专利名称：在快速反应起动期间的混合沃泊控制的制作方法
技术领域：
本申请大致涉及一种用于最大限度地减小燃气涡轮的起动时间的方法和设备，更 具体地说涉及一种用于控制供给燃气涡轮的燃料的沃泊指数(Wobbe Index)以便最大限度 地减小涡轮加载延迟从而容许燃料在输送到燃气涡轮之前被加热的方法和设备。
背景技术：
工业涡轮通常是燃气的，并且通常被用于驱动负载，例如安装在发电装置中的发 电机以生产电能。这种燃气涡轮设计成可燃烧特定范围的燃料，并且在特定条件下，例如特 定的燃料温度下燃烧这种燃料。燃料成分和温度用于计算被称为沃泊指数的量，其指基于 体积的燃料热值。从无负载至基本负载的燃料流量的范围以及沃泊指数用于确定燃烧器中 的燃料分级或模式以及其它细节，例如喷嘴定径。为了在预期连续操作的负载下获得更高的设备效率，可将燃料加热到特定的温 度。燃料的加热降低了沃泊指数，因为在相同的压力下，更高的温度增加了燃料的体积。在 设计范围之外的沃泊指数下的涡轮的操作可能产生不合适的声共振，其可能损害涡轮硬件 或导致燃烧器中的火焰损失。在这些情况下，升高的燃料温度变成进入这些燃烧模式的控 制许可，以保证燃料具有所需的沃泊指数。如果燃料温度在所需的范围内没有上升，那么系 统必须保持在给定的负载下直至已经满足温度许可。燃气涡轮还经常被要求在做出燃气涡轮的操作请求之后立即驱动大的负载例如 发电机。期望燃气涡轮可快速响应操作请求，并且快速从燃气涡轮不产生输出功率的空闲 模式或关闭模式过渡至操作员所要求的燃气涡轮驱动全部负载的完全负载模式。然而，许 多燃气涡轮装备依赖于其来自底循环的自身的热排气或蒸汽来加热将要输送至燃烧器的 燃料。因为使排气升高至其标准操作温度需要一定的时间，所以最初在开始起动燃气涡 轮之后立即输送给燃烧器的燃料低于为燃气涡轮设计的燃料的目标温度。在目标温度以 下引入燃料可能导致沃泊指数位于所需的范围之外，可能导致损伤燃气涡轮的燃烧动态 (combustion dynamics)。并且如果需要燃气涡轮快速反应以便从起动时就快速驱动大的 负载，那么将没有足够的时间将燃料充分地预热至可接受的温度来满足特定负载的要求。 因而，燃气涡轮被迫在其目标温度以下燃烧燃料，并且承担损伤风险或在起动期间经历延 迟，根据有待驱动的负载，这可能不是一个好的选择。为了避免燃气涡轮在起动期间燃烧没有充分加热的燃料的情形，包括燃气涡轮的 一些装备还包括分开的独立的锅炉，以便在起动时，在将燃料输送给燃气涡轮之前加热燃 料。然而，为了满足上述快速响应大负载的起动要求，辅助锅炉必须保持处于活动的点火的 状态，并且一直处于准备就绪的状态，即使燃气涡轮没有在操作。连续保持这种锅炉处于一 直准备就绪状态会消耗极大量的能量，并且是昂贵且浪费的。因此在本领域中需要一种用于在燃气涡轮从第一负载状态过渡至第二负载状态 期间最大限度地减小燃料影响的方法和设备，其中在第二负载状态下被驱动的负载大于在 第一负载状态下被驱动的负载。这种方法和设备可选地至少临时调整燃料的沃泊指数，直到可充分升高燃料的温度以满足燃气涡轮的负载的变化时为止。这种方法和设备可选地基 于燃料的成分而调整燃料的沃泊指数，并且可选地以并行于加热燃料的方式来调整沃泊指数。
发明内容
为了提供对本文论述的系统和/或方法的一些方面的基本理解，以下概要体现了 简化的概述。这一概述不是本文所论述的系统和/或方法的广泛综述。其并不意图确定主 要/关键的元件或限定这种系统和/或方法的范围。其唯一目的是以简化的形式展现一些 概念作为后文所展现的更详细说明的序言。根据一个方面，本发明提供了一种控制燃气涡轮过渡的方法。该方法包括接收燃 气涡轮驱动增加的负载的请求。增加的负载大于当接收到请求时被燃气涡轮驱动的负载。 该方法还包括确定有待在燃气涡轮的燃烧器中点燃的燃料的温度是否低于有待引入燃烧 器中用于驱动增加的负载的燃料的目标温度。响应于这种确定结果，该方法还包括当燃料 温度低于目标温度时控制添加物引入到燃气涡轮的燃烧器中，从而建立混合燃料的合适的 沃泊指数以促进燃气涡轮的基本连续的过渡，从而驱动增加的负载，其中混合燃料包括燃 料和添加物。根据另一方面，本发明提供了一种用于驱动负载的燃气涡轮。燃气涡轮包括压缩 机、燃烧器和涡轮，压缩机用于升高引入燃气涡轮中的空气的压力，在燃气涡轮操作期间， 燃料在燃烧器中燃烧，涡轮设置在燃烧器的下游，以便被穿过燃气涡轮的热气体所驱动。燃 气涡轮还包括控制器，用于在燃气涡轮从驱动初始负载过渡至驱动增加的负载期间控制燃 气涡轮的操作。控制器包括接收器部件，用于接收燃气涡轮驱动增加的负载的请求，其中增 加的负载大于当接收到请求时燃气涡轮所驱动的初始负载。控制器还包括比较部件，确定 有待在燃气涡轮的燃烧器中点燃的燃料的温度是否低于有待引入燃烧器中用于驱动增加 的负载的燃料的目标温度。当燃料温度低于目标温度时，控制器的计算部件控制添加物引 入到燃气涡轮的燃烧器中，从而建立混合燃料的合适的沃泊指数，以促进燃气涡轮基本连 续的过渡，从而驱动增加的负载。混合燃料包括燃料和添加物。
本发明在某些部件和部件布置上可采用物理形式，其实施例将在本说明书中进行 详细描述，并在组成说明书一部分的附图中进行图示说明，其中图1显示了燃气涡轮和控制系统的示意图，其可操作以便最大限度地减小燃气涡 轮的起动时间从而满足负载要求；图2显示了包括加载燃气涡轮的延迟在内的说明性的时间图，并且显示了燃气涡 轮的加载、燃料温度和沃泊指数；且图3显示了说明性的时间图，其展现了根据本发明一个方面的燃气涡轮的基本连 续加载情况，并且显示了燃气涡轮的加载、燃料温度和沃泊指数。
具体实施例方式某些术语在本文仅仅是出于便利而使用的，并且不应被认为是对本发明的限制。本文使用的相对性语言最好是参照附图进行理解，其中相似的标号用于标识相似或类似的 事物。此外在附图中，可以示意的形式显示某些特征。最初参看图1，本申请涉及一种用于控制燃气涡轮10的方法和系统17，燃气涡轮 10用于驱动负载，例如用于产生电能的发电机34。如图所示，燃气涡轮示意图，并且仅出于 解释的目的或阐述本发明的创造性概念的目的显示了某些部件。示意图不应被理解为显示 了所有的尺寸和结构。燃气涡轮10包括压缩机12，用于当空气从压缩机的入口 14到压缩 机的出口而通过压缩机时升高空气的压力。压缩机12包括毂16，其支撑一组风扇叶片18， 风扇叶片18快速旋转以使空气进入燃气涡轮10中。燃烧器20包括燃料输送装置22，燃料 输送装置22包括将燃料引入燃烧器中的燃料喷射器或喷嘴。这种燃料从燃料供给中供应 给燃气涡轮10。本领域中的技术人员应该懂得，燃料在从燃料供给至燃气涡轮10的路径上 移动，并相应地从涡轮内传送至燃烧器中。因而，不需要显示这种传送路径的细节。沿着该 路径，可调整燃料流量控制器例如阀门26，以控制流向燃烧器20的燃料的至少一个值(例 如输送速率)。合适的阀门26的示例可包括电磁阀以及任何可由中央控制单元25进行控 制的其它类型的电动阀门。除了燃料之外，可混合氧气和下述添加物以形成用于燃烧器20 的混合燃料。