专利名称：对宽范围涡轮机燃料点火的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明的ー个或多个方面涉及对在燃气轮机中用于燃烧的宽品质范围燃料(wide quality range of fuels)点火的方法、装置和系统。
背景技术：
虽然启动(即点火)燃气轮机可能是复杂的过程，但总体上可被描述为包含下述步骤。首先，向涡轮机中通风以清除可能残留在燃烧室、涡轮机组件或涡轮机管道中的任何燃料。然后，涡轮机转动直到达到预定压力，达到上述压カ时，涡轮机燃料被引入并被点火。 点火后，接入负载。涡轮机转动前通风的原因之ー是阻止达到预定压カ之前不期望的点火或燃烧。不合适的点火可能导致延迟达到合适的操作状态并也可能导致其它损害。更糟糕的是，如果输送且存在过多的燃料，那么还有爆炸的风险。燃料是否过量或不足，至少部分依赖于燃料的热值或易燃性及燃料与空气的混合特性。ー种燃料的燃空比可能因燃料的高易燃性而过高，然而具有相同燃空比但低易燃性的燃料也可能不足以被点火。由于市场波动，操作员使用不同类型的涡轮机燃料操作燃气轮机，这时常是有利的。这样，当燃气轮机打开运行吋，可能不知道燃料气体特性。当涡轮机点火时却不了解燃料气体特性吋，出于安全原因，采用保守方法点火涡轮机。采用保守方法吋，各种点火操作都是规范的。最初，使用很低的燃空比的混合物以减少爆炸风险并试验点火。如果所述试验不成功，那么向涡轮机系统通风。然后改变參数 (如提高燃空比比率，増加涡轮机速度，改变燃料和/或空气，或流动等)，并尝试另一点火方法。这个过程被重复试验直到涡轮机被成功点火。当燃料气体特性未知时下面点火涡轮机的过程可总结为假设最糟糕的情形，并递增地改变点火參数直到点火成功。不足的是，多次点火试验耗费时间，即，引起延迟。并且， 多次试验增加了涡轮机的磨损。另ー方面，如果已知燃料气体成分，则点火试验次数可降低至如一次的情況。例如，燃料气体供给器可给出这样的信息。当燃料气体成分已知时，那么点火參数可以更精确地确定。减少点火试验的次数能够使涡轮机更快地达到操作状态并减少磨损。但所述供给器并不能总是提供上述信息。另ー种方法包括使用传感装置測量燃料气体的特性。在发明人为LaGrow等人的美国专利公开US2008/011M82中，公开了燃气轮机发动机包括完整的燃料特性系统。完整的燃料气体特性系统在燃烧阶段燃烧燃料之前确定燃料提供的能量数量。根据LaGrow等人公开的内容，通过调节燃气轮机发动机的操作參数，使用在实际启动之前获得的燃料气体能量含量測量，完整的燃料气体特性系统提供了改进的燃气轮机发动机启动可靠性。在LaGrow等人公开的专利申请中，在涡轮机燃烧室的上游使用Wobbe測量计或气体色谱仪。使用这种方法，燃料气体在燃气轮机中燃烧之前，Wobbe指数或燃料气体成分可被測量。基于所测量的Wobbe指数或燃料气体成分，涡轮机操作參数被调节，使得当被测气体进入燃烧室时，能够做出合适的调节。为了允许发生足够的测量以及调整操作參数，提供缓冲罐。传感装置如Wobbe測量计，气体色谱仪及热量计通过减少试验次数允许快速点火，但这些类型的传感装置价格昂贵。为保证安全裕度，传感器的过多使用经常使成本增加。对于没有安装这些传感器的涡轮机系统，升级这些系统使之安装传感器也可能造成成本大幅增加并影响其运行。另ー个缺点是，传感装置可能不总是可靠的。因此，期望不需要这些传感装置的情况下减少大量燃气轮机点火试验，即使在燃料气体特性未知吋。
发明内容
