本發(fā)明涉及使用選定的渦輪機(jī)出口溫度測量操作燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法。本發(fā)明額外地涉及帶有控制器的燃?xì)鉁u輪機(jī),所述控制器被配置為并且適于執(zhí)行這樣的方法。
背景技術(shù):
渦輪機(jī)出口溫度是能夠被用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作以及用于在操作期間保護(hù)燃?xì)鉁u輪機(jī)的一種參數(shù)。使用渦輪機(jī)出口溫度控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的示例已經(jīng)在例如ep2071157a1中公開。
渦輪機(jī)出口溫度也能夠被用于順序燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)。順序燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)的控制曾是過去的各種文獻(xiàn)的主題。順序燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)的基礎(chǔ)操作構(gòu)思例如在ep0718470a2中描述。
渦輪機(jī)出口溫度的可靠和精確的測量是在整個負(fù)荷范圍內(nèi)燃?xì)鉁u輪機(jī)操作的可靠和精確控制的先決條件。
由于由不穩(wěn)定的可再生能源(比如風(fēng)或者太陽能)產(chǎn)生的增加的發(fā)電量,現(xiàn)有的基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的發(fā)電廠正逐漸被用于平衡電力需量和穩(wěn)定電網(wǎng)。因此,需要改進(jìn)的操作靈活性。這表明燃?xì)鉁u輪機(jī)通常在低于基本負(fù)荷設(shè)計點的負(fù)荷下(即,在更低的燃燒室入口和點火溫度下)被操作。此外,根據(jù)價格和可得性使用具有不同的燃料氣體成分的來自不同源的燃料。
同時,排放限制值和整體排放許可正變得更加嚴(yán)苛,使得需要在更低排放值下操作,以及對于不同的燃料成分,在部分負(fù)荷操作下、在瞬態(tài)期間也要保持低排放,因為這些也計入累積的排放限制。為了保證低排放和穩(wěn)定的操作,需要精確和穩(wěn)健地確定渦輪機(jī)出口溫度。
通常,在燃?xì)鉁u輪機(jī)控制器中確定所有渦輪機(jī)出口溫度測量的算術(shù)平均數(shù),并且該算數(shù)平均數(shù)被用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)操作。理論上,所有單個溫度測量的平均是獲得渦輪機(jī)出口溫度的最佳方式。
在穩(wěn)定的潔凈燃燒的情況下擴(kuò)展負(fù)荷范圍的一種手段也被稱為燃燒器分級(burnerstaging),即用不同的或者減少的燃料流動操作不同的燃燒器,或者甚至關(guān)閉單個燃燒器以允許其余的燃燒器用更為濃厚的燃料空氣混合物進(jìn)行操作。
在接近燃?xì)鉁u輪機(jī)的基本負(fù)荷的高的相對負(fù)荷下進(jìn)行分級以提高燃燒穩(wěn)定性通常在熱氣體溫度中僅僅引起小的偏差,并僅對平均的測得的渦輪機(jī)出口溫度產(chǎn)生小的影響。然而,例如當(dāng)在低負(fù)荷下完全停止對燃燒器的燃料供給時,熱氣體溫度會顯著地改變,且渦輪機(jī)出口溫度分布是不均勻的。結(jié)果,平均的渦輪機(jī)出口溫度不能夠被用于足夠精確地估計操作中的燃燒器的熱氣體溫度。
冷的燃燒器能夠顯著地降低平均的渦輪機(jī)出口溫度。當(dāng)使用平均的測得的渦輪機(jī)出口溫度以便控制燃?xì)鉁u輪機(jī)時,控制器調(diào)整操作,以補(bǔ)償平均的渦輪機(jī)出口溫度中的這些變化。例如,控制器能夠增加燃料流動以保持測得的渦輪機(jī)出口溫度(相應(yīng)地渦輪機(jī)的渦輪機(jī)入口溫度tit)處于目標(biāo)溫度。如果一些燃燒器實際上被關(guān)閉或者在減少的燃料供應(yīng)下操作,則其余的燃燒器在更高的熱氣體溫度下操作。