回到燃气涡轮10，涡轮还包括涡轮区域28，其包含设置在燃烧器20下游以便被穿 过燃气涡轮10的热气体所旋转的至少一个涡轮30。输出轴32适合于操作地联接在涡轮30 和负载之间，用于将旋转力从涡轮30传递至负载。图1中所示的负载是发电机34。类似于 压缩机12，涡轮30包括支撑一组叶片29的毂27，在叶片上移动的空气使涡轮30旋转，并 因此使输出轴32旋转。应该懂得，所示涡轮只是一个示例，并且其结构、构造、配置等等都 可变化。现在专注于控制单元17，如双箭头线示意性所示，该单元操作地连接在燃气涡轮 10上。总地说来，示意性的箭头线代表操作连接。作为控制系统17的一部分，图1中还显 示了中央控制单元25，其可由合适的电子硬件和可选软件的组合来形成，用于控制燃气涡 轮10的操作，包括当燃气涡轮10在操作模式之间过渡时的过渡期间。例如，燃气涡轮10 可从燃气涡轮10没有驱动负载或驱动初始负载的离线模式过渡至燃气涡轮10驱动其额定 负载能力的一部分的部分负载模式，或过渡至燃气涡轮10驱动大约100%额定负载的完全 负载模式。在部分负载模式或完全负载模式下被燃气涡轮10驱动的负载大于燃气涡轮10 在无负载或初始负载模式下所驱动的负载，其中过渡开始于无负载或初始负载模式。燃气 涡轮10上的负载程度可与燃气涡轮10需要产生的输出功率相对应，从而按要求驱动发电 机34或其它类型的负载。可由中央控制单元25执行的步骤可选地通过共同形成逻辑电路的离散的模拟和 /或数字电路元件来执行，可选地至少部分地通过可编程数字控制器例如执行储存在与中 央控制单元25连通的计算机可读介质中的计算机可执行指令的微处理器或其任意组合来 执行。计算机可读介质的示例包括但不局限于闪存，例如EEPROM、EPR0M等等；固态或磁存 储装置，例如硬盘驱动器或任何其它与中央控制单元25连通的光学、磁、电子等存储装置， 其可以电子格式储存计算机可执行指令。中央控制单元25可包括用户接口 36，其设有可选的输入装置，例如键盘38、显示 屏40、任何其它类型的接口或其任意组合，其可实施外部作用，从而将请求燃气涡轮的操作从驱动一个负载过渡至驱动增加的负载的信号输入到控制系统17中。在响应时，可相应地 增加燃气涡轮的输出功率，从而可使增加的负载被燃气涡轮10所驱动。这种对负载过渡的 请求可包括请求燃气涡轮10从准备就绪状态或空闲状态起动，在该状态中燃气涡轮10是 不活动的，或者产生零输出功率，过渡通常被称为起动。或者可请求这种燃气涡轮10从驱 动不为零的第一负载(例如从部分负载模式)过渡至驱动增加的负载(例如完全负载模 式)，其大于第一负载。作为另一示例，操作员可输入操作设定值，例如操作员想要发电机34产生的输出 功率，直接输入燃气涡轮10所需的角速度，直接输入操作员想要燃气涡轮10产生的所需气 流速度等等。根据备选实施例，对燃气涡轮10驱动增加的负载的请求可选地来自传感器 (未显示)或来自任何其它信号源，传感器操作地连接以便与控制系统17连通，从而对感测 到预定的条件自动地做出响应。回到朝着燃气涡轮10移动的燃料，提供了温度传感器44以感测供给燃气涡轮10 的燃料的温度，并将指示感测温度的信号发送给控制系统17。由温度传感器44发送的信号 可指示燃料在加热之前，或在被图1中所示的热交换器58加热之后的温度。但不管在哪里 感测燃料的温度，发送的信号都指示被引入燃烧器20中的燃料的温度。控制系统17被提供有比较器50，以便将燃料的温度同中央控制单元25可得到的 目标温度进行比较。