电加热稳燃系统、方法及存储介质

技术领域

本申请涉及燃气轮机燃烧室稳定燃烧技术领域，特别涉及一种电加热稳燃系统、方法及存储介质。

背景技术

相关技术中，不稳定燃烧控制技术主要分为被动控制和主动控制两类。被动控制主要包括在燃料出口加钝体产生回流区稳燃、在燃烧室内增加消声部件吸收声能以及改变配风方式优化燃料和空气的流动这三类。主动控制是指通过改变燃烧系统的某些参数，破坏火焰放热率脉动和压力脉动的耦合。主要包括3类：(1)通过外加扬声器产生可以抵消现有压力脉动的压力脉动；(2)改变燃料流量，调节湍流脉动破坏耦合；(3)增加氢气等燃料二次燃料射流，用小火舌的放热破坏耦合。因此，主动控制涉及燃烧学、流体力学、声学、控制学等学科，交叉性强，使得主动控制理论复杂。

因此，现有燃料预热技术主要将预热器布置在燃烧室后涡轮出口处，通过在涡轮中完成做工的高温尾气给预热器提供热量。燃料流经预热器后返回到燃烧室入口处，喷入燃烧室。然而，相关技术存在如下缺陷：

(1)对于不稳定燃烧的控制。目前被动控制方法的缺陷在于只针对特定燃烧室起作用，对不同结构燃烧室需要重新研发设计，开发周期长、开发费用昂贵，且对于低频振荡燃烧控制效果较差。主动控制最显著的弊端是主动控制算法复杂，维护困难，需要更加复杂的理论和更加精细的控制对技术的支撑，成本较高，尚未有成熟的技术。

(2)对于燃料预热技术。因在涡轮中完成做工的尾气温度有明显降低，为了对燃料充分预热，预热器内燃料管和高温尾气的接触面积需要足够大。另一方面，由于预热器布置在涡轮后，需要更长的管路输送燃料。上述两方面的因素都增加了燃料流动阻力和压力损失，影响燃料喷入燃烧室后的充分燃烧。此外，复杂的预热器和管路增加了预热系统的成本，经济性较低。

发明内容

本申请提供一种电加热稳燃系统、方法及计算机可读存储介质，可以通过设置预热通道实现了对电加热棒温度更精确的控制，进一步提升了电加热稳燃的控制能力，且通过电加热棒内的预热通道利用燃烧释热和电加热实现了对燃料的预热，提升了燃烧效率。

本申请第一方面实施例提供一种电加热稳燃系统，包括：设置待预热燃料的至少一个预热通道；至少一个加热器，用于加热所述至少一个预热通道内的所述待预热燃料；至少一个第一采集器，用于采集所述至少一个加热器的实际温度；温控组件，用于在实际温度未处于目标温度范围内时，增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第一目标流速，使得所述加热器的实际温度处于所述目标温度范围内。

在本申请实施例中，所述温控组件包括：调节器和控制器，所述控制器用于在实际温度未处于目标温度范围内时，根据所述实际温度匹配所述调节器的目标调节转速，并基于所述目标调节转速控制所述调节器增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速，直到所述实际流速为所述第一目标流速，并使得所述加热器的实际温度处于所述目标温度范围内。

在本申请实施例中，所述至少一个加热器中的每个加热器均设置于燃烧室内。

在本申请实施例中，还包括：第二采集器，用于采集所述燃烧室内的实际压力脉动振幅；所述温控组件还用于在所述实际压力脉动振幅大于预设实际压力脉动振幅时，控制所述至少一个加热器的实际加热功率增大或降低至目标加热功率，并增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第二目标流速，使得所述目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于所述预设实际压力脉动振幅。

在本申请实施例中，还包括：燃料主路，用于将经过所述至少一个预热通道加热的待预热燃料送入所述燃烧室内。

在本申请实施例中，所述至少一个预热通道中每个预热通道对应设置于加热器内的中心位置处。

本申请第二方面实施例提供一种电加热稳燃系统的控制方法，包括以下步骤：采集至少一个加热器的实际温度；在实际温度未处于目标温度范围内时，增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第一目标流速，使得所述加热器的实际温度处于所述目标温度范围内。

在本申请实施例中，所述增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第一目标流速，使得所述加热器的实际温度处于所述目标温度范围内，包括：根据所述实际温度匹配所述调节器的目标调节转速；基于所述目标调节转速控制所述调节器增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速，直到所述实际流速为所述第一目标流速，并使得所述加热器的实际温度处于所述目标温度范围内。

在本申请实施例中，所述至少一个加热器中的每个加热器均设置于燃烧室内，在采集至少一个加热器的实际温度之后，还包括：采集所述燃烧室内的实际压力脉动振幅；在所述实际压力脉动振幅大于预设实际压力脉动振幅时，控制所述至少一个加热器的实际加热功率增大或降低至目标加热功率，并增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第二目标流速，使得所述目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于所述预设实际压力脉动振幅。

