[发明专利]一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测方法及系统

说明书

一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测方法及系统，涉及燃气轮机燃烧室性能监测技术领域。本发明的技术要点包括：获取燃烧室实时运行参数、燃烧室或涡轮出口的污染物排放测量值；根据燃烧室实时运行参数进行三维燃烧数值模拟，获得燃烧室物理空间区域内的温度分布和燃料浓度分布；设置温度差异阈值和燃料浓度差异阈值，根据差异阈值对燃烧室物理空间区域进行离散化，以将燃烧室划分为由多个PSR或PFR反应器组成的化学反应器网络；利用划分生成的化学反应器网络获得各个反应器的组分浓度预测值；比较污染物排放测量值和预测值，判断燃烧室是否处于稳定工作状态，当处于非稳定工作状态时发出报警。本发明可实现燃烧室性能的在线评估预测。

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室性能监测技术领域，具体涉及一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测方法及系统。

背景技术

作为一种重要的热能动力装置，燃气轮机被广泛应用于发电、舰船、工业等领域。由于燃气轮机在工作过程中可能会面临进气温度、湿度、流量，燃料组分、温度、流量等的突变，因此燃烧室可能存在燃烧不稳定现象，通过快速、准确的燃烧室性能在线预测从而及时调整燃烧室的进口边界条件，可帮助提高燃烧稳定性。

国内近年来也有许多关于燃烧室性能监测预测方面专利的申请，其中，专利号201410073477.2提出了一种超燃冲压发动机燃烧室性能预估方法，该方法以热力喉道为起始点，计算热力喉道到燃烧室入口、热力喉道到燃烧室出口的参数分布，避免了以往的一维计算是从燃烧室入口进行计算，充分考虑了燃烧室的不同工作模态；专利号202110841460.7提出了一种燃气轮机燃烧室燃烧性能监测预测方法，该方法通过第一级燃料流量检测模块、第二级燃料流量检测模块、主燃区压力检测模块、主燃区热电偶获得主燃区的燃料、压力和温度分布，并基于燃料和压力分布数据来预测主燃区的燃烧温度，如果温度预测值和测量值相差较大则会报警；专利号202110547040.8公开了一种燃气轮机燃烧室热声振荡在线监测系统，该系统包括传感器组件、数据采集器和上位机，其中燃气轮机的每个火焰筒上均安有传感器组件来获得燃烧室实时的压力、震动等信号，这些信号通过数据采集器转化为电信号，并在上位机中进行多域分析和故障预警。

但是，上述方法所用到的测量系统较为复杂，增加了系统的复杂性和运行成本，且在燃烧室中布置较多的测量点会扰乱燃烧室内流场结构，导致监测结果不准确。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测方法及系统，使得在不扰乱燃烧室内流场结构的前提下，以较低运行成本对燃烧室性能进行在线实时监测。

根据本发明的一方面，提供一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、获取燃烧室实时运行参数，获取燃烧室或涡轮出口的污染物排放测量值；

步骤二、根据燃烧室实时运行参数进行三维燃烧数值模拟，获得燃烧室物理空间区域内的温度分布和燃料浓度分布；

步骤三、设置温度差异阈值和燃料浓度差异阈值，根据差异阈值对燃烧室物理空间区域进行离散化，以将燃烧室划分为由多个PSR或PFR反应器组成的化学反应器网络；

步骤四、对划分生成的化学反应器网络进行计算，获得各个反应器的组分浓度预测值；

步骤五、比较所述污染物排放测量值和各个反应器的组分浓度预测值，若二者差异在误差允许范围内，则认为燃烧室处于稳定工作状态，否则认为燃烧室处于非稳定工作状态，且当燃烧室处于非稳定工作状态时发出报警，以实现在线监测。

进一步地，步骤一中所述燃烧室实时运行参数包括压力、进口空气温度、进口空气流量、燃料流量、燃料温度和燃料组分。