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控制器和方法

阅读:1018发布:2020-06-08

专利汇可以提供控制器和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 描述了一种用于 燃气轮机 的 控制器 (50)。所述燃气轮机被布置为供应负荷L。所述燃气轮机包括 燃料 供应装置,该燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中所述燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。所述控制器(50)被布置为:确定分别在所述负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R。所述控制器(50)还被布置为:至少部分地基于所述确定的一个或者多个比率R,来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的比例P。本发明还描述了一种燃气轮机(600)和一种控制燃气轮机的方法。,下面是控制器和方法专利的具体信息内容。

1.一种用于一个燃气轮机控制器,所述燃气轮机被布置为供应负荷L,所述燃气轮机包括一个总燃料供应装置,所述总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向一个燃烧装置供应燃料,其中所述总燃料供应装置包括一个第一燃料供应装置和一个第二燃料供应装置,其中所述控制器被布置为:
确定分别在所述负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;并且
至少部分地基于所确定的一个或者多个比率R,来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的比例P。
2.一种被布置为供应负荷L的燃气轮机,所述燃气轮机包括根据权利要求1所述的控制器。
3.一种控制一个燃气轮机的方法,所述燃气轮机被布置为供应负荷L,所述燃气轮机包括一个总燃料供应装置,所述总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向一个燃烧装置供应燃料,其中所述总燃料供应装置包括一个第一燃料供应装置和一个第二燃料供应装置,所述方法包括:
确定分别在所述负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;以及
至少部分地基于所确定的一个或者多个比率R,来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的比例P;
由此,火焰稳定性和/或排放得到了改善。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述燃烧装置运行参数COP是选自一个组的燃烧装置运行参数COP,所述组包括所述燃烧装置的燃烧强度CI、所述燃烧装置的当量比ER和所述燃烧装置的燃烧装置入口函数CIF。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述燃烧强度CI至少部分地基于针对所述燃气轮机的热输入HI、所述燃气轮机的压气机出口压CEP和/或所述燃烧装置的燃烧装置容积CV而被确定,并且其中所述方法包括:
确定所述燃烧强度CI;
确定在所述负荷L下的所述燃烧强度CI与在所述参考负荷LR下的参考燃烧强度CIR的第一比率R1;以及
至少部分地基于所确定的第一比率R1来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的所述比例P。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述燃烧强度CI由CI=HI/(CEP×CV)确定,并且其中所述方法包括:确定所述热输入HI、所述压气机出口压力CEP和/或所述燃烧装置容积CV。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法,其中所述当量比ER至少部分地基于针对所述燃烧装置的所述燃料流率FF、针对所述燃烧装置的空气流率FA和/或化学计量燃料空气比SFAR而被确定,并且其中所述方法包括:
确定所述当量比ER;
确定在所述负荷L下的所述当量比ER与在所述参考负荷LR下的参考当量比ERR的第二比率R2;以及
至少部分地基于所确定的第二比率R2,来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的所述比例P。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述当量比ER由ER=(FF/FA)/SFAR确定,并且其中所述方法包括:确定所述燃料流率FF、所述空气流率FA和/或所述化学计量燃料空气比SFAR。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法,其中所述燃烧装置入口函数CIF至少部分地基于针对所述燃烧装置的空气流率FA、所述燃气轮机的压气机出口温度CET和/或所述燃气轮机的压气机出口压力CEP而被确定,并且其中所述方法包括:确定所述燃烧装置入口函数CIF;
确定在所述负荷L下的所述燃烧装置入口函数CIF与在所述参考负荷LR下的参考燃烧装置入口函数CIFR的第三比率R3;以及
至少部分地基于所确定的第三比率R3,来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的所述比例P。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述燃烧装置入口函数CIF由CIF=(FA×√CET)/CEP确定,并且其中所述方法包括:确定所述空气流率FA、所述压气机出口温度CET和/或所述压气机出口压力CEP。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法,所述方法包括:
确定放气流率FB;以及
至少部分地基于所确定的放气流率FB,来控制经由所述第一燃料供应装置所供应的所述燃料流率FF的所述比例P。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的方法,其中所述负荷L和/或所述燃料流率FF和/或涡轮进口温度TET基本是恒定的。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的方法,其中所述参考负荷LR是能够由所述燃气轮机供应的满负荷。
14.根据任何前述权利要求所述的方法,其中所述第一燃料供应装置是一个引燃燃料供应装置。
15.一种有形非暂时性计算机可读存储介质,所述有形非暂时性计算机可读存储介质上具有被记录在其上的指令,所述指令在由用于一个燃气轮机的一个控制器实施时,使所述控制器执行一种控制所述燃气轮机的方法,所述方法根据权利要求3至14中的任一项,所述燃气轮机被布置为供应负荷L,所述燃气轮机包括一个总燃料供应装置,所述总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向一个燃烧装置供应燃料,其中所述总燃料供应装置包括一个第一燃料供应装置和一个第二燃料供应装置。

说明书全文

控制器和方法

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及用于燃气轮机的控制器,并且涉及包括这种控制器的燃气轮机以及控制这种燃气轮机的方法。

背景技术

