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专利名称：自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210650161.X

专利申请（专利权）人：惠州深能源丰达电力有限公司
权利人地址：广东省惠州市惠澳大道惠南高新开云优惠体育网页版入口产业园金达路11号

专利发明（设计）人：黄雪成,李炼,王超,梁劲松,袁仕成,薛志刚,张先壮

专利摘要：本发明公开了自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，包括以下步骤：S1：在燃烧室二区火焰探测器上增设环管式加热器和温度测点，用于对火焰探测器壳体加热和温度监测；S2：将检测的火焰探测器壳体的温度信号送入Mark?Ⅵe控制系统；S3：利用Mark?Ⅵe控制系统程序预测燃机压气机排气露点值；S4：通过控制程序智能判断是否需要投入火焰探测器加热器；S5：如投入加热器，待火焰探测器升至一定温度或运行一段时间后，加热器自动退出运行，以防止加热器过热。本发明的有益效果是：采取火焰探测器外壳加热的方案，防止镜头结露，以解决9E燃机火焰闪烁、信号丢失的问题，通过程序开发和编辑，均实现自动化，无需人工干预，可靠性和安全性相对比较高。

主权利要求：
1.自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在燃烧室二区火焰探测器上增设环管式加热器和温度测点，用于对火焰探测器壳体加热和温度监测；
S2：将检测的火焰探测器壳体的温度信号送入Mark?Ⅵe控制系统；
S3：利用Mark?Ⅵe控制系统程序预测燃机压气机排气露点值；
S4：通过控制程序智能判断是否需要投入火焰探测器加热器；
S5：如投入加热器，待火焰探测器升至一定温度或运行一段时间后，加热器自动退出运行，以防止加热器过热；
所述燃机压气机排气露点值预测过程如下;
S31：计算燃气轮机Lean?lean和预混燃烧模式下压气机排气边界水蒸汽分压力；
S32：利用压缩空气露点工程计算公式，计算压气机排气露点预测值；
加热器智能投退控制程序判断方式：
S11：火焰探测器加热器投入判断信号a；
S22：火焰探测器加热器退出加热器判断信号a；
S33：火焰探测器加热器投入辅助判断信号b；
S44：火焰探测器加热器投退主控制程序；
S55：条件全部满足，火焰探测器加热器投入控制；
S66：火焰探测器外壳温度显示和加热器相关报警；
所述火焰探测器加热器投入控制条件如下：
余热锅炉处于热态，燃机压气机排气预测露点超过大气温度38.9℃时，且火焰探测器外壳温度未超过大气温度20℃时；或者火焰探测器加热器已投入运行；
火焰探测器外壳温度未超过燃机压气机排气预测露点20℃时；
燃机已点火，出现火焰；
燃机已点火，持续时间未超过30min；
燃机已选择自动模式。
2.根据权利要求1所述的自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，提出了自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备，包括火焰探测器主体（1）、加热器主体（2）和温度测点安装块（3），其特征在于：火焰探测器主体（1），所述火焰探测器主体（1）安装在现有燃烧室二区中；
加热器主体（2），所述加热器主体（2）设置在火焰探测器主体（1）的外表面；
温度测点安装块（3），所述温度测点安装块（3）设置在火焰探测器主体（1）的外表面，且所述温度测点安装块（3）的外表面装配有温度测点主体（301）。
3.根据权利要求2所述的自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，其特征在于：所述加热器主体（2）的外表面电性连接有第一电源线（201），且所述第一电源线（201）的端部设置有第一接线头（202）。
4.根据权利要求3所述的自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，其特征在于：所述加热器主体（2）的外表面安装有第一紧固螺栓（203），且所述加热器主体（2）通过第一紧固螺栓（203）与火焰探测器主体（1）固定连接。
5.根据权利要求4所述的自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，其特征在于：所述温度测点安装块（3）的外表面设置有第二电源线（302），且所述第二电源线（302）与温度测点主体（301）电性连接，所述第二电源线（302）的端部设置有第二接线头（303）。