對于順序燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)而言,能夠在第一燃燒室中的燃燒器之間以及第二燃燒室中的燃燒器之間重新分配燃料。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本公開的一個目的在于一種當(dāng)供應(yīng)到單個燃燒器或者一組燃燒器的燃料供應(yīng)減少或者停止供應(yīng)時穩(wěn)定且可靠地操作燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法。燃?xì)鉁u輪機(jī)包括:壓縮機(jī)、帶有至少兩個燃燒器的燃燒室、燃燒室下游的渦輪機(jī),以及總數(shù)個渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。
所公開的用于操作燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法包括以下步驟:
-向燃燒器中的一個供應(yīng)第一燃料流動,并且向相同燃燒室的另一個燃燒器供應(yīng)第二燃料流動,其中第一燃料流動小于第二燃料流動;
用相應(yīng)渦輪機(jī)的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置測量渦輪機(jī)的渦輪機(jī)出口溫度,
-選擇少于渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的總數(shù)的多個渦輪機(jī)出口溫度測量裝置,
-對選定的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的測得溫度求平均,以獲得截尾(trimmed)渦輪機(jī)出口溫度,及
-用截尾渦輪機(jī)出口溫度控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作。
控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作例如能夠包括將截尾渦輪機(jī)出口溫度控制為目標(biāo)值。也能夠包括將渦輪機(jī)入口溫度控制為目標(biāo)值,其中渦輪機(jī)入口溫度基于截尾渦輪機(jī)出口溫度而獲得。燃料流動或者壓縮機(jī)的可變?nèi)肟谝龑?dǎo)葉片的角度能夠例如被用作這些溫度的閉環(huán)控制中的作動變量。這些溫度的目標(biāo)值能夠例如取決于功率設(shè)定點、排放目標(biāo)或者壽命目標(biāo)。
渦輪機(jī)出口溫度測量裝置(例如電熱耦或者其它指示溫度的傳感器),例如能夠被分布成覆蓋渦輪機(jī)出口的整個流動區(qū)域,具體地每個溫度測量裝置均處于流動區(qū)域或者流動管道的指定部段的中心,其中每個部段具有相同的面積。對于溫度或者速度分布不均的排放管道而言,能夠有利的是將溫度測量裝置分布成使得它們表示部段并且其中相等的排放質(zhì)量流動通過每個指定部段。
根據(jù)該方法的實施例,第一燃料流動為零,并且第二燃料流動大于零。
燃燒室能夠包括位于環(huán)形燃燒腔室上游的多個燃燒器,或者能夠包括多個罐式燃燒腔室的多個燃燒器。
根據(jù)該方法的另一個實施例,識別帶有良好數(shù)據(jù)品質(zhì)的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。僅選擇帶有良好數(shù)據(jù)品質(zhì)的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置以便求得渦輪機(jī)出口溫度的平均。在該實施例中,基于帶有良好數(shù)據(jù)品質(zhì)的多個選定的渦輪機(jī)出口溫度測量值求得截尾渦輪機(jī)出口溫度的平均,所述選定的渦輪機(jī)出口溫度測量值的數(shù)量少于可用的帶有良好數(shù)據(jù)品質(zhì)的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的總數(shù)。