本发明的非限制方面涉及ー种输送燃料-空气混合物到燃气轮机中用于点火的方法。燃料能够包含ー种或多种燃料组分的合成物。在所述方法中，基于ー种或多种与燃料分子量相关的燃料參数、一种或多种燃料流动參数和ー种或多种氧化剂流动參数可以计算混合物的可燃性。之后，可以调节混合物中的燃料和氧化剂使得混合物的可燃性在调节之后落入參考可燃性范围。计算混合物的可燃性的步骤以及调节燃料和氧化剂混合物的步骤在点火混合物之前执行。本发明的另ー个非限制方面涉及ー种控制器，其控制输送燃料和氧化剂混合物到燃气轮机用于点火。燃料可包含ー种或多种燃料组分的合成物。控制器可包括參数接收单元，设置为接收ー个或多个与燃料分子量相关的燃料參数、一个或多个燃料流动參数和一个或多个氧化剂流动參数的任意结合。控制器也可以包含可燃性计算单元，设置为基于參数接收单元接收的參数计算混合物的可燃性。控制器可进ー步包含可燃性调节单元，设置为调节混合物中的燃料和氧化剂使得混合物的可燃性在调节之后落入參考可燃性范围。在点火混合物之前，可燃性计算单元及可燃性调节单元都可执行其各自的计算及调节。本发明将结合下面的附图进行更详细的描述。
本发明的这些和其它特性结合附图、通过接下来的示例实施例的具体描述将会更加明了，在所述附图中图1根据本发明的非限制方面示出了输送燃料和氧化剂混合物到燃气轮机的系统的实施例；图2根据本发明的非限制方面示出了设置为控制燃料及氧化剂混合物输送至燃气轮机的控制器的实施例；图3根据本发明的非限制方面示出了一种计算并调节在实际点火之前燃料的可燃性的示例方法的流程图；并且图4根据本发明的非限制方面示出了确定可燃性指示标记的示例过程的流程图。
具体实施例方式下面描述ー种点火燃气轮机的新的方法、系统和装置。所描述的方法、系统和装置计算燃料/氧化剂混合物的可燃性并作出必要的调节以使燃料可以被点火。燃料组分不需要在点火/燃烧过程之前确定。特別的优点是不用所点火燃料的热平衡。如上面提到的，理想地能够在包括点火及涡轮机预热的不同时刻使用宽品质范围的涡轮机燃料操作燃气轮机。被输送至燃气轮机的燃料可以在较宽的品质范围内由多种燃料成分构成。总之，气态燃料、液态燃料及两者都可在燃气轮机中燃烧。过去，使用热值作为燃料量的指标，热值应该被提供给燃烧器，包括在启动时点火以达到能量标准。通常，热值被用作燃料品质的指标——较高热值通常指示较高的燃料品质。当一定量的燃料与氧气反应生成水及其它产物吋，固定量的能量被释放，所述量可被量化为如燃料的较低热值(LHV)。虽然LHV将被主要地用于描述实施例以表明本发明各方面的ー些有益特征，但在能量以HHV或Q或其它类似表示方式衡量时，同样的原理也适用于本发明。为了获得点火及稳定启动的能量可能需要的涡轮机的理想热值和、涡轮机启动的各个阶段期间将被点火及維持火焰传播的供给燃料的实际需求之间可能存在差值。可靠点火及持续火焰的实际需求可能通过计算另ー个燃料特性(燃料易燃性，也称为可燃性)而更精确地估算出。总之，如果易燃性太低，将不会达到点火和稳定地燃烧。如果易燃性过高， 将会增加爆炸风险和高排放。要发生着火或爆炸，需要燃料、氧气及点火源。并且，燃料和氧气必须以合适的量混合。根据其易燃性下限和上限(LFL，UFL)典型地限定了燃料的易燃性。LFL和UFL分別是最低和最高的燃料相对于空气的气体浓度，其在点火时将支持自传播火焰。在LFL值以下，燃料/空气混合物是过贫燃状态，即，没有足够的燃料。在UFL以上，混合物是过富燃状态，即，没有足够的空气。理想地，保持贫燃操作能够减少NOx排放。因此理想地，在点火期间燃气轮机在尽可能地具有贫燃混合物的状态下操作。但是混合物不应过于贫燃以防贫燃灭火(LBO)发生。涉及到燃气轮机吋，LBO是其中燃料流动不充分維持燃烧的条件。LBO与LFL成比例， 并在流体速度接近0时接近LFL。图1是调节燃料和氧化剂输送至燃气轮机燃烧室以保持燃烧的示例系统，例如在燃气轮机启动期间获得安全及稳定的点火。氧化剂通常以空气的形式输送，并且因此空气将假定为下面说明中选择的氧化剂。但本发明不仅限于空气。如图所示，系统包括燃烧器1，其设置成产生高能量气体以驱动燃气轮机2。压缩机3被设置为向燃烧器1提供氧化剂如空气，并且燃料阀4被设置为控制输送到燃烧器1 的燃料的量。通过控制压缩机3产生的空气量，以及对例如压缩机的入口导叶(IGVs)、进ロ 放气阀以及燃烧器旁通阀等的机构进行调整，能够至少部分地控制燃料-空气混合物。图 1对IGVlO进行了显示。