燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C控制領(lǐng)域，具體涉及一種燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃燒過程主要在燃?xì)廨啓C燃燒室中進行，燃燒室位于壓氣機和透平之間，是燃?xì)?輪機的三大部件之一。燃?xì)廨啓C燃燒室通過將來自于壓氣機的壓縮空氣與燃料噴嘴噴入 的燃料混合并進行有效燃燒，把儲藏在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫燃?xì)膺M入透 平中膨脹做功。同時，燃燒室還是燃?xì)廨啓C的主要調(diào)節(jié)部件（燃機最基本的調(diào)節(jié)手段是改 變進入燃燒室的燃料供應(yīng)量），在機組負(fù)荷變動時既要保證自身的運行效率，還要保證整個 機組順利而高效的運行。從結(jié)構(gòu)上看，燃燒室并不復(fù)雜，但從其工作過程來看，卻遠(yuǎn)比燃?xì)?輪機其他部件復(fù)雜，它涉及氣體流動、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等一系列非常復(fù)雜的過程。而 且，為了降低氮氧化物排放并提高燃燒效率，燃?xì)廨啓C燃燒室越來越多的采用預(yù)混燃燒方 式；但是預(yù)混燃燒的穩(wěn)定范圍比較窄，燃燒過程更容易發(fā)生振蕩，使得系統(tǒng)性能下降并降低 燃燒室的使用壽命。
[0003] 燃燒過程的控制與優(yōu)化就是要最大程度的避免和控制燃燒振蕩現(xiàn)象的產(chǎn)生，并使 得燃燒效率和燃?xì)廨啓C整體效率達到最高。在實際中，由于燃燒過程涉及眾多繁瑣的化學(xué) 反應(yīng)及機理、并且內(nèi)部氣體流動、傳熱、傳質(zhì)等過程非常復(fù)雜，給燃燒過程的控制與優(yōu)化帶 來了很大的困難。因此，如何能夠依據(jù)燃燒過程監(jiān)測信息精確估算出燃燒室各項參數(shù)，并根 據(jù)該估算結(jié)果來控制與優(yōu)化燃燒過程成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化的系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的燃 燒過程實時控制與優(yōu)化存在困難的問題。
[0005] 為此目的，本發(fā)明提出一種燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)，包括：
[0006] 在線監(jiān)控單元、分析預(yù)測單元和策略評判單元；
[0007] 所述在線監(jiān)控單元通過監(jiān)測設(shè)備采集在燃?xì)廨啓C的燃燒室中進行的燃燒過程的 數(shù)據(jù)信息，并將采集到的所述燃燒過程的數(shù)據(jù)信息實時反饋給所述分析預(yù)測單元進行數(shù)據(jù) 處理和分析，對燃燒過程出現(xiàn)的問題發(fā)出警報，同時根據(jù)所述策略評判單元給出的控制策 略進行在線調(diào)整以完成在線控制與優(yōu)化；
[0008] 所述分析預(yù)測單元，通過分析所述在線監(jiān)控單元反饋的燃燒過程的數(shù)據(jù)信息，對 燃燒過程進行預(yù)測；
[0009] 所述策略評判單元，用于根據(jù)所述分析預(yù)測單元的預(yù)測結(jié)果和預(yù)設(shè)的燃燒性能評 判準(zhǔn)則，確定出該預(yù)測結(jié)果所對應(yīng)的控制策略，并將所述控制策略實時反饋給所述在線監(jiān) 控單元。
[0010] 本發(fā)明實施例燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)，采用在線監(jiān)測手段保證燃燒過 程的實時性，根據(jù)實時監(jiān)測信息，通過燃燒過程預(yù)測，并根據(jù)燃燒過程預(yù)測結(jié)果確定出相應(yīng) 的控制策略，進而采取相應(yīng)的控制策略，實現(xiàn)了燃燒過程調(diào)整的智能化和自適應(yīng)性，保證了 燃燒過程的穩(wěn)定性和高效性，同時，降低了燃燒過程事故率。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明一種燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)一實施例的方框結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明一種燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)另一實施例中的燃燒室的 結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明 一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有 做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明實施例公開一種燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)，包括：
[0015] 在線監(jiān)控單元1、分析預(yù)測單元2和策略評判單元3 ;
[0016] 所述在線監(jiān)控單元1通過監(jiān)測設(shè)備采集在燃?xì)廨啓C的燃燒室中進行的燃燒過程 的數(shù)據(jù)信息，并將采集到的所述燃燒過程的數(shù)據(jù)信息實時反饋給所述分析預(yù)測單元2進行 數(shù)據(jù)處理和分析，對燃燒過程出現(xiàn)的問題發(fā)出警報，同時根據(jù)所述策略評判單元3給出的 控制策略進行在線調(diào)整以完成在線控制與優(yōu)化；
[0017] 所述分析預(yù)測單元2,通過分析所述在線監(jiān)控單元1反饋的燃燒過程的數(shù)據(jù)信息， 對燃燒過程進行預(yù)測；