能夠例如通過證實沒有數(shù)據(jù)品質(zhì)差的信號從測量鏈(所述測量鏈?zhǔn)加跍囟葌鞲衅魈幉⑶医?jīng)由變換器和數(shù)據(jù)線通向控制器)被發(fā)送出來確定良好的數(shù)據(jù)品質(zhì)。也能夠通過將測得的溫度值與所有測得的溫度的平均相比較,或者將測得的溫度值與例如取決于燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件的期望值相比較來確定良好的數(shù)據(jù)品質(zhì)。相關(guān)的負(fù)荷或者入口引導(dǎo)葉片位置、自啟動起的時間,能夠指示操作條件。對應(yīng)的期望渦輪機(jī)出口溫度能夠例如在查找表中提供。如果測得值在期望范圍之外,則其將被視為帶有差的數(shù)據(jù)品質(zhì)且被忽視。
在該方法的另一實施例中,選定渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的恰當(dāng)子集以便獲得截尾渦輪機(jī)出口溫度。渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的選定的恰當(dāng)子集包括帶有特定數(shù)量的最高測量值的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。該子集是基于帶有良好的數(shù)據(jù)品質(zhì)的渦輪機(jī)出口測量裝置的總數(shù)的子集。
在該方法的又一個實施例中,用于對截尾渦輪機(jī)出口溫度求平均的選定的恰當(dāng)子集由i最高到j(luò)最高渦輪機(jī)出口溫度測量裝置構(gòu)成,其中i和j是自然數(shù)。此外,i為2或者大于2,j等于或者大于i,并且i和j小于出口溫度測量裝置的總數(shù)。
在完全失效之前,溫度測量會漂移成在測量鏈能夠認(rèn)識到這種溫度測量具有差的數(shù)據(jù)品質(zhì)之前錯誤地指示高于實際溫度的溫度。根據(jù)一個實施例,最高的或者最高的m個渦輪機(jī)出口溫度測量不被用于對渦輪機(jī)出口溫度求平均。通常,簡單地忽略單個最高溫度測量就已足夠,原因在于多于一個溫度測量具有不被認(rèn)識為測量誤差的顯著漂移非常不可能。然而,兩個或更多個最高溫度測量值能夠被忽略或者跳過。如果使用非常大數(shù)量的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置,則可以省略兩個或大于兩個測量裝置,例如如果使用總共大于20或者大于30個測量裝置,這也增加同時發(fā)生漂移的可能性。
根據(jù)該方法的另一個實施例,選擇渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的恰當(dāng)子集以便獲得截尾渦輪機(jī)出口溫度。這種恰當(dāng)子集包括相對于燃燒器的圓周位置沿圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸線的周向方向偏移的至少一個渦輪機(jī)出口溫度測量裝置,其中第二燃料流動以偏移角度被供應(yīng)到該燃燒器。偏移角度對應(yīng)于圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸線的周向偏移,當(dāng)熱氣體從燃燒室流動通過渦輪機(jī)到達(dá)渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的位置時,該熱氣體經(jīng)受該周向偏移。
根據(jù)該方法的另一個實施例,選擇渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的恰當(dāng)子集以便獲得截尾渦輪機(jī)出口溫度。這種恰當(dāng)子集不包括從燃燒器的圓周位置沿圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸線的周向方向偏移的至少一個渦輪機(jī)出口溫度測量裝置,其中第一燃料流動以偏移角度被供應(yīng)至所述燃燒器。偏移角度對應(yīng)于圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸線的周向偏移,當(dāng)熱氣體從燃燒室流動通過渦輪機(jī)到達(dá)渦輪機(jī)出口溫度測量裝置時,該熱氣體經(jīng)受該周向偏移。
在該方法的其它實施例中,偏移角度被給定為隨燃?xì)鉁u輪機(jī)負(fù)荷、可變?nèi)肟谝龑?dǎo)葉片的入口角度、渦輪機(jī)入口溫度或者平均渦輪機(jī)出口溫度而變。