比较器50可以是如图所示的求和节点，或者任何其它用于将温度传感 器44所确定的燃料温度与目标温度进行比较并且可选地计算那些温度之间差值的合适的 装置。例如，比较器50可确定燃料温度是否低于燃料的目标温度，这些燃料如以下详细所 述应被引入到燃烧器20中，用于产生合适的沃泊指数，从而容许燃气涡轮10基本连续地过 渡至驱动增加的负载。可选地可从计算机可读介质中获取目标温度，中央控制单元25可与这种计算机 可读介质连通。例如，可从目标温度的查询表中获取目标温度，查询表对应于由计算机可读 介质储存的各种增加的负载的值。根据其它实施例，可从将目标温度与增加的负载的各种 值相关联的曲线、试验数据或由计算机可读介质储存的任何其它合适的数据获得与增加的 负载的各种值相对应的目标温度。另一些其它的实施例可使目标温度由手动输入。燃料温度与目标温度的比较结果可输入到沃泊指数调整关联式52中，其将燃料 温度和目标温度之间的温差与引入燃烧器20中的除燃料之外的添加物的流速或数量关联 起来。燃料和添加物的混合物在本文被成为混合燃料。与比较器50所确定的温差相对应 的添加物的流速是可将添加物引入燃烧器中的流速，以产生具有合适的沃泊指数的混合燃 料，从而如参照图3所述促进燃气涡轮基本连续地过渡至驱动增加的负载。沃泊指数是容许不同的燃料气体在不同的温度下的体积能量含量进行比较的值。 当被燃气涡轮10燃烧时，具有相似的沃泊指数的燃料可预期具有类似的表现。沃泊指数的 一种示例定义通常被称为修正沃泊指数，并通常被限定为相对燃料热值除以相对密度，并 且对于各种燃料所限定值的士5%的偏差通常是可接受的，而不会在燃气涡轮的操作中产 生明显的削弱作用。应该懂得，可利用其它准则来确定相关联的沃泊指数。现转到一个示 例，示例沃泊指数是WobbeIndex: ^^
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其中LHV=低热值(Btu/scf)Tg =绝对温度(以兼容其它方程变量的单位例如开氏温标或兰氏温标来表示)SG =相对于标准温度和压力下的空气的比重。然而，比偏离规定值士5%大得多的沃泊指数的显著变化可能导致不可接受的燃烧动态水平。也就是说，已经确定燃烧动态是沃泊指数的函数。因此，操作在偏离规定值的 沃泊指数的高水平的变化下可能导致硬件损害，降低燃烧系统的部件寿命和能够发电的能 力。如果没有添加物的燃料的温度足以建立合适的沃泊指数，那么添加物对于使燃气 涡轮10基本连续地过渡至增加的负载不是必须的。如果，另一方面，燃料的温度低于目标 温度，使得单独引入到燃烧器20中的燃料的沃泊指数不落在燃气涡轮的沃泊指数的设计 公差内，那么控制系统17可促动阀门56或其它流体流量控制器，以控制添加物引入到燃烧 器20中。控制系统17可调整混合燃料中的燃料对添加物的比率，从而为过渡至增加的负 载而建立合适的沃泊指数。例如通过操纵位于供给54和燃气涡轮10之间的控制阀56以 改变添加物的输送值(例如流速)，从而可调整这个比率。这种调整可能用于特定的燃料 级。添加物可以是任何惰性气体，其示例包括氮气。应该懂得，可使用其它惰性气体。 此外，添加物可以是将影响沃泊指数的其它类型的气体。例如，具有很大不同的沃泊指数的 另一可燃气体可用于提供整体所需的沃泊控制。图1显示了通过混合器60而使添加物与燃料混合以便在燃烧器20外部形成混合 燃料。然后可将这种混合燃料引入涡轮中，并相应地作为混合物而引入燃烧器20中。然而， 根据备选实施例，可选地可将添加物相对燃料独立地注入到燃烧器20中，或注入到燃烧器 和外部混合器60之间的任何地方。