燃气轮机燃料供给方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种控制给燃气轮机燃烧器的燃料供给的方法和装置，燃气轮机包括 位于燃烧器上游的压缩器，其中，尤其考虑了所供给燃料的成分的变化。
【背景技术】
[0002] 地面固定式燃气轮机，比如燃气轮机，包括压缩器部分、燃烧器部分和涡轮部分， 压缩器部分用于压缩空气，在燃烧器部分中，燃料与压缩空气燃烧，在涡轮部分中，排出的 燃烧的燃料空气混合物用于驱动涡轮部分的旋转，以产生机械能，特别地，从中还可产生电 能。这种燃气轮机要求燃料供给控制，其可要求了解燃料加热值（尤其"低热值"或"LCV"） 及燃料密度。
[0003] 燃气轮机的大多数应用或操作状况可具有比较一致或恒定的气体燃料供给，所以 这些值不会明显变化。然而，燃气轮机的其它应用或操作状况可包括接收不同或各种或变 化的气体燃料，在这些变化的气体燃料之间快速变化。因此，可妥协发动机控制的稳定性及 可允许发动机操作范围的运行状况和限制。
[0004] 在希望一致或恒定燃料成分作为供给燃料的环境或操作状况下，LCV值和比重 ("SG"）可由燃气轮机的使用者（可已执行了燃料分析）提供，从LCV值和比重可计算出 燃料的质量密度，其中，该燃料分析或其结果已在试运转期间进入控制系统中。之后，在常 规系统中，假设燃料的物理/化学属性是恒定的，包括假设一致和LCV和SG。
[0005] EP0727574A1公开了一种调节内燃机的NOx排放物的方法和设备，其中，已发现， 内燃机的机械效率和燃料温度之间有关系，燃烧温度对于NOx排放物十分重要。
[0006] EP1387073A2公开了用于内燃机的电荷密度控制，其中，表示发动机的燃烧混合物 的期望电荷密度的值根据发动机的发动机转速和发动机的负荷确定。
[0007] US2009/0192698A1公开了一种用于自动控制固定式燃气发动机的方法，其中，发 动机转速控制偏差从设定发动机转速和实际发动机转速计算出，设定扭矩通过速度控制器 从速度控制偏差确定为校正变量，设定体积流量根据设定扭矩确定，以确立混合节流角和 气体节流角，其中，设定体积流量变量以通过校正因子调节气体节流角。
[0008] US4380898公开了一种用于燃气轮机发动机的燃料控制系统，其中，调整器设备减 少了发动机几何结构在冷起动时变化的效果，其中，调整器使用节流杆角和发动机入口压 力来计算推力相关参数的期望值。
[0009] EP2450551A2公开了补偿燃气轮机中的燃料成分变化的系统和方法，该方法包括 监控与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监控与涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动 态特性；监控与涡轮相关的一个或多个性能性能和发射特性；至少部分地基于至少一个燃 料参数、一个或多个燃烧动态特性及一个或多个性能和发射特性估计燃料成分；以及至少 部分地基于估计的燃料成分调节至少一个燃料参数。
[0010] 如果燃料成分在燃气轮机操作期间变化，则管理器会自动地调节燃料阀以维持闭 环控制目的（通常输出轴速度）。然而，当理解期望热输入时，在发动机上存在借助燃料热 输入的预定边界获得的操作极限，因为燃料系统施加燃料低热值（LCV)和比重（SG)，如果 燃料成分改变，则这些边界有效地移动。这会导致妥协的瞬间操作，比如压缩器级或故障， 以加速气体发生器（"阻塞"）。另一问题可由PI控制器中的管理器增益（变得不正确，潜 在地危害操作稳定性）导致。
[0011] 需要一种控制给燃气轮机的燃烧器供给燃料的方法和装置，该燃气轮机包括位于 燃烧器上游的压缩器，其中，考虑了燃料的成分或物理/化学属性的至少部分不可控变化， 尤其使燃气轮机的稳定操作成为可能。
[0012] 上述需求由独立权利要求的主题满足。从属权利要求明确说明本发明的特定实施 例。
【发明内容】
[0013] 各实施例提供了对发动机控制系统内的燃料LCV的评估，以改变燃料成分。
[0014] 根据本发明的实施例，提供了一种控制给燃气轮机的燃烧器燃料供给（尤其为体 积流率、每次量、质量流率）的（尤其为至少部分地处理器或计算系统实施的）方法，燃气 轮机包括位于燃烧器上游（相对于在压缩器内压缩的空气的流动方向）的压缩器，该方法 包括给燃烧器供给（尤其经由导管或管道）燃料；获得压缩器入口（例如，空气进入压缩 器）处的入口空气压力（PI7);获得压缩器入口处的入口空气温度（Tinlet);获得压缩器 出口（例如，压缩空气离开压缩器和/或进入燃烧器）处的出口空气压力（PT8);获得表示 未供给到燃烧器的空气量（在压缩器和燃烧器上游之后，空气量可分裂）的空气排出信号 (THBOV);基于入口空气压力、入口空气温度、出口空气压力和空气排出信号（THBOV)评估 供给到燃烧器的燃料（比如流体，尤其为气体和/或液体）的热输入（例如加热输入、加热 值、能量值、Hlengmodel);比较（例如，涉及算术/逻辑计算）被评估的热输入与期望热输 入（例如，预期热输入、FFDEM)以导出误差信号；以及基于误差信号控制调节给燃烧器供给 燃料（例如流率）的燃料阀（或多个燃料阀）。