根據(jù)該方法的另一實施例,截尾渦輪機(jī)出口溫度被控制為設(shè)定點溫度,或者截尾渦輪機(jī)出口溫度被用于將燃燒室溫度控制為設(shè)定點溫度。使用通向燃燒室的燃料流動作為校正變量用閉環(huán)控制電路執(zhí)行控制,即,如果截尾渦輪機(jī)出口溫度低于設(shè)定點溫度,則燃料流動增加,且如果截尾渦輪機(jī)出口溫度高于設(shè)定點溫度,則燃料流動降低。截尾渦輪機(jī)出口溫度能夠例如在所謂的渦輪機(jī)入口溫度公式的幫助下被用于將燃燒室溫度控制為設(shè)定點溫度,其中所述公式被用于基于渦輪機(jī)出口溫度以及燃?xì)鉁u輪機(jī)的其它操作參數(shù)(諸如燃燒室壓力或者壓縮機(jī)入口溫度)估計(approximate)渦輪機(jī)入口溫度或者燃燒室出口溫度。
根據(jù)該方法又一個實施例,使用基于所有渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的平均渦輪機(jī)出口溫度計算平均渦輪機(jī)入口溫度。此外,使用截尾渦輪機(jī)出口溫度計算截尾渦輪機(jī)入口溫度。為了控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作,使用平均渦輪機(jī)入口溫度的值和截尾渦輪機(jī)入口溫度的值中的更高的值。計算渦輪機(jī)入口溫度能夠例如包括在燃?xì)鉁u輪機(jī)的模擬模型的幫助下或者使用渦輪機(jī)入口溫度公式的計算。
根據(jù)該方法的又一個實施例,基于所有(即,帶有良好的數(shù)據(jù)品質(zhì)的)渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的平均渦輪機(jī)出口溫度被用于,當(dāng)指示燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件的參數(shù)高于閾值時控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作。對于當(dāng)指示燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件的參數(shù)低于閾值限制時燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作而言,截尾渦輪機(jī)出口溫度被用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作。指示操作條件的參數(shù)能夠例如是相對負(fù)荷、總?cè)剂狭鲃?、渦輪機(jī)壓力比或者計算的渦輪機(jī)入口溫度。
同等地,當(dāng)指示燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件的參數(shù)高于閾值時,所有可用的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置均能夠被用于計算截尾渦輪機(jī)出口溫度以便進(jìn)行燃?xì)鉁u輪機(jī)的上述操作,且截尾渦輪機(jī)出口溫度基于選定的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。即,當(dāng)指示燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件的參數(shù)低于燃?xì)鉁u輪機(jī)的閾值時,僅選定的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置被用于計算截尾渦輪機(jī)出口溫度。
當(dāng)使用相對負(fù)荷作為指示燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件的參數(shù)時,相對負(fù)荷能夠例如被限定為實際功率除以基本負(fù)荷功率,該基本負(fù)荷功率能夠由燃?xì)鉁u輪機(jī)在相應(yīng)的周圍環(huán)境條件下產(chǎn)生。相對負(fù)荷極限(高于此極限時,所有可用的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置均被用于計算平均渦輪機(jī)出口溫度)能夠例如是在20%到50%的范圍中的值,或者在30%到40%的范圍中的相對負(fù)荷。
