专利名称：用于补偿燃气涡轮中的燃料成分变化的系统、方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及燃气涡轮中补偿燃料成分变化。
背景技术：
在燃气涡轮中焚烧的灵活的燃料通常按成分和相关卡值分类。相比于常规的天然气，灵活的燃料成分变化可产生某些燃烧问题，包括增加排放、燃烧噪音(动态)、不期望的火焰保持(flame holding)事件，以及低效率焚烧。调整燃烧器性质来优化作为燃料成分的函数的燃烧通常通过使用质谱仪、热量计或其它燃料测量技术如沃布指数(WcAbe Index) 计来解决。然而，这些装置昂贵、不准确并且具有较慢的响应时间。在某些常规系统中，需要至少三个沃布指数计以及缓冲罐和其它昂贵的基础结构来确定燃料成分变化和解决相关的燃烧问题。
发明内容
本发明的某些实施例可解决一些或所有上述需求。本发明的某些实施例可包括用于补偿燃气涡轮中的燃料成分变化的系统、方法和设备。根据本发明的示例性实施例，提供用于补偿涡轮中的燃料成分变化的方法。该方法可包括监测与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监测与涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动态特性；监测与涡轮相关的一个或多个性能特性；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和一个或多个性能特性估计燃料成分；以及至少部分地基于估计的燃料成分来调整至少一个燃料参数。根据另一示例性实施例，提供用于补偿涡轮中的燃料成分变化的系统。该系统可包括燃气涡轮组件；与燃气涡轮组件通信的燃气涡轮控制器；与燃气涡轮组件和燃气涡轮控制器通信的一个或多个传感器；以及燃料评估器。燃料评估器可包括至少一个处理器，其构造成用以执行计算机可执行指令，用于从一个或多个传感器接收信号；监测与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监测与涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动态特性；监测与燃气涡轮组件相关的一个或多个性能特性；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和一个或多个性能特性估计燃料成分；以及至少部分地基于估计的燃料成分来调整与燃料相关的至少一个参数。根据另一示例性实施例，提供用于补偿涡轮中的燃料成分变化的设备。该设备可包括具有至少一个处理器的燃料评估器，该至少一个处理器构造成用以执行计算机可执行指令，用于监测至涡轮燃烧器106的燃料流；监测与涡轮燃烧器106相关的一个或多个燃烧动态特性；监测与燃气涡轮组件102相关的一个或多个性能特性；至少部分地基于燃料流、一个或多个燃烧动态特性和一个或多个性能特性来估计燃料成分；以及至少部分地基于估计的燃料成分来调整与燃料相关的至少一个参数。本发明的其它实施例和方面在本文中进行了详细描述，并且认作是要求得到专利保护的本发明的一部分。可参照以下详细描述、附图和权利要求理解其它实施例和方面。
现在将参考附表和附图，附图不必按比例绘制，且在附图中图1为根据本发明示例性实施例的示范性燃料补偿系统的框图。图2为根据本发明示例性实施例的示例性方法的流程图。部件列表
100燃料补偿系统
102涡轮组件
104压缩机
106燃烧器
108涡轮
110负载
112燃料供应
114传感器
116沃布计测量
118燃料阀和压力测量
120燃烧动态特性测量
122性能特性测量
124燃气涡轮控制器
126燃料评估模块
128存储器
130(多个)处理器
132输入/输出接口
134网络接口
136操作系统
138数据
140燃料成分模块
200方法流程图
202方框
204方框
206方框
208方框
210方框
具体实施例方式
现在将在下文中参照示出本发明实施例的附图来更为完整地描述本发明的实施例。然而，本发明可体现为一些不同形式，且不应当看作是限于本文所阐述的实施例；相反， 这些实施例提供成以便本公开内容将为彻底和完全的，且将本发明的范围完整地传达给本领域技术人员。相似的标号在整个申请中表示相似的元件。
根据本发明的示例性实施例，燃料成分的性质可通过使用来自于涡轮、燃烧器、燃料输送系统、排气等的附加信息来以提高的速度和/或准确性进行确定。在示例性实施例中，来自于燃烧过程和/或涡轮操作的直接或间接信息可被测量以确定或预测燃料成分。 在示例性实施例中，关于燃料成分确定的信息可用于改变或控制与涡轮相关的某些系统， 以试图优化燃烧性质。本发明的某些示例性实施例可容许减少或消除沃布指数计，并且可改善控制系统的响应时间和准确度。本发明的某些示例性实施例可通过测量特性燃烧排放和/或动态信息来减少涡轮控制器中的错误或响应延迟。本发明的示例性实施例可结合基于排放和动态变化的估计燃料性质/成分使用改进沃布指数测量(包括燃料低热值、温度和密度)。在示例性实施例中，通用传递函数(UTF) (universal transfer function)可使用测量值和预测或制定的参考值如燃烧参考值、排出气体、温度等，以确定燃料成分并且基于确定的燃烧成分来控制燃烧器、燃料输送系统等。根据本发明的示例性实施例，一个或多个模块可用于确定燃料成分。例如，一个或多个模块可用于监测燃料温度、燃料流以及与燃料阀相关的开启(或行程)。根据示例性实施例，还可监测排放和/或燃烧动态信息。在本发明的示例性实施例中，来自于一个或多个模块的测量信息可输入到控制器中。控制器可使用信息来调整燃料阀的开启/行程，调整燃烧器的燃料节流和/或调整喷射器之间的燃料分流。在某些示例性实施例中，控制器可使用监测信息来控制喷射器和/或燃烧器中的燃料分级。例如，这种燃料分级可包括径向分级、轴向分级或燃料喷射流的其它位置处的分级。根据本发明的示例性实施例，导致特定操作状态的燃烧器动态、点火温度信息和排出气体温度值可使用通用传递函数(UTF)预测和制定，通用传递函数(UTF)可具有对数格式和/或指数格式，其中对于对数格式和/或指数格式，基数可为e = 2. 718. . .，10，或对于特定燃烧器指定的任何其它数字。根据示例性实施例，通用传递函数(UTF)可用于预测排放动态，以及较宽范围的涡轮/燃烧器温度中的火焰保持事件，以及单轴或多轴机器的各种操作状态。根据本发明的示例性实施例，基于测得的NOx排放参数来预测燃料中的组分的通用传递函数(UTF)的实例可采用以下形式