[0018] 所述策略評判單元3,用于根據(jù)所述分析預(yù)測單元2的預(yù)測結(jié)果和預(yù)設(shè)的燃燒性 能評判準(zhǔn)則，確定出該預(yù)測結(jié)果所對應(yīng)的控制策略，并將所述控制策略實時反饋給所述在 線監(jiān)控單元1。
[0019] 本發(fā)明實施例燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)，采用在線監(jiān)測手段保證燃燒過 程的實時性，根據(jù)實時監(jiān)測信息，通過燃燒過程預(yù)測，并根據(jù)燃燒過程預(yù)測結(jié)果確定出相應(yīng) 的控制策略，進而采取相應(yīng)的控制策略，實現(xiàn)了燃燒過程調(diào)整的智能化和自適應(yīng)性，保證了 燃燒過程的穩(wěn)定性和高效性，同時，降低了燃燒過程事故率。
[0020] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述分析 預(yù)測單元包括：數(shù)據(jù)處理模塊、特征分析模塊和模型預(yù)測模塊；
[0021] 其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于對所述在線監(jiān)控單元反饋的燃燒過程的數(shù)據(jù)信息 進行預(yù)處理；
[0022] 所述特征分析模塊，用于從經(jīng)所述數(shù)據(jù)處理模塊預(yù)處理后的所述在線監(jiān)控單元反 饋的燃燒過程的數(shù)據(jù)信息中提取出燃燒過程的燃燒特征，并對所述燃燒過程的燃燒特征進 行分析，確定出燃燒過程的健康狀況；
[0023] 所述模型預(yù)測模塊，用于建立燃燒過程的動態(tài)仿真模型，并通過將經(jīng)所述數(shù)據(jù)處 理模塊預(yù)處理后的所述在線監(jiān)控單元反饋的燃燒過程的數(shù)據(jù)信息輸入所述燃燒過程的動 態(tài)仿真模型中確定出模擬輸出數(shù)據(jù)；
[0024] 所述策略評判單元，用于根據(jù)所述特征分析模塊確定出的燃燒過程的健康狀況， 所述模型預(yù)測模塊確定出的模擬輸出數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的燃燒性能評判準(zhǔn)則，確定出對應(yīng)的控 制策略，并將所述控制策略實時反饋給所述在線監(jiān)控單元。
[0025] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述策略 評判單元還用于根據(jù)所述特征分析模塊確定出的燃燒過程的健康狀況，所述模型預(yù)測模塊 確定出的模擬輸出數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的燃燒性能評判準(zhǔn)則作出相應(yīng)的燃燒過程操作。
[0026] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述燃燒 過程操作包括：燃燒故障報警、振蕩報警、燃料流量自動調(diào)整和燃料溫度補償。
[0027] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述數(shù)據(jù) 處理模塊還用于存儲相似工作狀況下的燃燒過程的正常燃燒特征范圍；
[0028] 其中，所述特征分析模塊，具體用于從經(jīng)所述數(shù)據(jù)處理模塊預(yù)處理后的所述在線 監(jiān)控單元反饋的燃燒過程的數(shù)據(jù)信息中提取出燃燒過程的燃燒特征，通過將所述燃燒過程 的燃燒特征與所述相似工作狀況下的燃燒過程的正常燃燒特征范圍進行比對，確定出燃燒 過程的健康狀況。
[0029] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述燃燒 過程的燃燒特征包括：
[0030] 各燃燒室脈動值、排氣溫度分散度、進口壓力值和/或燃料溫度值。
[0031] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述模型 預(yù)測模塊以機理分析為基礎(chǔ)，結(jié)合經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，采用模塊化建模方法建立燃燒過程的動態(tài)仿 真豐吳型；
[0032] 其中，所述燃燒過程的動態(tài)仿真模型包括：
[0033] 工質(zhì)熱力性質(zhì)計算模型、燃燒反應(yīng)模型、燃燒效率計算模型和/或阻力特性計算 模型。
[0034] 可選地，在本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的另一實施例中，所述在線 監(jiān)控單元，用于將所述策略評判單元給出的控制策略轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的控制調(diào)整信號，將所 述可執(zhí)行的控制調(diào)整信號傳入相對應(yīng)的控制執(zhí)行機構(gòu)，以使所述控制執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)傳入的 所述可執(zhí)行的控制調(diào)整信號進行在線調(diào)整以完成在線控制與優(yōu)化。
[0035] 下面對本發(fā)明燃?xì)廨啓C燃燒過程控制和優(yōu)化系統(tǒng)的一實施例進行詳細(xì)介紹。
[0036]如圖2(21 :燃料噴嘴；22 :擴壓器；23 :旋流器；24 :-次空氣射流孔；25 :主燃區(qū)； 26 :火焰筒；27 :摻混空氣射流孔；28 :摻混區(qū)）所示，首先為了減少總壓損失和保證穩(wěn)定燃 燒，來自于壓氣機的壓縮空氣通過擴壓器22將出口的氣流速度降低，然后部分空氣通過旋 流器23和一次空氣射流孔24的空氣與燃料噴嘴21噴入的燃料混合燃燒，燃燒過程主要在 旋流器形成的回流區(qū)（主燃區(qū)25)中進行，同時為了避免火焰筒26筒壁被高溫火焰燒壞， 一部分冷卻空氣通過多排空氣射流孔，射入火焰筒的內(nèi)壁表面，形成冷卻空氣保護膜，冷卻 高溫的火焰筒壁。而由火焰筒尾部的摻混