根據(jù)該方法的一個實施例,當(dāng)燃燒室的所有燃燒器均操作時,相應(yīng)地當(dāng)燃燒室的所有燃燒器均由于分級閥的作用在沒有流動降低的情況下操作時,所有可用的渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的平均被用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī)。當(dāng)流至燃燒室的至少一個燃燒器的燃料流動減少或者停止時,截尾渦輪機(jī)出口溫度被用于控制。
根據(jù)本發(fā)明的再一實施例,基于平均渦輪機(jī)出口溫度計算渦輪機(jī)入口溫度誤差,并且基于截尾渦輪機(jī)出口溫度計算截尾熱氣體誤差。渦輪機(jī)入口溫度誤差能夠例如是用使用平均渦輪機(jī)出口溫度作為輸入的渦輪機(jī)入口溫度公式計算的渦輪機(jī)入口溫度與渦輪機(jī)入口溫度的極限值之間的差異。截尾熱氣體溫度誤差能夠例如是用使用截尾渦輪機(jī)出口溫度作為輸入的熱氣體溫度公式計算的熱氣體溫度和熱氣體溫度的極限值之間的差異。渦輪機(jī)入口溫度誤差和熱氣體溫度誤差被縮放(scale)以彼此匹配??s放的溫度誤差中的更低值被用于控制和保護(hù)燃?xì)鉁u輪機(jī)。代替使用渦輪機(jī)入口溫度公式和熱氣體溫度公式,能夠使用燃?xì)鉁u輪機(jī)的熱動力學(xué)模型來計算渦輪機(jī)入口溫度和熱氣體溫度。
熱氣體溫度公式是渦輪機(jī)入口溫度,或者基于渦輪機(jī)出口溫度和燃?xì)鉁u輪機(jī)的其它操作參數(shù)(諸如燃燒室壓力或者壓縮機(jī)入口溫度)估計燃燒室出口溫度。
基于渦輪機(jī)出口溫度和燃?xì)鉁u輪機(jī)的其它操作參數(shù)(諸如燃燒室壓力或者壓縮機(jī)入口溫度),熱氣體溫度公式被用于估計渦輪機(jī)入口溫度下的、相應(yīng)地在單個燃燒器下游的燃燒室的出口處的局部熱氣體溫度。
渦輪機(jī)入口溫度與熱氣體溫度誤差的匹配能夠例如通過入口溫度誤差乘以比例因子以獲得按比例縮放的熱氣體溫度誤差來完成,或者通過將熱氣體溫度誤差除以比例因子以獲得截尾入口溫度誤差來完成。
根據(jù)該方法的另一實施例,比例因子隨燃?xì)鉁u輪機(jī)負(fù)荷、可變?nèi)肟谝龑?dǎo)葉片的入口角度、渦輪機(jī)入口溫度或者平均渦輪機(jī)出口溫度,或者包括這些因素中的至少一者的因素的組合而變。
根據(jù)又一個實施例,該方法被應(yīng)用于被配置為順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)具有第一燃燒室、第一燃燒室下游的第一渦輪機(jī)、所述第一渦輪機(jī)下游的第二燃燒室,以及所述第二燃燒室下游的第二渦輪機(jī)。
總數(shù)個第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置設(shè)置在第一渦輪機(jī)下游。根據(jù)該方法,選定的第一渦輪機(jī)出口溫度測量被求平均以獲得截尾第一渦輪機(jī)出口溫度。
截尾第一渦輪機(jī)出口溫度能夠被用于控制順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī);具體地能夠被用于控制通向第一燃燒室的燃料供應(yīng)。
根據(jù)又一個實施例,該方法被應(yīng)用于被配置為順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī),所述燃?xì)鉁u輪機(jī)帶有設(shè)置在第二渦輪機(jī)下游的總數(shù)個第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。根據(jù)該方法,選定的第二渦輪機(jī)出口溫度測量被求平均以獲得截尾第二渦輪機(jī)出口溫度。
截尾第二渦輪機(jī)出口溫度能夠被用于控制順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī);具體地能夠被用于控制通向第二燃燒室的燃料供應(yīng)。
該方法能夠被應(yīng)用于帶有繼之以渦輪機(jī)的單個燃燒室的燃?xì)鉁u輪機(jī)。其也能夠被應(yīng)用于被配置為順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī),且所述燃?xì)鉁u輪機(jī)具有第一燃燒室、第一燃燒室下游的第一渦輪機(jī)、所述第一渦輪機(jī)下游的第二燃燒室,以及所述第二燃燒室下游的第二渦輪機(jī)。