[0002] 在图1中示出了典型的燃气轮机布置的示例。燃气轮机在压气机级11后面的一端包括进气口10,在该压气机级11中,传入的空气被压缩,以便施加到一个或者多个燃烧装置12,该一个或者多个燃烧装置12绕着涡轮轴线13被周向分布。燃料在14处被引入到燃烧装置中,并且在燃烧装置中与离开压气机级11的压缩空气的一部分混合。在燃烧装置中,由燃烧产生的热气体被引导至一组涡轮叶片15,在该过程中,热气体由一组导向叶片16引导,并且涡轮叶片15和形成轴线13的轴由此而被转动。涡轮叶片15转而使压气机级11的叶片旋转,因此,一旦燃气轮机在运行中,燃气轮机自身就被施加压缩空气。
[0003] 在图2A中示出了典型的燃烧装置的一部分。图2B示出了沿着图2A中示出的线III-III的截面。燃烧装置分为四个部分:前端部分20、旋流器部分21、燃烧器预燃室部分22和燃烧容积23。主燃料通过导管24并且借助于前端部分20被引入旋流器21中,而引燃燃料通过导管25进入燃烧器空间,导管25在其端部具有引燃燃料喷嘴29。主燃料流动和引燃燃料流动来源于燃料分流26,该燃料分流阀26被供给燃料供应27,燃料供应27表示针对燃烧装置的总燃料供应。主燃料流动通过一组主燃料喷嘴(或者喷射器)28进入旋流器,主燃料流动从旋流器开始被沿着旋流器叶片30引导,在该过程中与传入的压缩空气混合。燃料可以是气体燃料或者液体燃料。产生的空气/燃料混合物维持燃烧器火焰30。来自该火焰的热空气进入燃烧容积23。燃气轮机通常将包括若干这种燃烧装置,在这种情况下,主燃料流动分布和引燃燃料流动分布通常将如图3所示。由于环境问题,人们一直在努减少燃气轮机的污染物排放。潜在的污染物排放包括:氮的化物(NO和NO2,通常被称为NOx)、一氧化(CO)、未燃尽的碳氢化合物(UHC,通常被表达为等效的甲烷)、硫的氧化物(SO2和SO3)以及颗粒物(PM)。UHC通常包括挥发性有机化合物(VOC),除了不助于臭氧形成的化合物(诸如甲烷和乙烷)之外,这些挥发性有机化合物(VOC)有助于形成地面大气臭氧。当燃烧天然气时,SO2、UHC和PM的量通常被认为是可忽略的。然而,当在燃气轮机中燃烧天然气和/或燃油时,NOx排放和潜在的CO排放会很重要。
[0004] 产生的NOx的量取决于燃烧温度和/或燃料空气比。当在较低的温度下和/或在较低的燃料空气比下发生燃烧时,NOx排放减少。减少NOx排放的常规方法包括:湿式低排放(WLE),以及干式低排放(DLE)和干式低NOx(DLN),在湿式低排放(WLE)中,喷射喷射或者蒸汽,来降低燃料空气比;干式低排放(DLE)和干式低NOx(DLN)使用低氧预混燃烧的原理。DLE可以将NOx排放和CO排放减少到少于25ppmv或者甚至少于10ppmv,而DLN可以将NOx排放减少到少于25ppmv。
[0005] 图4A根据针对典型的燃气轮机的负荷L示出了涡轮进口温度(TET)的曲线图。对于没有部分负荷排放要求(特别是CO)的这种典型的燃气轮机,可以使用术语“自然调低”,由此,针对受限的负荷,实现低排放,但是不采用任何控制技术来维持较高的调低控制温度(TCT),诸如可变导向叶片(VGV)或者放气到排气(B2E)。图4A中的虚线描绘了当不采用部分负荷排放技术时,在TCT与负荷L之间的关系。
[0006] 为了在较低的负荷下实现较低的排放,可以使用可变导叶(VGV)调制或者放气到排气(B2E),以维持恒定的涡轮进口温度(TET)。该恒温线被称为调低控制温度(TCT)线,并且在图4A中以实线示出。通常,基于燃气轮机TET来限定引燃燃料分流设定。这意味着:随着负荷L沿着TCT减少,在整个负荷范围内,引燃分流保持恒定。因此,在燃烧动力学方面,例如在火焰稳定性(也被称为燃烧稳定性)和/或排放(例如在TCT线上的不同负荷下)方面,对燃烧性能的控制有限。
[0007] 图4B根据针对典型的燃气轮机的负荷L示出了涡轮进口温度(TET)和引燃分流的曲线图。
[0008] 具体地,图4B示出了沿着TCT线的引燃分流行为。随着负荷减少,已知的引燃燃料控制算法通常沿着恒定的TCT线而维持恒定的预定义引燃分流值。这会限制对燃烧参数的控制,该燃烧参数例如是在各种负荷条件下的火焰稳定性和/或NOx排放。已知的引燃燃料控制算法依赖于来自低频动力学的输入,并且依赖于燃烧器喷尖测量,而且可以针对TET对其进行映射,使得当TET恒定时,对已知的引燃燃料控制算法的控制在一定程度上受到限制。
[0009] 然而,在较低的温度下(例如TET)和/或在较低的燃料空气比下,常规的减少NOx排放的方法导致燃气轮机的热力学效率降低。这与提高热力学效率的典型目标相反。进一步地,这些常规的减少NOx排放的方法通常涉及在满负荷下运行燃气轮机。另外,已知的针对低负荷的引燃燃料控制算法提供对燃气动力学(例如火焰稳定性和/或排放)的有限控制。此外,火焰稳定性和/或排放可能会受到环境条件与运行条件之间的复杂相互作用连同燃气轮机特定的因素(诸如寿命和污染)的影响。
[0010] 因此,需要改善对燃气轮机的控制,以改善火焰稳定性和/或排放。

发明内容

[0011] 本发明的一个目的尤其是:提供一种用于燃气轮机的控制器和一种控制这种燃气轮机的方法,燃气轮机包括这种控制器,例如在较低的温度和/或较低的负荷下,该方法改善了火焰稳定性和/或排放。
[0012] 根据第一方面,提供了一种用于燃气轮机的控制器,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该控制器被布置为:
[0013] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;并且至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0014] 根据第二方面,提供了一种被布置为供应负荷L的燃气轮机,该燃气轮机包括燃料供应装置,燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中燃气轮机包括控制器,该控制器被布置为:
[0015] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;并且
[0016] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0017] 根据第三方面,提供了一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,该方法包括:
[0018] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;以及
[0019] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0020] 由此,火焰稳定性和/或排放得到了改善。
[0021] 优选地,至少部分地基于确定的一个或者多个比率R来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P,这种控制并没有任何其他基于条件的(内部的或者外部的)校正因子。这意味着本发明是有利的,这是因为,使用引燃燃料分流的预定义值来计算燃料分流是相对简单的,引燃燃料分流的预定义值基于的是按条件而计算的COP,而不是对其他输入参数进行时间追踪和后处理。本发明简单,并且因此在计算上的要求较低,所以响应更快。
[0022] 根据第四方面,提供了一种有形非暂时性计算机可读存储介质,有形非暂时性计算机可读存储介质上记录有指令,这些指令在由用于燃气轮机的控制器实施时,使控制器执行根据第三方面的一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料的燃料供应装置,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。
[0023] 根据第五方面,提供了一种用于被布置为供应负荷L的燃气轮机的控制器,燃气轮机包括燃料供应装置,燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该控制器被布置为至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0024] 根据第六方面,提供了一种被布置为供应负荷L的燃气轮机,该燃气轮机包括燃料供应装置,燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该燃气轮机包括控制器,该控制器被布置为:至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0025] 根据第七方面,提供了一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料的燃料供应装置,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,该方法包括:
[0026] 至少部分地基于燃料流率FF来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0027] 由此,金属温度和/或排放得到了改善。
[0028] 根据第八方面,提供了一种有形非暂时性计算机可读存储介质,有形非暂时性计算机可读存储介质上记录有指令,这些指令在由用于燃气轮机的控制器实施时,使控制器执行依照第七方面和/或第三方面的一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机被布置为供应负荷,燃气轮机包括燃料供应装置,燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。
[0029] 本发明的具体描述
[0030] 根据本发明,提供了一种如所附权利要求书陈述的、用于燃气轮机的控制器。本发明还提供了一种燃气轮机、一种控制燃气轮机的方法以及一种有形的非暂时性计算机可读存储介质。本发明的其他特征将通过从属权利要求以及随后的描述而变得清楚。
[0031] 贯穿本说明书,术语“包括”或者“包括有”是指包括指定的(多个)组分,但是不排除存在其他组分。术语“基本上由...组成”或者“基本上由...构成”是指包括指定的组分,但是排除了除以下材料和组分之外的其他组分:作为杂质存在的材料、作为被用于提供组分的工艺的结果存在的不可避免的材料、以及为了不同于达到本发明的技术效果的目的而添加的组分(诸如着色剂等)。
[0032] 术语“由...组成”或者“由...构成”是指包括指定的组分,但是排除其他组分。
[0033] 只要适当,取决于上下文,对术语“包括”或者“包括有”的使用也可以被理解为包括“基本上由...组成”或者“基本上由...构成”的含义,并且同样也可以被理解为包括含义“由...组成”或者“由...构成”。
[0034] 在适当的情况下,并且特别是在如随附权利要求书中陈述的组合中,可以单独使用或者彼此组合使用在本文中陈述的可选特征。在适当的情况下,针对本发明的每个方面或者示例性实施例的可选特征(如在本文中陈述的)也适用于本发明的所有其他方面或者示例性实施例。换句话说,阅读本说明书的技术人员应该将针对本发明的每个方面或者示例性实施例的可选特征视为能够在不同的方面和示例性实施例之间加以互换和组合。
[0035] 根据第一方面,提供了一种用于燃气轮机的控制器,该燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该控制器被布置为:
[0036] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;并且
[0037] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。通过控制经由第一燃料供应装置(例如引燃燃料供应装置)所供应的燃料流率FF的比例P(即,分流),随着负荷L发生变化,比例P可以沿着调低控制温度(TCT)线(例如基本上恒定的TCT线)发生变化,其中所述控制是至少部分地基于所确定的一个或者多个比率R,所述负荷L例如从可由燃气轮机提供的满负荷L开始减少。按照这种方式,例如,随着负荷L发生变化,可以改善对燃气轮机的控制,以改善火焰稳定性和/或排放。
[0038] 例如,可以应用按照这种方式来控制比例P,以作为对常规引燃燃料控制算法的修改,从而至少部分地基于确定的一个或者多个比率R来针对每个负荷L计算引燃分流偏移,并且将该引燃分流偏移应用于常规引燃分流图和/或使图包络分流。
[0039] 按照这种方式,沿着基本恒定的TCT线,针对在每个负荷下的对引燃分流(即,比例P)的控制可以提供改善的(例如更准确的)初始条件,以在火焰稳定性和/或排放方面实现改善的燃烧性能。通过改善火焰稳定性,可以改善燃气轮机的可靠性。通过改善排放(例如减少NOx排放),可以改善环境影响。
[0040] 例如,随着负荷L减少,常规引燃分流可以是沿着恒定的TCT线的预定义恒定引燃分流值。
[0041] 相反,随着负荷L减少,比例P(即,根据本发明的引燃分流)沿着恒定的TCT线是非恒定的,如上所述,该比例P至少部分地基于确定的一个或者多个比例R来进行控制。
[0042] 具体地,例如随着负荷L沿着TCT线增加,比例P会线性增加。在恒定的TCT线的低端,比例P会小于常规引燃分流,而在恒定的TCT线的高端,比例P会趋向于常规引燃分流和/或等于常规引燃分流。在恒定的TCT线的低端之下的负荷L下,比例P会随着TET降低而增加,小于常规引燃分流,但是随着负荷L减少而趋向于常规引燃分流。在恒定的TCT线的高端之上的负荷L下,比例P会随着TET增加而减小,直到满负荷L,基本上等于常规引燃分流值。也就是说,对于给定负荷L,比例P最多会是常规引燃分流值,并且对于中等负荷L(例如在满负荷L的大约10%到60%的范围内),比例P会小于常规引燃分流值。
[0043] 燃气轮机可以如参照图1至图3进行描述。
[0044] 在一个示例中,燃烧装置包括和/或是筒形燃烧装置、环形燃烧装置或者管状燃烧装置。在一个示例中,燃气轮机包括多个燃烧装置,该燃烧装置例如这种燃烧装置。在一个示例中,第一燃料供应装置包括引燃燃料供应装置,和/或第一燃料供应装置是引燃燃料供应装置。在一个示例中,第一燃料供应装置是单个引燃燃料供应装置。在一个示例中,第二燃料供应装置包括主燃料供应装置,和/或第二燃料供应装置是主燃料供应装置。在一个示例中,燃气轮机包括多个燃烧装置,第一燃料供应装置包括多个引燃燃料供应装置,多个引燃燃料供应装置例如是对应的引燃燃料供应装置和/或相应的引燃燃料供应装置,并且第二燃料供应装置包括多个主燃料供应装置,多个主燃料供应装置例如是对应的主燃料供应装置和/或相应的主燃料供应装置。换句话说,每个燃烧装置可以包括分别与第一燃料供应装置和第二燃料供应装置相关联的引燃燃料喷嘴和主燃料喷嘴。在一个示例中,燃料是气体燃料,该气体燃料例如是天然气。在一个示例中,燃料是液体燃料,该液体燃料例如是燃油。
[0045] 在一个示例中,参考负荷LR是可由燃气轮机供应的满负荷(即,100%负荷L)。
[0046] 在一个示例中,燃烧装置运行参数COP是选自以下组的一个燃烧装置运行参数COP,该组包括燃烧装置的燃烧强度CI、燃烧装置的当量比ER和燃烧装置的燃烧装置入口函数CIF。
[0047] 本发明人已经确定的是,在改善火焰稳定性和/或排放(例如NOx排放)时,这些燃烧装置运行参数COP中的一个或者多个燃烧装置运行参数COP会是特别有益的。
[0048] 在一个示例中,燃烧强度CI至少部分地基于针对燃气轮机的热输入HI、燃气轮机的压气机出口压力CEP和/或燃烧装置的燃烧装置容积CV而被确定,并且控制器被布置为确定燃烧强度CI;
[0049] 确定在负荷L下的燃烧强度CI与在参考负荷LR下的参考燃烧强度CIR的第一比率R1;并且
[0050] 至少部分地基于确定的第一比率R1来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0051] 在一个示例中,参考负荷LR是可由燃气轮机供应的满负荷,并且在参考负荷LR下的参考燃烧强度CIR是可由燃气轮机供应的在满负荷下的燃烧强度CIR。
[0052] 在一个示例中,燃烧强度CI由CI=HI/(CEP×CV)确定,并且控制器被布置为确定热输入HI、压气机出口压力CEP和/或燃烧装置容积CV。
