专利名称：用于燃气轮机的启动的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于燃气轮机(gas turbine)的启动的方法。
背景技术：
在许多工业应用中，例如诸如在电能的生产中，燃气4仑机的使用 是已知的，燃气轮机通常包括多相压缩机，燃烧室，和涡轮机或膨胀 器，从外界吸取的空气在多相压缩机内进行压缩，添加到被压缩空气 的气态燃料在燃烧室内发生燃烧，来自燃烧室的气体在涡轮机或膨胀 器内进行膨胀。涡轮机因此能够产生机械能，机械能能够用来驱动运 转的机器或用来对发电机充电。
如所已知的那样，燃气轮机的启动或启用阶段是比较复杂的操 作。在燃气轮机能够以全状态(flillregime)运转之前，通常需要使压缩 机达到足以提供某一压缩比的旋转速度。这种操作一般借助增速发动 机(boost engine)实现。
以上面的旋转速度，压缩机必须能够供应用在燃烧室内以最小的 状态点燃火焰的足够的空气流速，这种功能条件以专用俗语称为"点 火"。实际上，在选择压缩机的旋转速度时对点火条件进行检验，使得 在燃烧腔室内确定流动条件，流动条件是这样的以便促进可燃气体的 点燃并且稳定所产生的火焰。从而选择可燃气体的流速。
一旦机器达到自立条件或者是达到(换而言之的)涡轮机能够产生 足以带动压缩机的动力的条件，增速发动机就能够脱离嵌入 (disinserted)并且增加燃料的流速，直至机器已达到其状态速度(regime rate)。
典型地，燃气轮机能够以具有不同的热值的可燃气体的不同的混合物运转。由于涉及所用的不同的气态燃料的沃泊指数(Wobbe index) 的变动范围通常比较宽，所以对于依赖所采用的各种燃料的相同涡轮 机而言会有不同的点火条件。如所已知的那样，沃泊指数测量在气体 的较低的热值(或较高的)和气体的相对密度的平方根之间的比率，气 体的相对密度相对于空气进行测量
iw=pc/Vtg.gs
其中
4=某一气体的沃泊指数；
尸C=气体的热值(较低的或较高的)；
&=气体的温度；
G^气体的相对密度(或比重)。
应该指出的是，在上面的公式中所显示的内容被称为"修正的沃泊 指数"，以便将其与实际的沃泊指数区别，实际的沃泊指数不包括根据 可燃气体混合物的温度的校正。
使用具有未被具体地测定的特性和/或具有在估计能够被压缩机 供应的空气的流速中的不确定性(即，具有未被完全校准的空气/燃料 比)的气态燃料所实现的涡轮机的启动阶段能够造成各种问题，其中能 提及的如下
由于控制燃烧腔室内的空气/燃料混合物的可燃性条件的困难而 导致的涡轮机的点燃故障；
由于作为在点燃阶段中产生的热的结果的、在电动机内和/或排气 管道的爆炸的可能性(即使很少)而导致的对涡轮机的机械部件的损害 和/或对于操作者的安全而言的问题。
至此，实现有效的和安全的涡轮机的启动的唯一可能性涉及使用 具有习知特性或在极为有限的范围内在混合物中的空气/燃料比上的 变动的降低的燃料的必要性。 一种已知的用于燃气轮机的启动的方法 在例如美国专利第6,062,016号中有介绍。
发明内容
因此，本发明的总的目的在于提供一种方法，其允许燃气轮机的 有效的和安全的启动，其克服了已知技术的上述问题。
尤其是，本发明的一个目的在于提供一种用于燃气轮机的启动的 方法，其中总是能够获得有效的点燃，并且是在混合物中的空气/燃料 比有变动的情况下。
本发明的另 一 目的在于提供一种用于燃气轮机的启动的方法，其 能够维持混合物中的平均空气/燃料比在燃烧极限以下，促进在安装在 机器上的安全装置的部件上的、处于机器自身的排气管道内的火焰熄 灭区的可能的小数量的易燃混合物的隔离。
根据本发明的这些目的通过提供 一种用于燃气轮机的启动的方 法而实现。这种类型的燃气轮机包括将通过S1入管引入其内的空气进 行压缩的至少 一个压缩机，被压缩的空气在其中与来自输送管的气态 燃料混合并且燃烧的至少一个燃烧室，和将来自所述燃烧室的燃烧气 体的能量转换成工作能量的至少一个涡轮机，所述方法包括以下阶
段a)确定进入所述燃烧室的燃料流的预定最小值并且实现对点燃的 第一次尝试；和，b)逐渐增加进入所述燃烧室的燃料流的值并且实现 对点燃的进一步尝试，直至空气/燃料混合物的完全点燃和随之发生的 所述涡轮机的启动，或者直至达到所述燃料流的预定最大值。
本发明的另外的特征在从属权利要求中指出，它们是本说明书的 构成整体的部分。
通过以下阐述性和非限制性的说明并且参照示意性的附图，根据 本发明实现的用于燃气轮机的启动的方法的特性和优点将变得更加 明显，在附图中
图l是燃气轮机的示意图，根据本发明的用于启动的方法能够应 用在其上；图2是图表，其显示了相对于时间的、在用于图i的涡4仑;f几的某
一气态燃料的假设的较低的热值中的变动；
图3是图表，其显示了相对于时间的、在用于图l的涡轮机的某 一气态燃料的假设的比重中的变动；
图4是图表，其显示了在根据本发明的启动方法的各种应用阶段 中的图1的涡轮机的利用指数；
图5是图表，其显示了在根据本发明的涡轮机的启动方法的各种 应用阶段中的、在点火条件下的耗热量；并且
图6至图10指出了相对于时间测量的一些实验参数，它们显示 了用于根据本发明的涡轮机的启动的方法的有效性。
具体实施例方式
尤其参照图1，其示意性地显示了一般的燃气轮机，该燃气轮机' 包括能够压缩通过引入管12引入的空气的压缩机10。被压缩空气然 后发送到燃烧室14，以与选自具有不同沃泊指数的一系列的气态燃料 的、来自输送管16的气态燃料混合。燃烧增加了气体的温度、速度 和流动量并且因此增加了其内包含的能量。燃烧气体的所述流动通过 管18朝着涡轮机20引导，涡轮机20将能量转换为能够用来起动运 转的机器的工作能量，例如诸如自身借助轴杆24连接到涡轮机20的 发电机22。涡轮机20还供应用来通过相关轴杆26起动压缩机10的 必要能量，而废气通过排气管28从涡轮机20排出。
根据本发明，用于燃气轮机的启动的方法首先包括排气管道28 的初步换气循环(purging cycle),其待在涡轮机20以换气速度转动时 实现。如所已知的那样，"换气"指的是在相关燃烧器线(bumerline)没 有使用时气态燃料的输送管的定期的清洁操作。根据一般的燃气轮机 中的已知程序，在换气阶段的结尾，实现点火阶段，并且在燃烧室14 的入口的气态燃料流设定在第一预定最小值FSR!，其足以点燃在能够 以不同的气态燃料获得的那些中的最富的(richest)空气/燃料混合物，经过一段时间，其足以填充输送管16并且实现对点燃的第一次尝试。
这里，如果混合物的点燃并未发生，那么实现排气管道28的中 间的换气循环，中断燃料到燃烧室14的流动。进入燃烧室14的气态 燃料流然后设定在第二预定值FSR2,其高于第一预定最小值FSR!并 且维持足够的时间以便实现进一步的点燃空气/燃料混合物的简短尝 试。在点燃故障的情况下，将实现排气管道28的进一步的换气循环。
重复以上指出的顺序，并且连续增加气态燃料流的FSRn值，直 至已经实现空气/燃料混合物的点燃，或直至已经达到所述燃料流动的
预定最大值FSRmax。如果证实了这个最后的假设，即如果同时没能起
动涡轮机20,那么必须实现最后的换气循环，其是在涡轮机20已经
(crankspeed)")之后，在停止机器并且可能重新开始点燃阶段的顺序之 前。
更具体地说，参考图2至图5，这些图显示了使用才艮据本发明的 方法的涡轮机的说明性的点燃顺序。在图2的图表中，LHV表示用于 涡轮机的某一气态燃料的较低的热值。较低的热值LHV从最大值 LHV腿改变到最小值LHV柚，其中LHV應对应在所使用的那些中的 最富的气态燃料的较低的热值。另一方面，最小值LHVmin计算为在 由涡轮机的检测仪表(例如借助热量计)测量的较低的热值和被认为在 涡轮机的启动期间是安全的最贫的(poorest)气态燃料的较低的热值的 最小值之间的最大值。如果没有可用来测量或估计气体的热值的装 置，那么LHV热量计值能够看作是零。实际上
LHVmin=Max(LHV热量计，LHV贫气)
在图3的图表中，SG表示用于涡轮机的某一气态燃料的比重。
类似于以上所详细说明的那样，比重值SG从最大值SGm狄改变到最 小值SGmin，其中SG油对应在所使用的那些中的最富的气态燃料的比
重。另一方面，最大值SG,皿计算为被认为在涡轮机的启动的期间是 安全的气态燃料的比重的最小值，并且等于SGmax=Min(SG SG 贫气j
当在较低的热值LHV的情况下时，如果没有可用来测量或估计 比重SG的装置，那么SG热衬值能够看作是零。
图5显示了与图4的利用指数MDCSW关联的、在点火条件下的 参考耗热量。在该图中，在MDCSW=1时起动点燃系统，而在 MDCSW=0时停用点燃系统。
考虑到这个，相对于时间ti并且参考图2至图5,燃气轮机的典 型启动阶段能够总结如下
时间to:
完成排气管道28的初步换气阶段。涡轮机产生点火旋转速度。 在这个阶段中 MDSCW=0 L,LHV匿
时间t1:
涡轮机处于点火旋转速度，点燃系统起动并且安全孔打开。在这 个阶段中
MDSCW=1 LHV:LHV謹
!SG^SGmin
时间t2:
点燃没有发生。实现排气管道28的中间的换气阶l殳。点燃系统 停用并且安全孔关闭。在这个阶段中 MDSCW=0 LHV:LHV减少 SG=SG增加 时间t3:
停止排气管道28的中间的换气阶段。重新开始气态燃料的输送， 点燃系统起动并且安全孔打开。在这个阶段中MDSCW=1LHV-LHV减少SG=SG增加时间t4:
点燃失败。实现排气管道28的新的中间的换气阶段。点燃系统停用并且安全孔关闭。在这个阶段中MDSCW=0LHV-LHV减少SG=SG增加
在任何给定的时间t8,如果涡轮机的启动没有发生，那么点火顺序终止。机器的完全换气阶段因此在其完全停止之前实现。
另一方面，假如在某一时间ti,空气/燃料混合物被点燃，涡轮机的加热阶段能够开始。通过控制机器的逻辑作为用于启动顺序的值，确定气体的当前较低的热值LHV和比重值SG。点火顺序终止并且机器准备加热和随后的加速，直至达到处于全状态的功能速度。
图6至图IO显示了相对于时间测量的、在运转中的燃气轮^L的"空白(blank)"启动测试的期间获得的各种实验参数。使用尤其是富的气态燃料，所观察到的是，点燃在点火顺序的初始阶段中被检验，而贫的燃料点燃^又发生在最后的阶^殳中，但始终完全尊重了所希望的安全条件。
因此，所能够看到的是，根据本发明的用于燃气轮机的启动的方法达到了前面说明的目的，获得了以下的有益效果
以气态燃料的不同组合物起动涡轮机的可能性；
有效的和安全的启动顺序；
较少的必要条件，相对于已知的类型的应用，其是气态燃料的组合物为实现涡轮机的启动所必需具备的。
下都能够进行各种更改和变型，它们都包括在相同的发明概念中。因此，本发明的保护范围由权利要求来限定。
权利要求
1. 一种用于燃气轮机的启动的方法，这种类型的燃气轮机包括将通过引入管(12)引入其内的空气进行压缩的至少一个压缩机(10)，被压缩的空气在其中与来自输送管(16)的气态燃料混合并且燃烧的至少一个燃烧室(14)，和将来自所述燃烧室(14)的燃烧气体的能量转换成工作能量的至少一个涡轮机(20)，所述方法包括以下阶段a)确定进入所述燃烧室(14)的燃料流的预定最小值(FSR1)并且实现对点燃的第一次尝试；和b)逐渐增加进入所述燃烧室(14)的燃料流的值(FSRn)并且实现对点燃的进一步尝试，直至空气/燃料混合物的完全点燃和随之发生的所述涡轮机(20)的启动，或者直至达到所述燃料流的预定最大值(FSRmax)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一阶段 a)之前实现所述涡轮机(20)的排气管道(28)的初步换气循环。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述涡轮机(20) 尤其是以换气速度或以点火速度转动时实现所述初步换气循环。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述阶段b)中， 实现所述排气管道(28)的中间的换气循环，在燃料流的所述值(FSRn) 的一个、任何或每个增加之前中断气态燃料到所述燃烧室(14)的流动。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在阶段b)之后，在 当已经达到燃料流的所述预定最大值(FSRn^)时的空气/燃料混合物的 点燃故障的情况下，实现所述涡轮机(20)的最后的换气循环，其待在机(20)以便重新开始点燃阶段的顺序之前实现。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括转 动中的所述涡轮机(20)的换气循环。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态燃料选自具有不同的沃泊指数的多种气态燃料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进入所述燃烧室(14)的气态燃料流的所述预定最小值(FSRi)足以点燃在能够以具有不同的 沃泊指数的所述多种气态燃料获得的那些中的最富的空气/燃料混合 物。
全文摘要
介绍了一种用于燃气轮机的启动的方法，其包括以下阶段实现涡轮机(20)的排气管道(28)的初步换气循环，确定用于进入燃烧室(14)的气态燃料流的预定最小值(FSR<sub>1</sub>)，经过一段时间，其足以实现对点燃的第一次尝试，实现排气管道(28)的中间的换气循环，中断气态燃料到燃烧室(14)的流动，并且逐渐增加进入燃烧室(14)的气态燃料流的值(FSR<sub>n</sub>)，实现对点燃的进一步尝试直至空气/气态燃料的混合物已经点燃和随之发生的涡轮机(20)的启动，或直至已经达到气态燃料流的预定最大值(FSR<sub>max</sub>)。
文档编号F02C7/26GK101503977SQ200910005788
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月4日 优先权日2008年2月4日
发明者C·博塔雷利 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司