闭环式燃烧控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种闭环式燃烧控制系统及其控制方法。

背景技术

燃气轮机在带负荷阶段，燃烧不稳定时，会出现燃烧室加速度幅值变大的情况，继续恶化从而引发甩负荷或者跳机的事故，更严重的情况会导致燃烧室瓦块的损坏，造成不可挽回的经济损失。燃气轮机燃烧室内的热声震荡是导致燃烧室加速度恶化的主要原因，在燃气轮机中使用嗡鸣探头来测量燃烧室内的热声振荡强度。

导致燃烧不稳定的原因通常有环境因素、燃料组分变化及机组老化等原因。为了避免燃烧室内的热声振荡幅值过大，现有技术做法是在热态调试期间摸索稳定燃烧边界，通过设置值班气和燃烧温度的中间量来保证燃烧稳定裕度，属于一种开环控制模式，在经过一段时间的运行后燃气轮机需要定期重新摸索稳定燃烧边界。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种闭环式燃烧控制系统及其控制方法，能够实时监控并且调整燃烧室的燃烧状态，保障燃气轮机的燃烧稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种闭环式燃烧控制系统，包括：

燃气轮机，燃气轮机包括燃烧室、调节值班气供气量的值班阀、以及控制值班阀开度的燃气轮机控制系统；

测量燃烧室内热声振荡强度的燃烧状态检测器，燃烧状态检测器设在燃烧室上；

自适应燃烧调控系统，自适应燃烧调控系统包括控制器、模拟量接收模块、模拟量发出模块以及数字量收发模块，模拟量接收模块分别与控制器和燃烧状态检测器连接，模拟量发出模块分别与控制器和燃气轮机控制系统连接，数字量收发模块分别与控制器和燃气轮机控制系统连接。

优选地，所述燃烧状态检测器包括度量燃烧室热声强度的嗡鸣探头和检测燃烧室振荡强度的加速度探头。

优选地，所述燃烧室的数量和所述燃烧状态检测器的数量相等，每个燃烧状态检测器设在对应的燃烧室上。

优选地，所述自适应燃烧调控系统还包括设定热声振荡阈值和值班气偏置量的设定模块，设定模块与控制器连接。

优选地，所述闭环式燃烧控制系统还包括机柜，所述燃气轮机控制系统和自适应燃烧调控系统布置在机柜内。

本发明还提供一种所述闭环式燃烧控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1，根据燃气轮机的正常运行状态设定燃烧室的热声振荡阈值；

S2，燃烧状态检测器实时测量燃烧室内的热声振荡强度，模拟量接收模块将表征热声振荡强度的模拟量测量值采集至控制器；控制器通过数字量收发模块接收燃气轮机控制系统的运行指令；

S3，控制器比较模拟量测量值和热声振荡阈值，若模拟量测量值大于热声振荡阈值，则模拟量发出模块将由控制器分析得出的值班气偏置量指令发送至燃气轮机控制系统，燃气轮机控制系统根据值班气偏置量指令调大值班阀的开度，以使值班气偏置量和值班气原有量叠加流入燃烧室；若否，则保持值班阀的开度；数字量收发模块将由控制器分析得出的自适应燃烧调控系统运行状态反馈至燃气轮机控制系统。

优选地，所述步骤S1还包括：燃气轮机带负荷运行，调节空气供气量的可调进气导叶处于打开状态。

优选地，当可调进气导叶处于全开状态时，若模拟量测量值不大于热声振荡阈值，控制器不向燃气轮机控制系统发送值班气偏置量指令；若模拟量测量值大于热声振荡阈值，控制器向燃气轮机控制系统发送值班气偏置量指令，燃气轮机控制系统按预设开阀速度逐渐调大值班阀的开度直至模拟量测量值不大于热声振荡阈值或者值班阀的开度增加到最大值班气偏置量所对应的开度。

优选地，当可调进气导叶处于非全开状态时，若模拟量测量值不大于热声振荡阈值，控制器不向燃气轮机控制系统发送值班气偏置量指令；若模拟量测量值大于热声振荡阈值，控制器向燃气轮机控制系统发送值班气偏置量指令，燃气轮机控制系统按预设开阀速度逐渐调大值班阀的开度直至模拟量测量值不大于热声振荡阈值或者值班阀的开度增加到最大值班气偏置量所对应的开度。