順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)能夠具有第一渦輪機(jī)下游的總數(shù)個第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。
根據(jù)該方法的實施例,為了操作順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī),選定的第一渦輪機(jī)出口溫度測量被求平均,以獲得平均第一渦輪機(jī)出口溫度。
根據(jù)實施例,第一渦輪機(jī)上游的所有燃燒室均處于操作中,并且流至第二燃燒室的至少一個燃燒器的第一燃料流動減小。在該背景中這種減小能夠意味著減小至零。
順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)能夠具有總數(shù)個第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置。根據(jù)用于操作順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī)的方法的實施例,選定的第二渦輪機(jī)出口溫度測量被求平均以獲得平均第二渦輪機(jī)出口溫度。
除了該方法之外,包括壓縮機(jī)、燃燒室、燃燒室下游的渦輪機(jī)、總數(shù)個渦輪機(jī)出口溫度測量裝置,以及被配置為執(zhí)行該方法的控制器的燃?xì)鉁u輪機(jī)也是本公開的一部分。
燃?xì)鉁u輪機(jī)能夠是帶有繼之以一個渦輪機(jī)的單個燃燒器的燃?xì)鉁u輪機(jī)。燃?xì)鉁u輪機(jī)也能夠是一種順序燃燒式燃?xì)鉁u輪機(jī),其具有第一燃燒室、第一燃燒室下游的第一渦輪機(jī)、所述第一渦輪機(jī)下游的第二燃燒室,以及所述第二燃燒室下游的第二渦輪機(jī)。
附圖說明
將在下文在示意性附圖的輔助下更加詳細(xì)地描述本公開的性質(zhì)及其優(yōu)勢。
參考附圖:
圖1示出順序燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)及用于其操作的閉環(huán)控制器,
圖2a示出帶有燃料分配系統(tǒng)的燃燒室的橫截面ii-ii,
圖2b示出帶有第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的燃燒室的橫截面ii-ii,
圖3示出帶有第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的第二渦輪機(jī)出口的橫截面iii-iii,
圖4示出示例性排放溫度分度,
圖5示出示例性控制邏輯,以確定選定的渦輪機(jī)入口溫度誤差,以便控制燃?xì)鉁u輪機(jī)。
具體實施方式
順序燃燒的燃?xì)鉁u輪機(jī)(已知為例如gt24或者gt26)的控制方案在圖1中示出。燃?xì)鉁u輪機(jī)10包括轉(zhuǎn)子11,其由同心的殼體環(huán)繞。壓縮機(jī)12壓縮通過集氣室(plenum)進(jìn)入帶有燃燒器的第一燃燒室13的空氣。經(jīng)由第一燃燒器燃料供應(yīng)22供應(yīng)燃料。所得的離開第一燃燒室13的熱氣體驅(qū)動第一渦輪機(jī)14。在第一渦輪機(jī)14下游,經(jīng)由燃料噴槍15將燃燒注入第一渦輪機(jī)14的排放氣體內(nèi),該渦輪機(jī)仍然裝納用于進(jìn)一步燃燒的足夠的氧氣。燃料在第二燃燒室16中燃燒。重新加熱的氣體驅(qū)動第二渦輪機(jī)17并最終離開燃?xì)鉁u輪機(jī)10。第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置18也能夠被整合于或者附接到燃料噴槍15。
第一渦輪機(jī)14也被稱為高壓渦輪機(jī)。第二渦輪機(jī)17也被稱為低壓渦輪機(jī)。
控制燃?xì)鉁u輪機(jī)10的操作的控制器20接收來自第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置18的測量值,這些值在各個點處經(jīng)由第一渦輪機(jī)14的出口處的燃料噴槍15測得。此外,其接收第二渦輪機(jī)17的第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置19的測量值,這些值在第二渦輪機(jī)17的出口處在各個點處測得。使用測得的數(shù)據(jù),控制器20借助于第一燃燒室燃料控制管線21控制第一燃燒室13的操作,并且借助于第二燃燒室燃料控制管線23控制第二燃燒室16的操作。
燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)能夠經(jīng)由轉(zhuǎn)子11聯(lián)接到發(fā)電機(jī)(未示出)。通常,燃?xì)鉁u輪機(jī)10還包括用于第一渦輪機(jī)14、第二渦輪機(jī)17的冷卻系統(tǒng),以及順序燃燒室布置,它們并非本公開的主題,因此未示出。
排放氣體離開第二渦輪機(jī)17。排放氣體中的余熱通常被用在后續(xù)的水蒸氣循環(huán)中,其也未在此示出。
圖2a示出穿過帶有第二燃燒室的燃燒器25的第二燃燒室16,以及帶有燃料環(huán)形主線30及燃燒器燃料饋送部27的燃料分配系統(tǒng)的截面。八個單個的燃料閥31設(shè)置在八個燃燒器燃料饋送部27中。通過關(guān)閉單個燃料閥31,流至單個燃燒器25的燃料流動能夠被減少或者停止,且燃料能夠被重新分配到其余的燃燒器25。能夠經(jīng)由控制閥28控制流至燃燒室16的總?cè)剂狭鲃?,所述控制閥28設(shè)置在將燃料供應(yīng)到燃料環(huán)狀主線30的燃料饋送部29中。
第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置18的布置的示例在圖2b中示出。圖2b示出圖1中穿過環(huán)形第二燃燒室16的橫截面ii-ii,并且其中第二燃燒室25的多個燃燒器位于第二燃燒室16的上游端部處。在第二燃燒室25的每個燃燒器中,布置連接到控制器20的第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置18。
第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置19的布置的示例在圖3中示出。圖3示出圖1的橫截面iii-iii,其帶有第二渦輪機(jī)17的出口。多個第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置19被布置在第二渦輪機(jī)的下游,其連接到控制器20。第二渦輪機(jī)17出口溫度測量裝置的數(shù)量能夠例如對應(yīng)于第二燃燒室25的燃燒器的數(shù)量(在該示例中為20)。
圖4中示出排氣溫度分布的示例。在20個位置處測量排氣溫度,這些位置沿順時針方向從1到20編號。溫度本身用最大測得溫度歸一化。示例示意性地示出圖2a中所示的燃燒器和燃料分配系統(tǒng)的歸一化排氣溫度分布,其中最接近三點鐘位置的四個燃燒器關(guān)閉,并且最接近九點鐘位置的四個燃燒器關(guān)閉,即最接近燃?xì)鉁u輪機(jī)的水平面的燃燒器被關(guān)閉。最接近12點鐘和6點鐘位置的六個燃燒器(燃?xì)鉁u輪機(jī)的豎直頂部和底部)操作。操作的燃燒器導(dǎo)致高的排氣溫度,同時不操作的燃燒器下游的排氣溫度處于最小值。
渦輪機(jī)下游的溫度分布沿圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸線26的周向方向相對于燃燒器的圓周位置偏移,第二燃料流動以偏移角度δα供應(yīng)到該燃燒器。偏移角度δα對應(yīng)于圍繞燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸線26的周向偏移,當(dāng)熱氣體從燃燒器行進(jìn)通過渦輪機(jī)到達(dá)渦輪機(jī)出口溫度測量裝置的位置時,熱氣體經(jīng)受該周向偏移。在圖4的示例中,偏移角度δα為90°。因此,最小溫度的位置相對于關(guān)閉的且因此為渦輪機(jī)產(chǎn)生最小的出口溫度的燃燒器的位置偏移90°。類似地,最大溫度的位置相對于以不受限制的燃料流動操作且因此為渦輪機(jī)產(chǎn)生最大的入口溫度的燃燒器的位置偏移90°。
圖5中描繪用以針對燃?xì)鉁u輪機(jī)的控制確定選定的渦輪機(jī)入口溫度誤差的示例性控制邏輯。
