燃气轮机温度监控方法及燃气轮机温度监控系统

摘要

本发明实施例提供一种燃气轮机温度监控方法及燃气轮机温度监控系统，属于自动化技术领域。所述燃气轮机温度监控方法包括：检测多个火焰筒中的每一个火焰筒的排气温度；根据火焰筒的数量和所述燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度；以及根据所述火焰筒的火焰的偏转角度确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒。本发明的技术方案，通过实时检测排气温度，并根据火焰筒的火焰的偏转角度可以确定所检测的排气温度对应的实际的火焰筒，并在某一排气温度值出现异常时，准确确定出现故障的燃烧室或火焰筒，有效降低了由于燃烧室异常导致燃气轮机故障的恶劣事件的发生，能够大大提高燃气轮安全运行的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，具体地涉及一种燃气轮机温度监控方法及燃气轮机温度监控系统。

背景技术

为了监测燃气轮机高温部件工作是否正常，通过安装在排气通道上的热电偶测温元件来检测火焰筒的排气温度。理想正常工况下，这些热电偶所测得的排气温度数据完全相同，但实际总存在一些偏差，这个偏差被称为燃机排气温度分散度。

由于燃气轮机是在高温下连续运行的，燃烧器的火焰筒或过渡段等部件难免会出现堵塞、破裂等各种事故，而在这些高温部件运行过程中无法直接监测其温度，因此只能采用测量燃气轮机排气温度和压气机排气温度，根据间接测量方法来判断这些部件的工作是否正常。当火焰筒破裂、燃烧不正常或过渡段破裂等引起燃气轮机进口流场和排气温度流场的严重不均匀，而这些不均匀会反映到排气温度场的均匀程度，即排气分散度的大小。

由于燃气轮机是在高温下连续运行的，燃烧室、火焰筒或过渡段等部件难免会出现堵塞、破裂等各种事故，而这些高温部件在运行中无法进行直接的监测，因此只能采用测量燃气轮机排气温度这种监测测量方法来判断上述部件的工作是否正常。当燃烧室破裂、燃烧不正常或过渡段破裂会引起燃气轮机进口流场和排气温度流场的严重不均匀，而这些不均匀会反映到排气温度场的均匀程度，即排气分散度的大小。

本申请发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术的上述方案不能检测出燃气轮机排气温度分散度，即根据检测的排气温度的变化不能直接确定火焰筒的燃烧情况，并且在燃气轮机的火焰筒出现燃烧异常甚至损坏等问题时，只能人为通过经验判断燃烧器内的燃烧室的燃烧情况，效率低且偶然性较大。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种燃气轮机温度监控方法及燃气轮机温度监控系统，用于解决上述技术问题中的一者或多者。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种燃气轮机温度监控方法，该方法包括：检测多个火焰筒中的每一个火焰筒的排气温度；根据火焰筒的数量和所述燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度；以及根据所述火焰筒的火焰的偏转角度确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒。

可选的，所述根据火焰筒的数量和所述燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度包括：在燃气轮机负荷率小于或等于预设值α时，根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度；以及在燃气轮机负荷率大于预设值α时，根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度。

可选的，所述根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度包括，根据以下公式计算所述火焰筒的火焰的偏转角度：

其中，y为火焰筒的火焰的顺时针偏转角度，x₁为燃气轮机转速，n为火焰筒个数。

可选的，所述根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度包括，根据以下公式计算所述火焰筒的火焰的偏转角度：

其中，y为火焰筒的火焰的顺时针偏转角度，x₂燃气轮机负荷率扩大一百倍的数值，n为火焰筒个数。

相应的，本发明实施例还提供一种燃气轮机温度监控系统，燃气轮机包括多个火焰筒，该系统包括：与所述多个火焰筒一一对应的多个温度检测模块，用于检测每一个火焰筒的排气温度；以及处理模块，用于根据所述火焰筒的数量和所述燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度，并根据所述火焰筒的火焰的偏转角度确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒。

可选的，所述处理模块用于根据所述火焰筒的数量和所述燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度包括：在燃气轮机负荷率小于或等于预设值α时，根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度；以及在燃气轮机负荷率大于预设值α时，根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度。

可选的，所述根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度包括，根据以下公式极端火焰筒的火焰的偏转角度：

其中，y为火焰筒的火焰的偏转角度，x₁为燃气轮机转速，n为火焰筒个数。

可选的，所述根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度包括，根据以下公式计算所述火焰筒的火焰的偏转角度

