操作燃气轮机的方法技术

本发明专利技术涉及一种操作燃气轮机(10)的方法，其中在压缩机(13)中压缩含有CO2的气体，压缩后的气体用于在至少一个随后的燃烧室(14，18)中燃烧燃料，热燃烧气体用于驱动至少一个涡轮机(17，21)。通过以下方法获得改进的控制和性能：利用分布式布置的多个物质浓度传感器(22；22a-1；23)在燃气轮机(10)内的数个点处测量流过燃气轮机(10)的气体混合物的物质浓度，利用所测量的浓度值控制燃气轮机和/或优化所述燃气轮机(10)的燃烧性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气轮机技术。其涉及根据权利要求1的前序部分所述的。其进一步涉及用于执行上述方法的燃气轮机。
技术介绍
当在燃气轮机中使用烟道气体再循环(FGR)时，即，在燃气轮机的出口处的烟道气体的一部分再循环返回到进口处并与新鲜气体(空气)混合时，O2浓度减少，因此由于不完全燃烧而限制了运行，并导致高的CO排放。另外，在燃气轮机的燃烧器中，特定构件可能会受到气流的富氧和贫氧部分的影响。辨别出该区域和运行状态对于在安全模式下操作燃气轮机很有帮助，确保了长的使用寿命。FGR率的控制是该操作的一项必须任务。为了操作发动机，需要测量FGR率。如果不直接采用质量流来测量，可以通过测量压缩机进口处的O2含量来实现。现有技术中已经公开了使用用于火焰监视的O2传感器(参见文献EP2107305)。在该文献中，O2浓度的测量被限制为火焰温度(Tm5)的判定。没有提到FGR用于防止富化学计量的燃烧状态的应用。采用快速、低成本和可靠的传感器来在燃气轮机中的数个点上测量物质浓度(尤其是O2)，并使用这些测量来进行燃气轮机控制和/或燃烧性能的优化，这将具有巨大的价值。具有附加的传感器，将使得燃气轮机可以接近运行的极限。对于燃烧器，ZrO2传感器的使用还可以局部地避免由于还原性气氛和均匀火焰造成的使用寿命减少。这种ZrO2传感器可以和车辆中的三效催化剂相似地用于优化操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其获得改进的燃气轮机控制和性倉泛。该目的由用于而获得，其中含有CO2的气体在压缩机中被压缩，压缩后的气体用于在至少一个随后的燃烧室中燃烧燃料，并且热燃烧气体用于驱动至少一个涡轮机，其特征在于，利用分布式布置的多个物质浓度传感器在燃气轮机内的数个点处测量流过燃气轮机的气体混合物的物质浓度，并且所测量的浓度值用于控制燃气轮机和/或优化所述燃气轮机的性能。根据本专利技术的实施方案，至少O2浓度由所述多个物质浓度传感器测量。根据本专利技术的另一实施方案，使用ZrO2传感器作为所述物质浓度传感器。本专利技术另一个实施方案的特征在于燃气轮机是连续-燃烧型，其分别具有两个燃烧器和两个涡轮机，并具有烟气再循环，从而在燃气轮机出口处的至少一部分烟气被再循环并在与其他新鲜气体混合后进入到压缩机中，测量O2和优选的其他物质，尤其是co2、co、NOx和H2O的物质浓度，基于所测量的物质浓度值控制进入到第二燃烧器的烟道气流。优选地，在测量第一涡轮机出口温度的位置附近测量第一涡轮机后的O2分布(profile)，以辨别第一燃烧器内的富区和贫区。特别地，所述物质浓度测量在大气压力下参考新鲜空气来完成。根据本专利技术另一个实施方案，在第一燃烧器内测量O2分布。特别地，所述测量用于获取火焰温度的局部值。根据本专利技术的燃气轮机包括压缩机、具有第一燃烧室和第一燃烧嘴的第一燃烧器、位于所述第一燃烧器下游的第一涡轮机、位于所述第一涡轮机下游的具有第二燃烧室和第二燃烧嘴的第二燃烧器、位于所述第二燃烧器下游的第二涡轮机、以及用于再循环燃气轮机出口的部分烟道气体到其进口的构件。其特征在于，多个物质浓度传感器布置在燃气轮机的气流中，所述物质浓度传感器连接至控制单元，其控制燃气轮机的运行根据本专利技术的燃气轮机的实施方案，燃料供应阀设置在第二燃烧嘴的燃料供应处，所述燃料供应阀由所述控制单元根据所述物质浓度传感器的测量来操作。优选地，所述物质浓度传感器布置在相对于燃气轮机的轴的圆周分布上，位于第一涡轮机后测量第一涡轮机出口温度的位置附近。可选地，所述物质浓度传感器布置在相对于燃气轮机的轴的圆周分布上，并位于第一燃烧器内。特别地，所述物质浓度传感器是ZrO2传感器。附图说明下面通过不同的实施方案并参考附图更具体地描述本专利技术。图1是根据本专利技术实施方案的具有连续燃烧和烟道气再循环功能的燃气轮机的纵向截面图；以及图2是本专利技术其他物质浓度传感器的优选的圆周分布的轴向视图。具体实施例方式大体上，有数种使用ZrO2传感器在燃气轮机中快速测量O2的可能。本专利技术意图在具有连续燃烧和烟道气体再循环的燃气轮机中的燃烧器的出口处获得均匀的气流。这样的燃气轮机的简化示意图在图1中示出图1中的燃气轮机10包括转子11，其具有被内部壳体12包围的轴26。压缩机13压缩进入的工作气体。压缩后的气体进入具有第一燃烧室14和第一燃烧嘴15的第一燃烧器14，15，其在燃料输入点16接收它们的燃料。第一燃烧器14，15的热燃烧气体流过第一涡轮机17，并进入到具有第二燃烧室18和第二燃烧嘴19的第二燃烧器18，19中，其在燃料输入点20接收它们的燃料。第二燃烧器18，19的热燃烧气体流过第二涡轮机21并作为烟道气离开燃气轮机10。部分烟道气被再循环构件27 (虚线部分)再循环到压缩机13的进口以与新鲜气体或空气混合。当采用快速ZrO2探头(或者任何其他合适的快速传感器)测量时，由于在第一燃烧器14，15和第二燃烧器18，19中的燃料的非均匀分布，不对称的冷却空气流和混合再循环和新鲜气体之后的进气流中的可能不对称的O2分布，使得包含在第一燃烧器14，15的燃烧器出口平面的例如C02、C0、N0x和尤其是O2的物质浓度将可能呈现一些(超过设计范围的)分布。这导致了 O2和燃料的非均匀分布，并因此导致了发动机的高CO排放，限制了发动机的运行范围。为了减轻这些缺陷，根据本专利技术，第二燃烧器18，19的烟道气流应基于下面两种测量方法之一来控制。(I)在测量涡轮机出口温度I (TATl)处附近、第一涡轮机17后的氧气分布的测量(使用图2所示的物质浓度传感器22或22a-l)使得能够区别燃烧器14，15的富区和贫区。在边界附近，要测量的O2浓度为2% -6%之间，其中2-3%的O2是通过涡轮机的冷却添加的。该测量需要数个探头和中等精度，因为所期待的信号不像燃烧器内的化学计量附近那样敏感。然而，在大气压力下参考新鲜空气的测量将会没有任何问题地产生合理精度的测量。另外，可以测量其他物质的气体如C02、H20、N0x、C0等和温度T。(2)在第一燃烧器14，15 (使用物质浓度传感器23)内的测量将更为关键，因为参考空气和温度、压力的选择更为关键。所有的参数都对信号有影响。然而，由于目的在于区分化学计量从富区切换到贫区的点，因此在局部上可以期待信号很强的变化。因此，甚至一个更有问题和较低精度校正的信号都会在附近化学计量处呈现跳跃，这很适合于改变燃料流或者采用其他措施来局部地影响Lambda profile。原则上,该方法也可以用于获得局部T火焰的测量，如已经提到的文献EP2107305中所公开的。均为ZrO2型的，用于作为车辆的ICE (内燃机)的Lambda传感器的物质浓度传感器22或23，设置在第一涡轮机之后(传感器22)或位于第一燃烧室14之内(传感器23)，呈圆周地布置，如图2所示，采用多个传感器22a-l。它们连接至控制单元24，控制单元24控制位于第二燃烧嘴的燃料供应处16的燃料供应阀25(如图1所示)。通过这样的方式，燃气轮机的控制和/或燃烧性能都可以得到优化。利用附加的传感器，燃气轮机可以接近运行的极限。对于燃烧器，ZrO2传感器的使用有助于局部地避免由于还原性气氛和均匀火焰造成的使用寿命减少。附图标记10燃气轮机(连续燃烧)11 转本文档来自技高网...

