用于控制燃气涡轮的方法技术

本发明专利技术涉及控制燃气涡轮的方法，所述方法以燃料反应性测量作为主要操作原理。为了快速测定燃气涡轮的回火和熄火的安全操作范围，所述方法包括：通过对具有n＞1种燃料组分的燃料混合物的(n-1)种物化性质的联合测量，推导燃料组成，并由此推断燃料的反应性，其中所述联合测量用于根据所述燃料气体混合物的(n-1)种物化性质推演得到一种组分的浓度，或用于在已知组成的情况下确定所述燃料的比例；并且至少部分基于进入燃烧室的燃料气体混合物的经测定的性质，调节燃气涡轮的至少一个操作参数。采用本发明专利技术的技术方案，通过检测燃料气体的快速改变，确保燃气涡轮可在优化的性能和安全操作范围内使用各种燃料气体操作。在实际应用中，本发明专利技术可改进燃气涡轮的灵活性和操作燃气涡轮机的成本效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热发电领域，特别涉及控制燃气涡轮的方法，所述方法使用包含燃料反应性测量作为主要部分(integralpart)的操作原理。
技术介绍
近年来，普遍使用各类燃料来运行燃气涡轮，以提高燃气涡轮对所用的燃料的灵活性。在这种情况下，进入燃气涡轮燃烧室的燃料气体的组成将由于供给的燃料气体组分的波动而变化。已知燃料气体的组成会影响燃气涡轮的操作范围(margins)、安全、排放、脉动性能等性能。为了使燃气涡轮的性能保持优化，甚至防止燃气涡轮被损坏，必须足够快速地检测燃料气体组成的变化，以便为安全和优化操作采取措施。这样做时，需要检测由以下物质构成的宽燃料图谱：天然气组分，如CH4、C2H6和CnH2n+2；合成气组分，如H2、CO；和惰性气体，如N2和CO2。随后，可基于燃料气体的组成，通过各种操作参数来调节燃气涡轮的操作。最重要的操作参数为混合性质(通常概括为沃泊指数(WobbeIndex)，其为修正热值)和化学反应性(例如点火时间或燃烧速率)。对此的一个方案是红外(IR)分析器，用于检测进入燃气涡轮燃烧室的燃料气体的组成，例如文献US7216486B2、DE10302487A1中所描述。可通过该方式检测燃料气体的一些组分，例如CH4和C2+(C2+概括所有n＞1的CnH2n+2类物质)。常见的IR吸收技术很迅速(时间＜＜1min)，但没能足够好地吸收，以区分C3和更高级的C2+组分。此外，通常存在于燃料气体中的一些其它组分(例如H2和N2)对于红外吸收不灵敏，不能被红外分析器检测到。使用气相色谱仪是检测燃料气体组成的另一种方法。然而，气相色谱仪具有相对慢的响应时间(通常为几分钟，＞15min)，因此不足够快以充分检测快速变化的组成。已知科里奥利(Coriolis)测量计被用在燃气涡轮位点上的精确质量流量的频繁测量(时间＜＜1min)。由于它们的测量原理，可以通过标准仪器获得定量的燃料密度。已将燃料密度测量用于得到燃料的沃泊指数，所述沃泊指数随后用于操作燃气涡轮，如文献US2011/0247315A1中所描述。所测能量特征被实时传达至控制单元。EP1995518A2中公开了将气态燃料的密度测量结合热值的测量，以计算与控制燃气涡轮中燃烧有关的沃泊指数。将所测沃泊指数值与气态燃料的预定沃泊指数值相比较，调节燃料温度，以达到预定沃泊指数值。若使用燃料气体的混合物进料至涡轮机，热量计将测量混合物的温度、降低的热值和相对密度，以确定混合物本身的沃泊指数。根据已知的现有技术，将沃泊指数和热值用于保持所含能量，使得发动机在给定负荷下运行。申请人所用的燃烧室，例如EV、AEV或SEV燃烧室对于燃料反应性比其它燃烧室更为灵敏。这是不同燃料机动性限度的一部分(partofdifferentfuelflexibilitymargins)。C2+反应性的测量是操作原理的主要部分(integralpart)。为优化的性能和回火(flashback)和熄火(blow-out)的安全，可根据燃料的组成调节燃气涡轮的操作。燃料组成的快速检测是优化性能以及安全测量的要求。可将对燃料组成的变化的检测用于推导反应性的变化，这可用于优化燃气涡轮的操作。为了覆盖更宽的燃料参数，需要考虑将测定燃料组成的方法与大量燃料特定测量或更宽范围的物化性质测量结合。目前尚未得知使用燃料密度或其它物化性质来支持燃料组成或混合物中不同燃料组分的比例的测定。专利技术概述本专利技术的目的是提供通过测定燃料特性以确定回火和熄火的安全操作范围，从而快速控制燃气涡轮的方法。该目的通过根据本申请权利要求1的控制燃气涡轮的方法达到。本专利技术的控制具有至少一个燃烧室阶段的燃气涡轮的方法快速测定了燃气涡轮的回火和熄火的安全操作范围，其中所述控制方法以燃料反应性测量作为主要原理操作。该方法包括：通过具有n＞1种燃料组分的燃料混合物的(n-1)种理化性质的联合测量来推导燃料组成，并由此推断燃料的反应性，其中所述联合测量用于根据所述燃料气体混合物的(n-1)种物化性质推演得到一种组分的浓度，或用于在已知组成的情况下确定所述燃料的比例；并且至少部分基于进入燃烧室的燃料气体混合物经测定的性质来调节燃气涡轮的至少一个操作参数。根据一个实施方案，所述方法的特征在于：除了通常的常规燃料气体测量之外，进行所述物化性质的测量，以安全模式运行燃气涡轮，直到准确的燃料气体组成被所述具有较低响应时间但更高精确度的常规测量设备所确认。