本發(fā)明涉及燃氣輪機,尤其涉及一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、燃氣輪機是一種高效的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備,它通過燃燒燃料產(chǎn)生高溫高壓氣體,進而推動渦輪旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)換為機械能。燃燒室出口溫度是燃氣輪機運行過程中的關(guān)鍵參數(shù),對整個系統(tǒng)的效率、安全性和壽命、污染物排放等有著至關(guān)重要的影響。在效率方面,燃燒室出口溫度越高,意味著更多的熱能可以轉(zhuǎn)化為機械能,從而提高整個系統(tǒng)的能效,然而,這一過程并非無限制,因為過高的燃燒室出口溫度可能會導致材料的熱應(yīng)力增大,影響燃氣輪機的壽命。在安全性和壽命方面,燃氣輪機的燃燒室和渦輪部分需要使用能夠承受高溫的材料,如鎳基合金,燃燒室出口溫度的控制對于確保這些高溫部件不超出其材料的耐熱極限至關(guān)重要,此外,燃燒室出口溫度的均勻分布可以減少熱應(yīng)力,延長部件的使用壽命。在排放控制方面,較高的燃燒室出口溫度雖然可以促進更完全的燃燒,減少未燃盡的碳氫化合物和二氧化碳的排放,但相反會增加氮氧化物(nox)排放,因為高溫可以促進空氣中的氮和氧發(fā)生反應(yīng),生成更多的氮氧化物。
2、綜上所述,燃氣輪機燃燒室出口溫度的控制對于確保整個系統(tǒng)的高效率、安全性、環(huán)保性以及經(jīng)濟性至關(guān)重要。精確控制燃燒室出口溫度對于保障燃氣輪機的安全運行至關(guān)重要。通過精確控制燃燒室出口溫度,不僅可保障燃氣輪機的安全運行,還可有效延長燃氣輪機的維護周期和使用壽命,減少了燃氣輪機的維護成本,提高燃氣輪機的經(jīng)濟效益。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提出了本發(fā)明。
2、因此,本發(fā)明提供了一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法,能夠解決傳統(tǒng)燃氣輪機無法精確控制燃燒室出口溫度的問題。
3、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案,一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法,包括:建立燃燒室三維燃燒計算數(shù)值模型,計算典型負荷工況下燃燒室流場特性參數(shù);獲得典型負荷工況下燃燒室出口的燃氣比熱比及燃燒室的總壓損失系數(shù);擬合獲得燃氣比熱比和燃燒室總壓損失系數(shù)的計算公式;建立透平入口溫度計算公式,計算透平入口溫度;將計算獲得的透平入口溫度以及從燃氣輪機發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)中獲得的燃燒壓力脈動數(shù)據(jù)反饋給燃氣輪機控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)igv開度和燃料流量。
4、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述建立燃燒室三維燃燒計算數(shù)值模型包括,利用thermoflow電廠熱平衡分析軟件,針對燃氣發(fā)電廠采用的燃氣輪機型號,建立thermoflow燃氣輪機熱平衡計算模型,根據(jù)燃氣輪機歷史運行數(shù)據(jù)設(shè)定計算模型的邊界參數(shù),并利用燃氣輪機歷史運行數(shù)據(jù)對計算模型的準確性進行驗證,采用經(jīng)驗證后的thermoflow燃氣輪機熱平衡計算模型計算獲得燃氣輪機從啟機至滿負荷運行下燃燒室進出口邊界參數(shù),再利用流體數(shù)值仿真軟件建立燃燒室三維燃燒數(shù)值模型,并根據(jù)thermoflow燃氣輪機熱平衡計算模型計算獲得的邊界參數(shù)設(shè)定燃燒數(shù)值模型的進出口邊界條件;
5、所述算典型負荷工況下燃燒室流場特性參數(shù)包括,分別計算獲得50%、60%、70%、80%、90%和100%典型負荷下燃氣輪機燃燒室內(nèi)燃氣壓力場、溫度場、速度場。
6、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述燃燒室總壓損失系數(shù)表示為,分析獲得50%、60%、70%、80%、90%和100%典型負荷下燃氣輪機燃燒室進口總壓p*2、燃燒室出口總壓p*3,表示為,
7、
8、其中,σc表示為燃燒室的總壓損失系數(shù)。
9、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述擬合獲得燃氣比熱比和燃燒室總壓損失系數(shù)的計算公式包括,采用曲線擬合方法,利用計算獲得的燃燒室總壓損失系數(shù)和燃燒室出口燃氣比熱比,以相對負荷為自變量,分別擬合獲得燃燒室總壓損失系數(shù)和燃燒室出口燃氣比熱比的計算公式,
10、σc=f(w)
11、γ=g(w)
12、其中,w為自變量相對負荷,f(w)為擬合獲得的燃燒室總壓損失系數(shù)的計算函數(shù),g(w)為擬合獲得的燃燒室出口燃氣比熱比的計算函數(shù)。