其中，y为火焰筒的火焰的偏转角度，x₂燃气轮机负荷率扩大一百倍的数值，n为火焰筒个数。

可选的，该系统该包括示警模块，与所述处理模块相连接，所述处理模块在确定所述温度检测模块检测的排气温度值超出预设阈值时，控制所述示警模块发出示警信号。

可选的，该系统还包括显示模块，用于实时显示排气温度、燃气轮机负荷率、燃气轮机转速、火焰筒的火焰的偏转角度中的一者或多者。

可选的，该系统还包括存储模块，用于存储实时检测的排气温度，以及存储所检测的排气温度对应的燃气轮机负荷率、燃气轮机转速、火焰筒的火焰的偏转角度中的一者或多者。

可选的，所述温度检测模块为热电偶。

通过上述技术方案，根据火焰筒的数量和燃气轮机的工况，可以确定火焰筒的火焰的偏转角度，并且在排气温度超出阈值后，可以准确确定是哪一个火焰筒出现燃烧异常，可以提高燃气轮机机组运行的安全性。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是现有的燃气轮机温度监控系统的显示界面；

图2是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控系统的显示界面；

图4是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控系统的显示界面；

图5是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控系统的显示界面；

图6是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控方法的流程图；

图7是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控方法的流程图。

附图标记说明

1 火焰筒 2 温度检测模块

3 处理模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

燃气轮机的燃烧器将燃料的化学能转变为热能，将压气机压入的高压空气加热到高温以使涡轮膨胀做工。燃气轮机的燃烧器包括多个火焰筒，火焰筒安装在燃烧室内。将能够检测温度的设备与火焰筒相连接即可检测火焰筒的排气温度。

图1是现有的燃气轮机温度监控系统的显示界面。如图1所示，该燃气轮机有20个火焰筒，现有的燃气轮机温度监控系统仅能检测出20个火焰筒各自的温度。且该燃气轮机温度监控系统不具备分散度监控功能，仅能在所检测的多个温度值中任一温度值超出预设值时，确定出现故障，但是并不能确定具体是哪一个火焰筒出现故障或出现燃烧异常。

本发明实施例的目的是提供一种燃气轮机温度监控系统及方法，其具备燃机排气温度分散度监控功能，可以根据火焰筒的火焰的偏转角度确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒，在出现温度异常情况时，能够准确确定发生故障的火焰筒，提高了燃气轮机运行的安全性。

图2是本发明实施例提供的燃气轮机温度监控系统的结构示意图。如图1所示，该燃气轮机温度监控系统包括：与火焰筒1相对应的温度检测模块2，用于检测每一个火焰筒1的排气温度；以及处理模块3，用于根据所述火焰筒的数量和所述燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度，并根据所述火焰筒的火焰的偏转角度确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒。

可选的，所述温度检测模块2可以为热电偶等可以检测温度的装置。所述热电偶与火焰筒1一一对应。

该实施例提供的燃气轮机温度监控系统可以根据火焰筒的数据和燃气轮机的工况确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒，在所检测的多个排气温度数值中的任一个出现异常时，可以准确确定发生故障或燃烧异常的火焰筒。

进一步地，所述燃气轮机的工况可以为燃气轮机的负荷情况。例如，设定一燃气轮机负荷率预设值α，在燃气轮机负荷率小于或等于预设值α时，此时燃气轮机不带负荷，火焰筒的火焰的偏转角度主要与燃气轮机转速和火焰筒的数量有关；在燃气轮机负荷率大于预设值α时，火焰筒的火焰的偏转角度主要与燃气轮机的负荷率和火焰筒的数量有关。

其中，所述预设值α可由本领域技术人员根据燃气轮机机组的型号及相关参数选取合适的燃气轮机负荷率预设值，本发明的实施例中的预设值α为5％。

对于根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度和根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度这两种情况，本发明实施例还提供了具体的计算公式：

在燃气轮机负荷率小于或等于5％时，采用以下公式(1)

其中，y为火焰筒的火焰的顺时针偏转角度，x₁为燃气轮机转速，n为火焰筒个数；

在燃气轮机负荷率大于5％时，采用以下公式(2)