基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件和最大可允許渦輪機(jī)出口溫度tatmax,在渦輪機(jī)入口溫度公式框一tit公式i中計算用于最大可允許渦輪機(jī)出口溫度的最大計算渦輪機(jī)入口溫度tittatmax。在最小值選擇器i中選擇用于最大可允許渦輪機(jī)出口溫度的最大可允許渦輪機(jī)出口溫度tittatmax與最大可允許渦輪機(jī)出口溫度tatmax中的更小的一者,以獲得選定的最大可允許渦輪機(jī)入口溫度titmaxsel。
基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件以及測得的平均渦輪機(jī)出口溫度tatavg,在渦輪機(jī)入口溫度公式框二tit公式ii中計算渦輪機(jī)入口溫度tit。
在減法框i中確定選定的最大可允許渦輪機(jī)入口溫度titmaxsel和渦輪機(jī)入口溫度tit之間的差。結(jié)果,獲得渦輪機(jī)入口溫度誤差titerr。
基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件以及最大可允許截尾渦輪機(jī)出口溫度tattrmax,在熱氣體溫度計算框一thg公式i中計算最大截尾渦輪機(jī)出口溫度thgtrmax。
基于燃?xì)鉁u輪機(jī)的操作條件以及測得的截尾渦輪機(jī)出口溫度tattr,在熱氣體溫度公式框二thg公式ii中計算截尾熱氣體溫度thgtr。
在減法框ii中確定最大截尾渦輪機(jī)出口溫度thgmaxtr和截尾熱氣體溫度thgtr之間的差。結(jié)果,獲得截尾熱氣體溫度誤差thgtrerr。
在用于將熱氣體溫度按比例縮放為渦輪機(jī)入口溫度的功能框scale中,截尾熱氣體溫度誤差thgtrerr被轉(zhuǎn)化為截尾渦輪機(jī)入口溫度誤差tittrerr。
在最小值選擇器ii中選擇渦輪機(jī)入口溫度誤差titerr和截尾渦輪機(jī)入口溫度誤差tittrerr中更小的一者,以獲得選定的渦輪機(jī)入口溫度誤差titerrsel。
選定的渦輪機(jī)入口溫度誤差tittrerr被用于控制燃?xì)鉁u輪機(jī),具體地用于用控制閥28(在圖2a中)控制燃料流動。
所有已解釋的優(yōu)勢不限于特定的組合,而且在不偏離本公開的范圍的情況下也能夠被用于其它組合或者單獨使用。其它可能性也是能夠可選地想到的,例如第二燃燒室能夠具有罐式燃燒室。
附圖標(biāo)記列表
10燃?xì)鉁u輪機(jī)
11轉(zhuǎn)子
12壓縮機(jī)
13第一燃燒室
14第一渦輪機(jī)
15燃料噴槍
16第二燃燒室
17第二渦輪機(jī)
18第一渦輪機(jī)出口溫度測量裝置
19第二渦輪機(jī)出口溫度測量裝置
20控制器
21第一燃燒室燃料控制管線
22第一燃燒室燃料供應(yīng)
23第二燃燒室燃料控制管線
24第一燃燒室的燃燒器
25第二燃燒室的燃燒器
26軸線
27燃燒室燃料饋送部
28控制閥
29燃料饋送部
30燃料環(huán)形主線
31單個燃料閥
subi減法框i
subii減法框ii
scale將熱氣體溫度按比例縮放為渦輪機(jī)入口溫度
tatavg平均渦輪機(jī)出口溫度
tatmax最大可允許渦輪機(jī)出口溫度
tattr截尾渦輪機(jī)出口溫度
tattrmax最大可允許截尾渦輪機(jī)出口溫度
tat1tr截尾第一渦輪機(jī)出口溫度
tat2tr截尾第二渦輪機(jī)出口溫度
thg熱氣體溫度(估算的)
thgtr截尾熱氣體溫度
thgtrerr截尾熱氣體誤差
thgtrmax最大截尾渦輪機(jī)出口溫度
thg公式i熱氣體溫度計算框一
thg公式ii熱氣體溫度計算框二
max(tat1i)最大渦輪機(jī)出口溫度測量裝置
tit渦輪機(jī)入口溫度
titavg平均渦輪機(jī)入口溫度
tittr截尾渦輪機(jī)入口溫度
titerr渦輪機(jī)入口溫度誤差
titerrsel選定的渦輪機(jī)入口溫度誤差
tit公式i渦輪機(jī)入口溫度計算框一
tit公式ii渦輪機(jī)入口溫度計算框二
tit-max最大可允許渦輪機(jī)入口溫度
tit-maxsel選定的最大可允許渦輪機(jī)入口溫度
tittatmax用于最大可允許渦輪機(jī)出口溫度的最大計算渦輪機(jī)入口溫度
tittrerr截尾入口溫度誤差
最小值選擇器i用以選擇最小值的邏輯框
p3渦輪機(jī)入口壓力
p4渦輪機(jī)出口壓力
t2壓縮機(jī)出口溫度
δα偏移角度