控制系统17还可选地与热交换器58、旁通阀、燃料控制阀26或其它装置相连通， 用于控制或至少在必要时启动燃料的加热，从而产生所需要的输出功率以满足对增加输出 功率的请求。当控制系统17接收到使燃气涡轮10驱动增加的负载的请求时，控制系统启动瞬 态操作，从而调整燃气涡轮10的输出功率以适应增加的负载。出于清晰起见，过渡至增加 的负载的一个示例将被描述为燃气涡轮10从休眠状态起动至完全负载状态，在完全负载 状态下，燃气涡轮10将驱动其满额定负载。图2显示了依据公共时间标尺的燃气涡轮加载 (GT负载)曲线图、燃料温度曲线图和沃泊指数曲线图。燃料由于GT负载增加至Ll而开始 加热。在时间、到达Ll之前，可以没有燃料加热，因为其可能对那些负载下的燃料级提供 不正确的沃泊指数。当GT负载在时间、到达Ll时，负载变得恒定，而燃料温度增加，并且 沃泊指数继续降低。当在t2已经满足温度/沃泊指数要求时，负载继续从Ll加载至L2。图2显示了依据公共时间标尺的燃气涡轮加载曲线和燃料温度曲线。如图2中所 示，在时间、时，控制系统17接收到使燃气涡轮10过渡至驱动增加的负载的请求。在时 间、之前不加热燃料，因而温度传感器44(图1)所感测到的来自燃料供给24(图1)的燃 料的温度大约为燃料的环境温度，如图2中的燃料加热曲线所示。在时间、时控制系统17 可启动加热，从而导致燃料温度在、之后继续升高，如图2的燃料温度曲线中的斜线段75 所示。
燃气涡轮10的操作和初始加载可基本上在控制系统17接收到请求之后立即开 始。图2中所示的燃气涡轮加载曲线上的斜线段70代表了燃气涡轮10的初始加载。在这 种于时间、至、之间进行的初始燃烧模式中，燃料的温度，即使未被加热也足以建立容许 燃气涡轮10从时间、至时间、进行稳定操作的沃泊指数(即，通过燃烧燃料而进行具有 最小燃烧动态的操作，该燃料具有处于针对燃气涡轮10而设计的可容忍的沃泊指数范围 内的沃泊指数)。燃气涡轮10的稳定操作将最大限度地减小由燃气涡轮10所经历的燃烧 动态，并从而最大限度地减小燃气涡轮10暴露于这种动态引起的危害下。图2加载曲线中所表示的燃 气涡轮10的负载逐渐地增加至时间、时的第一过 渡负载Li，其在本示例中对应于需要燃烧模式过渡至进一步加载燃气涡轮10的点。例如， 燃气涡轮10可选地在多个不同的燃烧模式下操作，可选地包括多个燃烧器，其根据燃气涡 轮10操作所处模式而以不同方式燃烧燃料。为了使燃气涡轮10上的负载进一步增加至第 一过渡负载Ll之上，燃气涡轮10必须过渡至第二燃烧模式，其不同于从时间、至时间、 所使用的初始燃烧模式。第二燃烧模式能够产生足够的输出功率以驱动第一过渡负载Ll 以上的增加的负载，但需要与初始燃烧模式中所燃烧的燃料的沃泊指数不同的燃料沃泊指 数。为了建立这种用于第二燃烧模式的沃泊指数，通过利用来自燃气涡轮10和热交换器 58(图1)的热排气，通过利用来自底循环的蒸汽或其它介质或任何其它类型的加热器来加 热燃料，从而升高燃料的温度。从图2的燃料温度曲线的斜线段76中可看出，燃料的温度 由于时间、至t2之间的加热而持续升高。燃料的温度必须达到与针对第二燃烧模式必须 建立的沃泊指数相对应的目标温度。在图2的燃料温度曲线中由虚线78代表这个目标温 度。虽然燃料的温度在升高，然而，进一步将燃气涡轮10加载到第一过渡负载Ll以上 被延迟至将燃料温度加热至足以建立使燃气涡轮10在第二燃烧模式下进行稳定操作所需 要的沃泊指数为止。