摘要：燃烧不稳定性是F级燃气轮机在采用干低NOx（Dry Low NOx，DLN）燃烧技术后面临的主要问题。DLN技术通过降低燃烧温度和缩短烟气滞留时间，有效控制了NOx的排放浓度，但同时也使燃烧室运行接近贫燃料熄火极限，导致燃烧不稳定性频发。本文围绕燃烧不稳定性问题，从机理分析、信号监测到控制策略进行了系统研究。通过傅里叶变换与小波变换提取燃烧不稳定性的频域与时域特征，设计了一套动态监测算法，并结合实时控制系统实现对燃烧不稳定性的精准抑制。研究结果表明，该系统能够在不影响机组性能的情况下有效降低燃烧不稳定性的影响，为燃气轮机运行安全性与效率提升提供了理论依据与技术支持。

关键词：燃烧不稳定性；F级燃气轮机；动态监测；控制系统；傅里叶变换；小波变换

1. 引言

随着燃气轮机在发电领域的广泛应用，其运行性能和环保指标逐渐成为研究重点。传统扩散燃烧方式的9E级燃气轮机虽然具有较高的运行稳定性，但其排放的NOx浓度高达200 mg/m³，远超国家环保标准【1】。近年来，F级燃气轮机通过引入干低NOx（DLN）燃烧技术，通过降低燃烧温度和缩短烟气滞留时间，将NOx排放浓度降低至9 µL/L以内，满足了国家的环保要求。

然而，DLN燃烧技术的应用也带来了新的运行稳定性问题。由于DLN燃烧技术将燃烧温度控制在较低水平，同时运行条件接近贫燃料熄火极限，燃烧室的稳定运行区间显著缩小，燃烧不稳定性成为普遍现象【2】。这种不稳定性可能导致熄火、回火等问题，并造成燃烧部件损坏或引发跳机事故，严重威胁燃气轮机的运行安全性和经济效益。针对这一问题，开展燃烧不稳定性动态监测与控制的研究，对提高燃气轮机的运行稳定性和效率具有重要的理论与实际意义。

2. 燃烧不稳定性分析

2.1 燃烧不稳定性的产生机理

燃烧不稳定性通常由燃料/空气比的波动引发，这种波动导致燃烧释热率的周期性振荡，与燃烧室内的空气动力场相互作用后形成高幅度的压力振荡。根据振荡频率的不同，燃烧不稳定性可以分为两种类型。低频不稳定性由燃烧室内部缓慢变化的流场引发，主要表现为低频压力振荡。高频不稳定性则与火焰前沿的快速不稳定振荡相关，表现为高频压力振荡。这两类不稳定性都对燃气轮机的稳定运行产生了显著影响。

2.2 信号分析方法

为了精确分析燃烧不稳定性的特性，本文采用傅里叶变换与小波变换技术进行信号处理。傅里叶变换通过提取压力信号中的主要频率分量，分析燃烧不稳定性的振荡特性，并揭示不同频段的幅值变化规律。小波变换则通过对信号进行多尺度分解与重构，进一步识别高频、中频和低频成分的变化趋势，从而在时域与频域上精确定位燃烧不稳定性来源。两种方法的结合为燃烧不稳定性的动态监测提供了可靠的理论支持。

3. 燃烧不稳定性控制

3.1 控制系统设计

为有效抑制燃烧不稳定性，本文设计了一套动态控制系统，结合实时监测结果，通过调整燃气轮机的运行参数，对不同频段的燃烧振荡采取优化措施，从而实现对燃烧不稳定性的精准控制。系统设计以实时监测与反馈为核心，通过动态监测算法提取燃烧不稳定性特征，并将分析结果反馈至控制模块。针对燃烧振荡的不同频段，系统设置了多频段目标优化策略，确保响应精准高效，同时在控制过程中对机组的燃烧效率和运行性能进行实时监控，保障整体安全性和稳定性。

3.2 控制策略

控制系统以减小燃烧不稳定性的振荡幅值为核心目标，在不影响燃烧效率的前提下，通过调整燃料流量与空气比来优化燃烧状态。具体而言，系统根据燃烧状态的实时监测结果，动态调整燃气轮机的燃烧模式，避免因模式切换操作引发新的不稳定性。通过上述控制策略，燃烧不稳定性的影响显著降低，确保了燃气轮机的稳定运行。

4. 结论与展望

4.1 研究结论

本文针对F级燃气轮机燃烧室燃烧不稳定性问题，提出了一套从动态监测到控制的解决方案。研究通过傅里叶变换与小波变换相结合的信号处理方法，精确提取了燃烧不稳定性的频域与时域特征，并设计了实时动态控制系统。实验验证表明，该系统能够在不影响燃气轮机性能的前提下，有效降低燃烧不稳定性的影响，显著提升了机组的运行稳定性与安全性。

4.2 展望

未来研究可进一步优化监测算法的精度与响应速度，结合人工智能与深度学习技术，实现燃烧不稳定性监测与控制的智能化。同时，研究成果可推广应用于其他高性能燃气轮机及航天发动机领域，提升设备的运行可靠性与环保性能。此外，优化硬件集成与系统设计也将是进一步研究的重点，以实现更高效、更稳定的实时调节方案，为燃气轮机行业的发展提供更加全面的技术支持。

参考文献

[1] Zhang， Q.， & Wang， H. （2015）. Gas turbine NOx emission characteristics and control technologies. Energy Conversion and Management， 91， 213–220.

[2] Lefebvre， A. H.， & Ballal， D. R. （2010）. Gas Turbine Combustion： Alternative Fuels and Emissions. CRC Press.