6.根据权利要求5所述的自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，其特征在于：所述温度测点安装块(3)的外表面安装有第二紧固螺栓(304)，且温度测点主体(301)通过第二紧固螺栓(304)与温度测点安装块(3)固定连接，所述温度测点安装块(3)通过不锈钢卡箍与火焰探测器外壳固定成一体。 说明书 : 自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法技术领域[0001] 本发明涉及燃机火焰闪烁隐患方法，具体为自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，属于燃气轮机技术领域。背景技术[0002] 冬春天气潮湿之际，9E燃气轮机热态启动过程中，lean?lean模式或预混燃烧模式时，燃烧室二区经常出现火焰闪烁、火焰信号丢失的问题，情况严重时甚至出现机组熄火跳闸。待机组预混燃烧运行一段时间后，燃烧室二区火焰测量恢复正常。[0003] 针对该异常现象，通过持续跟踪、分析和实验，找到且证实9E燃气轮机火焰闪烁、信号丢失的原因：燃气轮机压气机排气露点高于常温，潮湿天气时加剧这一情况；在机组热态启动、正常升负荷时，火焰探测器未得到充分预热前，其镜头遇到高露点压气机气体时将出现结露；结露的镜头将影响火焰探测，导致火焰闪烁、信号丢失或者机组熄火跳机。待燃气轮机运行一段时间，火焰探测器升温后，火焰闪烁或火焰丢失的现象将消失，火焰探测正常。[0004] 针对9E燃气轮机热态启动燃烧室二区火焰闪烁、信号丢失的问题，生产厂商和各发电企业主要采取如下应对措施：[0005] 1）降低火焰信号门槛值。此方案可以降低火焰信号丢失的概率，降低机组跳闸的风险；但无法从根本上解决火焰闪烁及信号丢失的问题，机组熄火跳闸的风险仍然存在。[0006] 2）适当提高燃烧室二区燃料比例。对二区火焰信号强度改善有限，火焰闪烁及火焰信号丢失的情况仍然存在，效果不明显。[0007] 3）适当延长9E燃气轮机低负荷时间（70MW以下，持续10min）。延长机组低负荷时间，可以提高火焰探测器镜头温度，消除火焰闪烁、信号丢失的问题；但机组持续较长时间低负荷，将延长机组NOX排放不达标的时间，降低机组发电效率，影响经济性。[0008] 上述措施，均在一定不足，影响机组的安全性和经济性。因此我们提出了自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法。发明内容[0009] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，通过智能计算压气机排气预测露点，提前判定火焰探测器结露的情况，自动投退火焰探测器加热器的方案，可以彻底解决因火焰探测器镜头结露原因导致火焰闪烁、丢失的问题。[0010] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的，自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，包括以下步骤：[0011] S1：在燃烧室二区火焰探测器上增设环管式加热器和温度测点，用于对火焰探测器壳体加热和温度监测；[0012] S2：将检测的火焰探测器壳体的温度信号送入Mark?Ⅵe控制系统；[0013] S3：利用Mark?Ⅵe控制系统程序预测燃机压气机排气露点值；[0014] S4：通过控制程序智能判断是否需要投入火焰探测器加热器；[0015] S5：如投入加热器，待火焰探测器升至一定温度或运行一段时间后，加热器自动退出运行，以防止加热器过热。[0016] 优选的，所述燃机压气机排气露点值预测过程如下;[0017] S31：计算燃气轮机Lean?lean和预混燃烧模式下压气机排气边界水蒸汽分压力；[0018] S32：利用压缩空气露点工程计算公式，计算压气机排气露点预测值。[0019] 优选的，所述加热器智能投退控制程序判断方式：[0020] S11：火焰探测器加热器投入判断信号a；[0021] S22：火焰探测器加热器退出加热器判断信号a；[0022] S33：火焰探测器加热器投入辅助判断信号b；[0023] S44：火焰探测器加热器投退主控制程序；[0024] S55：条件全部满足，火焰探测器加热器投入控制；[0025] S66：火焰探测器外壳温度显示和加热器相关报警。[0026] 优选的，所述火焰探测器加热器投入控制条件如下：[0027] 余热锅炉处于热态，燃机压气机排气预测露点超过大气温度38.9℃时，且火焰探测器外壳温度未超过大气温度20℃时；或者火焰探测器加热器已投入运行；[0028] 火焰探测器外壳温度未超过燃机压气机排气预测露点20℃时；[0029] 燃机已点火，出现火焰；[0030] 燃机已点火，持续时间未超过30min；[0031] 燃机已选择自动模式。[0032] 自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，提出了自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备，，包括火焰探测器主体、加热器主体和温度测点安装块：[0033] 火焰探测器主体，所述火焰探测器主体安装在现有燃烧室二区中；[0034] 加热器主体，所述加热器主体设置在火焰探测器主体的外表面；[0035] 温度测点安装块，所述温度测点安装块设置在火焰探测器主体的外表面，且所述温度测点安装块的外表面装配有温度测点主体。