优选地，所述热声振荡阈值包括第一阈值和大于第一阈值的第二阈值；预设开阀速度包括与第一阈值相对应的第一速度和与第二阈值相对应的第二速度，第二速度大于第一速度。

如上所述，本发明的闭环式燃烧控制系统及其控制方法，具有以下有益效果：在本发明中，控制器用于控制程序的运算分析，具备自诊断功能；模拟量接收模块用于采集由燃烧状态检测器测得的模拟量测量值，热声振荡强度可以是燃烧室的热声强度，也可以是燃烧室的振荡强度；模拟量发出模块用于向燃气轮机控制系统传送值班气偏置量指令；控制器通过数字量收发模块接收燃气轮机控制系统的运行指令并且向燃气轮机控制系统反馈自适应燃烧调控系统的运行状态。运行时，控制器通过数字量收发模块接收燃气轮机控制系统的运行指令并且向燃气轮机控制系统反馈自适应燃烧调控系统的运行状态，燃烧状态检测器实时测量燃烧室内的热声振荡强度，模拟量接收模块将表征热声振荡强度的模拟量测量值采集至控制器。控制器判断分析上述模拟量测量值，根据分析结果向燃气轮机控制系统发送对应的指令，调节值班阀的开度，使燃烧室的燃烧状态始终稳定。因此，本发明能够实时监控并且调整燃烧室的燃烧状态，保障燃气轮机的燃烧稳定性。

附图说明

图1显示为本发明的闭环式燃烧控制系统的示意图。

元件标号说明

1 燃气轮机

11 燃烧室

12 值班阀

13 燃气轮机控制系统

2 燃烧状态检测器

21 嗡鸣探头

22 加速度探头

3 自适应燃烧调控系统

31 控制器

32 模拟量接收模块

33 模拟量发出模块

34 数字量收发模块

35 设定模块

4 机柜

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种闭环式燃烧控制系统，包括：

燃气轮机1，燃气轮机1包括燃烧室11、调节值班气供气量的值班阀12、以及控制值班阀12开度的燃气轮机控制系统13；

测量燃烧室11内热声振荡强度的燃烧状态检测器2，燃烧状态检测器2设在燃烧室11上；

自适应燃烧调控系统3，自适应燃烧调控系统3包括控制器31、模拟量接收模块32、模拟量发出模块33以及数字量收发模块34，模拟量接收模块32分别与控制器31和燃烧状态检测器2连接，模拟量发出模块33分别与控制器31和燃气轮机控制系统13连接，数字量收发模块34分别与控制器31和燃气轮机控制系统13连接。

在本发明中，控制器31用于控制程序(例如，热声振荡阈值设定及值班气偏置量设定程序)的运算分析，具备自诊断功能；模拟量接收模块32用于采集由燃烧状态检测器2测得的模拟量测量值，热声振荡强度可以是燃烧室11的热声强度，也可以是燃烧室11的振荡强度；模拟量发出模块33用于向燃气轮机控制系统13传送值班气偏置量指令；控制器31通过数字量收发模块34接收燃气轮机控制系统13的运行指令并且向燃气轮机控制系统13反馈自适应燃烧调控系统3运行状态。运行时，控制器31通过数字量收发模块34接收燃气轮机控制系统13的运行指令并且向燃气轮机控制系统13反馈自适应燃烧调控系统3运行状态，燃烧状态检测器2实时测量燃烧室11内的热声振荡强度，模拟量接收模块32将表征热声振荡强度的模拟量测量值采集至控制器31。控制器31判断分析上述模拟量测量值，根据分析结果向燃气轮机控制系统13发送对应的指令，调节值班阀12的开度，使燃烧室11的燃烧状态始终稳定。例如，比较模拟量测量值和热声振荡阈值，若模拟量测量值大于热声振荡阈值，则模拟量发出模块33将由控制器31分析得出的值班气偏置量指令发送至燃气轮机控制系统13，燃气轮机控制系统13根据值班气偏置量指令调大值班阀12的开度，以使值班气偏置量和值班气原有量叠加流入燃烧室11，以实现燃烧稳定的目的；若否，则保持值班阀12的开度；数字量收发模块34将由控制器31分析得出的运行指令发送至燃气轮机控制系统13，保障燃气轮机控制系统13安全运行。因此，本发明的闭环式燃烧控制系统能够实时监控并且调整燃烧室11的燃烧状态，保障燃气轮机1的燃烧稳定性。