在图2的加载曲线中可由水平线段72代表在时间、至t2之间的燃气 涡轮10上的基本恒定的负载。而等待燃料被加热的延迟可能是长的，并且如果所关注的组 件需要快速响应驱动增加的负载的请求时可能是令人不满意的。一旦图2的燃料温度曲线中的燃料温度在时间t2达到虚线78所代表的针对第二 燃烧模式建立沃泊指数所需要的目标温度时，可启动第二燃烧模式，并且可在第一过渡负 载Ll之上继续燃气涡轮10的加载。燃气涡轮10的这种进一步的加载由斜线段74表示。为了最大限度地减小加载燃气涡轮10时的延迟，例如参照图2所述，本发明建立 了第二燃烧模式所需要的沃泊指数，而不必等待燃料被充分加热。因而根据参照图3所述 的实施例，涡轮的加载可以是基本连续且不间断的。图3显示了根据本发明一个实施例的依据公共时间标尺的燃气涡轮加载(GT负 载)曲线图、燃料温度曲线图和沃泊指数曲线图。时间、的起点与图2中是相同的，即在 时间、时，控制系统17接收到使燃气涡轮10过渡至驱动增加的负载的请求。同样，在时 间tQ之前不加热燃料，因而温度传感器44 (图1)所感测到的来自燃料供给24 (图1)的燃 料的温度大约为燃料的环境温度，如图3中的燃料加热曲线所示。控制系统17可在时间、 时启动加热，从而导致燃料温度在时间、至、时开始朝着目标温度(在图3的燃料温度曲 线中由虚线80代表)上升，如相同曲线的倾斜的实线段82所示。燃气涡轮10 (图1)的操作和初始加载可基本上在控制系统17 (图1)接收到请求之后立即开始。在图3中所示的燃气涡轮加载曲线上，时间、至、的斜线段90代表了燃 气涡轮10(图1)的初始加载。在这种于时间、至、之间进行的初始燃烧模式中，燃料的 温度，即使未被加热也足以建立容许燃气涡轮10从时间、至时间、进行稳定操作的沃泊 指数(即通过燃烧燃料而进行具有最小燃烧动态的操作，该燃料具有处于针对燃气涡轮10 而设计的可容忍的沃泊指数范围内的沃泊指数)。图3的加载曲线中所表示的燃气涡轮10的负载逐渐地增加至时间、时的第一过 渡负载Li，其在本示例中对应于加载期间需要燃烧模式过渡至进一步加载燃气涡轮10的 点。为了在第一过渡负载Ll之上进一步增加 燃气涡轮10的负载，燃气涡轮10必须过渡至 第二燃烧模式，其不同于从时间、至时间、所使用的初始燃烧模式。第二燃烧模式能够产 生足够的输出功率以驱动第一过渡负载Ll以上的增加的负载，但需要与初始燃烧模式中 所燃烧的燃料的沃泊指数不同的燃料沃泊指数。在参照图2所述的示例中，中断了进一步的加载，直至加热燃料温度以建立必须 的燃料沃泊指数时为止。对比而言，参照图3所述的实施例的控制系统17(图1)在合适的 时间启动并控制添加物引入到燃烧器20 (图1)中，以便在燃烧器中形成具有合适的沃泊指 数的混合燃料，容许燃气涡轮10基本连续地过渡到第二燃烧模式，可选地不中断燃气涡轮 10的加载。可定时将惰性气体或其它合适的添加物引入到燃烧器20中，从而最大限度地减 小从一个燃烧模式过渡至另一模式之间的延迟和/或最大限度地减小将燃气涡轮10上的 负载从一个负载增加至另一负载的中断和延迟。还可在不过早地调整燃料的沃泊指数的条 件下，例如当初始的燃烧程序仍然进行时实现最大限度地减小在燃气涡轮10的过渡和/或 加载之间的延迟，从而不会造成燃气涡轮10在初始燃烧程序期间的操作不稳定。根据本实 施例，通过控制引入到燃烧器20中的添加物的流量可保持沃泊指数基本恒定。继续参照图3，在时间t1;当燃气涡轮10上的负载接近第一过渡负载Ll而需要第 二燃烧模式以便进一步加载时，那么控制系统17(图1)开始将添加物引入到燃烧器20中。 