燃气涡轮负荷控制系统技术方案

燃气涡轮系统，包括燃烧室，其配置为在排气稀释剂的存在下燃烧氧化剂和燃料以产生燃烧产物；氧化剂供应路径，其流体连接至燃烧室并配置为使氧化剂在氧化剂流速下流动至燃烧室；和涡轮，其配置为从燃烧产物提取功以产生用于生成排气稀释剂的排气。当从燃烧产物提取功时，涡轮引起燃气涡轮系统的轴旋转。该系统还包括响应于通过轴的旋转生成电力的发电机和通过调节作为主要负荷控制参数的沿着氧化剂流动路径的氧化剂流速响应于目标负荷执行负荷控制的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气涡轮负荷控制系统相关申请的交叉引用本申请要求2012年12月31日提交的、名称为“燃气涡轮负荷控制系统(GASTURBINELOADCONTROLSYSTEM)”的美国临时专利申请号61/747,962的优先权和权益，其在此以其全部出于所有目的通过引用并入。
技术介绍
本文公开的主题涉及燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机在许多应用中使用，比如发电、飞行器和各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧室部分中利用氧化剂(例如，空气)燃烧燃料以生成热的燃烧产物，其然后驱动涡轮部分的一个或多个涡轮级(turbinestage)。当涡轮级被热的燃烧产物驱动时向轴传输旋转动力。依次地，旋转轴驱动压缩机部分的一个或多个压缩机级以压缩氧化剂，进气入燃烧室部分，并且还可以驱动发电机以产生电能。在某些情况下，由发电机供应的电能可被供应入电网，比如市政电网。燃气涡轮可配置为响应于市政电网的变化调节其运行。例如，如果电网缓慢，则燃气涡轮可增加其电能输出以维持市政可用的电力的量。增加燃气涡轮发动机中燃烧的量——其增加驱动发电机的轴的速度，可以使得实现这样的电输出的增加。随着燃烧参数比如燃烧室部分中燃烧的速率变化，燃烧产物的性质，比如燃烧产物中特定气体(例如，氮氧化物(NOx)、二氧化碳(CO2)和氧气(O2))的相对水平可受到影响。不幸地，某些比率可导致燃烧产物中过量水平的氧气，这对于燃气涡轮系统和下游部件可能是有害的。此外，因为燃气涡轮发动机系统可包括其它系统或为其它系统的一部分，所述其它系统由于燃烧过程而运行，所以这些系统的运行也可能受到影响，这可导致过程不稳定。
技术实现思路
在下面概括与最初要求保护的主题范围相称的某些实施方式。这些实施方式不意欲限制要求保护的专利技术的范围，而是这些实施方式仅意欲提供专利技术的可能形式的简要概括。事实上，本公开可包括多种形式，其可类似于或不同于下面提出的实施方式。在一个实施方式中，燃气涡轮系统包括涡轮燃烧室，其配置为在由排气生成的排气稀释剂的存在下燃烧压缩的氧化剂和燃料以产生燃烧产物；氧化剂供应路径，其流体连接至涡轮燃烧室并配置为在氧化剂流速下将压缩的氧化剂流动至涡轮燃烧室；涡轮，其配置为从燃烧产物提取功(work)以产生排气，其中当从燃烧产物提取功时，涡轮引起燃气涡轮系统的轴旋转；发电机，其配置为响应于通过轴的旋转生成电力；和控制器，其具有：一个或多个有形的、永久的机器可读介质，其共同地存储一组或多组指令；和一个或多个加工装置，其配置为执行一组或多组指令以：接收指示发电机的目标负荷的数据；和通过调节作为主要(primary)负荷控制参数的沿着氧化剂流动路径的氧化剂流速响应于目标负荷执行负荷控制，其中调节氧化剂流速调节了涡轮燃烧室内的燃烧以改变轴的旋转速度。在另一实施方式中，系统包括共同地存储一组或多组指令的一个或多个有形的、永久的机器可读介质，所述一组或多组指令可由一个或多个加工装置执行以：接收指示燃气涡轮系统的目标负荷的负荷参考；确定与目标负荷相关联的氧化剂流速，其中氧化剂流速相应于压缩的氧化剂沿着从主氧化剂压缩系统至燃气涡轮系统的涡轮燃烧室的氧化剂供应路径的流动；生成用于输入至主氧化剂压缩系统的一个或多个氧化剂流动控制信号以引起主氧化剂压缩系统将压缩的氧化剂的流动调节至与目标负荷相关联的氧化剂流速；基于与目标负荷相关联的氧化剂流速确定燃料流速，其中燃料流速相应于燃料沿着至涡轮燃烧室的燃料供应路径的流动；并且生成用于输入至燃料流动控制系统的一个或多个燃料流动控制信号，其中一个或多个燃料流动控制信号配置为引起燃料流动控制系统调节燃料的流动以使能够在涡轮燃烧室内排气稀释剂的存在下在燃料和氧化剂之间的目标当量比下燃烧。