用于燃气轮机干式低NOX燃烧器校正参数控制的方法和设备技术

一种控制发动机燃烧器(10)的方法，该燃烧器(10)具有燃料氧化剂比，该燃料氧化剂比是指供给燃烧器(10)的燃料量除以供给燃烧器(10)的氧化剂流(20)中的氧气量得到的比值，该方法包括控制燃烧器(10)的燃料氧化剂比作为氧化剂流(20)中的氧气量的函数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种燃烧器，更具体地说，本专利技术涉及一种燃气轮机燃烧器。
技术介绍
当今的燃气轮机技术致力于降低氮化物(NOx)和碳氢化合物的排放。完成这种降低排放的技术通常会导致热力学效率的降低或者成本费用相对较大的增加。通常发现，在燃气轮机燃烧器的高温状态下，氧化剂中的氮发生反应而产生NOX化合物。可以通过降低燃烧器中的最大火焰温度来减少NO5^A形成。向燃烧器内喷射蒸汽能降低燃烧器内最大火焰温度，但是这样做的代价是降低了热力学效率。对水的使用也需要一定的费用，包括水处理的基建投资和运行费用。蒸汽的喷射量和与此相关的费用随着对NOx的期望减少量而增大。一些州和其它国家已经宣布了降低NOx的目标，据此推断，对于将来的系统需要来说，这种采用大量蒸汽的方案似乎并不理想。通过确保燃烧器内燃料的完全燃烧，也可以达到降低或消除碳氢化合物排放的目的。完全的燃烧需要稀的燃料-氧化剂混合物。由于燃料-氧化剂混合物变得更稀，需要达到无法再支持燃烧的程度。因此，已经引导一些有意义的研究工作来降低最大火焰温度，同时仍然允许燃烧器的有效运行。已经开发出了 干式低NOx燃烧，它能通过燃料/氧化剂的优化来降低火焰温度，从而限制NOx的形成。干式低NOx燃烧器对燃料和氧化剂的混合进行控制，从而产生更大和更多的分支火焰，降低峰值火焰温度，并且降低NOx的形成量。大体上，在传统的干式低NOx燃烧器中有三个阶段:燃烧、还原、以及燃尽。在初始阶段，在形成NOx的富燃料、贫氧化剂区域发生燃烧。随后是还原气氛，其中碳氧化物形成并且与已经形成的NOx发生反应。在第三阶段，内氧化剂阶段(staging)结束该燃烧。燃气轮机的干式低NOx燃烧对于降低NOx排放有一定的效果，但是干式低顯)(燃烧对燃烧器氧化剂中氧含量的变化很敏感。供给燃烧器的氧化剂通常由通过压缩机引入的环境空气组成，由于环境水蒸气和可能出现的额外的水蒸气的稀释作用，所述环境空气具有变化的氧含量，所述额外的水蒸气来自蒸发冷却器或其它通过水的蒸发冷却进入空气的装置。另外，在燃烧过程前或燃烧过程中有时会有其它的稀释剂(例如蒸汽，氮气或液态水)混入氧化剂中。因此，需要确定全部氧化剂中的氧气含量。
技术实现思路
本专利技术示例性的实施例包括一种控制发动机燃烧器的方法，该燃烧器具有燃料氧化剂比，该燃料氧化剂比是指供给燃烧器的燃料量除以供给燃烧器的氧化剂流中的氧气量得到的比值。该方法包括控制燃烧器的燃料氧化剂比作为氧化剂流中的氧气量的函数。本专利技术另一个示例性的实施例包括一种具有氧化剂流和燃料供应的燃气轮机。该燃气轮机包括涡轮机、压缩机、燃烧器、氧气传感器、燃料系统和控制器。压缩机与涡轮机机械连接。燃烧器与涡轮机和压缩机都流体连通。燃烧器接受氧化剂流和燃料供给。氧气传感器适于产生响应于氧化剂流中的氧气量的氧气水平信号。燃料系统给燃烧器提供燃料供应。控制器与氧气传感器、压缩机和燃料供给系统电气连接。通过阅读后面的描述并参照附图，本专利技术的上述和其它目的、特征和优点将明显体现出来，附图中相同的附图标记表示相同的部件。