13、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述建立透平入口溫度計算公式包括,利用高溫高壓燃氣在透平內(nèi)膨脹做功的燃氣能量變化特性,建立透平入口溫度t3的計算公式表示為,
14、
15、其中,t4為燃氣輪機透平排氣溫度;p2為燃氣輪機壓氣機排氣壓力;p4為燃氣輪機透平排氣壓力;
16、從燃氣輪機發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)中獲取燃氣輪機透平排氣溫度t4、燃氣輪機壓氣機排氣壓力p2、燃氣輪機透平排氣壓力p4,結(jié)合燃燒室總壓損失系數(shù)σc和燃燒室出口燃氣比熱比γ的計算公式和透平入口溫度的計算公式計算獲得透平入口溫度t3。
17、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法的一種優(yōu)選方案,其中:將計算獲得的透平入口溫度t3以及從燃氣輪機發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)中獲得的燃燒壓力脈動數(shù)據(jù)反饋給燃氣輪機控制系統(tǒng),燃氣輪機控制系統(tǒng)進行判斷:當t3r-t3≥α,且燃燒壓力脈動數(shù)值小于報警值,則輸出igv開度減小1%的指令;當t3r-t3≥α,但燃燒壓力脈動數(shù)值大于報警值,則輸出燃料流量增大0.5%的指令;當t3r-t3<0,則輸出igv開度增大1%的指令;
18、其中,t3r為燃氣輪機控制系統(tǒng)中設(shè)定的透平入口溫度限值,α為燃氣輪機控制系統(tǒng)中設(shè)定的透平入口溫度安全閾值。
19、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述調(diào)節(jié)igv開度和燃料流量包括,實時計算透平入口溫度,并結(jié)合燃燒壓力脈動數(shù)據(jù)變化情況,即時生成新的igv和燃料流量控制指令,直至透平入口溫度t3第一次高于t3r-α值,使透平入口溫度t3在安全條件下接近透平入口溫度限值t3r,提高燃氣輪機發(fā)電熱效率。
20、本發(fā)明的另外一個目的是提供一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng),提高燃燒效率、優(yōu)化燃燒室設(shè)計、確保準確了解燃燒室內(nèi)流動情況、調(diào)整燃料比例、降低壓損、提高能源利用效率、實現(xiàn)燃氣輪機運行參數(shù)的預(yù)測與優(yōu)化、提升系統(tǒng)穩(wěn)定性、確保透平入口溫度合理以及實現(xiàn)燃氣輪機的高效、穩(wěn)定運行。
21、作為本發(fā)明所述的一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案,其中:包括,燃燒模型建立模塊、流動參數(shù)計算模塊、燃氣比熱比與燃燒室壓損計算模塊、燃氣比熱比與燃燒室壓損擬合模塊、透平入口溫度計算模塊、數(shù)據(jù)反饋與調(diào)節(jié)模塊;
22、所述燃燒模型建立模塊,建立燃燒室三維燃燒計算數(shù)值模型;
23、所述流動參數(shù)計算模塊,計算典型負荷工況下燃燒室流場特性參數(shù);
24、所述燃氣比熱比與燃燒室壓損計算模塊,獲得典型負荷工況下燃燒室出口的燃氣比熱比及燃燒室的總壓損失系數(shù);
25、所述燃氣比熱比與燃燒室壓損擬合模塊,擬合獲得燃氣比熱比和燃燒室總壓損失系數(shù)的計算公式;
26、所述透平入口溫度計算模塊,建立透平入口溫度計算公式,計算透平入口溫度;
27、所述數(shù)據(jù)反饋與調(diào)節(jié)模塊,將計算獲得的透平入口溫度以及從燃氣輪機發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)中獲得的燃燒壓力脈動數(shù)據(jù)反饋給燃氣輪機控制系統(tǒng);調(diào)節(jié)igv開度和燃料流量。
28、一種計算機設(shè)備,包括存儲器和處理器,所述存儲器存儲有計算機程序,其特征在于,所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法中任一項所述的方法的步驟。
29、一種計算機可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計算機程序,其特征在于,所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)一種燃氣輪機燃燒室出口溫度優(yōu)化調(diào)整方法中任一項所述的方法的步驟。
30、本發(fā)明的有益效果:燃氣輪機的循環(huán)熱效率一般與透平入口溫度呈正相關(guān)關(guān)系,提高透平入口溫度可以提升循環(huán)熱效率,但由于燃氣輪機透平入口溫度較高,無法直接測量,本方案根據(jù)透平排氣溫度計算透平入口溫度,對比分析透平入口溫度計算值與透平入口溫度限值之間的距離,實時減小或增大igv開度,進而控制進入燃氣輪機的空氣流量,當減小igv開度時,進入燃氣輪機的空氣流量減小,透平入口溫度就會提高,進而提升燃氣輪機的循環(huán)熱效率;當增大igv開度時,進入燃氣輪機的空氣流量會增加,透平入口溫度就會降低,防止透平葉片被燒損,提升燃氣輪機的運行安全性。