(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221073173 6.0 (22)申请日 2022.06.26 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号 (72)发明人 赵宁波　孙继昊　杨洪磊　杨仁　 邓福泉　郑洪涛　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市航友知识产权代理 事务所(普通 合伙) 23216 专利代理师 张赞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G16C 20/10(2019.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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PF R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。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115292883 A 2022.11.04 CN 115292883 A 1.一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， 其特征在于， 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P SR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。 2.根据权利要求1所述的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， 其特征在于， 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。 3.根据权利要求2所述的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， 其特征在于， 步骤二中所述三 维燃烧数值模拟所用的模型包括湍流模型和燃烧模型； 所 述湍流模 型为基于雷诺时均假设的湍流模型， 所述燃烧模型包括有限速率/涡 耗散模型、 涡 耗散概念 模型或小火焰生成簇模型。 4.根据权利要求1 ‑3中任一项所述的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， 其特征在于， 步骤三中将燃烧室划分为由多个PSR或PFR反应器组成的化学反 应器网络的具体过程包括： 当离散化后的物理空间区域的流动特征时间远大于化学反应特 征时间， 即Da数远大于1， 则将该物理空间区域划分为PFR反应器； 否则划分为PSR反应器； 其 中， 流动特征时间等于燃烧室积分尺度与燃烧室内速度脉动的比值； 化学反应特征时间等 于层流火焰厚度与层流火焰速度的比值。 5.根据权利要求1 ‑3中任一项所述的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， 其特征在于， 步骤四中对划分生成的化学反应器网络进行计算时还需用到步 骤二中根据燃烧室实时运行参数进 行三维燃烧数值模拟后获得的压力、 体积、 停留时间、 速 度分布、 组分 分布及反应 器之间的质量、 能量交换信息 。 6.一种基于化学反应 器网络法的燃烧室性能在线监测预测系统， 其特 征在于， 包括： 数据采集模块， 其配置成采集燃烧室实时运行参数、 采集燃烧室或涡轮出口的污染物 排放测量值； 三维模拟模块， 其配置成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； 反应器网络划分模块， 其配置成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； 监测模块， 其配置成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； 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，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292883 A 2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。 7.根据权利要求6所述的一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测系 统， 其特征在于， 所述三维模拟模块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。 8.根据权利要求7所述的一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线监测预测系 统， 其特征在于， 所述三维模拟模块中所述三维燃烧数值模拟所用的模型包括湍流模型和 燃烧模型； 所述湍流模型为基于雷诺时均假设的湍流模型， 所述燃烧模型包括有限速率/涡 耗散模型、 涡耗散概念 模型或小火焰生成簇模型。 9.根据权利要求6 ‑8中任一项所述的一种基于化学反应器网络法的燃烧室性 能在线监 测预测系统， 其特征在于， 所述反应器网络划分模块中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的具体过程包括： 当离散化后的物理空间区域的流动特征时间 远大于化学反应特征时间， 即Da数远大于1， 则将该物理空间区域划分为PFR反应器； 否则划 分为PSR反应器； 其中， 流动特征时间等于燃烧室积分尺度与燃烧室内速度脉动的比值； 化 学反应特 征时间等于层流火焰厚度与层流火焰速度的比值。 10.根据权利要求6 ‑8中任一项所述的一种基于化学反应器网络法的燃烧室性能在线 监测预测系统， 其特征在于， 所述监测模块中对划分生成的化学反应器网络进行计算时还 需用到所述三维模拟模块中根据燃烧室实时运行参数进行三维燃烧数值模拟后 获得的压 力、 体积、 停留时间、 速度分布、 组分 分布及反应 器之间的质量、 能量交换信息 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292883 A 3