[0053] 基于燃料流率FF、燃料的热值和燃料的比重,可以导出热输入HI。
[0054] 基于燃气轮机(发动机)压力比可以导出压气机出口压力CEP,和/或可以测量压气机出口压力CEP。
[0055] 基于燃烧系统的几何测量,可以测量燃烧装置容积CV,或者确定燃烧装置容积CV,该燃烧系统例如是预燃室、筒和导管。
[0056] 更详细地,燃烧强度CI可以由下面的等式1确定:
[0057]
[0058] 在一个示例中,燃气轮机包括多个燃烧装置,并且燃烧装置容积CV是多个燃烧装置的总燃烧装置容积CV。在一个示例中,燃烧装置容积是例如通过测量而预先确定的,并且控制器被布置为存储燃烧装置容积CV。
[0059] 在一个示例中,燃气轮机包括一个或者多个传感器,该传感器被布置为感测热输入HI和/或压气机出口压力CEP,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得感测到的热输入HI和/或压气机出口压力CEP。
[0060] 在一个示例中,当量比ER(也称为φ)至少部分地基于针对燃烧装置的燃料流率FF、针对燃烧装置的空气流率FA和/或化学计量燃料空气比SFAR而被确定,并且其中控制器被布置为:
[0061] 确定当量比ER;
[0062] 确定在负荷L下的当量比ER与在参考负荷LR下的参考当量比ERR的第二比率R2;并且
[0063] 至少部分地基于确定的第二比率R2,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0064] 在一个示例中,当量比ER由ER=(FF/FA)/SFAR确定,并且其中控制器被布置为确定燃料流率FF、空气流率FA和/或化学计量燃料空气比SFAR。
[0065] 例如,可以通过使用流量计来确定(例如测量)燃料流率FF。
[0066] 可以基于压气机速度和发动机压力比来确定(例如计算)空气流率FA。
[0067] 化学计量燃料空气比SFAR可以被确定(例如计算)为特定于某种燃料成分的值,并且可以是一个理论值,该理论值暗示碳成分与氧成分之间的反应已经完成,并且碳成分或氧成分没有发生任何过量,以完全消耗这两种成分。如果在混合物内存在更多的氧气,则混合物被称为低氧混合物。这对于燃气轮机而言是典型的,为此,通常参考低氧预混系统。然而,当存在燃料过量时,则作为备选方案,参考富氧系统,如针对燃气轮机同样参考的,但是不是那么频繁。
[0068] 更详细地,当量比ER可以由下面的等式2确定:
[0069]
[0070] 其中
[0071]
[0072] 在一个示例中,燃气轮机包括被布置为感测燃料流率FF和/或空气流率FA的一个或者多个传感器,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得感测到的燃料流率FF和/或空气流率FA。
[0073] 在一个示例中,燃烧装置入口函数CIF至少部分地基于针对燃烧装置的空气流率FA、燃气轮机的压气机出口温度CET和/或燃气轮机的压气机出口压力CEP而被确定,并且控制器被布置为:
[0074] 确定燃烧装置入口函数CIF;
[0075] 确定在负荷L下的燃烧装置入口函数CIF与在参考负荷LR下的参考燃烧装置入口函数CIFR的第三比率R3;并且
[0076] 至少部分地基于确定的第三比率R3,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0077] 在一个示例中,由CIF=(FA×√CET)/CEP来确定燃烧装置入口函数CIF,并且控制器被布置为确定空气流率FA、压气机出口温度CET和/或压气机出口压力CEP。
[0078] 基于压气机速度和发动机(即,燃气轮机)压力比,可以确定(例如计算)空气流率FA。
[0079] 可以通过热电偶来确定(例如测量)压气机出口温度CET,和/或可以基于发动机(即,燃气轮机)压力比来导出压气机出口温度CET。
[0080] 可以基于发动机压力比来确定(例如导出)压气机出口压力CEP,和/或可以测量压气机出口压力CEP。
[0081] 更详细地,压气机入口压力CIF可以由如下的等式3确定:
[0082]
[0083] 在一个示例中,燃气轮机包括被布置为感测空气流率FA、压气机出口温度CET和/或压气机出口压力CEP的一个或者多个传感器,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得感测到的空气流率FA、压气机出口温度CET和/或压气机出口压力CEP。
[0084] 在一个示例中,控制器被布置为:
[0085] 确定放气流率FB;并且
[0086] 至少部分地基于确定的放气流率FB,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0087] 在一个示例中,燃气轮机包括被布置为感测放气流率FB的一个或者多个传感器,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得感测到的放气流率FB。
[0088] 在一个示例中,放气流率FB是针对燃气轮机的排气和/或进气的空气质量流率。
[0089] 在一个示例中,燃气轮机包括一个或者多个传感器,该传感器被布置为感测针对燃气轮机的排气和/或进气的空气质量流率,并且控制器被布置为:从该一个或者多个传感器,获得感测到的针对燃气轮机的排气和/或进气的空气质量流率。
[0090] 在一个示例中,负荷L和/或燃料流率FF和/或涡轮进口温度TET基本上是恒定的。
[0091] 在一个示例中,燃气轮机包括一个或者多个传感器,该传感器被布置为感测负荷L和/或燃料流率FF和/或涡轮进口温度TET,并且控制器被布置为:从该一个或者多个传感器,获得感测到的负荷L和/或燃料流率FF和/或涡轮进口温度TET。
[0092] 在一个示例中,控制器包括存储器和处理器,其中存储器包括指令,这些指令在由处理器执行时,使控制器执行控制如本文描述的(例如如上所述的和/或根据第三方面的)燃气轮机的方法。换句话说,例如,根据由处理器执行的指令,控制器可以被布置为:确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R,控制器还可以被布置为:确定如上所述燃烧装置运行参数COP,和/或至少部分基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。在一个示例中,控制器包括通信单元,该通信单元被布置为与如上所述一个或者多个传感器通信。在一个示例中,控制器包括存储设备,该存储设备被布置为存储以下参数:如上所述的分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP的一个或者多个比率R、在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR、和/或确定的燃烧装置运行参数COP。
[0093] 根据第二方面,提供了一种被布置为供应负荷L的燃气轮机,该燃气轮机包括,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中燃气轮机包括控制器,该控制器被布置为:
[0094] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;并且
[0095] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0096] 燃气轮机、负荷L、燃料供应装置、燃料流率FF、燃烧装置、第一燃料供应装置、第二燃料供应装置、控制器、比率R、燃烧装置运行参数COP、参考燃烧装置运行参数COPR、参考负荷LR和/或比例P可以参照第一方面进行描述。
[0097] 根据第三方面,提供了一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,该方法包括:
[0098] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;以及