根据另一个实施方案，所述方法的特征在于：进行所述物化性质的测量，替代通常的常规燃料气体测量。所述燃气涡轮的调节包括因热气温度的降低而进行的降低额定值(de-rating)和/或分段(staging)。如果燃气涡轮为带有第一和第二燃烧室的连续燃烧类型，所述调节可包括第一和第二燃烧室之间的功率平衡。根据本专利技术的一个实例，所述方法的特征在于：仅测量一个性质，所述性质仅为混合前后一种燃料气体流的一部分。根据另一个实施方案，所述方法的特征在于：如果预期单个燃料的组成接近恒定且已知，则在将燃料混合之后测量燃料气体的一个性质。优选地，测量燃料气体的密度(作为物化性质)，以检测燃料组成的变化，并且C2+含量和/或H2含量得自所述密度测量。此外，测量热导率和/或热输入(低热值，LHV)(作为物化性质)，以检测燃料组成的变化。根据本专利技术的一个示例性实施方案，所述通过测量燃料气体的密度和热导率来确定燃料气体的组成的方法进一步包括：测定由燃料气体的C2+百分数、沃泊指数、相对热输入或比热构成的一种或多种燃料性质。根据本专利技术的一个示例性实施方案，使用科里奥利测量仪、红外分析器、气相色谱仪、RAMAN光谱装置和/或高分辨二极管激光器实现所述对燃料性质的测量。根据本专利技术的一个示例性实施方案，所述方法进一步包括：测定所述燃料气体中CH4、CO、C2H6、N2和/或CO2的含量。根据本专利技术一个示例性实施方案，操作参数由燃料气体组合物的组分形成。根据本专利技术的一个示例性实施方案，操作参数由燃料气体组合物的组分形成，所述组分根据它们对燃烧反应性(reactivityoftheflame)的影响进行加权。根据本专利技术的一个示例性实施方案，至少部分基于所述燃料气体的测定密度对所述燃气涡轮的至少一个操作参数的调节包括：测定燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于控制具有至少一个燃烧室阶段的燃气涡轮的方法，所述方法以燃料反应性测量作为主要操作原理，以快速测定燃气涡轮的回火和熄火的安全操作范围，所述方法包括：通过对具有n＞1种燃料组分的燃料混合物的(n‑1)种物化性质的联合测量，推导燃料组成，并由此推断燃料的反应性，其中所述联合测量用于根据所述燃料气体混合物的(n‑1)种物化性质推演得到一种组分的浓度，或用于在已知组成的情况下确定所述燃料的比例；并且至少部分基于进入燃烧室的燃料气体混合物的经测定的性质，调节燃气涡轮的至少一个操作参数。

【技术特征摘要】
2014.09.02 EP 14183267.51.用于控制具有至少一个燃烧室阶段的燃气涡轮的方法，所述
方法以燃料反应性测量作为主要操作原理，以快速测定燃气涡轮的回
火和熄火的安全操作范围，所述方法包括：通过对具有n＞1种燃料组
分的燃料混合物的(n-1)种物化性质的联合测量，推导燃料组成，并由
此推断燃料的反应性，其中所述联合测量用于根据所述燃料气体混合
物的(n-1)种物化性质推演得到一种组分的浓度，或用于在已知组成的
情况下确定所述燃料的比例；并且至少部分基于进入燃烧室的燃料气
体混合物的经测定的性质，调节燃气涡轮的至少一个操作参数。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：除通常的常规燃料气
体测量之外，进行所述物化性质的测量，以安全模式运行所述燃气涡
轮，直到准确的燃料气体组成被具有更短的响应时间但更高的精确度
的常规测量设备所确认。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：进行所述物化性质的
测量，以替代通常的常规燃料气体测量。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述燃气涡轮的调节
包括由于热气温度的降低导致的降低额定值(de-rating)和/或分段
(staging)。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述燃气涡轮为具有
第一和第二燃烧室的连续燃烧类型，且所述燃气涡轮的调节包括所述
第一和所述第二燃烧室之间的功率平衡。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于：仅测量一种性质，所
述性质仅为混合前后的一种燃料气体流的一部分。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于：若所述单个燃料的组
成为已知，且预期接近恒定，则在混合所述燃料之后测量燃料气体的
一种性质。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其特征在于：作为物化性<...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·古伊特，T·温德，H·辛恩，M·克里曼恩，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH