燃气轮机燃料供给方法和装置制造方法及图纸

燃气轮机燃料供给方法和装置。描述了一种控制给燃气轮机的燃烧器供给燃料的方法，所述燃气轮机包括位于所述燃烧器上游的压缩器，所述方法包括：给所述燃烧器(101)供给燃料(105)；获得压缩器入口处的入口空气压力(PT7)；获得压缩器入口处的入口空气温度(Tinlet)；获得压缩器出口处的出口空气压力(PT8)；获得表示未被供给到所述燃烧器的空气量的空气排出信号(THBOV)；基于所述入口空气压力(PT7)、所述入口空气温度(Tinlet)、所述出口空气压力(PT8)和所述空气排出信号(THBOV)评估供给到所述燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodle，HIexpected)；比较评估的热输入(HIengmodel，HIexpected)与期望热输入(FFDEM)，以导出误差信号(121)；以及基于所述误差信号(121)控制燃料阀(103)，所述燃料阀调节给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种控制给燃气轮机燃烧器的燃料供给的方法和装置，燃气轮机包括位于燃烧器上游的压缩器，其中，尤其考虑了所供给燃料的成分的变化。
技术介绍
地面固定式燃气轮机，比如燃气轮机，包括压缩器部分、燃烧器部分和涡轮部分，压缩器部分用于压缩空气，在燃烧器部分中，燃料与压缩空气燃烧，在涡轮部分中，排出的燃烧的燃料空气混合物用于驱动涡轮部分的旋转，以产生机械能，特别地，从中还可产生电能。这种燃气轮机要求燃料供给控制，其可要求了解燃料加热值(尤其“低热值”或“LCV”)及燃料密度。燃气轮机的大多数应用或操作状况可具有比较一致或恒定的气体燃料供给，所以这些值不会明显变化。然而，燃气轮机的其它应用或操作状况可包括接收不同或各种或变化的气体燃料，在这些变化的气体燃料之间快速变化。因此，可妥协发动机控制的稳定性及可允许发动机操作范围的运行状况和限制。在希望一致或恒定燃料成分作为供给燃料的环境或操作状况下，LCV值和比重(“SG”)可由燃气轮机的使用者(可已执行了燃料分析)提供，从LCV值和比重可计算出燃料的质量密度，其中，该燃料分析或其结果已在试运转期间进入控制系统中。之后，在常规系统中，假设燃料的物理/化学属性是恒定的，包括假设一致和LCV和SG。EP0727574A1公开了一种调节内燃机的NOx排放物的方法和设备，其中，已发现，内燃机的机械效率和燃料温度之间有关系，燃烧温度对于NOx排放物十分重要。EP1387073A2公开了用于内燃机的电荷密度控制，其中，表示发动机的燃烧混合物的期望电荷密度的值根据发动机的发动机转速和发动机的负荷确定。US2009/0192698A1公开了一种用于自动控制固定式燃气发动机的方法，其中，发动机转速控制偏差从设定发动机转速和实际发动机转速计算出，设定扭矩通过速度控制器从速度控制偏差确定为校正变量，设定体积流量根据设定扭矩确定，以确立混合节流角和气体节流角，其中，设定体积流量变量以通过校正因子调节气体节流角。US4380898公开了一种用于燃气轮机发动机的燃料控制系统，其中，调整器设备减少了发动机几何结构在冷起动时变化的效果，其中，调整器使用节流杆角和发动机入口压力来计算推力相关参数的期望值。EP2450551A2公开了补偿燃气轮机中的燃料成分变化的系统和方法，该方法包括监控与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监控与涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动态特性；监控与涡轮相关的一个或多个性能性能和发射特性；至少部分地基于至少一个燃料参数、一个或多个燃烧动态特性及一个或多个性能和发射特性估计燃料成分；以及至少部分地基于估计的燃料成分调节至少一个燃料参数。如果燃料成分在燃气轮机操作期间变化，则管理器会自动地调节燃料阀以维持闭环控制目的(通常输出轴速度)。