控制给燃气轮机的燃料供给的方法和装置制造方法及图纸

描述了一种控制给燃气轮机的燃烧器(101)供给燃料(105)的方法，燃气轮机包括位于燃烧器上游的压缩器，该方法包括：给燃烧器(101)供给燃料(105)；获得用于在燃烧器(101)中燃烧燃料(105)的空气的至少一个物理属性(PT8、PT7、Tinlet、THBOV)的属性值；基于所述属性值评估供给到燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodel)；在燃烧器(101)的上游测量燃料(105)的热值(LCVmea)；基于测量的热值(LCVmea)调节评估的热输入(HIengmodel)；以及基于被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制燃料阀(103)，燃料阀调整给燃烧器(101)的燃料(105)供给。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制给燃气轮机的燃料供给的方法和装置
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，其中，尤其考虑了燃料类型或种类或成分的变化，同时维持燃气轮机的稳定操作。
技术介绍
US2009/0071118A1公开了一种调制给燃气轮机供给的燃料的改进沃泊指数(MWI)的方法和系统，其中，热交换器用于预加热燃料，进来的燃料的MWI得以监控，其中，MWI考虑了燃料的温度。US2010/0275609A1公开了一种在快速响应启动期间的混合沃泊控制，其中，确定要在燃气轮机的燃烧器内点燃的燃料的温度，并且当燃料的温度小于目标温度时，将添加剂引入燃气轮机的燃烧器中。US6490867B2公开了一种操作燃烧器和燃烧器构造的方法，其中，确定燃料的热值，使用导致可变输出控制(相对于微扰是操作可靠的)的输出和热值计算并直接设定控制元件的开放程度。从而，从质量流、水和质量流的热值及加热油的热值中确定燃料的热值。US7854110B2公开了一种综合的燃料气体表征系统，用于确定在燃料在燃烧级中燃烧之前由燃料提供的能量，其中，综合的燃料气体表征系统可包括沃泊计，用于在燃料气体在燃气轮机中燃烧之前测量燃料气体的沃泊指数，其中，控制系统可设计成基于沃泊指数的变化率调节燃气轮机发动机的一个或多个操作参数。US7950216B2公开了一种燃气轮机发动机燃料控制系统，其中，控制器至少基于燃料的燃烧能量值(已由燃烧能量值评估器确定)计算出期望流率，其中，能量值评估器通过测量直接地或者通过参考基于混合比例的表来确定燃料混合物的能量值。从而，可使用发动机的测量的温度和空气质量流率来确定燃料的LHV。US7565805B2公开了一种操作燃气轮机发动机系统的方法，其中，处理器编程为接收表示燃料发热值的信号，并使用确定的发热值自动地控制燃烧器上的燃料喷射位置之间的燃料分裂(fuelsplit)，其中，燃料喷嘴设计成在压力比和发热值变化的有限范围内操作，通过增加或减小燃料喷嘴气体通过面积来适应燃料气体温度。改进沃泊指数(MWI)代表对于给定燃料喷嘴气体孔上的给定上游和下游压力喷射进燃烧器中的能量量值，并使用燃料低发热值、相对于空气和燃料温度的比重计算出。另外，公开了在燃烧器中使用测量或计算的燃料气体MWI自动调制燃料气体分裂。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。热量计可用于监控气体燃料成分变化的燃料属性，但是缓慢的修正率使得难以产生维持稳定发动机操作的有效控制环。限制燃料属性的可允许变化率有助于改正该问题，但是这对特定操作条件或用户应用通常是不可接受的约束。另外，完全基于使用发动机模型的评估对燃料属性的确定缺少精度。已注意到，当所供给的燃料的种类、类型或成分改变时，控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的常规方法在所有状况或操作条件中并未能解决维持燃气轮机的期望操作或燃气轮机的稳定操作的问题。另外，已注意到，在快速变化的燃气成分的情形中，对燃料属性的热量计测量可能太过缓慢。另外，已注意到，根据发动机参数评估燃料属性的常规方法很快，但是倾向于有不精确和偏离问题。因此，需要一种方法和装置来控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给，其中，可以操纵燃料改变的情形，以提供燃气轮机的稳定操作。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了一种控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的方法，燃气轮机包括位于燃烧器上游的压缩器，该方法包括：将燃料供给到燃烧器；获得用于在燃烧器中燃烧燃料的空气的至少一个物理属性的属性值；基于属性值评估供给到燃烧器的燃料(例如，流体，尤其是气体和/或液体)的热输入(例如HIengmodel)；测量位于燃烧器上游的燃料的热值；基于测量的热值调节评估的热输入以获得被调节的评估的热输入(HIestimated)；以及基于被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制调整对燃烧器的燃料供给的燃料阀，其中，评估热输入的更新间隔比测量热值的更新间隔短。另外，被调节的评估的热输入可以与期望热输入进行比较(如从燃气轮机管理器提供的)，以得到热输入误差值，其中，热输入误差值可用于评估燃料的沃泊指数，然后，这可供给给燃料阀，燃料阀可改变其燃料流设定以改变燃料流率，比如质量流率或体积流率。另外，可调节期望热输入以维持燃气轮机的稳定操作。此外，该方法可包括周期性测量燃烧器上游的燃料的低热值(LCV)、比重(SG)和由此沃泊指数(WI)；比较评估的沃泊指数与测量的沃泊指数，以创建另一误差项；以及基于该其它误差项调节评估的热输入流。到发动机的热输入可以kW进行测量，并可表示每时间单位内包含在燃料与压缩空气混合物中的(化学或燃料)能量。热输入可例如由LCV乘以质量流或体积流来定义。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)。特别地，空气的相应数量物理属性的一个、两个、三个、五个或若干更多个属性值可在该方法期间获得，并可用于评估热输入。属性值可表示测量值或计算或估计或导出值，其基于其它导出或测量量或值。特别地，在执行该方法期间，燃料的种类、类型或成分是未知的，并可以未知的方式变化。评估燃料的热值可利用发动机模型，尤其包括热力模型。特别地，热值可包括低热值。基于测量的热值调节评估的热输入可表示对评估的热输入的校准，以调节评估的热输入的绝对值。因此，使用发动机特性来评估燃料发量值(或燃料的热输入)可以与(周期)交叉参考燃料热量计的测量结果结合起来，以维持精度或校准评估的热输入。因此，取决于燃料的热值，被调节的评估的热输入可以更高的精度对应于或等于实际热输入。