在本申请实施例中，控制所述至少一个加热器的实际加热功率增大或降低至目标加热功率，并增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第二目标流速，使得所述目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于所述预设实际压力脉动振幅，包括：据所述实际压力脉动振幅匹配所述至少一个加热器的目标加热温度；根据所述实际温度和所述目标加热温度计算所述目标加热功率；基于所述目标加热功率控制所述至少一个加热器加热所述目标燃烧室，并增大或降低所述预热通道内所述待预热燃料的实际流速至第二目标流速，直到所述至少一个加热器的实际温度达到所述目标加热温度，并使得所述目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于所述预设实际压力脉动振幅。

本申请第三方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的电加热稳燃系统的控制方法。

由此，本申请至少具有如下有益效果：

通过为电加热棒增加一个燃料预热通道，实现对电加热棒温度更精确的控制，控制燃烧不稳定现象；同时，当燃烧室正常运行时，电加热棒可以作为预热器从燃烧室或电源获得能量对燃料加热，从而可以通过设置预热通道实现了对电加热棒温度更精确的控制，进一步提升了电加热稳燃的控制能力，且通过电加热棒内的预热通道利用燃烧释热和电加热实现了对燃料的预热，提升了燃烧效率。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的电加热稳燃系统的方框示意图；

图2为根据本申请实施例提供的电加热稳燃系统的结构示意图；

图3为根据本申请实施例提供的电加热稳燃系统的控制方法的流程图。

附图标记说明：

预热通道1、加热器2、第一采集器3、温控组件4、电源5、调节器6、控制器7、第二采集器8和电加热稳燃系统100。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

燃气轮机作为一种高效清洁的动力装置，在电力、航空、舰船等领域的动力系统中扮演着越来越重要的角色。受日益严格的环保标准驱动，现代燃气轮机多采用贫燃料预混燃烧技术，通过将燃料与过量空气预混，降低了火焰温度峰值，显著减少了热力型NO

除了污染物控制和安全性能，进一步提升燃气轮机效率也是技术发展的重要目标。已有研究表明通过燃烧尾气对燃烧室入口空气和燃料进行预热可将燃气轮机效率提升10％左右。但是，对空气预热会导致NO

为此，本申请实施例提出了一种带燃料预热的电加热稳燃方案，以解决燃烧不稳定问题和燃料预热问题。下面将参考附图描述本申请实施例的电加热稳燃系统、方法及计算机可读存储介质。

如图1所示，该电加热稳燃系统100包括：至少一个预热通道1、至少一个加热器2、至少一个第一采集器3和温控组件4。

其中，至少一个预热通道1用于设置待预热燃料；至少一个加热器2用于加热至少一个预热通道内的待预热燃料；至少一个第一采集器3用于采集至少一个加热器2的实际温度；温控组件4用于在实际温度未处于目标温度范围内时，增大或降低预热通道1内待预热燃料的实际流速至第一目标流速，使得加热器2的实际温度处于目标温度范围内。

其中，预热通道1、加热器2和第一采集器3的设置数量可以根据实际需求具体设置，对此不作具体限定；目标温度范围和第一目标流速也可以根据实际控制需求设置或标定。

可以理解的是，本申请实施例通过为电加热器2增加一个燃料预热通道，实现对电加热器2温度更精确的控制，从而控制燃烧不稳定现象；同时，当燃烧室正常运行时，电加热器2可以作为预热器从燃烧室或电源获得能量对燃料加热，提升燃烧效率，从而既可以通过燃料预热实现对电加热器2温度更准确的控制达到稳燃的目的，也可以通过电加热器2对燃料预热实现燃烧效率的提升。

在本申请实施例中，如图2所示，至少一个预热通道1中每个预设通道对应设置于加热器2内的中心位置处，且预热通道1出口通过管道与燃料主路连接。其中，燃料主路，用于将经过至少一个预热通道1加热的待预热燃料送入燃烧室内。

在本申请实施例中，如图2所示，加热器2设置于燃烧室内，两端通过电源线与电源5连接。其中，加热器2的类型可以根据实际需求具体选择，对此不作具体限定，例如可以为电加热棒等，对此不作具体限定。

在本申请实施例中，如图2所示，第一采集器3的测温点与加热器2表面接触，第一采集器3通过信号线与温控组件4连接。其中，第一采集器3的类型可以根据实际需求具体选择，对此不作具体限定，例如可以为热电偶等，对此不作具体限定。

在本申请实施例中，如图2所示，温控组件4包括：调节器6和控制器7。其中，控制器7用于在实际温度未处于目标温度范围内时，根据实际温度匹配调节器6的目标调节转速，并基于目标调节转速控制调节器6增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速，直到实际流速为第一目标流速，并使得加热器2的实际温度处于目标温度范围内。