在另一实施方式中，燃气涡轮系统包括：涡轮燃烧室，其配置为燃烧氧化剂和燃料；涡轮，其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动；排气压缩机，其经由轴由涡轮驱动，其中排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室作为排气稀释剂；排气再循环(EGR)系统，其中EGR系统配置为沿着排气再循环路径将排气从涡轮再循环至排气压缩机；发电机，其配置为响应于通过轴的旋转生成电力；和控制器，其包括：一个或多个有形的、永久的机器可读介质，其共同地存储一组或多组指令；和一个或多个加工装置，其配置为执行一组或多组指令以：接收指示发电机的目标负荷的数据；和通过调节作为主要负荷控制参数的沿着排气再循环路径再循环的排气的排气流速响应于目标负荷执行负荷控制，其中调节排气流速调节了涡轮的运行以改变轴的旋转速度。在另一实施方式中，燃气涡轮系统包括：涡轮燃烧室，其配置为燃烧氧化剂和燃料；涡轮，其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动；排气压缩机，其经由轴由涡轮驱动，其中排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室作为排气稀释剂；排气再循环(EGR)系统，其中EGR系统配置为沿着排气再循环路径将排气从涡轮再循环至排气压缩机；排气提取路径，其配置为将一定量的排气稀释剂作为提取的排气从排气压缩机流动至产品气路径，所述产品气路径配置为将提取的排气输送至下游过程作为产品气；发电机，其配置为响应于通过轴的旋转生成电力；和控制器，其具有：一个或多个有形的、永久的机器可读介质，其共同地存储一组或多组指令；和一个或多个加工装置，其配置为执行一组或多组指令以：接收指示发电机的目标负荷的数据；和通过调节流动至产品气路径的提取的排气的量响应于目标负荷执行负荷控制。在进一步的实施方式中，燃气涡轮系统包括：涡轮燃烧室，其配置为燃烧氧化剂和燃料；涡轮，其由来自涡轮燃烧室的燃烧产物驱动；排气压缩机，其经由轴由涡轮驱动，其中排气压缩机配置为压缩和供应排气至涡轮燃烧室作为排气稀释剂；排气再循环(EGR)系统，其中EGR系统配置为沿着排气再循环路径将排气从涡轮再循环至排气压缩机；排气提取路径，其配置为将一定量的排气稀释剂作为提取的排气从排气压缩机流动至产品气路径，所述产品气路径配置为将提取的排气输送至下游过程作为产品气；发电机，其配置为响应于通过轴的旋转生成电力；和控制器，其具有：一个或多个有形的、永久的机器可读介质，其共同地存储一组或多组指令；和一个或多个加工装置，其配置为执行一组或多组指令以：接收指示发电机的目标负荷的数据；和通过调节作为主要负荷控制参数的流动至产品气路径的提取的排气的量、通过调节作为主要负荷控制参数的提供至燃烧室的氧化剂的量、或通过调节作为主要负荷控制参数的沿着排气再循环路径的排气的流动响应于目标负荷执行负荷控制。附图说明当参考附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中贯穿附图，同样的字符表示同样的构件，其中：图1是系统的实施方式的图，该系统具有连接到烃生产系统的基于涡轮的服务系统；图2是图1的系统的实施方式的图，进一步图解了控制系统和联合的循环系统；图3为图1和2的系统的实施方式的图，进一步图解了燃气涡轮发动机、排气供应系统和排气加工系统的细节；图4为用于运行图1-3的系统的方法的实施方式的流程图；图5是图1-3的系统的实施方式的图，进一步图解了配置为使用各种加工流进行负荷和卸荷燃气涡轮系统的控制系统的细节；图6是使用图5的控制系统用于负荷控制的控制过程的实施方式的流程图；图7是使用图5的控制系统用于负荷和卸荷燃气涡轮系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
