用于闭环排放物控制的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于闭环排放物控制的系统和方法。具体而言，本发明专利技术的一些实施例可包括用于控制与燃气涡轮机燃烧器（１０４）相关联的燃烧排放物参数的系统和方法。该方法可包括提供穿过燃气涡轮机（１０６）排气管路（１１０）的光学通路、使光沿光学通路传播、测量燃气涡轮机（１０６）排气管路（１１０）内的光的排气（１０８）物种吸收，以及至少部分地基于测得的排气（１０８）物种吸收来控制燃烧参数中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及涡轮机的排放物控制，并且更具体地涉及用于闭环排放物控制 的系统和方法。
技术介绍
工业燃气涡轮机通常需要复杂的控制系统来高效地转换能量，同时最大限度地 减小污染排放物。诸如氮氧化物的污染物可通过降低最高气体温度来减少，这可通过在 燃烧室中保持贫燃料空气比(leanfuel-to-air ratio)而实现。然而，如果燃料/空气混合物 过于贫乏，则不完全燃烧会产生过多的一氧化碳和未燃烃。当以贫燃料燃烧操作时，还 会出现其它操作问题，包括不稳定的负载转移以及燃烧不稳定。因此，燃料/空气混合 物和反应区内的温度必须受到控制以支持完全燃烧。已经提出了一些系统，用于通过测量各种燃烧参数以及通过将该测量结果 (measurement)用作输入以控制燃料系统来控制燃料/空气混合物。例如，一种常规系统 包括控制系统，其中，燃料流动速率、压力水平以及排出排气的温度分布作为输入用于 设置燃料调节(trim)控制阀。用于控制燃烧动力(动态特性)的其它技术包括测量来自燃烧喷燃器火焰的光 发射，以及使用测得的信号来控制一些燃烧参数。例如，一种常规系统使用闭环反馈系 统，利用碳化硅光电二极管，通过测量紫外线辐射强度来感测燃烧火焰温度。感测到的 紫外线辐射用于控制燃料混合物的燃料/空气比，以便将火焰温度保持在与期望的低水 平氮氧化物相关的预定水平以下。其它常规系统可使用光学纤维来收集光以及将光从燃烧区域传输至检测器。另 一些常规系统可使用摄像机来采集火焰图像，主要用于监测存在或不存在火焰。质量通量感测技术已经提出在涡轮机中采用。例如，基于激光器的多普勒频移 测量系统可用于确定涡轮机空气入口管路中的空气流，且已经提出了类似系统用于通过 比较频率不同的两个光生成器(激光器)的吸收特征来测量静态温度。仍然需要用于闭 环排放物控制的改进系统和方法。
技术实现思路
上述需求中的一些或全部可通过本专利技术的一些实施例而予以解决。本专利技术的一 些实施例可包括。根据本专利技术的示例性实施例，提供了一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器相关联 的燃烧排放物参数的方法。该方法可包括提供穿过燃气涡轮机排气管路的光学通路、使 光沿光学通路传播、测量燃气涡轮机排气管路内的光的排气物种吸收，以及至少部分地 基于测得的排气物种吸收来控制燃烧参数中的至少一个。根据另一示例性实施例，提供了一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器相关联的燃 烧排放物参数的系统。该系统可包括与穿过燃气涡轮机排气管路的光学通路连通的一个或多个光检测器(photodetector)、可操作成以将光沿光学通路传播至一个或多个光检测器 的一个或多个光源，以及可操作成至少部分地基于来自一个或多个光检测器的一个或多 个信号来控制燃烧排放物参数中的至少一个的控制装置。根据另一示例性实施例，提供了一种燃气涡轮机。该燃烧涡轮机可包括燃烧 器、排气管路、穿过排气管路的光学通路、与光学通路连通的一个或多个光检测器，以 及可操作成以将光沿光学通路传播至一个或多个光检测器的一个或多个光源。本专利技术的其它实施例和方面在本文中进行了详细描述，且认作是要求得到专利 保护的本专利技术的一部分。其它的实施例和方面可参照以下详细描述、附图和所附权利要 求进行理解。附图说明现在将参照附表和附图，附图不必按比例绘制，且在其中表1列出了根据本专利技术示例性实施例的可测量的排气物种和光吸收波长的实 例。图1为根据本专利技术示例性实施例的与涡轮机燃烧器排气管路连通的示范性光学 探询系统的示图。图2为根据本专利技术示例性实施例的示范性光学探询探针的示图。图3为根据本专利技术示例性实施例的示例性方法的流程图。零件清单100闭环排放物控制系统102压缩机104燃烧器106 涡轮108 排气110排气管路112排气管114 光源116 输入端口118与排气相互作用的部分光120 输出端口122光检测器123检测器信号124控制器126 燃料128 空气202 壳体(enclosure)204光学探询探针206 镜子208入射光210反射光具体实施方式 下文将参照示出本专利技术实施例的附图来更为完整地描述本专利技术的实施例。然 而，本专利技术可实施为许多不同形式并且不应看作是对本文所述的实施例进行限制；确切 而言，提供这些实施例是为了使本公开内容将是全面和完整的，以及将本专利技术的范围完 全地传达给本领域的技术人员。