重叠在图3中的燃料温度曲线上的虚线92代表随着时间进入燃烧器20中的添加物的流 量。如图所示，在大约当燃气涡轮10(图1)即将过渡到第二燃烧模式以继续燃气涡轮10 的加载的时间、时，添加物的流量达到峰值。这个峰值表示了当需要燃气涡轮10过渡至 第二燃烧模式时，在燃料的目标温度和传感器44所感测的燃料温度之间的最大温差。用以 产生混合燃料的添加物的引入建立了合适的沃泊指数，以便在燃气涡轮10的稳定操作下 使燃气涡轮10过渡至第二燃烧模式。其还容许燃气涡轮10的加载是基本连续的，具有最 小的中断以等待燃料被加热从而取得使燃气涡轮10在第二燃烧模式下进行稳定操作的沃 泊指数。从由图3中的线段90和91共同形成的时间、延伸至时间t2的基本线性的线段 中可看出燃气涡轮10基本连续的加载过程。在图3所示的实施例中，在相同的时间周期没 有代表图2中从时间、至t2的基本恒定负载的明显的水平线段72(图2)。因而，对于驱 动增加的负载和以增加的负载(图2和图3中所示的增加的负载L2)对燃气涡轮10进行 全部加载的请求做出快速响应所需要的时间(图1)从图2中的时间t3缩短至图3中的时 间t2。进一步根据图3所示的实施例，控制系统17(图1)可继续在控制添加物引入到燃 烧器20中的同时并行控制燃料的加热。因而，图3的燃料温度曲线中的斜线段84随着燃 料温度接近由线80所代表的目标温度时而倾斜。
控制系统17可至少部分地基于在目标温度和温度传感器44所感测的温度之间的差异而控制进入燃烧器20 (图1)中的添加物的流量和/或数量。例如，控制系统17可控制 添加物的流速，使其与目标温度和温度传感器44所感测的温度之间的差异成比例。因而， 温差越大，那么进入燃烧器20中的添加物的流速越大。最后，在如图3中的时间、处所示， 当燃料的温度达到在没有添加物的条件下保持合适的沃泊指数所需要的目标温度时，控制 系统17可断开进入燃烧器20 (图1)中的添加物流量。因而，最大限度地减小了燃气涡轮 10的不稳定操作以及在多个燃烧模式下对燃气涡轮10进行完全加载所需要的时间。上面已经描述了说明性的实施例。本领域中的技术人员应该懂得，上面的装置和 方法可包含不脱离本发明总体范围的变化和修改。本发明意图包括本发明的范围内的所有 这种变化和修改。
权利要求
一种控制燃气涡轮(10)的过渡的方法，所述方法包括接收所述燃气涡轮(10)驱动增加的负载的请求，其中，所述增加的负载大于接收到所述请求时所述燃气涡轮(10)驱动的负载；确定有待在所述燃气涡轮(10)的燃烧器(20)中点燃的燃料的温度是否小于为驱动所述增加的负载而引入所述燃烧器(20)中的所述燃料的目标温度；以及当所述燃料的所述温度低于所述目标温度时，控制添加物引入到所述燃气涡轮(10)的所述燃烧器(20)中，以建立混合燃料的合适的沃泊指数，从而促进所述燃气涡轮(10)基本连续的过渡以驱动所述增加的负载，其中，所述混合燃料包括所述燃料和所述添加物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括控制有待引入所述燃烧器(20)中 的所述燃料的加热，其中，所述加热控制是与控制所述添加物引入所述燃烧器(20)中并行 执行的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述添加物引入所述燃烧器(20)中 包括调整所述添加物进入所述燃烧器(20)中的流速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当接收到所述请求时所述燃气涡轮(10) 驱动的所述负载为零，与所述燃气涡轮(10)不驱动所述负载的空闲状态相对应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当有待引入所述燃烧器(20)中的 所述燃料的所述温度大于或等于所述目标温度时，终止将所述添加物引入所述燃烧器(20) 中。