其中，y为火焰筒的火焰的顺时针偏转角度，x₂燃气轮机负荷率扩大一百倍的数值，n为火焰筒个数。

例如，某一燃气轮机包括20个火焰筒，将火焰筒按照顺时针顺序编号1-20，且每个火焰筒均对应一个热电偶。在燃气轮机负荷率为54.11％时，与11号火焰筒对应的热电偶检测的排气温度为559.19℃。由于54.11％>5％，应采用上述公式(2)计算火焰筒的火焰的偏转角度。将燃气轮机负荷率扩大一百倍的数值x₂＝54.11，火焰筒个数n＝20代入上述公式(2)，经计算可以得到火焰筒的火焰的顺时针偏转角度y＝60.8°。也就是说，将火焰筒的位置顺时针旋转60.8°即可确定实际排气温度为559.19℃的火焰筒的编号。或者也可以这样理解，该燃气轮机有20个火焰筒，则相邻两个火焰筒之间的度数为19°火焰筒的火焰的顺时针偏转角度为60.8°，也就是说实际排气温度为559.19℃的火焰筒的编号与11号火焰筒之间相差3.2个大约是3，即实际排气温度为559.19℃的火焰筒应该为8号火焰筒。另外，在知道火焰筒的火焰的顺时针偏转角度为60.8°或知道实际排气温度为559.19℃的火焰筒的编号与被检测的火焰筒的编号之间差3左右的情况下，在负荷率未发生明显变化的情况下，一般不需要再另行计算，将所有火焰筒的位置顺时针旋转60.8°或将火焰筒的编号减3，即可得到各个火焰筒的实际排气温度。

此外，根据燃气轮机的不同，火焰筒的数量并不固定，例如火焰筒的数量还可以为10个，12个或18个等。

可选的，燃气轮机温度监控系统还包括示警模块，与处理模块3相连接，所述处理模块3在确定温度检测模块2检测的排气温度值超出预设阈值时，控制所述示警模块发出示警信号，以及时提醒工作人员进行检查或维修以预防或排除燃烧室、火焰筒或过渡段故障。

其中，所述预设阈值并不固定且不唯一，可以同时设有多个预设阈值，根据所检测的温度值与多个预设阈值的比较结果发送恰当的示警信号。

例如，可以设置比理论温度值大30℃的值为第一预设阈值，比理论温度值大45℃的值为第二预设阈值其中，所述理论温度值为燃气轮机在某一工况下正常工作的排气温度值。在所检测的多个排气温度值中任一温度值大于第一预设阈值但小于第二预设阈值时，发出示警信号，以提醒工作人员出现异常，需要及时检查以预防出现燃烧故障，在大于第二预设阈值时，发出故障信号并控制燃气轮机停机，以提醒工作人员现在燃烧异常，需要及时检修并排除故障。

可选的，燃气轮机温度监控系统还包括存储模块，用于存储实时检测的排气温度值，以及所检测的排气温度对应的燃气轮机负荷率、燃气轮机转速、火焰筒的火焰的偏转角度中的一者或多者。

例如，只存储有排气温度和燃气轮机转速相关数据，则表示在检测时，燃气轮机的负荷率小于或等于预设值α，在读取数据后，可以根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度；同理，只存储有排气温度和燃气轮机负荷率相关数据，则表示在检测时，燃气轮机负荷率大于预设值α，在读取数据后，可以根据燃气轮机负荷率和火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度。

所述存储模块可以为PI数据库，处理模块2与PI数据库相连接，PI数据库可以实时接收实时检测的排气温度值，以及所检测的排气温度对应的燃气轮机负荷率、燃气轮机转速、火焰筒的火焰的偏转角度中的一者或多者等数据，并记录。通过所述PI数据库，工作人员可以实时查看当前火焰筒排气温度情况，还可以查看历史时间段的火焰筒的排气温度的变化情况，便于后期事故分析及数据统计等。

可选的，燃气轮机温度监控系统包括显示模块，用于实时显示排气温度、燃气轮机负荷率、燃气轮机转速、火焰筒的火焰的偏转角度中的一者或多者。

其中，所述显示模块可以为工控机或上位机等设备的显示器。

图3是本发明一实施例提供的燃气轮机监控系统通过显示模块显示的界面。该被监控的燃气轮机包括20个火焰筒，此时的燃气轮机负荷率为54.11％，根据本发明实施例提供的火焰筒的火焰的偏转角度的计算方法可知，所检测的排气温度和实际火焰筒的编号的对应关系为：将所有火焰筒的位置顺时针旋转60.8°或将火焰筒的编号减3。因此，图3中上半部分的雷达图显示了各个火焰筒对应的实际排气温度，雷达图外侧编号为火焰筒的编号，以说明哪个一个火焰筒对应哪一个排气温度，在下半部分的折线图中显示了燃气轮机负荷率与燃烧室的偏转角度(火焰筒的火焰的偏转角度与燃烧室的偏转角度一致)的关系。即在雷达图中显示的559.19℃为与11号火焰筒对应的热电偶检测的排气温度，由于火焰筒的火焰发生了偏转，所以其显示的是8号火焰筒的运行情况，这样如果该温度值过高或过低，就可以判断为8号火焰筒存在运行异常。

图4是本发明一实施例提供的燃气轮机监控系通过显示模块显示的界面。此时燃气轮机的工况以及火焰筒的火焰的偏转角度等数据均与图3所示的一致。图4上半部分的柱形图显示的是各个火焰筒对应的实际排气温度，下半部分的图表为与该柱形图相对应的折线图。由图4最上侧显示的窗口可知，工作人员可以通过显示模块设定数据刷新频率，以便于实时查看各个火焰筒的工作状态。