[0015] 到发动机的热输入可以kW测量，并可表示每单位时间内包含在燃料和压缩空气 混合物中的（化学或燃烧）能量。热输入可以例如由LCV乘以质量流或体积流定义。
[0016] 燃料的低热值LCV是单位为kj/kg或kj/m~3的"特定"量（燃料的每单位质量或 单位体积）。在本文件和该方法的情形下，LCV可以是体积的，所以由kX/(正常_nT3)的 单位表示（正常_m~3是气体在0摄氏度在ISO压力下的体积），沃泊指数可以定义为体积 LCV/ 根数（SG)。
[0017] 燃气轮机可包括一个或多个燃烧器，一个或多个燃烧器绕燃气轮机的旋转轴布 置，尤其彼此周向等距隔开。燃气轮机可包括压缩器部，其中，从环境吸取的空气被多个旋 转叶片压缩，多个旋转叶片连接到燃气轮机的旋转轴。燃气轮机的燃烧器可布置在压缩器 出口，在压缩器出口，压缩空气从燃气轮机的压缩器部释放出。燃烧器可包括一个或多个入 口，以允许将压缩空气供给到燃烧器中。可使用管道或导管将燃料供给到燃烧器，燃料阀装 配在管道或导管处，以控制流过管道进入燃烧器的燃料的流率（例如，质量流、体积流）。在 燃烧器中，供给的燃料和压缩空气的混合物燃烧。
[0018] 燃烧的燃料和压缩空气混合物的排出物可由燃烧器输出，并被供给到燃气轮机的 涡轮部（布置在燃烧器的下游）。涡轮部可接收排出的燃烧的燃料和压缩空气混合物（可 具有高速和高温）。排出的燃烧的气体和压缩空气混合物可驱动涡轮部的多个叶片（固定 到燃气轮机的旋转轴）。因此，可产生机械能，尤其是旋转能。旋转的涡轮轴可例如驱动发 电器，以从机械能产生电能。
[0019] 入口空气压力、入口空气温度和/或出口空气压力可以是测量值或基于其它值或 量导出的值。例如，入口空气压力可以不是在压缩器入口位置处直接测量的，而是在与压缩 器入口位置隔开的位置处测量的，压缩器入口位置处的空气压力可从在与压缩器入口位置 隔开的位置处执行的空气压力测量值中导出。因此，可考虑发动机的物理构造或设计以及 操作状况。类似地，此外，入口空气温度和/或出口空气压力可以不是分别在压缩器入口或 压缩器出口处直接测量的，而在与这些位置隔开的位置处测量的，入口空气温度和出口空 气压力可分别由这些测量值导出，尤其使用物理（热力学）模型。
[0020] 热值可由在特定燃料量燃烧期间释放的热量相关联。热值（还称为加热值或能量 值）可以以每单位燃料内的能量为单位表示，尤其以每质量内的能量为单位测量，比如kj/ kg。特别地，热值可尤其涉及或等同于低加热值或者低热值（LCV)，其通过从高加热值中减 去水蒸汽的汽化热而确定。因此，这说明了，蒸发水所需的能量没有实现为燃料和压缩空气 在燃烧器内燃烧期间的热量。
[0021] 已知为低加热值（LHV)(净热值（NCV)或低热值（LCV))的量可通过从高加热值 中减去水蒸汽的汽化热来确定。这将形成的任何H20看作蒸汽。因此，蒸发水所需的能量 没有实现为热量。LHV计算值呈现，燃烧过程的水成分在燃烧结束时处于气态，与高加热值 (HHV)(又称为总热值或总CV)不同，高加热值呈现，在燃烧过程之后，燃烧过程中的所有水 处于液态。LHV呈现，燃料和反应产物中的水的汽化潜热没有恢复。其用于比较燃烧产物的 凝聚不能实行或者低于150°C温度下的热量不能使用情况下的燃料。
[0022] 高加热值（HHV)或高热量或热值（HCV)通过将燃烧的所有产物（供给的燃料和压 缩空气）带回至原始预燃烧温度，并尤其液化产生的任何蒸汽来确定。特别地，高加热值与 燃烧的热力学热量相同。
[0023] 特别地，如果在操作燃气轮机期间，燃料改变为另一燃料，则热值可改变为另一热 值，这可影响燃气轮机的机械输出，并因此可要求控制燃料阀，并且与先前施加的燃料的流 率相比，可尤其要求改变另一燃料的流率，以维持稳定的燃气轮机机械输出。
[0024] 特别地，误差信号可通过形成评估的热输入和期望热输入之间的差别来导出。期 望热输入可通过发动机管理器或发动机控制系统来设定，期望热输入可尤其基于燃气轮机 的期望机械输出和/或期望旋转速率和/或期望负荷等。该控制可尤其使用闭合控制环来 执行。
[0025] 提出的控制方法可不要