[0099] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0100] 由此,火焰稳定性和/或排放得到了改善。燃气轮机、负荷L、燃料供应装置、燃料流率FF、燃烧装置、第一燃料供应装置、第二燃料供应装置、控制器、比率R、燃烧装置运行参数COP、参考燃烧装置运行参数COPR、参考负荷LR和/或比例P可以参照第一方面和/或第二方面进行描述。例如,排放可以是NOx排放。
[0101] 在一个示例中,燃烧装置运行参数COP是选自组的一个燃烧装置运行参数COP,该组包括燃烧装置的燃烧强度CI、燃烧装置的当量比ER和燃烧装置的燃烧装置入口函数CIF。
[0102] 在一个示例中,至少部分地基于针对燃气轮机的热输入HI、燃气轮机的压气机出口压力CEP和/或燃烧装置的燃烧装置容积CV,来确定燃烧强度CI,并且其中该方法包括:
[0103] 确定燃烧强度CI;确定在负荷L下的燃烧强度CI与在参考负荷LR下的参考燃烧强度CIR的第一比率R1;以及
[0104] 至少部分地基于确定的第一比率R1来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0105] 在一个示例中,燃烧强度CI由CI=HI/(CEP×CV)确定,并且其中该方法包括:确定热输入HI、压气机出口压力CEP和/或燃烧装置容积CV。
[0106] 在一个示例中,至少部分地基于针对燃烧装置的燃料流率FF、针对燃烧装置的空气流率FA和/或化学计量燃料空气比SFAR,来确定当量比ER,并且其中该方法包括:
[0107] 确定当量比ER;确定在负荷L下的当量比ER与在参考负荷LR下的参考当量比ERR的第二比率R2;以及
[0108] 至少部分地基于确定的第二比率R2来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0109] 在一个示例中,当量比ER由ER=(FF/FA)/SFAR确定,并且其中该方法包括:确定燃料流率FF、空气流率FA和/或化学计量燃料空气比SFAR。
[0110] 在一个示例中,至少部分地基于针对燃烧装置的空气流率FA、燃气轮机的压气机出口温度CET和/或燃气轮机的压气机出口压力CEP,来确定燃烧装置入口函数CIF,并且其中该方法包括:
[0111] 确定燃烧装置入口函数CIF;确定在负荷L下的燃烧装置入口函数CIF与在参考负荷LR下的参考燃烧装置入口函数CIFR的第三比率R3;以及
[0112] 至少部分地基于确定的第三比率R3,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0113] 在一个示例中,由CIF=(FA×√CET)/CEP来确定燃烧装置入口函数CIF,并且其中该方法包括:确定空气流率FA、压气机出口温度CET和/或压气机出口压力CEP。
[0114] 在一个示例中,方法包括:
[0115] 确定放气流率FB;以及
[0116] 至少部分地基于确定的放气流率FB,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。在一个示例中,负荷L和/或燃料流率FF和/或涡轮进口温度TET基本上是恒定的。
[0117] 在一个示例中,参考负荷LR是可由燃气轮机供应的满负荷。
[0118] 在一个示例中,第一燃料供应装置是引燃燃料供应装置。
[0119] 根据第四方面,提供了一种有形非暂时性计算机可读存储介质,该有形非暂时性计算机可读存储介质上记录有指令,这些指令在由用于被布置为供应负荷L的燃气轮机的控制器实施时,使控制器执行根据第三方面的一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。
[0120] 根据第五方面,提供了一种用于燃气轮机的控制器,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该控制器被布置为:至少部分地基于燃料流率FF来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0121] 至少部分地基于燃料流率FF,通过控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P(即,分流),例如随着负荷L发生变化,可以改善对燃气轮机的控制,以改善金属温度和/或排放。如下面描述的,在高负荷(例如>90%)和/或较高的温度下,尤其可以观察到这种改善。
[0122] 例如,可以应用按照这种方式来控制比例P,以作为对常规引燃燃料控制算法的修改,从而至少部分地基于燃料流率FF来针对每个负荷L计算引燃分流偏移,并且将引燃分流偏移应用于常规引燃分流图和/或使图包络分流。
[0123] 通过改善金属温度,可以改善燃气轮机的可靠性。通过改善排放(例如减少NOx排放),可以改善环境影响。
[0124] 本发明人已经确定的是:环境变化可能对NOx排放和/或在引燃区域中的金属温度具有很大影响,在该引燃区域中,燃料充分燃烧,以获得燃烧稳定性。也就是说,NOx排放可能是TFIRE的函数,TFIRE的函数取决于空气特性和燃料特性,例如温度、压力、质量流等。NOx排放还取决于引燃燃料百分比。需要使引燃燃料百分比很好地平衡,因为较低的引燃燃料导致火焰稳定性较差,而较高的引燃燃料导致更高的NOx排放。
[0125] 燃气轮机的常规控制方法不考虑所有这些因素,常规控制方法通常基于引燃百分比(总燃料的百分比),并且如前所述,被用于使火焰保持稳定。
[0126] 本发明人已经确定的是:NOx排放可以是使用气体燃料和/或液体燃料的引燃百分比的强函数。如上所述,当燃料流率在相对较冷的温度下增加时,进入主燃烧区的引燃燃料流率通常也增加。进一步地,由于容积的热释放和/或容积的热发生,NOx排放会发生改变。例如,在相对较冷的温度下,如果在燃烧装置的稳定性区域(该稳定性区域通常是涡核区域)中存在大量的引燃燃料流率(处于相同的引燃分流百分比),则热释放会相对较高。因此,根据燃烧装置出口温度TX或者涡轮入口温度T1的百分比引燃分流不会考虑NOx排放和/或金属温度。
[0127] 还可以参照第一方面描述的那样,来布置控制器。有利地,如前所述,第五方面可以在较高的负荷L和/或温度下改善金属温度和/或排放,同时第一方面可以在中等负荷L下改善火焰稳定性和/或排放,从而提供协同优势。
[0128] 在一个示例中,提供了一种用于燃气轮机的控制器,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该控制器被布置为:
[0129] 至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0130] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;并且
[0131] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0132] 燃气轮机可以如参照图1至图3进行描述。
[0133] 在一个示例中,燃烧装置包括和/或是筒形燃烧装置、环形燃烧装置或者管状燃烧装置。在一个示例中,燃气轮机包括多个燃烧装置,该燃烧装置例如是这种燃烧装置。在一个示例中,第一燃料供应装置包括引燃燃料供应装置,和/或第一燃料供应装置是引燃燃料供应装置。在一个示例中,第一燃料供应装置是单个引燃燃料供应装置。在一个示例中,第二燃料供应装置包括主燃料供应装置,和/或第二燃料供应装置是主燃料供应装置。在一个示例中,燃气轮机包括多个燃烧装置,第一燃料供应装置包括多个引燃燃料供应装置,多个引燃燃料供应装置例如是对应的引燃燃料供应装置和/或相应的引燃燃料供应装置,并且第二燃料供应装置包括多个主燃料供应装置,多个主燃料供应装置例如是对应的主燃料供应装置和/或相应的主燃料供应装置。换句话说,每个燃烧装置可以包括分别与第一燃料供应装置和第二燃料供应装置相关联的引燃燃料喷嘴和主燃料喷嘴。在一个示例中,燃料是气体燃料,该气体燃料例如是天然气。在一个示例中,燃料是液体燃料,该液体燃料例如是燃油。对于气体燃料,代替如本文所述的引燃压降,在引燃燃料喷嘴上的压力比会更重要。通常,压力比应该使得没有逆流和/或较大的燃烧装置到燃烧装置的变化。