虽然压缩空气可以直接供应到燃烧室1中，但优选地系统包含三通阀5，其被设置为控制进入燃烧室1的空气的量、压カ及温度、返回到压缩机3的进ロ的空气的量、压カ及温度、和旁通燃烧室1的空气量的任意结合。空气温度压缩机排放(TCD)传感器1 和空气压カ传感器15b能够用于測量空气的温度和压カ及空气-燃料混合物的温度和压力。系统包括涡轮机控制器6。在非限制方面，涡轮机控制器6基于燃料及燃料-空气混合物的可燃性控制空气及燃料输送，这在下面将详细描述。并且，如下文将要更详细描述的那样，控制器6可以从不同的传感器中接收测量作为输入值以形成控制信息作为输出值从而控制燃气轮机2的操作。为了减小干扰，进出控制器6的信号在附图1中用虚线箭头在非限制方面，控制器6基于燃料的可燃性控制提供到燃烧器1的燃料和空气的输送。其优越性之ー是燃料的可燃性可在不点燃燃料和不知道燃料组分的情况下确定。换句话讲，不必确定点火之前作为整体构成燃料的单个燃料组分。也不必直接測量点火前燃料的热值。这样，昂贵的传感装置如Wobbe测量计、气体色谱仪和热量计都不需要。虽然这些类型的传感装置都不需要，但是可以包括它们，以便例如提高稳定性和提供验证。为了取代依靠测量热值和/或測量燃料成分的传感装置，能够使用影响流动參数的燃料特性，如燃料输送阀指定升程处的压カ和压降。分子量是其特性之一的示例。比重 (SG)是另外ー个示例。ー个优点是测量这些特性的传感器(如SG传感器)相对便宜。下面提供一个解释。燃料的分子量在可预知的状态下影响可燃性及热容量。例如， 对于碳氢化合物燃料，较高的分子量通常与可燃性的较低的可燃性贫极限相应。同时，较高的分子量主要与燃料的较高热容量相应。另外，贫极限火焰温度与最小火花点火能量之间存在关联。当燃料特性如分子量或其它相关特性-如流动速率、密度、比重、速度-在參考管线几何形状(reference piping geometry)和阀开ロ处被测量和/或被计算吋，燃料的可燃性可被估计或者被另外确定。当燃料的分子量或其它与分子量相关的特性被界定吋，作为可燃性的主要部分的燃料的易燃性能够被确定。基于这个信息，燃料的可燃性能够被相对于參考而调节。燃料能够由不同的燃料组分构成。换句话说，包括多个不同燃料类型的燃料組合物的可燃性能被确定和调节。不必确定组成整个燃料組合物的各个组分。易燃性的贫极限-也指的是最小点火能量-能够在混合物的可燃性贫极限被确定之后计算出。LL可被看做混合物的易燃性极限，低于所述极限，贫熄灭(LBO)将不被阻止。燃料的易燃性还与燃料的反应特性密切相关。因此，在许多例子中，燃料易燃性能被估计，在足够精确的程度上，使用燃料反应特性定义參数，如反应速率系数、火焰温度和燃烧温度、点火延迟、和/或熄火时间。因此，类似于LLI能够基于燃料混合物的易燃性被计算出来的方式，确定燃料反应特性后也能计算LLI。除热值和/或反应特性之外，点火能量可通过燃料空气易燃性确定。获得能量点火涡轮机燃烧室需要的可燃性和输送到燃烧室的混合物的可燃性之间可能存在差异。在燃料类型和/或组分未知时认清上述差异尤为重要。另ー方面，在确定未知燃料成分的燃料-空气混合物的可燃性的同吋，可以在点火的时刻对压カ和速度/湍流执行计算以便调节。为了相对于參考值调整可燃性，燃料阀门升程可以被调节。而且，可以调节空气量和/或空气温度。甚至在具有多种不同燃料源的系统中，燃料的可燃性可达成为期望值。当燃料和/或燃料-空气混合物的可燃性被限定后，还可调节点火火花负荷和/或频率。返回到图1，控制器6可被设置为基于燃料的可燃性调节供应到燃烧器1的燃料和空气的參数。燃料的可燃性可以基于燃料的比重(SG)确定。尽管SG最初被用于下面的描述中，但本发明并没有受如此限制。部分或所有影响流动參数的燃料特性可被使用。由于分子量是影响流动參数的主要特性之一，因此分子量和/或与之相关的特性可被用于确定燃料的可燃性。系统进一歩可包括燃料存储和输送系统12，其设置成用以存储和/或输送宽品质范围内的多种成分的燃料。