其中，调节器6的类型可以根据实际需求具体选择，例如可以为泵等，调节器6出口与加热器2的预热通道1的入口连接，调节器6通过信号线与控制器7连接。控制器7可以为控温系统，包括两个输入端和两个输出端，控制器7的输入端之一通过信号线与加热器2连接；控制器7的输出端之一通过信号线与调节器6连接；控制器7的输出端之二通过信号线与电源5连接。

在具体应用时，以加热器2为电加热棒、第一采集器3为热电偶、调节器6为泵、控制器7为控温系统为例，控温系统根据通过监测电加热棒温度，调节泵的转速进而通过燃料冷却电加热棒，实现更精确的温度控制；控温系统通过监测燃料被加热的实际温度，调节泵的转速进而将燃料预热温度控制在所需范围，具体运行原理如下：

(1)预热通道在燃烧室正常工作时为燃料提供热量，其中，预热通道1内的燃料为燃气轮机常见气态或液态燃料；

(2)预热通道预热后的燃料汇入燃料主路实现对喷入燃烧室燃料的预热；

(3)温控系统可根据热电偶反馈的电加热棒温度计算出燃料的实际温度，并通过调节泵的转速控制燃料流量，将燃料预热温度在所需范围内。

在本申请实施例中，如图2所示，本申请实施例的系统100还包括：第二采集器8。其中，第二采集器8用于采集燃烧室内的实际压力脉动振幅；温控组件4还用于在实际压力脉动振幅大于预设实际压力脉动振幅时，控制至少一个加热器2的实际加热功率增大或降低至目标加热功率，并增大或降低预热通道1内待预热燃料的实际流速至第二目标流速，使得目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于预设实际压力脉动振幅。

其中，预设实际压力脉动振幅可以根据实际情况具体设置或标定，不作具体限定。第二采集器8的类型可以根据实际需求具体选择，例如可以为动态压力传感器。

可以理解的是，如图2所示，控制器7的输入端之二通过信号线与第二采集器8，第二采集器8监测到燃烧室的压力脉动振幅超过稳态压力0.4％以上时，将启动电源5。控制器7根据不稳定燃烧压力脉动大小设置加热器2的目标加热温度T

根据本申请实施例提出的电加热稳燃系统，通过为电加热棒增加一个燃料预热通道，实现对电加热棒温度更精确的控制，控制燃烧不稳定现象；同时，当燃烧室正常运行时，电加热棒可以作为预热器从燃烧室或电源获得能量对燃料加热，从而可以通过设置预热通道实现了对电加热棒温度更精确的控制，进一步提升了电加热稳燃的控制能力，且通过电加热棒内的预热通道利用燃烧释热和电加热实现了对燃料的预热，提升了燃烧效率。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的电加热稳燃系统的控制方法。

图3是本申请实施例的电加热稳燃系统的控制方法的流程示意图。

如图3所示，该电加热稳燃系统的控制方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采集至少一个加热器的实际温度。

在步骤S102中，在实际温度未处于目标温度范围内时，增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速至第一目标流速，使得加热器的实际温度处于目标温度范围内。

在本申请实施例中，增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速至第一目标流速，使得加热器的实际温度处于目标温度范围内，包括：根据实际温度匹配调节器的目标调节转速；基于目标调节转速控制调节器增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速，直到实际流速为第一目标流速，并使得加热器的实际温度处于目标温度范围内。

在本申请实施例中，至少一个加热器中的每个加热器均设置于燃烧室内，在采集至少一个加热器的实际温度之后，还包括：采集燃烧室内的实际压力脉动振幅；在实际压力脉动振幅大于预设实际压力脉动振幅时，控制至少一个加热器的实际加热功率增大或降低至目标加热功率，并增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速至第二目标流速，使得目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于预设实际压力脉动振幅。

在本申请实施例中，控制至少一个加热器的实际加热功率增大或降低至目标加热功率，并增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速至第二目标流速，使得目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于预设实际压力脉动振幅，包括：据实际压力脉动振幅匹配至少一个加热器的目标加热温度；根据实际温度和目标加热温度计算目标加热功率；基于目标加热功率控制至少一个加热器加热目标燃烧室，并增大或降低预热通道内待预热燃料的实际流速至第二目标流速，直到至少一个加热器的实际温度达到目标加热温度，并使得目标燃烧室内的实际压力脉动振幅小于或等于预设实际压力脉动振幅。

需要说明的是，前述对电加热稳燃系统实施例的解释说明也适用于该实施例的电加热稳燃系统的控制方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的电加热稳燃系统的控制方法，通过为电加热棒增加一个燃料预热通道，实现对电加热棒温度更精确的控制，控制燃烧不稳定现象；同时，当燃烧室正常运行时，电加热棒可以作为预热器从燃烧室或电源获得能量对燃料加热，从而可以通过设置预热通道实现了对电加热棒温度更精确的控制，进一步提升了电加热稳燃的控制能力，且通过电加热棒内的预热通道利用燃烧释热和电加热实现了对燃料的预热，提升了燃烧效率。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的电加热稳燃系统的控制方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。