【技术保护点】
操作燃气轮机(10)的方法，其中在压缩机(13)中压缩含有CO2的气体，压缩后的气体用于在至少一个随后的燃烧室(14，18)中燃烧燃料，热燃烧气体用于驱动至少一个涡轮机(17，21)，其特征在于，利用分布式布置的多个物质浓度传感器(22；22a?1；23)在燃气轮机(10)内的数个点处测量流过燃气轮机(10)的气体混合物的物质浓度，所测量的浓度值用于控制燃气轮机(10)和/或优化所述燃气轮机(10)的燃烧性能。

【技术特征摘要】
2011.10.14 CH 01676/111.操作燃气轮机(10)的方法，其中在压缩机(13)中压缩含有CO2的气体，压缩后的气体用于在至少一个随后的燃烧室(14，18)中燃烧燃料，热燃烧气体用于驱动至少一个涡轮机(17，21)，其特征在于，利用分布式布置的多个物质浓度传感器(22 ；22a-l ；23)在燃气轮机(10)内的数个点处测量流过燃气轮机(10)的气体混合物的物质浓度，所测量的浓度值用于控制燃气轮机(10)和/或优化所述燃气轮机(10)的燃烧性能。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少O2浓度是利用所述多个物质浓度传感器(22 ；22a-l ；23)测量的。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于使用ZrO2传感器作为所述物质浓度传感器(22 ；22a-l ；23)。4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于燃气轮机(10)是连续-燃烧型，其分别具有两个燃烧器(14，15 ;18，19)和两个涡轮机(17，21)，并具有烟气再循环，从而在燃气轮机(10)出口处的至少一部分烟气被再循环并在与新鲜气体混合后进入压缩机(13)中，测量O2和优选其他的物质，尤其是C02、CO、NOx和H2O的物质浓度，并基于所测量的物质浓度值控制进入到第二燃烧器(18，19)的燃料流。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于在测量第一涡轮机出口温度(TATl)的位置附近测量第一涡轮机(17)后的O2分布，以辨别第一燃烧室(14，15)中的富区和贫区。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于在大气压力下参考新鲜空气来进行所述物质浓度的测量。7.如权利要求4所述的方法,其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·居特，D·斯坦科维奇，M·贡普雷希特利鲍，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：