为了综合考量上述燃烧室11内热声振荡强度，上述燃烧状态检测器2包括度量燃烧室11热声强度的嗡鸣探头21和检测燃烧室11振荡强度的加速度探头22。

为了根据燃烧室11燃烧状态的不稳定程度设定不同大小的热声振荡阈值，上述自适应燃烧调控系统3还包括设定热声振荡阈值和值班气偏置量的设定模块35，设定模块35与控制器31连接。

为了提高上述闭环式燃烧控制系统的集成度，上述闭环式燃烧控制系统还包括机柜4，上述燃气轮机控制系统13和自适应燃烧调控系统3布置在机柜4内。

本发明还提供一种上述闭环式燃烧控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1，根据燃气轮机1的正常运行状态设定燃烧室11的热声振荡阈值；

S2，燃烧状态检测器2实时测量燃烧室11内的热声振荡强度，模拟量接收模块32将表征热声振荡强度的模拟量测量值采集至控制器31；控制器31通过数字量收发模块34接收燃气轮机控制系统13的运行指令；

S3，控制器31比较模拟量测量值和热声振荡阈值，若模拟量测量值大于热声振荡阈值，则模拟量发出模块33将由控制器31分析得出的值班气偏置量指令发送至燃气轮机控制系统13，燃气轮机控制系统13根据值班气偏置量指令调大值班阀12的开度，以使值班气偏置量和值班气原有量叠加流入燃烧室11，以实现燃烧稳定的目的；若否，则保持值班阀12的开度；数字量收发模块34将由控制器31分析得出的自适应燃烧调控系统3运行状态反馈至燃气轮机控制系统13。

本发明的控制方法能够实时监控并且调整燃烧室11的燃烧状态，保障燃气轮机1的燃烧稳定性。

上述燃气轮机1的燃烧状态与负荷率直接相关，由于燃气轮机1在低负荷工况(即可调进气导叶处于全关状态)下运行稳定，上述步骤S1还包括：燃气轮机1带负荷运行，调节空气供气量的可调进气导叶处于打开状态。

当可调进气导叶处于全开状态(即燃气轮机满负荷运行)时，若模拟量测量值不大于热声振荡阈值，控制器31不向燃气轮机控制系统13发送值班气偏置量指令；若模拟量测量值大于热声振荡阈值，控制器31向燃气轮机控制系统13发送值班气偏置量指令，燃气轮机控制系统13按预设开阀速度逐渐调大值班阀12的开度直至模拟量测量值不大于热声振荡阈值或者值班阀12的开度增大到最大值班气偏置量所对应的开度。

当可调进气导叶处于非全开状态(即燃气轮机部分负荷运行)时，若模拟量测量值不大于热声振荡阈值，控制器31不向燃气轮机控制系统13发送值班气偏置量指令；若模拟量测量值大于热声振荡阈值，控制器31向燃气轮机控制系统13发送值班气偏置量指令，燃气轮机控制系统13按预设开阀速度逐渐调大值班阀12的开度直至模拟量测量值不大于热声振荡阈值或者值班阀12的开度增加到最大值班气偏置量所对应的开度。

为了使上述燃烧室11的燃烧状态更快地恢复稳定，上述热声振荡阈值包括第一阈值和大于第一阈值的第二阈值；预设开阀速度包括与第一阈值相对应的第一速度和与第二阈值相对应的第二速度，第二速度大于第一速度。

综上所述，本发明的闭环式燃烧控制系统及其控制方法能够实时监控并且调整燃烧室的燃烧状态，保障燃气轮机的燃烧稳定性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。