附图说明通过参照附图进行的以下描述，可以使本专利技术的这些和其它优点变得更加明显，附图所示是:图1所示是燃气轮机的示意图，按照本专利技术的示例性实施例，该燃气轮机采用氧含量来控制燃烧器。具体实施例方式图1所示是燃气轮机的示例性实施例。该燃气轮机包括燃烧器10。燃烧器10使燃料-氧化剂混合物发生燃烧从而产生热的和具有能量的气流12。然后，来自燃烧器10的气流12流向涡轮机14。涡轮机14包括涡轮机叶片组件(未示出)。气流12把能量传递给涡轮机叶片组件，使涡轮机叶片组件旋转。涡轮机叶片组件与轴16连接。轴16随涡轮机叶片组件的旋转而旋转。轴16然后用于驱动压缩机18。轴16可以选择性地把功率输出17提供给不同的输出装置(未示出)，该输出装置例如是发电机。压缩机18吸入氧化剂流20。控制器22对氧化剂流20的流量进行控制。控制器22利用气流调整信号24来控制压缩机18的进气装置(未示出)的几何形状。氧化剂流20在压缩机18内被压缩。氧化剂流20被压缩后，压缩的氧化剂流23被送入燃烧器10。来自压缩机18的压缩氧化剂流23与来自燃料供给系统28的燃料流26混合，从而在燃烧器10内形成燃料-氧化剂混合物。随后，该燃料-氧化剂混合物在燃烧器10内经历燃烧过程。输入压缩机18的氧化剂流20包括多种成分。所述多种成分包括干空气成分和水蒸气成分。所述水蒸气成分由当地环境条件和为冷却目的进入压缩机进气流的额外的水的蒸发而引起。大气中的干空气包含氮气成分、氧气成分、氩气成分、二氧化碳成分、以及浓度非常低的附加微量成分，这些微量成分可以被忽略。每种干空气成分相对于大气中干空气的总量都具有特定的比例。氧化剂流20包括大气中干空气和水蒸气。当氧化剂流20在压缩机18中被压缩时，它被作为压缩氧化剂流23而送入燃烧器10。压缩氧化剂流23可以包括除大气中空气之外的成分。因此，大气中空气的氧浓度与压缩氧化剂流23的氧浓度可能不相同。由于压缩氧化剂流23中的氧气量直接影响燃烧器10中的燃烧过程，因此获得压缩氧化剂流23中的氧气量非常重要。压缩氧化剂流23中的氧气与燃料流26中的燃料混合，从而在燃烧器10中发生燃烧。供给燃烧器10的燃料量除以供给燃烧器10的压缩氧化剂流23中的氧气量得到的比值叫做燃料氧化剂比。对燃料氧化剂比的控制结果就是对燃烧过程的控制。例如，由于有充分的氧气，较低的燃料氧化剂比导致燃料更完全的燃烧。控制器22接收有关燃烧器参数的输入，并响应于该燃烧器参数提供对燃烧器10的控制，从而提高燃料氧化剂比。燃烧器参数包括但不限于功率电平信号30、大气压力信号32、涡轮机进气压力信号34、涡轮机排气压力信号36、氧气水平信号38、涡轮机进气温度信号42、进气口几何形状信号45和燃料流信号46。进气口几何形状信号45被从燃烧器10传送给控制器22。进气口几何形状信号45向控制器22提供压缩机18的进气装置(未示出)的几何形状信息。燃料流信号46向控制器提供供给燃烧器10的燃料流26的信息。在一个示例性的实施例中，控制器22接收上述燃烧器参数中的若干个燃烧器参数来控制燃烧器10，从而提高燃料氧化剂比。干式低NOx涡轮机的一个前提是通过优化燃料氧化剂比来降低火焰温度。燃料氧化剂比的优化需要对压缩氧化剂流23中的氧气量和供给燃烧器10的燃料流26进行测量，并且对压缩氧化剂流23中的氧气量和燃料流26中的任一个进行控制或者对两者都进行控制。