6.一种用于驱动负载的燃气涡轮(10)，所述燃气涡轮(10)包括压缩机(12)，用于升高引入所述燃气涡轮(10)中的空气的压力；燃烧器(20)，其中，在所述燃气涡轮(10)操作期间，燃料将在所述燃烧器(20)中进行 燃烧；涡轮(30)，设置在所述燃烧器(20)的下游，被穿过所述燃气涡轮(10)的热气体所驱 动；和控制器，用于在所述燃气涡轮(10)从驱动初始负载过渡至驱动增加的负载期间控制 所述燃气涡轮(10)的操作，其中，所述控制器包括接收器部件，用于接收所述燃气涡轮(10)驱动所述增加的负载的请求，其中，所述增 加的负载大于接收到所述请求时所述燃气涡轮(10)驱动的所述初始负载；比较部件，用于确定有待在所述燃气涡轮(10)的燃烧器(20)中点燃的燃料的温度是 否小于为驱动所述增加的负载而引入所述燃烧器(20)中的所述燃料的目标温度；和计算部件，用于当所述燃料的所述温度低于所述目标温度时，控制添加物引入到所述 燃气涡轮(10)的所述燃烧器(20)中，以建立混合燃料的合适的沃泊指数，从而促进所述燃 气涡轮(10)基本连续的过渡以驱动所述增加的负载，其中，所述混合燃料包括所述燃料和 所述添加物。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，还包括操作地连接在所述涡轮 (30)上的输出轴(32)，其中，所述输出轴(32)适合于被操作地连接以使发电机(34)的转 子旋转。
8.根据权利要求6所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，在所述过渡期间，所述合适的沃 泊指数保持基本恒定。
9.根据权利要求6所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，所述控制器控制所述添加物引 入所述燃烧器(20)中包括调整所述添加物进入所述燃烧器(20)中的流速。
10.根据权利要求6所述的燃气涡轮(10)，其特征在于，所述控制器还包括热控制部 件，用于在所述过渡期间与控制所述添加物引入所述燃烧器(20)中并行地控制所述燃料 的加热。
全文摘要
根据一个方面，本申请涉及一种控制燃气涡轮(10)过渡的方法。该方法包括接收燃气涡轮(10)驱动增加的负载的请求。增加的负载大于当接收到请求时被燃气涡轮(10)驱动的负载。该方法还包括确定有待在燃气涡轮(10)的燃烧器(20)中点燃的燃料的温度是否低于为驱动增加的负载而引入燃烧器(20)中的燃料的目标温度。响应于这种确定结果，该方法还包括当燃料温度低于目标温度时控制添加物引入到燃气涡轮(10)的燃烧器(20)中，从而建立混合燃料的合适的沃泊指数以促进燃气涡轮(10)的基本连续的过渡，从而驱动增加的负载，其中混合燃料包括燃料和添加物。
文档编号F02C9/48GK101876272SQ20101017528
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年5月1日
发明者D·A·斯奈德 申请人:通用电气公司