图5是本发明一实施例提供的燃气轮机监控系统通过显示模块显示的界面如图5所示，可以将图3和图4所显示的内容显示在同一界面上。图5左上角为柱状图，显示热电偶检测的排气温度，左下角为与左上角的柱状图相对应的折线图，也显示热电偶检测的排气温度，右上角为雷达图，用于显示热电偶检测的排气温度与火焰筒之间的对应关系，右下角展示了火焰筒的火焰的顺时针偏转角度与燃气轮机负荷率之间的关系。

本发明实施例提供的燃气轮机温度监控系统可以确定燃机排气温度分散度，并根据实时检测的排气温度和燃机排气温度分散度准确确定每个火焰筒的燃烧情况，能够及时确定火焰筒或过渡段是否出现故障，以及是否出现异常燃烧情况；还可以设置多个预设阈值，在检测的排气温度值超出预设阈值时，发出报警信号，这样可以满足燃气轮机运行安全的多层次要求；通过不同负荷率(转速)下对应的火焰筒的火焰的偏转角度曲线，可以实现燃气轮机运行工况的全方位监控，可以立体的对火焰筒的排气温度进行监视，大大降低了燃气轮机核心部件的运行风险。

图6是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控方法的流程图。如图6所示，该方法包括：检测多个火焰筒中的每一个火焰筒的排气温度；根据火焰筒的数量和燃气轮机的工况，确定火焰筒的火焰的偏转角度；以及根据火焰筒的火焰的偏转角度确定所检测的排气温度实际对应的火焰筒。

图7是本发明一实施例提供的燃气轮机温度监控方法的流程图。与图6所示的实施例提供的燃气轮机温度监控方法相比，该方案还考虑了燃气轮机在不同符合工况下的火焰筒的火焰的偏转角度受不同因素影响。具体而言，该方法还包括：检测多个火焰筒中的每一个火焰筒的排气温度；在燃气轮机负荷率大于预设值α的情况下，根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度；以及在燃气轮机负荷率不大于预设值α(即小于或等于预设值α)的情况下，根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度。

其中，所述预设值α可由本领域技术人员根据燃气轮机机组的型号及相关参数选取合适的燃气轮机负荷率预设值，优选地，预设值α为5％。

进一步地，所述根据燃气轮机转速与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度包括，根据以下公式(1)计算所述火焰筒的火焰的偏转角度：

其中y为火焰筒的火焰的偏转角度，x₁为燃气轮机转速，n为火焰筒个数；所述根据燃气轮机负荷率与火焰筒的数量确定火焰筒的火焰的偏转角度包括，根据以下公式(2)计算所述火焰筒的火焰的偏转角度：

其中，y为火焰筒的火焰的偏转角度，x₂燃气轮机负荷率扩大一百倍的数值，n为火焰筒个数。

根据燃气轮机的不同，火焰筒的数量并不固定，例如火焰筒的数量还可以为10个，12个或18个等。

现以某一燃气轮机包括20个火焰筒为例进行解释。将所述20个火焰筒按照顺时针顺序编号1-20，且每个火焰筒均对应一个温度检测模块。在燃气轮机负荷率为54.11％时，与11火焰筒对应的温度检测模块检测的排气温度为559.19℃。由于54.11％>5％，应采用上述第二个公式计算火焰筒的火焰的偏转角度。将燃气轮机负荷率扩大一百倍的数值x₂＝54.11，火焰筒个数n＝20代入上述公式(2)，经计算可以得到火焰筒的火焰的顺时针偏转角度y＝60.8°。也就是说，将火焰筒的位置顺时针旋转60.8°即可确定实际排气温度为559.19℃的火焰筒的编号。或者也可以这样理解，该燃气轮机有20个火焰筒，则相邻两个火焰筒之间的度数为19°火焰筒的火焰的顺时针偏转角度为60.8°，也就是说实际排气温度为559.19℃的火焰筒的编号与11号火焰筒之间相差3.2个大约是3，即实际排气温度为559.19℃的火焰筒应该为8号火焰筒。另外，在知道火焰筒的火焰的顺时针偏转角度为60.8°或知道实际排气温度为559.19℃的火焰筒的编号与被检测的火焰筒的编号之间差3左右，且在负荷率未发生明显变化的情况下，一般不需要再另行计算，将所有火焰筒的位置顺时针旋转60.8°或将火焰筒的编号减3，即可得到各个火焰筒的实际排气温度。

有关本发明提供的上述燃气轮机温度监控方法的具体细节及益处，可参阅上述针对本发明提供的上述燃气轮机温度监控系统的描述，于此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请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。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。