然而，当理解期望热输入时，在发动机上存在借助燃料热输入的预定边界获得的操作极限，因为燃料系统施加燃料低热值(LCV)和比重(SG)，如果燃料成分改变，则这些边界有效地移动。这会导致妥协的瞬间操作，比如压缩器级或故障，以加速气体发生器(“阻塞”)。另一问题可由PI控制器中的管理器增益(变得不正确，潜在地危害操作稳定性)导致。需要一种控制给燃气轮机的燃烧器供给燃料的方法和装置，该燃气轮机包括位于燃烧器上游的压缩器，其中，考虑了燃料的成分或物理/化学属性的至少部分不可控变化，尤其使燃气轮机的稳定操作成为可能。上述需求由独立权利要求的主题满足。从属权利要求明确说明本专利技术的特定实施例。
技术实现思路
各实施例提供了对发动机控制系统内的燃料LCV的评估，以改变燃料成分。根据本专利技术的实施例，提供了一种控制给燃气轮机的燃烧器燃料供给(尤其为体积流率、每次量、质量流率)的(尤其为至少部分地处理器或计算系统实施的)方法，燃气轮机包括位于燃烧器上游(相对于在压缩器内压缩的空气的流动方向)的压缩器，该方法包括给燃烧器供给(尤其经由导管或管道)燃料；获得压缩器入口(例如，空气进入压缩器)处的入口空气压力(PT7)；获得压缩器入口处的入口空气温度(Tinlet)；获得压缩器出口(例如，压缩空气离开压缩器和/或进入燃烧器)处的出口空气压力(PT8)；获得表示未供给到燃烧器的空气量(在压缩器和燃烧器上游之后，空气量可分裂)的空气排出信号(THBOV)；基于入口空气压力、入口空气温度、出口空气压力和空气排出信号(THBOV)评估供给到燃烧器的燃料(比如流体，尤其为气体和/或液体)的热输入(例如加热输入、加热值、能量值、HIengmodel)；比较(例如，涉及算术/逻辑计算)被评估的热输入与期望热输入(例如，预期热输入、FFDEM)以导出误差信号；以及基于误差信号控制调节给燃烧器供给燃料(例如流率)的燃料阀(或多个燃料阀)。到发动机的热输入可以kW测量，并可表示每单位时间内包含在燃料和压缩空气混合物中的(化学或燃烧)能量。热输入可以例如由LCV乘以质量流或体积流定义。燃料的低热值LCV是单位为kJ/kg或kJ/m^3的“特定”量(燃料的每单位质量或单位体积)。在本文件和该方法的情形下，LCV可以是体积的，所以由kJ/(正常_m^3)的单位表示(正常_m^3是气体在0摄氏度在ISO压力下的体积)，沃泊指数可以定义为体积LCV/根数(SG)。燃气轮机可包括一个或多个燃烧器，一个或多个燃烧器绕燃气轮机的旋转轴布置，尤其彼此周向等距隔开。燃气轮机可包括压缩器部，其中，从环境吸取的空气被多个旋转叶片压缩，多个旋转叶片连接到燃气轮机的旋转轴。燃气轮机的燃烧器可布置在压缩器出口，在压缩器出口，压缩空气从燃气轮机的压缩器部释放出。燃烧器可包括一个或多个入口，以允许将压缩空气供给到燃烧器中。可使用管道或导管将燃料供给到燃烧器，燃料阀装配在管道或导管处，以控制流过管道进入燃烧器的燃料的流率(例如，质量流、体积流)。在燃烧器中，供给的燃料和压缩空气的混合物燃烧。燃烧的燃料和压缩空气混合物的排出物可由燃烧器输出，并被供给到燃气轮机的涡轮部(布置在燃烧器的下游)。涡轮部可接收排出的燃烧的燃料和压缩空气混合物(可具有高速和高温)。排出的燃烧的气体和压缩空气混合物可驱动涡轮部的多个叶片(固定到燃气轮机的旋转轴)。因此，可产生机械能，尤其是旋转能。旋转的涡轮轴可例如驱动发电器，以从机械能产生电能。入口空气压力、入口空气温度和/或出口空气压力可本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制给燃气轮机的燃烧器供给燃料的方法，所述燃气轮机包括位于所述燃烧器上游的压缩器，所述方法包括：给所述燃烧器(101)供给燃料(105)；获得压缩器入口处的入口空气压力(PT7)；获得压缩器入口处的入口空气温度(Tinlet)；获得压缩器出口处的出口空气压力(PT8)；获得表示未被供给到所述燃烧器的空气量的空气排出信号(THBOV)；基于所述入口空气压力(PT7)、所述入口空气温度(Tinlet)、所述出口空气压力(PT8)和所述空气排出信号(THBOV)评估供给到所述燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodle，HIexpected)；比较评估的热输入(HIengmodel，HIexpected)与期望热输入(FFDEM)，以导出误差信号(121)；以及基于所述误差信号(121)控制燃料阀(103)，所述燃料阀调节给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.03 EP 12195312.91.控制给燃气轮机的燃烧器供给燃料的方法，所述燃气轮机包括位于
所述燃烧器上游的压缩器，所述方法包括：
给所述燃烧器(101)供给燃料(105)；
获得压缩器入口处的入口空气压力(PT7)；
获得压缩器入口处的入口空气温度(Tinlet)；
获得压缩器出口处的出口空气压力(PT8)；
获得表示未被供给到所述燃烧器的空气量的空气排出信号(THBOV)；
基于所述入口空气压力(PT7)、所述入口空气温度(Tinlet)、所述出口空
气压力(PT8)和所述空气排出信号(THBOV)评估供给到所述燃烧器(101)的燃
料(105)的热输入(HIengmodle，HIexpected)；
比较评估的热输入(HIengmodel，HIexpected)与期望热输入(FFDEM)，
以导出误差信号(121)；以及
基于所述误差信号(121)控制燃料阀(103)，所述燃料阀调节给所述燃烧
器(101)的燃料(105)供给。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述空气排出信号(THBOV)包括
排出阀设定。
3.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，评估所述热输入包括：
形成所述出口空气压力(PT8)和所述入口空气压力(PT7)之间的压力比
(PRC87)；以及
基于所述压力比评估所述热输入(HIengmodel，HIexpected)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，基于所述压力比(PRC87)评估所
述热输入(HIengmodle，HIexpected)包括使用在至少一个燃气轮机上执行的多
个测量(305，309)的至少一个曲线拟合(307，309)，所述曲线拟合使测量的压
力比与测量的热输入相关联，
其中，所述曲线拟合尤其由具有正一次系数和正二次系数的二次多项
式描述，所述曲线拟合的表示尤其存储在电子存储器中。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个曲线拟合包括：
在所述燃烧器上游没有排出空气的情况下基于测量数据获得的第一曲
线拟合(307)；
在所述燃料器上游排出空气的一部分，尤其是5％和20％之间的情况
下基于测量数据获得的第二曲线拟合(311)，
其中，基于所述第一曲线拟合(307)导出第一热输入(HIisonobleed)，
其中，基于所述第二曲线拟合(3011)导出第二热输入(HIiso10％bleed)，
其中，基于所述第一热输入和所述第二热输入导出评估的热输入
(HIengmodel，HIexpected)。
6.如权利要求5所述的方法，还包括：
如果所述压力比(PRC87)超过一阈值，则使用包括所述第一热输入
(HIisonobleed)和所述第二热输入(HIiso10％bleed)的第一函数导出校正的热
输入(HIiso)，所述阈值尤其介于4和8之间；
如果所述压力比(PRC87)没有超过所述阈值，则使用包括至少所述第一
热输入(HIisonobleed)的第二函数导出校正的热输入(HIiso)，
其中，评估所述热输入(HIengmodel，HIexpected)还基于所述校正的热
输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：GH戴维斯，M史密斯，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE