统采用耐高温动态压力传感器测量燃烧室的压力脉动，采用TDLAS系统直接测量燃烧室出口温度，采用同一数据采集仪采集、输出燃烧压力脉动和燃烧温度数据，实现燃烧室压力脉动和燃烧温度同步采集、同步输出至燃烧状态参数显示系统。
[0007]本技术采用如下技术方案来实现的：
[0008]一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，包括耐高温动态压力测量模块、TDLAS燃烧温度测量模块、多功能数据采集模块和燃烧状态参数显示模块；其中，耐高温动
态压力测量模块由耐高温动态压力传感器及压力传感器冷却套筒组成；耐高温动态压力传感器置于压力传感器冷却套筒中；耐高温动态压力测量模块布置在燃烧室壁面，与燃烧室内的高温燃气接触，实现燃烧室动态压力的直接测量，将压力信号转化为电信号并传输至多功能数据采集模块；
[0009]TDLAS燃烧温度测量模块，由2只激光器、2台激光控制器、1只光纤耦合器、1只激光准直器、1台锁相放大器、1只光电探测器组成；其中，激光控制器用来驱动激光器发射单模激光，且确保激光器所发射的激光波长恒定；光纤耦合器用于将2只激光器发射的2束不同波长的激光耦合为一束激光；合为1束的激光经激光准直器准直作用后穿过燃烧室待测流场，穿过燃烧室待测流场的吸收激光光谱由位于燃烧室待测流场另一侧的光电探测器接收，并将吸收激光光谱的光信号转化为电信号，锁相放大器对电信号进行锁相放大处理，发出适合二次谐波检测的调制信号至多功能数据采集模块；激光准直器、光电探测器分别布置在燃烧室的上下两侧，且两者之间的连线垂直于燃烧室燃气流动方向；
[0010]耐高温动态压力测量模块、TDLAS燃烧温度测量模块分别与多功能数据采集模块相连，多功能数据采集模块与燃烧状态参数显示模块相连；多功能数据采集系统将耐高温动态压力传感器输出的电信号和TDLAS燃烧温度测量模块输出的电信号，同步转换为压力脉动信号和燃烧温度信号，并将压力脉动信号和燃烧温度信号同步输出至燃烧状态参数显示模块，供燃气轮机调控人员或者燃机控制系统调整燃机运行参数，确保燃烧室及热通道部件的运行安全。
[0011]本技术进一步的改进在于，耐高温动态压力测量模块中，耐高温动态压力传感器和压力传感器冷却套筒之间通过螺纹连接，且耐高温动态压力传感器测量端面与压力传感器冷却套筒与高温燃气接触端面之间，存在预设的间距，其间距能够通过耐高温动态压力传感器与压力传感器冷却套筒之间的螺纹进行调节；压力传感器冷却套筒冷却耐高温动态压力传感器的同时，对与耐高温动态压力传感器测量截面接触的高温燃气进行冷却，以保障耐高温动态压力传感器的使用寿命。
[0012]本技术进一步的改进在于，压力传感器冷却套筒内部充满冷却循环水，对耐高温动态压力传感器进行冷却。
[0013]本技术进一步的改进在于，TDLAS燃烧温度测量模块中，光电探测器前附加一层带通滤光镜片，过滤燃烧室内高温燃气发射的背景光，降低背景光对激光吸收激光光谱的影响，提高TDLAS燃烧温度测量模块的测量精度。
[0014]本技术进一步的改进在于，激光准直器外附加激光准直器冷却套筒，光电探测器外附加光电探测器冷却套筒，以方便TDLAS燃烧温度测量模块在高温环境下正常工作。
[0015]本技术进一步的改进在于，激光准直器冷却套筒和光电探测器冷却套筒与燃烧室内高温燃气接触部分采用耐高温石英玻璃进行封闭，用于防止激光准直器和光电探测器和高温燃气直接接触。
[0016]本技术进一步的改进在于，燃烧状态参数显示模块包括压力脉动显示模块、燃烧温度信息显示模块，各显示模块均由LED显示屏组成，用于实时显示燃气轮机燃烧室压力脉动频率和幅值、流场温度燃烧状态信息。
[0017]本技术进一步的改进在于，两个激光器均为可调谐二极管激光器，其所产生的激光能够被燃气轮机燃烧室水蒸气有效吸收，且吸收后的激光光谱强度满足TDLAS燃烧
状态参数监测系统的需求。
[0018]本技术至少具有如下有益的技术效果：
[0019]本技术提供的一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，利用耐高温动态压力测量模块测量燃烧室动态压力，取消了在役燃机燃烧室较长的引压管，创新的利用冷却套筒降低与耐高温压力脉动传感器接触的燃气温度，在保障耐高温压力传感器正常工作的前提下，减小了由于在役燃机采用引压管引起的压损和阻尼，而引起监测的压力脉动频率和幅值失真的不足之处，可以提高燃烧室压力脉动监测的准确度。
[0020]本技术提供的一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，利用TDLA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，其特征在于，包括耐高温动态压力测量模块、TDLAS燃烧温度测量模块、多功能数据采集模块和燃烧状态参数显示模块；其中，耐高温动态压力测量模块由耐高温动态压力传感器及压力传感器冷却套筒组成；耐高温动态压力传感器置于压力传感器冷却套筒中；耐高温动态压力测量模块布置在燃烧室壁面，与燃烧室内的高温燃气接触，实现燃烧室动态压力的直接测量，将压力信号转化为电信号并传输至多功能数据采集模块；TDLAS燃烧温度测量模块，由2只激光器、2台激光控制器、1只光纤耦合器、1只激光准直器、1台锁相放大器、1只光电探测器组成；其中，激光控制器用来驱动激光器发射单模激光，且确保激光器所发射的激光波长恒定；光纤耦合器用于将2只激光器发射的2束不同波长的激光耦合为一束激光；合为1束的激光经激光准直器准直作用后穿过燃烧室待测流场，穿过燃烧室待测流场的吸收激光光谱由位于燃烧室待测流场另一侧的光电探测器接收，并将吸收激光光谱的光信号转化为电信号，锁相放大器对电信号进行锁相放大处理，发出适合二次谐波检测的调制信号至多功能数据采集模块；激光准直器、光电探测器分别布置在燃烧室的上下两侧，且两者之间的连线垂直于燃烧室燃气流动方向；耐高温动态压力测量模块、TDLAS燃烧温度测量模块分别与多功能数据采集模块相连，多功能数据采集模块与燃烧状态参数显示模块相连；多功能数据采集系统将耐高温动态压力传感器输出的电信号和TDLAS燃烧温度测量模块输出的电信号，同步转换为压力脉动信号和燃烧温度信号，并将压力脉动信号和燃烧温度信号同步输出至燃烧状态参数显示模块，供燃气轮机调控人员或者燃机控制系统调整燃机运行参数，确保燃烧室及热通道部件的运行安全。2.根据权利要求1所述的一种适用于燃气轮机燃烧状态参数监测的系统，其特征在于，耐高温动态压力测量模块中，耐高温动态压力传感器和压力传感器冷却套筒之间通过螺纹连接，且耐高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俊峰，王玮，高松，王峰，李晓丰，王致程，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，
类型：新型
国别省市：