相似的标号表示所有相似的元件。本专利技术的一些实施例可通过利用光来探测或探询排气管路以便检测光在穿过相 关区域之后的时间衰减和/或光谱衰减，从而能在涡轮机燃烧器的排气管路中测量燃烧 排放物参数。根据本专利技术的实施例，测得的燃烧参数继而可用于控制燃烧器的各种参 数，包括但不限于燃料流动速率、燃料/空气比、燃烧器平衡(combustor balance)以及燃 料流动分布，以便优化操作参数，包括但不限于氧化亚氮排放物、动态压力振荡以及燃 料效率。根据本专利技术的一些示例性实施例，特定的排放物物种可通过利用光吸收的原理 在燃烧器排气管路或排气管内进行监测。根据示例性实施例，穿过燃烧器排气管路发 射的光可进行测量，以便通过光的光谱衰减和/或时间衰减来确定排气物种的存在和浓 度。根据本专利技术的实施例，用于测量排气物种的光可包括处在3.5微米至24微米范围内 的中IR(红外线)波长。根据本专利技术的其它实施例，用于测量排气物种的光可包括处在 1.0微米至3.5微米和24微米至500微米的范围内的附加波长。根据示例性实施例，光谱 分辨的光吸收可用于识别化学物种(物类)，包括但不限于NO、NO2, CO、CO2, SO2 和压0。测得的信号可与燃料-空气比、燃料流动分布、空气流速率、注水速率、热释 放速率、燃烧器平衡、温度等相关。此外，吸收信号可用作在闭环燃烧控制系统中使用 的反馈。以下的表1列出了一些示例性的可检测的排气物种和在环境温度下的相关吸收 波长。表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器（１０４）相关联的燃烧排放物参数的方法，所述方法包括：提供穿过燃气涡轮机排气管路（１１０）的光学通路；使光沿所述光学通路传播；测量所述燃气涡轮机排气管路（１１０）内的所述光的排气（１０８）物种吸收；以及至少部分地基于测得的所述排气（１０８）物种吸收来控制所述燃烧参数中的至少一个。

【技术特征摘要】
US 2009-9-18 12/5622351.一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器(104)相关联的燃烧排放物参数的方法，所述方 法包括提供穿过燃气涡轮机排气管路(110)的光学通路； 使光沿所述光学通路传播；测量所述燃气涡轮机排气管路(110)内的所述光的排气(108)物种吸收；以及 至少部分地基于测得的所述排气(108)物种吸收来控制所述燃烧参数中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供光学通路包括提供至少一个输入光 学端口(116)、输出光学端口(120)以及至少一个光检测器(122)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿所述光学通路传播包括提供一 个或多个量子级联激光器光源(114)，以及沿所述光学通路引导来自于所述光源(114)的光。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿所述光学通路传播包括提供用于 各个所测量的排气(108)物种的一个或多个量子级联激光器。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿所述光学通路传播包括传播用于 测量排气(108)物种吸收的窄带光学辐射。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿所述光学通路传播包括传播处在 大约3.5微米至大约24微米之间的波长范围内的光(118)用于测量所述排气(108)物种的 中红外吸收。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧参数包括以下中的至少一个 燃料流动速率、燃料流动分布、空气流速率、注水速率、燃烧器平衡，或者空气/燃料 比。8.—种用于控制与燃气涡轮机燃烧器(104)相关联的燃烧排放物参数的系统，所述系 统包括一个或多个光检测器(122)，其与穿过燃气涡轮机排气管路(110)的光学通路连通； 一个或多个光源(114)，其可操作以使光沿所述光学通路传播至所述一个或多个光检 测器(122)；以及控制装置(124)，其可操作以至少部分地基于来自所述一个或多个光检测器(122)的 一个或多个信号(123)来控制所述燃烧排放物参数中的至少一个。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光学通路包括输出光学端口(120) 以及至少一个输入光学端口(116)。10.根据权利要求8所述的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：PM马利，JW贾纳维奇，W埃伯哈德特，M霍尔特，王瑜，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]