[0036] 优选的，所述加热器主体的外表面电性连接有第一电源线，且所述第一电源线的端部设置有第一接线头。[0037] 优选的，所述加热器主体的外表面安装有第一紧固螺栓，且所述加热器主体通过第一紧固螺栓与火焰探测器主体固定连接。[0038] 优选的，所述温度测点安装块的外表面设置有第二电源线，且所述第二电源线与温度测点主体电性连接，所述第二电源线的端部设置有第二接线头。[0039] 优选的，所述温度测点安装块的外表面安装有第二紧固螺栓，且温度测点主体通过第二紧固螺栓与温度测点安装块固定连接，所述温度测点安装块通过不锈钢卡箍与火焰探测器外壳固定成一体。[0040] 本发明的有益效果是：针对9E燃机燃烧室二区火焰闪烁、丢失的原因，首创采取火焰探测器外壳加热的方案，防止镜头结露，以彻底解决9E燃机火焰闪烁、信号丢失的问题。[0041] 在自动控制方面，通过Mark?Ⅵe控制系统程序开发，实现压气机排气预测露点自动计算，提前判定火焰探测器镜头是否可能结露；然后根据判定结果，自动投入火焰探测器加热器；待火焰探测器镜头结露隐患消除后，控制系统自动退出火焰探测器。[0042] 在9E燃气轮机压气机排气预测露点计算、加热器投退和安全保护等方面，通过程序开发和编辑，均实现自动化，无需人工干预，可靠性和安全性相对比较高。附图说明[0043] 图1为本发明自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备结构示意图；[0044] 图2为本发明自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备结构轴向示意图；[0045] 图3为本发明自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备温度测点安装块的结构示意图；[0046] 图4为本发明自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备加热器主体的结构示意图；[0047] 图5为本发明压气机排气边界水蒸汽分压力计算示意图；[0048] 图6为本发明压气机排气露点预测值计算示意图；[0049] 图7为本发明火焰探测器加热器投入判断信号a计算示意图；[0050] 图8为本发明火焰探测器加热器退出加热器判断信号a计算示意图；[0051] 图9为本发明火焰探测器加热器投入辅助判断信号b计算示意图；[0052] 图10为本发明火焰探测器加热器投退主控制程序计算示意图；[0053] 图11为本发明火焰探测器外壳温度显示和加热器相关报警计算示意图；[0054] 图12为本发明现有燃烧室结构示意图。[0055] 图中：1、火焰探测器主体；2、加热器主体；201、第一电源线；202、第一接线头；203、第一紧固螺栓；3、温度测点安装块；301、温度测点主体；302、第二电源线；303、第二接线头；304、第二紧固螺栓。具体实施方式[0056] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0057] 本发明实施例公开自动加热消除燃机火焰闪烁隐患设备。[0058] 根据附图1?2所示，包括火焰探测器主体1、加热器主体2和温度测点安装块3：[0059] 火焰探测器主体1，火焰探测器主体1安装在现有燃烧室二区中；[0060] 加热器主体2，加热器主体2设置在火焰探测器主体1的外表面；[0061] 温度测点安装块3，温度测点安装块3设置在火焰探测器主体1的外表面，且温度测点安装块3的外表面装配有温度测点主体301。[0062] 根据附图4所示，加热器主体2的外表面电性连接有第一电源线201，且第一电源线201的端部设置有第一接线头202。[0063] 根据附图1和附图4所示，加热器主体2的外表面安装有第一紧固螺栓203，且加热器主体2通过第一紧固螺栓203与火焰探测器主体1固定连接。[0064] 根据附图3所示，温度测点安装块3的外表面设置有第二电源线302，且第二电源线302与温度测点主体301电性连接，第二电源线302的端部设置有第二接线头303。[0065] 根据附图1和附图3所示，温度测点安装块3的外表面安装有第二紧固螺栓304，且温度测点主体301通过第二紧固螺栓304与温度测点安装块3固定连接，所述温度测点安装块3通过不锈钢卡箍与火焰探测器外壳固定成一体。[0066] 工作原理：在9E燃气轮机燃烧室二区的火焰探测器主体1外表面处加装加热器主体2，用于火焰探测器主体1外壳加热；[0067] 加热器主体2的电源通过第一电源线201的端部设置有第一接线头202由燃机TCC间供给，电源电压为115VAC；电源配置有保险和漏电保护器，用于电源安全保护，加热器主体2电源开关由Mark?Ⅵe系统控制，经过程序智能判断后自动投退加热器主体2和发出故障报警。[0068] 在火焰探测器主体1上设置温度测点安装块3和温度测点主体301，温度信号输入Mark?Ⅵe控制系统，用于加热器主体2投退控制；另外，火焰探测器主体1温度信号在制画面实时显示，以便于运行人员查看监测。[0069] 自动加热消除燃机火焰闪烁隐患方法，包括以下步骤：[0070] S1：在燃烧室二区火焰探测器上增设环管式加热器和温度测点，用于对火焰探测器壳体加热和温度监测；[0071] S2：将检测的火焰探测器壳体的温度信号送入Mark?Ⅵe控制系统；[0072] S3：利用Mark?Ⅵe控制系统程序预测燃机压气机排气露点值；[0073] S4：通过控制程序智能判断是否需要投入火焰探测器加热器；[0074] S5：如投入加热器，待火焰探测器升至一定温度或运行一段时间后，加热器自动退出运行，以防止加热器过热。[0075] 燃机压气机排气露点值计算过程如下;[0076] S31：计算燃气轮机Lean?lean和预混燃烧模式下压气机排气边界水蒸汽分压力；[0077] 如图5所示，说明：ITDP，大气露点温度；[0078] KPSATTA，露点计算控制常数；[0079] KPSATPA，水蒸汽分压力计算控制常数；[0080] SWPP，压气机排气的边界水蒸汽分压力；[0081] S32：利用压缩空气露点工程计算公式，计算压气机排气露点预测值；[0082] 如图6所示，说明：KSPW1，压气机排气露点温度计算常数1；[0083] KSPW2，压气机排气露点温度计算系数2；[0084] KSPW3，压气机排气露点温度计算系数3；[0085] ITDP1，压气机排气预测露点温度。[0086] 加热器智能投退控制程序判断方式：[0087] S11：火焰探测器加热器投入判断信号a；[0088] 如图7所示，说明：L83HF1，火焰探测器加热器投入信号a，在压气机露点温度超过大气温度38.9℃时，投入火焰探测器加热器。[0089] S22：火焰探测器加热器退出加热器判断信号a；[0090] 如图8所示，说明：L83HF2，火焰探测器加热器退出信号，在火焰探测器外壳温度超过燃机压气机排气预测露点20.00℃，退出火焰探测器加热器。[0091] S33：火焰探测器加热器投入辅助判断信号b；[0092] 如图9所示，说明：L83HF3，在火焰探测外壳温度不高于大气温度20℃情况下，允许投入火焰探测器加热器；确保在机组刚停机后再次启动时，不投入火焰探测器加热器。[0093] S44：火焰探测器加热器投退主控制程序；[0094] 如图10所示，说明：L4HF，火焰探测器加热器主控信号；[0095] L28FDTD1，燃机出现火焰已持续30min以上；[0096] L28FDX，燃机出现火焰；[0097] L43A，燃机选择自动模式；[0098] L3boil_h，余热锅炉为热态。[0099] S55：条件全部满足，火焰探测器加热器投入控制；[0100] 火焰探测器加热器投入控制条件如下：[0101] 余热锅炉处于热态，燃机压气机排气预测露点超过大气温度38.9℃时，且火焰探测器外壳温度未超过大气温度20℃时；或者火焰探测器加热器已投入运行；[0102] 火焰探测器外壳温度未超过燃机压气机排气预测露点20℃时；[0103] 燃机已点火，出现火焰；[0104] 燃机已点火，持续时间未超过30min；[0105] 燃机已选择自动模式。[0106] S66：火焰探测器外壳温度显示和加热器相关报警。[0107] 如图11所示，在控制画面上添加火焰探测器温度信号点，FTD1和FTD2，便于运行人员监测。[0108] 为监控火焰探测器加热器运行状态，添加加热器故障报警程序；[0109] 说明：L30HF_ALM，火焰探测器加热器故障报警；[0110] 控制程序说明：在火焰探测器加热器投入运行10min的情况下，火焰探测器外壳温度未超过大气温度20℃，则控制系统发出报警，提示加热器可能已出现故障。[0111] 针对本领域人员而言：[0112] 1）通过理论计算和实验论证，证实9E燃气轮机热态启动过程中燃烧室二区火焰闪烁、信号丢失的原因为：燃气轮机压气机排气露点高于常温，潮湿天气时加剧这一情况；在机组热态启动、正常升负荷时，火焰探测器未得到充分预热前，其镜头遇到高露点压气机气体时将出现结露；结露的镜头将影响火焰探测，导致火焰闪烁、信号丢失。[0113] 2）针对9E燃机燃烧室二区火焰闪烁、丢失的原因，首创采取火焰探测器外壳加热的方案，防止镜头结露，以彻底解决9E燃机火焰闪烁、信号丢失的问题。[0114] 3）在自动控制方面，通过Mark?Ⅵe控制系统程序开发，实现压气机排气预测露点自动计算，提前判定火焰探测器镜头是否可能结露；然后根据判定结果，自动投入火焰探测器加热器；待火焰探测器镜头结露隐患消除后，控制系统自动退出火焰探测器。[0115] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

专利地区：广东

专利申请日期：2022-06-08

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115199407B