控制燃气轮机燃烧室的不同级之间的燃料分布的方法
【专利摘要】公开了一种控制燃气轮机燃烧室(3)的不同级之间的燃料分布的方法。燃烧室(3)具有用于燃料供应的至少两个级，且级之间的燃料分布根据负载或表现负载的一个或更多个参数来确定。作为对比常规瞬变操作期间的负载变化更快的快速负载变化的答复，燃料分布根据调整的负载或表现调整的负载的一个或更多个参数来确定。
【专利说明】
控制燃气轮机燃烧室的不同级之间的燃料分布的方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种控制燃气轮机燃烧室的不同级之间的燃料分布的方法。
【背景技术】
[0002]燃气轮机已知包括用于压缩诸如空气的氧化剂的压缩机、燃料与压缩空气在该处燃烧以生成热气体的燃烧室，以及热气体在该处膨胀以集中机械功的涡轮。
[0003]燃烧室可具有分级的燃料供应。带有分级燃料供应的燃烧室具有一定数目的燃料喷嘴，其可独立地供有燃料，以便通过调整经由不同级的喷嘴喷射的燃料来调整燃烧室内的燃料分布。
[0004]在操作期间，燃料分布可根据负载或表现负载的一个或更多个参数来调整，以便在较大的操作负载窗口内将燃气轮机操作保持在最佳或可接受的操作条件中(例如，操作负载窗口可从标称负载的40%变到100%)。
[0005]在瞬变操作(响应于电网的变化需求增大/减小燃气轮机的功率的常规瞬变操作)期间，测量燃气轮机的负载或其表现参数，且因此确定燃料分布。
[0006]负载或表现负载的参数的测量和负载的以其它方式(例如，通过查找表)的计算或确定需要一些时间，使得对应于测量负载的燃料分布以一定延迟实现。
[0007]延迟对于常规瞬变操作不是麻烦，因为常规瞬变操作相当慢(大约几十秒或几十分钟)，使得负载或表现负载的参数在延迟期间不会显著变化，且甚至以一定延迟实现的燃料分布也是基本正确的。
[0008]在一些特定条件下，瞬变操作可能异常快。例如，在保护性甩负载期间(当燃气轮机由于问题而卸载时)或频率响应(当燃气轮机负载必须响应于电网频率变化改变时)期间，燃气轮机在几秒内加载或卸载，其中快速梯度可比常规瞬变期间高高达10倍。例如，在常规瞬变操作期间，燃气轮机可典型地经历2MW/min的负载变化，而在异常瞬变操作期间，负载变化可为4Mff/sec。
[0009]在这些异常瞬变操作期间，负载或表现负载的参数的测量与燃料分布的实施方式之间的延迟可引起不对应当前负载的燃料分布的实施方式，其中操作接近贫吹熄，且有火焰延伸和/或脉动的风险。
【发明内容】
[0010]本发明的一方面包括在燃气轮机燃烧室的不同级之间提供控制燃料分布的方法，其能够改善异常瞬变操作期间的燃气轮机操作。
[0011 ]这些和其它方面可通过提供按照所附权利要求的方法来获得。
【附图说明】
[0012]其它特征和优点将从该方法的优选但非排他的实施例变得更清楚，该布置在附图中通过非限制性实例的方式示出，在附图中: 图1和2示出了燃气轮机及其燃烧室；
图3和4示出了用于实现燃料分布的查找表；
图5至8示出了前级比与表现负载的参数之间的不同关系。
[0013]零件列表 I燃气轮机
2压缩机 3燃烧室 4涡轮 6焚烧器 7燃烧器 8槽口 9氧化剂 10第一喷嘴 12第二喷嘴
A界定不安全操作区域的曲线 B不安全操作区域
C常规操作期间FSR与表现负载的参数之间的关系D表现异常瞬变期间针对快速负载减小实施的实际FSR的曲线E快速负载减小期间FSR与表现要使用的负载的参数之间的关系F表现使用曲线E作为调整基础的异常瞬变期间针对快速负载减小实施的实际FSR的曲线。
【具体实施方式】
[0014]参看附图，这些示出了燃气轮机I，其带有用于压缩诸如空气的氧化剂的压缩机2、用于使燃料与压缩氧化剂燃烧以生成热气体的燃烧室3，以及用于膨胀热气体且收集机械功的涡轮4。
[0015]燃烧室可为任何类型，在下文中参照了布置成用于实施预混燃烧的燃烧室。
[0016]燃烧室3具有连接到燃烧器7上的一个或更多个焚烧器6。焚烧器6具有基本圆锥形，带有在圆锥形表面上沿轴向延伸的槽口 8，以用于氧化剂9供应到焚烧器6中。
[0017]焚烧器6还设有用于燃料供应的喷嘴。
[0018]第一喷嘴10限定第一燃料供应级，且设在焚烧器6的末端部分处，以便将燃料供应到燃烧器7中用于燃烧;经由第一级供应的燃料经历扩散燃烧。
[0019]第二喷嘴12限定第二燃料供应级，且设在槽口8处(例如，临近于槽口 8或喷嘴8内)，以便将燃料供应到焚烧器中以使燃料与氧化剂混合，以生成燃料/氧化剂混合物，其然后进入燃烧器7中用于燃烧;经由第二级供应的燃料经历预混燃烧。
[0020]在操作期间，燃料的总量限定负载，且第一级与第二级之间的燃料分布被调整以便确保正确的操作。典型地，燃料分布根据负载或表现负载的一个或更多个参数限定；例如，表现负载的参数可为VIGV位置(S卩，压缩机上游的入口导叶的开口)和/或TAT(即，涡轮上游的热气体温度)。其它参数总之也是可能的。
[0021]级之间的燃料分布基于前级比限定，前级比由以下限定:
FSR = mi/ (mi+m2)
其中，
FSR为前级比，!!^为穿过第一级的燃料质量流，!112为穿过第二级的燃料质量流。
[0022]图3示出了可用于根据负载实施燃料分布的查找表的实例。
[0023]查找表可包含对应于不同负载的FSR，使得在常规操作期间，测量负载，且基于测得的负载，根据查找表调整FSR。
[0024]根据该方法，作为对比常规瞬变操作期间的负载变化更快的快速负载变化的答复，根据调整的负载或表现调整负载的一个或更多个参数确定了燃料分布。
[0025]该方法可在快速负载变化为负载减小或负载增大两者时实施。
[0026]当快速负载变化为负载减小时，调整的负载为低于测得负载的负载；当快速负载变化为负载增大时，调整负载为高于测得负载的负载。
[0027]例如，图4示出了可用于实施本发明的方法的查找表。
[0028]在正常操作(S卩，在稳态下或以较慢的瞬变操作)期间，查找表提供了负载(或表现负载的参数)与SFR(列’’FSR(常规操作)")之间的关系;在异常操作(S卩，负载快速增大或减小)期间，表提供了负载减小或负载增大的SFR。具体而言:
列FSR(异常负载减小)提供了各个测得负载，FSR值对应于较低负载(真实或理想值)；出于此原因，在该列中的FSR高于列FSR(常规操作)中的；
列FSR(异常负载增大)提供了各个测得负载，FSR值对应于较高负载(真实或理想)；出于此原因，该列中的FSR值低于列FSR(常规操作)中的。
[0029]在下文中，参照图5至7描述了特定实例。
[0030]图5示出了SFR与VIGV与TAT(表现负载的参数)之间的关系;具体而言:
曲线A界定区域B，其中操作不是安全的(例如，由于操作变成接近贫吹熄)，因此燃气轮机操作必须在该区域B外；
曲线C表示常规操作(S卩，稳态操作和慢瞬变操作)期间FSR与表现负载的参数之间的关系O
[0031 ]图6示出了曲线D，其表示实际FSR，其在FSR基于曲线C调整时由于负载测量与调整实施方式之间的延迟而在快速负载减小情况下在燃气轮机中实施。图6示出了由于延迟，FSR可落入区域B内。
[0032]图7示出了曲线E，其指出了FSR与表现负载的参数之间的关系，其在异常瞬变的情况下使用，例如，在快速负载减小的情况下；因为示出了FSR对于给定负载比常规操作的情况下更高。
[0033]图8示出了曲线F，其表示实际FSR，其在基于曲线E调整FSR时，在负载测量与调整实施方式之间的延迟引起的快速负载减小的情况下在燃气轮机中实施。图8示出了尽管延迟，但当前FSR绝不会落入区域B内。
[0034]自然，所述特征可与彼此独立地提供。
[0035]实际上，使用的材料和大小可根据要求和现有技术水平按要求选择。
【主权项】
1.一种控制燃气轮机燃烧室(3)的不同级之间的燃料分布的方法，其中 所述燃烧室(3)具有用于燃料供应的至少两个级，以及 所述级之间的所述燃料分布根据负载或表现所述负载的一个或更多个参数来确定， 其特征在于， 作为对比常规瞬变操作期间的负载变化更快的快速负载变化的答复，所述燃料分布根据调整的负载或表现调整的负载的一个或更多个参数来确定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 当所述快速负载变化为负载减小时，所述调整的负载为低于测得的负载的负载；以及 当所述快速负载变化为负载增大时，所述调整的负载为高于所述测得的负载的负载。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室具有两个级。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 第一级将燃料直接地供应到燃烧室中以用于扩散燃烧，以及 第二级将燃料供应到焚烧器中以用于使所述燃料与空气混合，来生成混合物，该混合物然后供应到所述燃烧室中以用于预混燃烧。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述两个级之间的所述燃料分布由前级比限定，该前级比由以下限定 FSR = mi / (mi+ m2) 其中 FSR为所述前级比，mi为穿过所述第一级的燃料质量流，m2为穿过所述第二级的燃料质量流。
【文档编号】F23R3/28GK105889981SQ201610081563
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】T.弗雷拉-普罗维达基斯, R.L.R.史密斯, T.米尤维斯森, T.马奇奥内
【申请人】通用电器技术有限公司