控制器6可以通过调节相应于不同成分的燃料的阀门7的开启控制各燃料成分的输送。换句话说，控制器6可以在多种燃料成分存在时控制各燃料成分的混合。可选择地包括影响所输送燃料总量的阀门13。当设置阀门13时，控制器6可以控制阀门13以控制燃料的流动。注意，燃料流动也可以通过控制与单个燃料组分相关的阀门 7来控制。系统优选地包含传感器，所述传感器測量燃料的分子量或与分子量相关的特性， 如比重、流动、密度和速度。例如，系统可以包括燃料SG传感器Ha和燃料流动传感器14b。 燃料SG传感器1 设置为測量燃料的比重。燃料流动传感器14b设置为測量燃料流动參数如燃料流率(质量或体积或两者)和燃料流动速度。燃料流动传感器14b可以是单个传感器或者測量燃料流动參数的多个传感器的組合。系统也可以包括燃料换热器8a，使至少一部分燃料在控制器6的控制下被输送给它以保持燃料在预定的温度值或温度范围内。例如，控制器6可以控制阀门9以控制输送到燃料热交換器8a的燃料量。燃料温度可通过燃料温度传感器Hc測量。系统可进一歩包括燃料压カ传感器14d以测量输送到燃烧器1的燃料压力。燃料和/或燃料-空气混合物的可燃性可基于ー个或多个可燃性指标通过调节燃料流动參数和空气流动參数的任意结合来获得调节。燃料流动參数的示例包括压カ、压降、 温度、流率(质量或者体积值或两者)和速度等。空气流动參数的示例包括压力、压降、温度和流率(质量或者体积值或两者)等。优选地，上述调节通过控制器6自动执行，如下所述。然而，一旦确定可燃性指标， 就可能手动执行相同的调节。控制器6可以控制三通阀5的操作以通过控制流入燃烧器1的空气量、返回到压縮机3的入口的空气量、旁通燃烧器1的空气量等调节空气流动、压カ和温度。控制器6也可通过控制从压缩机3到燃烧室1的压缩空气量的输送调节空气压力。为了调节空气温度，控制器6可以使至少一部分进入燃烧器1的空气通过控制阀 11转化进入空气热交換器8b，使将要进入燃烧器1的上述部分空气预热。通过空气温度传感器15a，例如空气温度压缩机排放传感器，可以测量空气温度，并且提供给控制器6。注意，进ー步的空气温度控制也可以被实现，通过通常所说的入口放气加热的效应，通过三通阀5放出至少一部分压缩空气到压缩器入口的方式。还需要注意的是，燃料和空气热交換器8a和8b可结合成一个联合模块或作为分离的模块提供。可燃性调整也可以基于与燃料相关测量之外的測量而进行。例如，系统可以包含传感器16以测量或另外确定空气和燃料混合物的混合品质(通过Da (Damkohler估计)和 /或流体湍流。湍流可由Ka(Karlovitz)和/或Re (Reynolds)数表示。控制器6可以使用这些测量方式以进一歩地调节燃料和/或空气流动參数以使燃料-空气混合物可被点燃。如上面多次提到的，图1所示的输送到燃烧器1的燃料可以是ー种组分或几种特定燃料組合物，各燃料组分的传递可以通过打开和关闭相应于每个燃料组分的阀门7控制。各燃料组分可以具有不同的特性或參数，如热值、比重、闪燃点等。本发明的优越性在于不需要直接或精确地知道各燃料组分的特性。实际上，一种组分燃料如燃料存储及输送装置12中的燃料1或燃料2可以是各自具有不同料类型的组分。而再次强调的是，由于不需要知道精确组分，该优点显而易见。图1还示出了控制器6在控制燃料-空气混合物输送到燃气轮机2的过程中起到重要的作用。图2根据本发明的非限制方面例示了控制器6的实施例。控制器6可以包括參数接收单元210、可燃性计算单元220、可燃性调节单元230以及点火參数设置単元M0。注意，图2示出了控制器6的逻辑视图及其所包含的単元。也就是说，并不严格要求每个单元作为ー个物理独立模块实施。部分或所有単元可以结合在物理模块中。例如， 可燃性计算单元220和可燃性调节单元230可以结合在单个模块中。而且，这些单元不需要在硬件上严格实施。可以想象这些单元通过硬件和软件的联合得以实施。例如，实际控制器6可以包括一个或多个执行非-暂时程序指令的中央处理器，所述程序指令存储在存储介质或固件中以执行图2所示的単元的作用。