氧气传感器40对压缩氧化剂流23中的氧气量进行测量，并响应于所述压缩氧化剂流23中的氧气量而产生氧气水平信号38。在一个示例性的实施例中，氧气传感器40是GE02X1氧气分析仪，但是，也可以使用其它的氧气传感器。另外，如果有除大气空气之外的物质进入压缩机18，氧气水平将变化。无论是否有上述物质进入压缩机18，氧气传感器40都能产生氧气水平信号38，控制器22能校正大气条件，从而允许对燃料氧化剂比进行控制。控制器22根据当前大气条件对氧气水平信号38进行校正。在一个参考日根据参考参数测量得到参考氧气水平。参考参数包括参考涡轮机进气压力、参考涡轮机排气温度和参考大气压力。控制器22通过根据由大气压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有氧化剂流和燃料供应的燃气轮机，包括：涡轮机；压缩机，所述压缩机与所述涡轮机机械连接；燃烧器，所述燃烧器与所述涡轮机和所述压缩机都流体连通，所述燃烧器接受氧化剂流和燃料供应；氧气传感器，所述氧气传感器适于产生响应于氧化剂流中的氧气量的氧气水平信号；燃料系统，所述燃料系统给所述燃烧器提供燃料供应；以及控制器，所述控制器与所述氧气传感器、所述压缩机和所述燃料供给系统电气连通。

【技术特征摘要】
2005.03.02 US 10/9066891.一种具有氧化剂流和燃料供应的燃气轮机，包括: 涡轮机； 压缩机，所述压缩机与所述涡轮机机械连接； 燃烧器，所述燃烧器与所述涡轮机和所述压缩机都流体连通，所述燃烧器接受氧化剂流和燃料供应； 氧气传感器，所述氧气传感器适于产生响应于氧化剂流中的氧气量的氧气水平信号； 燃料系统，所述燃料系统给所述燃烧器提供燃料供应；以及 控制器，所述控制器与所述氧气传感器、所述压缩机和所述燃料供给系统电气连通。2.如权利要求1所述的燃气轮机，其中所述控制器被配置成控制所述燃料供应和所述氧化剂流中的至少一个。3.如权利要求1所述的燃气轮机，其中所述控制器响应于所述氧气水平信号。4.如权利要求3所述的燃气轮机，其中所述控制器基于与参考大气条件不同的当前大气条件来校正所述氧气水平信号。5.如权利要求4所述的燃气轮机，其中关于下列项中的至少一项来测量所述当前大气条件和所述参考大气条件: 涡轮机进气压力； 涡轮机排气压力；以及 大气压力。6.如权利要求1所述的燃气轮机，其中所述控制器被配置成获得作为提高的燃料氧化剂比的燃料氧化剂比，所述燃料氧化剂比被定义为供给所述燃烧器的燃料量除以供给所述燃烧器的氧化剂流中的氧气量得到的比值。7.如权利要求6所述的燃气轮机，其中基于所述燃气轮机的功率电平来确定所述提高的燃料氧化剂比。8.如权利要求6所述的燃气轮机，其中通过涡轮机进气温度在给定的功率电平下指示所述燃料氧化剂比。9.如权利要求6所述的燃气轮机，其中通过给定的功率电平的期望的涡轮机排气温度来指示所述提高的燃料氧化剂比。10.一种用于控制涡轮发动机的燃烧器的方法，所述燃烧器具有燃料氧化剂比，所述燃料氧化剂比被定义为供给燃烧器的燃料量除以供给燃烧器的氧化剂流中的氧气量得到的比值，所述方法包括: 控制涡轮发动机的燃烧器的燃料氧化剂比作为氧化剂流中的氧气量的函数。11.如权利要求10所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：MI阿拉，RR普里斯特利，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：