因此，该优点可由单纯评估的热输入和测量的热值的组合来提供，其中，与评估热输入相比，对热值的测量可以更加缓慢的速率执行。因此，与仅使用热量计来确定测量的热值相比，控制方法可允许更快地控制，并与仅使用评估的热输入相比，同时更加精确。尽管测量热值的更新间隔可以比较长，但是被调节的评估的热输入可以精确的方式反映实际热值或实际热输入，因为评估的热输入可有时进行校准，尤其在稳定操作期间，其中，评估的热输入或测量的热值都不会变化超过相应平均值的预定阈值，比如10％或5％。根据本专利技术的实施例，该方法还包括比较(例如包括算术/逻辑计算)被调节的评估的热输入与期望热输入(FFDEM)以得到误差信号，以及基于误差信号控制调整对燃烧器的燃料供给的燃料阀。可提供控制器，其接收误差信号，并输出旨在减少误差信号的控制信号。特别地，控制器可输出评估的沃泊指数，其可被供给到燃料阀，燃料阀又可调节其流设定，以改变燃料的流率，从而减少误差信号。因此，可以保证燃气轮机的稳定操作，即使在操作期间燃料的类本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制给燃气轮机的燃烧器(101)供给燃料(105)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)；获得用于在所述燃烧器(101)中燃烧燃料(105)的空气的至少一个物理属性(PT8、PT7、Tinlet、THBOV)的属性值；基于所述属性值评估供给到所述燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodel)；在所述燃烧器(101)的上游测量所述燃料(105)的热值(LCVmea)；基于测量的热值(LCVmea)调节评估的热输入(HIengmodel)以获得被调节的评估的热输入(HIexpected)；以及基于所述被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制燃料阀(103)，所述燃料阀调整给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给，其中，评估热输入的更新间隔比测量热值的更新间隔更短。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.03 EP 12195315.21.控制给燃气轮机的燃烧器(101)供给燃料(105)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)；获得用于在所述燃烧器(101)中燃烧燃料(105)的空气的至少一个物理属性(PT8、PT7、Tinlet、THBOV)的属性值；基于所述属性值评估供给到所述燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodel)；在所述燃烧器(101)的上游测量所述燃料(105)的热值(LCVmea)；基于测量的热值(LCVmea)调节被评估的热输入(HIengmodel)以获得被调节的被评估的热输入(HIexpected)；以及基于所述被调节的被评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制燃料阀(103)，所述燃料阀调整给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给，其中，评估热输入的更新间隔比测量热值的更新间隔更短，其中，空气的至少一个物理属性包括：位于压缩器入口的进气压力(PT7)；位于压缩器入口的进气温度(Tinlet)；以及位于压缩器出口的出气压力(PT8)，其中，评估所述热输入包括：在所述出气压力(PT8)和所述进气压力(PT7)之间的形成压力比(PRC87)；以及基于所述压力比(PRC87)评估所述热输入(HIengmodel)，其中，基于所述压力比(PRC87)评估所述热输入包括使用基于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。2.如权利要求1所述的方法，还包括：比较所述被调节的被评估的热输入(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)控制所述燃料阀(103)，所述燃料阀调整给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给。3.如权利要求2所述的方法，其中，调节所述被评估的热输入包括计算修正因子(HIcaltrim)，所述修正因子从评估的沃泊指数(WIengcal)和测量的沃泊指数(WIcalorimeter)中计算出，所述评估的沃泊指数(WIengcal)通过对所述误差信号(121)积分而导出，所述测量的沃泊指数(WIcalorimeter)从所述燃料(105)的测量的热值(LCVmea)和比重(SGmea)中计算出，其中，通过用所述修正因子除所述被评估的热输入来获得所述被调节的被评估的热输入(HIexpected)。4.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，评估所述热输入的更新间隔的长度位于测量所述热值的更新间隔的长度的1/5和1/100之间。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，如果满足下列标准，则进行调节所述被评估的热输入或沃泊指数：所述被评估的热输入(HIengmodel)或沃泊指数(WIengcal)在测量所述热值的至少一个更新间隔的+/-5％内是稳定的；以及测量的热值(LCVmea)位于预定极限范围内。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述被评估的热输入(HIengmodel)或沃泊指数(WIengcal)在测量所述热值的至少一个更新间隔的+/-2％内是稳定的。7.如权利要求5任一项所述的方法，其中，所述标准还包括：与先前更新间隔的测量的热值相比，所述测量的热值(LCVmea)在+/-5％内是稳定的。8.如权利要求7所述的方法，其中，与先前更新间隔的测量的热值相比，所述测量的热值(LCVmea)在+/-2％内是稳定的。9.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述曲线拟合由具有正一次系数和正二次系数的二次多项式描述。10.如权利要求9所述的方法，其中，所述曲线拟合的表示存储在电子存储器中。11.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述至少一个曲线拟合包括：在所述燃烧器(101)上游没有排出空气的情况下基于测量数据(305)获得的第一曲线拟合(307)；在所述燃烧器(101)上游...

【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