[0134] 应该理解的是,燃料流率FF是总燃料流率FF。即,燃料流率FF包括经由第一燃料供应装置和第二燃料供应装置而被供应到燃烧装置的燃料。例如,如果燃气轮机包括多个燃烧装置,则燃料流率FF包括经由第一燃料供应装置和第二燃料供应装置而被供应到多个燃烧装置的燃料。在一个示例中,燃料流率FF由负荷L确定。也就是说,如果负荷L发生改变,则燃料流率FF会相应地发生改变。在一个示例中,燃气轮机包括一个或者多个传感器,该一个或者多个传感器被布置为感测(例如测量)燃料流率FF和/或负荷L,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得测得的燃料流率FF和/或负荷L。在一个示例中,至少部分地基于参考燃料流率FFR,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0135] 在一个示例中,参考燃料流率FFR处于第一预定温度T1(优选地,该第一预定温度T1为燃气轮机的323K的进气温度)和/或第一预定负荷L1(优选地,第一预定负荷L1为100%)。
[0136] 在一个示例中,控制器被布置为:至少部分地基于经由第一供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例PR,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0137] 在一个示例中,控制器被布置为:至少部分地基于经由第一供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例PR,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0138] 在一个示例中,控制器被布置为:至少部分地基于经由第一供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例分流PRS,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0139] 此外和/或备选地,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P可以由下面的等式1描述为:
[0140]
[0141] 其中
[0142] 度量常数SC=参考燃料流率FFR×参考比例分流PRS
[0143] 在一个示例中,参考比例分流PRS处于第一预定温度T1(优选地,该第一预定温度T1为323K)和/或第一预定负荷L1(优选地,该第一预定负荷L1为100%)。
[0144] 在一个示例中,参考比例分流PRS是根据涡轮入口温度T1的引燃百分比。
[0145] 在一个示例中,参考比例分流PRS至少部分地基于最小燃料流率,在该最小燃料流率之下,来自总燃料供应装置喷嘴(例如第一燃料供应装置喷嘴)的液体喷雾锥塌陷。
[0146] 在一个示例中,参考比例分流PRS至少部分地基于最小燃料流率,在该最小燃料流率之下,没有正流和/或净流经由总燃料供应装置喷嘴(例如第一燃料供应装置喷嘴)进入燃烧装置。
[0147] 按照这种方式,例如,至少部分地基于燃料流率FF的、经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P考虑了以下物理性质:即液体燃料喷雾压降和/或气体燃料压力比。例如,如果压降太低,则燃烧装置之间的变化会是显著的,其中不同的燃烧区域具有不同的燃料流率,从而使得难以在如此弱的燃料流中控制燃气轮机。例如,对于来自压力旋流喷射器或者喷嘴的液体喷雾压降,最小所需压降可以是0.5巴。对于气体燃料,最小所需压力比可以是1.005的压降或者0.5%的压降。
[0148] 在一个示例中,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例PR处于第二预定温度T2(优选地,该第二预定温度T2为323K)和/或第二预定负荷L2(优选地,该第二预定负荷L2为100%)。
[0149] 在一个示例中,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P由P=(FFR*PR)/FF确定。
[0150] 在一个示例中,参考燃料流率FFR处于第一预定温度T1和/或第一预定负荷L1,和/或参考比例PR处于第二预定温度T2和/或第二预定负荷L2。
[0151] 在一个示例中,第一预定温度T1和第二预定温度T2相同(即,相等)。在一个示例中,第一预定负荷L1和第二预定负荷L2相同(即,相等)。
[0152] 在一个示例中,控制器被布置为:至少部分地基于环境温度TA,来控制燃料流率FF。
[0153] 在一个示例中,燃气轮机包括一个或者多个传感器,该传感器被布置为感测(例如测量)环境温度TA,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得测得的环境温度TA。
[0154] 在一个示例中,如果燃烧装置出口温度TX大于第三预定温度T3,和/或如果涡轮入口温度T1大于第四预定温度T4,则控制器被布置为:至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率F的比例P。
[0155] 在一个示例中,燃气轮机包括一个或者多个传感器,该传感器被布置为感测(例如测量)燃烧装置出口温度TX和/或涡轮入口温度T1,并且控制器被布置为从该一个或者多个传感器获得测得的燃烧装置出口温度TX和/或测得的涡轮入口温度。
[0156] 在一个示例中,第三预定温度T3在从大约1400K至1900K的范围内,优选地,第三预定温度T3在从大约1500K至1700K的范围内,更优选地,第三预定温度T3在从大约1550K至1650K的范围内。
[0157] 在一个示例中,第四预定温度T4在从大约1400K至1900K的范围内,优选地,第四预定温度T4在从大约1500K至1700K的范围内,更优选地,第四预定温度T4在从大约1550K至1650K的范围内。
[0158] 第四预定温度T4可以取决于燃烧装置的特定设计。
[0159] 按照这种方式,在热NOx排放占优势时,和/或在金属尖端温度成为考虑因素时,至少部分地基于燃料流率FF来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。在高于T3和/或T4的温度下,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF至少为最小值,使得可以在环境温度范围内减少NOx排放,和/或可以降低在引燃区附近的金属温度,从而改善可靠性,和/或引起更长的组件寿命。
[0160] 针对合理的喷雾的最小所需压降假设为是在50℃的环境温度和100%的负荷L下。在该燃料流率FF之下,会存在相对较高的燃烧装置到燃烧装置的变化。根据由第五方面提供的控制,在维持合理的压降的同时,可以改变引燃分流图。
[0161] 根据由第五方面提供的控制,在确保50℃环境温度的同时,可以基于涡轮入口温度T1来改变引燃分流图,并且100%的负荷L是最坏的条件或者极限条件,在该条件下,计算缩放因子。按照这种方式,可以容易地实施对燃气轮机的控制。
[0162] 根据由第五方面提供的控制,在现场安装(例如在现场,在相对较冷的环境温度和/或100%负荷下)时,可以减少在现场测试与实际运行条件之间的至少针对NOx排放的差异。
[0163] 在一个示例中,如果燃烧装置出口温度TX最多是第三预定温度T3,则控制器被布置为将经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P控制为是恒定的。