燃气涡轮系统，其包括：涡轮燃烧室，其配置为在由排气生成的排气稀释剂的存在下燃烧压缩的氧化剂和燃料以产生燃烧产物；氧化剂供应路径，其流体连接至所述涡轮燃烧室并配置为使所述压缩的氧化剂在氧化剂流速下流动至所述涡轮燃烧室；涡轮，其配置为从所述燃烧产物提取功以产生所述排气，其中当从所述燃烧产物提取所述功时，所述涡轮引起所述燃气涡轮系统的轴旋转；发电机，其配置为响应于通过所述轴的旋转生成电力；和控制器，其包括：一个或多个有形的、永久的机器可读介质，其共同地存储一组或多组指令；和一个或多个加工装置，其配置为执行所述一组或多组指令以：接收指示所述发电机的目标负荷的数据；和通过调节作为主要负荷控制参数的沿着所述氧化剂流动路径的所述氧化剂流速响应于所述目标负荷执行负荷控制，其中调节所述氧化剂流速调节所述涡轮燃烧室内的燃烧以改变所述轴的旋转速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.31 US 61/747,962;2013.12.30 US 14/144,5111.燃气涡轮系统，其包括：涡轮燃烧室，其配置为在由排气生成的排气稀释剂的存在下燃烧压缩的氧化剂和燃料以产生燃烧产物；氧化剂供应路径，其流体连接至所述涡轮燃烧室并配置为使所述压缩的氧化剂在氧化剂流速下流动至所述涡轮燃烧室；涡轮，其配置为从所述燃烧产物提取功以产生所述排气，其中当从所述燃烧产物提取所述功时，所述涡轮引起所述燃气涡轮系统的轴旋转；吹扫流，其从所述燃烧室接收提取的燃烧产物并且将所述提取的燃烧产物从所述燃烧室引导至排气供应系统，其中提取的燃烧产物流量计沿着所述吹扫流布置；发电机，其配置为响应于通过所述轴的旋转生成电力；和控制器，其包括：一个或多个有形的、永久的机器可读介质，其共同地存储一组或多组指令；和一个或多个加工装置，其配置为执行所述一组或多组指令以：接收指示所述发电机的目标负荷的数据，其中指示所述燃气涡轮系统发电机的目标负荷的所述数据包括来自功率计的反馈，所述功率计连接至所述燃气涡轮系统发电机；从所述提取的燃烧产物流量计接收反馈，其中所述反馈指示来自所述燃烧室的所述提取的燃烧产物的流速；和通过调节作为主要负荷控制参数的沿着所述氧化剂供应路径的所述氧化剂流速响应于所述目标负荷和指示来自所述燃烧室的所述提取的燃烧产物的流速的所述反馈执行氧化剂负荷控制，其中调节所述氧化剂流速调节所述涡轮燃烧室内的燃烧参数以改变所述轴的旋转速度。2.权利要求1所述的燃气涡轮系统，其包括配置为沿着所述氧化剂供应路径生成所述压缩的氧化剂的主氧化剂压缩机，其中所述氧化剂供应路径从所述主氧化剂压缩机延伸至所述涡轮燃烧室，所述主氧化剂压缩机包括主氧化剂压缩机入口导向叶片，其配置为调节接收用于压缩的氧化剂的量以生成所述压缩的氧化剂，并且其中所述一个或多个加工装置配置为执行所述一组或多组指令以调节所述入口导向叶片的位置来调节所述氧化剂流速。3.权利要求1所述的燃气涡轮系统，其包括流体连接至所述涡轮燃烧室并配置为使所述燃料在燃料流速下流动至所述涡轮燃烧室的燃料供应路径，其中所述一个或多个加工装置配置为响应于所述负荷控制执行所述一组或多组指令以调节所述燃料流速，在所述负荷控制中所述氧化剂流速被调节。4.权利要求3所述的燃气涡轮系统，其中所述一个或多个加工装置配置为执行所述一组或多组指令以在执行所述负荷控制后执行当量比控件，并且所述当量比控件响应于所述氧化剂流速中的调节而调节所述燃料流速，以调节所述涡轮燃烧室中所述燃料和所述氧化剂的当量比至目标当量比。5.权利要求4所述的燃气涡轮系统，其中所述当量比控件调节沿着所述燃料供应路径布置的一个或多个燃料流动控制阀以调节所述燃料流速。6.权利要求4所述的燃气涡轮系统，其包括排气再循环(EGR)系统，其中所述EGR系统配置为沿着从所述涡轮延伸至排气压缩机的排气循环环路再循环所述排气，所述排气压缩机配置为供应所述排气稀释剂至所述涡轮燃烧室，并且其中所述一个或多个加工装置配置为执行所述一组或多组指令以在执行所述当量比控件后执行排气循环环路压力控件，并且所述排气循环环路压力控件配置为控制所述排气循环环路内所述排气的压力。7.权利要求6所述的燃气涡轮系统，其中响应于至少氧化剂流速测量和所述排气的目标压力执行所述排气循环环路压力控件。8.权利要求6所述的燃气涡轮系统，其包括：排气提取路径，其配置为使作为提取的排气的一部分所述排气稀释剂从循环压缩机流动至产品气压缩机，所述产品气压缩机配置为将所述提取的排气压缩为产品气；和产品气循环路径，其配置为使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·D·明托，J·C·撒切尔，B·A·里滕豪斯，A·沃瑞，
申请(专利权)人：埃克森美孚上游研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US