权利要求
1.一种用于补偿涡轮中的燃料成分变化的方法，包括监测与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监测与所述涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动态特性；监测与所述涡轮相关的一个或多个性能和排放特性；至少部分地基于所述至少一个燃料参数、所述一个或多个燃烧动态特性和所述一个或多个性能和排放特性来估计燃料成分；以及至少部分地基于所述估计的燃料成分来调整至少一个燃料参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括监测一个或多个排放参数，所述排放参数包括以下中的一个或多个N0x、CO或未燃碳氢化合物；监测性能参数，所述性能参数包括以下中的一个或多个温度、压缩机压力比、负载或速度；至少部分地基于所述一个或多个监测的排放参数或所述一个或多个监测的性能参数中的一个或多个来估计所述燃料成分；以及至少部分地基于所述估计的燃料成分来调整至少一个涡轮操作参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，估计所述燃料成分包括使用通用传递函数(UTF)来至少部分地基于所述一个或多个监测的排放参数或所述一个或多个监测的性能参数中的一个或多个来确定火焰保持事件和燃料组分，其中，所述燃料组分包括以下中的一个或多个氮、乙烷、氢、丙烷、丁烷或天然气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括监测所述燃料的沃布指数，以及部分地基于所述沃布指数来进一步估计所述燃料成分。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，估计所述燃料成分包括使用通用传递函数(UTF)来至少基于所述监测的沃布指数来确定燃料组分，其中，所述燃料组分包括以下中的一个或多个氮、碳氧化物、乙烷、氢、丙烷、丁烷或天然气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测所述至少一个燃料参数包括监测以下中的一个或多个燃料流、燃料阀行程、节流阀行程、分流阀行程、燃料压力、燃料温度、燃料低热值、燃料成分、分流比或空气/燃料比；以及其中，调整所述至少一个燃料参数包括调整以下中的一个或多个燃料流、燃料阀行程、节流阀行程、分流阀行程、燃料压力、燃料温度、燃料低热值、燃料成分、燃料卡值、分流比或空气/燃料比。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测所述一个或多个燃烧动态特性包括监测以下中的一个或多个声音振幅、声频、光强度、光频、火焰不稳定性和火焰保持事件。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监测所述一个或多个性能特性包括监测以下中的一个或多个压缩机压力排出(CPD)、压缩机温度排出(CTD)、涡轮点火温度、涡轮排气温度、涡轮负载、燃料流速、压力、温度、压缩机入口空气压降、压缩机入口流、压缩机入口导叶(IGV)开启、涡轮排气流体流和环境空气状态，所述环境空气状态包括空气温度、空气压力、空气湿度、火焰保持事件或热平衡中的一个或多个。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括使用通用传递函数(UTF)来用于至少部分地基于所述一个或多个性能特性来控制至少一个涡轮操作参数。
10. 一种用于补偿涡轮中的燃料成分变化的系统，包括 燃气涡轮组件(102)；与所述燃气涡轮组件(10 通信的燃气涡轮控制器(124)；与所述燃气涡轮组件(10 和燃气涡轮控制器(124)通信的一个或多个传感器(114)；以及包括至少一个处理器(130)的燃料评估器(1 )，所述至少一个处理器(130)构造成用以执行计算机可执行指令，用于从所述一个或多个传感器(114)接收信号； 监测与涡轮燃烧器(106)相关的至少一个燃料参数； 监测与所述涡轮燃烧器(106)相关的一个或多个燃烧动态特性； 监测与所述燃气涡轮组件(10 相关的一个或多个性能和排放特性； 至少部分地基于至少一个燃料参数、所述一个或多个燃烧动态特性和所述一个或多个性能和排放特性来估计燃料成分；以及至少部分地基于所述估计的燃料成分来调整与所述燃料相关的至少一个参数。
全文摘要
本发明涉及用于补偿燃气涡轮中的燃料成分变化的系统、方法和设备。本发明的某些实施例可包括用于补偿燃气涡轮中的燃料成分变化的系统及方法。根据本发明的示例性实施例，提供用于补偿涡轮中的燃料成分变化的方法。该方法可包括监测与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监测与涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动态特性；监测与涡轮相关的一个或多个性能和排放特性；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和一个或多个性能和排放特性来估计燃料成分；以及至少部分地基于估计的燃料成分来调整至少一个燃料参数。
文档编号F02C9/28GK102562320SQ20111036582
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者D.M.马丁, J.基尔斯纳, M.P.F.维尔林, N.普伦, P.波波维克 申请人:通用电气公司