[0164] 在一个示例中,控制器包括存储器和处理器,其中存储器包括指令,这些指令在由处理器执行时,使控制器执行控制如本文描述的(例如如上所述的和/或根据第三方面的)燃气轮机的方法。在一个示例中,控制器包括通信单元,该通信单元被布置为与如上所述一个或者多个传感器通信。在一个示例中,控制器包括存储设备,该存储设备被布置为存储如上所述的一个或者多个预定负荷(例如第一预定负荷L1)和/或预定温度(例如第一预定温度T1、第二预定温度T2、第三预定温度T3和/或第四预定温度T4)。
[0165] 根据第六方面,提供了一种被布置为供应负荷L的燃气轮机,该燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,其中该燃气轮机包括控制器,该控制器被布置为:至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0166] 燃气轮机、负荷L、燃料供应装置、燃料流率FF、燃烧装置、第一燃料供应装置、第二燃料供应装置、控制器和/或比例P可以参照第五方面和/或第一方面进行描述。
[0167] 根据第七方面,提供了一种控制燃气轮机的方法,燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,该方法包括:
[0168] 至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0169] 由此,金属温度和/或排放得到了改善。
[0170] 燃气轮机、负荷L、燃料供应装置、燃料流率FF、燃烧装置、第一燃料供应装置、第二燃料供应装置、控制器和/或比例P可以参照针对第五方面、第六方面和/或第二方面进行描述。例如,排放可以是NOx排放。
[0171] 在一个示例中,提供了一种控制被布置为供应负荷L的燃气轮机的方法,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置,该方法包括:
[0172] 至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0173] 确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R;以及
[0174] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P;
[0175] 由此,金属温度和/或火焰稳定性和/或排放得到了改善。
[0176] 在一个示例中,至少部分地基于参考燃料流率FFR,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0177] 在一个示例中,参考燃料流率FFR处于第一预定温度T1(优选地,第一预定温度T1为323K)和/或第一预定负荷L1(优选地,第一预定负荷L1为100%)。
[0178] 在一个示例中,至少部分地基于经由第一供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例PR来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0179] 在一个示例中,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例PR处于第二预定温度T2(优选地,第二预定温度T2为323K)和/或第二预定负荷L2(优选地,第二预定负荷L2为100%)。
[0180] 在一个示例中,方法包括:至少部分地基于经由第一供应装置所供应的燃料流率FF的参考比例分流PRS来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0181] 在一个示例中,参考比例分流PRS处于第一预定温度T1(优选地,该第一预定温度T1为323K)和/或第一预定负荷L1(优选地,该第一预定负荷L1为100%)。
[0182] 在一个示例中,参考比例分流PRS是根据涡轮入口温度T1的引燃百分比。
[0183] 在一个示例中,参考比例分流PRS至少部分地基于最小燃料流率,在该最小燃料流率之下,来自总燃料供应装置喷嘴(例如第一燃料供应装置喷嘴)的液体喷雾锥塌陷。
[0184] 在一个示例中,参考比例分流PRS至少部分地基于最小燃料流率,在该最小燃料流率之下,没有正流和/或净流经由燃料供应装置喷嘴(例如第一燃料供应装置喷嘴)进入燃烧装置。
[0185] 在一个示例中,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P由P=(FFR*PR)/FF确定。
[0186] 在一个示例中,参考燃料流率FFR处于第一预定温度T1和/或第一预定负荷L1,和/或参考比例PR处于第二预定温度T2和/或第二预定负荷L2。
[0187] 在一个示例中,该方法包括测量环境温度TA,并且其中燃料流率FF至少部分地基于环境温度TA。
[0188] 在一个示例中,该方法包括测量燃烧装置出口温度TX和/或涡轮入口温度T1,并且其中如果燃烧装置出口温度TX大于第三预定温度T3和/或如果涡轮入口温度T1大于第四预定温度T4,则至少部分地基于燃料流率FF,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率F的比例P。
[0189] 在一个示例中,第三预定温度T3在从大约1400K至1900K的范围内,优选地,第三预定温度T3在从大约1500K至1700K的范围内,更优选地,第三预定温度T3在从大约1550K至1650K的范围内。
[0190] 在一个示例中,如果燃烧装置出口温度TX最多是第三预定温度T3,则经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P是恒定的。
[0191] 根据第八方面,提供了一种有形非暂时性计算机可读存储介质,有形非暂时性计算机可读存储介质上记录有指令,这些指令在由用于燃气轮机的控制器实施时,使控制器执行根据第七方面和/或第三方面的一种控制燃气轮机的方法,该燃气轮机被布置为供应负荷L,燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。附图说明
[0192] 为了更好地理解本发明,并且为了示出可以实现本发明的示例性实施例的方式,将仅通过示例的方式参照附图,其中:
[0193] 图1示意性地描绘了典型的燃气轮机的纵向截面;
[0194] 图2A示意性地描绘了典型的燃烧装置的纵向截面,并且图2B示意性地描绘了沿着图2A中的线III-III的截面;
[0195] 图3示意性地描绘了框图,该框图图示了在具有多个燃烧装置的典型的燃气轮机中获得主燃料供应和引燃燃料供应;
[0196] 图4A根据针对典型的燃气轮机的负荷示出了涡轮进口温度的曲线图;
[0197] 图4B根据针对典型的燃气轮机的负荷示出了涡轮进口温度和引燃分流的曲线图;
[0198] 图5示意性地描绘了根据示例性实施例的用于燃气轮机的控制器;
[0199] 图6示意性地描绘了根据示例性实施例的燃气轮机;
[0200] 图7示意性地描绘了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法;
[0201] 图8A根据针对燃气轮机的负荷示出了根据示例性实施例的涡轮进口温度和燃烧装置运行参数的曲线图;以及
[0202] 图8B根据针对燃气轮机的负荷示出了根据示例性实施例的涡轮进口温度和引燃分流的曲线图。

具体实施方式

[0203] 图5示意性地描绘了根据示例性实施例的用于燃气轮机(未示出)的控制器50。
[0204] 更详细地,控制器50用于被布置为供应负荷L的燃气轮机,该燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。控制器50被布置为:确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R。控制器50还被布置为:至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P。
[0205] 至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,通过控制经由第一燃料供应装置(例如引燃燃料供应装置)所供应的燃料流率FF的比例P(即,分流),随着负荷L发生变化(例如从可由燃气轮机提供的满负荷L减少),比例P可以沿着调低控制温度(TCT)线(例如基本上恒定的TCT线)发生变化。按照这种方式,例如,随着负荷L发生变化,可以改善对燃气轮机的控制以改善火焰稳定性和/或排放。
[0206] 控制器可以如先前描述的那样被布置。
[0207] 图6示意性地描绘了根据示例性实施例的燃气轮机600。
[0208] 更详细地,燃气轮机600被布置为供应负荷L。燃气轮机600包括总燃料供应装置60,该总燃料供应装置60被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置60包括第一燃料供应装置61和第二燃料供应装置62。燃气轮机600包括如上面参照图5描述的控制器50。具体地,控制器50被布置为确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R。
控制器50被布置为:至少部分地基于确定的一个或者多个比率R,来控制经由第一燃料供应装置61所供应的燃料流率FF的比例P。
[0209] 图7示意性地描绘了根据示例性实施例的控制燃气轮机的方法。
[0210] 更详细地,该方法是控制被布置为供应负荷L的燃气轮机的方法,该燃气轮机包括总燃料供应装置,该总燃料供应装置被布置为以燃料流率FF来向燃烧装置供应燃料,其中总燃料供应装置包括第一燃料供应装置和第二燃料供应装置。
[0211] 在S701中,确定分别在负荷L下的一个或者多个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的一个或者多个比率R。
[0212] 在S702中,控制至少部分地基于确定的一个或者多个比率R的、经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P,由此,火焰稳定性和/或排放得到了改善。
[0213] 该方法可以包括先前描述的步骤中的任何步骤。
[0214] 图8A根据针对燃气轮机的负荷示出了根据示例性实施例的涡轮进口温度(TET)和燃烧装置运行参数的曲线图。
[0215] 具体地,图8A示出了燃烧装置的燃烧强度CI、燃烧装置的当量比ER和燃烧装置的燃烧装置入口函数CIF随着负荷L发生变化的曲线图,从而示出了这些燃烧装置运行参数沿着调低控制温度(TCT)线的行为。如上所述,根据等式1至等式3来确定燃烧装置的燃烧强度CI、燃烧装置的当量比ER和燃烧装置入口函数CIF。将燃烧装置的燃烧强度CI、燃烧装置的当量比ER和燃烧装置入口函数CIF归一化到满负荷L值(即,100%负荷L)。也就是说,曲线图示出了分别在负荷L下的三个燃烧装置运行参数COP与在参考负荷LR(即,100%负荷L)下的相应参考燃烧装置运行参数COPR的三个比率R。当TET沿着恒定的TCT线保持恒定时,这些燃烧装置的运行参数不是恒定的。
[0216] 详细来说,随着负荷L沿着TCT线增加,燃烧装置的归一化燃烧强度CI线性地减小,燃烧装置的归一化燃烧强度CI在恒定的TCT线的低端具有大于整体(即,大于在满负荷下)的最大值,并且在恒定的TCT线的高端具有最小值。在恒定的TCT线的低端之下的负荷L下,随着TET降低,燃烧装置的归一化燃烧强度CI减小。在恒定的TCT线的高端之上的负荷L下,随着TET增加,燃烧装置的归一化燃烧强度CI增加到满负荷L。
[0217] 详细来说,随着负荷L沿着TCT线增加,归一化当量比ER线性地减小,归一化当量比ER在恒定的TCT线的低端具有最大值,并且在恒定的TCT线的高端具有最小值。在恒定的TCT线的低端之下的负荷L下,随着TET降低,归一化当量比ER减小。在恒定的TCT线的高端之上的负荷L下,随着TET增加,归一化当量比ER增加到满负荷L。
[0218] 详细来说,随着负荷L沿着TCT线增加,归一化燃烧装置入口函数CIF线性地增加,归一化燃烧装置入口函数CIF在恒定的TCT线的低端接近最小值,并且在恒定的TCT线的高端接近最大值。在恒定的TCT线的低端之下的负荷L下,随着TET降低,归一化燃烧装置入口函数CIF略微减少。在恒定的TCT线的高端之上的负荷L下,随着TET增加,归一化当量比ER稍微减少到满负荷L。
[0219] 图8B根据针对燃气轮机的负荷而示出了根据示例性实施例的涡轮进口温度(TET)和引燃分流的曲线图。
[0220] 具体地,图8B示出了根据常规引燃分流图(实线)的常规引燃分流(即,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P)的曲线图,该曲线图与根据示例性实施例(虚线)的示例性引燃分流(即,经由第一燃料供应装置所供应的燃料流率FF的比例P)进行比较。
[0221] 详细来说,如上面参照图4B描述的,随着负荷L减少,常规的引燃分流是沿着恒定的TCT线的预定义恒定引燃分流值。
[0222] 相反,随着负荷L减少,示例性引燃分流值沿着恒定的TCT线是非恒定的,如上所述,引燃分流值至少部分地基于确定的一个或者多个比例R来进行控制。
[0223] 详细来说,随着负荷L沿着TCT线增加,示例性引燃分流值线性地增加。在恒定的TCT线的低端,示例性引燃分流值小于常规引燃分流,并且在恒定的TCT线的高端,示例性引燃分流值趋向于常规引燃分流和/或等于常规引燃分流。在恒定的TCT线的低端之下的负荷L下,示例性引燃分流值随着TET降低而增加,小于常规引燃分流,但是随着负荷L减少而趋向于常规引燃分流。在恒定的TCT线的高端之上的负荷L下,示例性引燃分流值随着TET增加而减小,直到满负荷L,基本上等于常规引燃分流值。也就是说,针对给定负荷L,示例性引燃分流值最多是常规引燃分流值,并且针对中等负荷L(例如在满负荷的大约10%到60%的范围内),比例P会小于常规引燃分流值。
[0224] 如上所述,例如,可以应用按照这种方式来控制比例P,以作为对常规引燃燃料控制算法的修改,从而至少部分地基于确定的一个或者多个比率R来针对每个负荷L计算引燃分流偏移,并且将引燃分流偏移应用于常规引燃分流图和/或使图包络分流。
[0225] 虽然已经示出和描述了优选实施例,但是本领域的技术人员将要理解,在不偏离本发明的范围(如在所附权利要求书中定义的以及如上所述)的情况下,可以进行各种改变和修改。
[0226] 注意以下所有文件和文档:结合本说明书与本说明书同时或者在本说明书之前提交的文件和文档,以及与本说明书一起接受公众检查的文件和文档,并且所有这些文件和文档的内容通过引用的方式并入本文。
[0227] 本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求和附图)和/或以上述形式公开的任何方法或者过程的所有步骤可以按照任何组合被组合,除非这些特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤的组合是相互排斥的。
[0228] 除非另有明确说明,否则本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求和附图)可以由用于相同、等同或者相似目的的备选特征来代替。因此,除非另有明确说明,否则所公开的每个特征仅是一系列等同或者相似特征的一个示例。
[0229] 本发明不限于(多个)前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书中公开的特征(包括任何所附权利要求和附图)中的任何新颖特征或者这些新颖特征的任何新颖组合,或者本发明扩展到以上述形式公开的任何方法或者过程的步骤中的新颖步骤或者这些新颖步骤的任何新颖组合。
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