控制器6的各単元的作用将结合图3进行描述，图3示出了根据本发明的非限制方面的一种示例方法300的流程图，所述方法输送燃料-空气混合物到燃烧器1中点火。通常，在所述方法中，使用燃料和空气流动參数确定混合物的可燃性。基于这种可燃性，将点火以启动燃气轮机2的正确燃料-空气混合物将被估计或者确定。一方面，基于ー种或多种可燃性指标计算燃料的可燃性。燃料混合物的优选可燃性指标包括易燃性(如LL)、热值(如LHV，HHV, Q)和/或反应特性(如反应速率、点火延迟及熄火)。如果燃料的热值或者燃料的单个组分是已知的，那么ー些指标如LL可被确定。 但使用传感器直接測量热值(如WcAbe測量计，热量计)或測量单个组分(如气体色谱仪) 的造价很高。在本发明的这方面，与燃料分子量有关的參数被測量或者被确定。这些參数的示例包括比重、密度、流率和速度等。然后应用传递函数确定或估计可燃性、热值和/或燃料反应特性。即该传递函数可被应用确定可燃性指标。作为示例，一个或多个传递函数通过实验、经验观察和/或通过多种其它途径获得，每个传递函数详细说明了燃料混合物的比重、温度及燃烧贫极限之间的关系。本文的可燃性贫极限一般可被看做燃料-空气混合物或者燃料-氧化剂混合物的易燃性极限，低于该可燃性贫极限则贫熄灭状态将不被阻止。一方面，各种关系可被建模为ニ阶传递函数，使用公式LL = k(aSG2-bSG+c)表达，其中LL表示可燃性贫极限，SG表示燃料的比重，k表示温度校正系数，并且a，b和c表示校正系数。作为另ー个例子，一个或多个传递函数可通过实验、经验观察和通过多种其它途径获得，每个传递函数详细说明了燃料的比重与燃料的低热值之间的关系。一方面，所述关系可被建模为线性传递函数，表达式为LHV = -aSG+bSG，其中LHV表示燃料的低热值，SG表示燃料的比重，a和b表示校正系数。类似地，可得到一个或多个传递函数，每个传递函数详细说明了燃料的比重及反应特性之间的关系。由上看出，測量比重会十分有用。如强调的一祥，当特别提到比重吋，说明了与分子量相关參数和可燃性指标的任意结合之间的关系的传递函数可被确定和使用。一个所述的參数是压降。例如，燃料可被设置为流动经过具有已知的几何形状的參考管段。穿过參考管的燃料降低量可被确定。例如，燃料压カ传感器14d可測量參考管段的入口和出口处的压力。为了确定可燃性指标，可以应用说明了压降和可燃性指标之间的关系的传递函数。在应用传递函数估计可燃性指标(LL，LHV,和/或反应速率)之后，混合物的可燃性可被计算。所计算的混合物可燃性的ー个例子是可燃性贫极限，可燃性贫极限也可称作最小点火能量，其是点火混合物所需要的最小点火能量。一方面，燃料的贫极限火焰温度基于燃料的可燃性指标如燃料的可燃性贫极限确定，并且燃料可燃性贫极限又能够基于相应的贫极限火焰温度被确定。回到图3，方法300始于步骤305。最初，在步骤310和315中，參数接收单元210 可接收传感器测量的燃料流动參数和空气流动參数。燃料流动參数可包含燃料压カ、燃料压降、燃料流动速率、燃料流速和燃料温度。燃料流动速率可以是质量流动速率、体积流动速率或者两者。空气流动參数可以包括空气压カ、空气压降、空气流动速率、空气流速、空气温度。此外，燃料分子量或与分子量相关的參数可被确定。所述相关參数的例子包括比重、 密度、速度和流量等。在步骤320中，确定了參考/设计可燃性范围。这可预先配置在控制器6中，从外部源提供给控制器6，和/或手动输入进控制器6。在步骤325中，可燃性计算单元220可基于上述參数计算燃料-空气混合物的可燃性。着重注意的是，即使在不知道燃料的组分吋，混合物的可燃性也能计算，而不需要先点火混合物。因此，不必直接測量燃料的热值或Wobbe指数。也不需要直接确定燃料的组分。替代地，可燃性计算单元220可以至少部分基于分子量或如比重的相关參数确定 ー个或多个可燃性指标。可燃性指标是指与燃料的易燃性、燃料热容、和/或燃料的反应特性相关的那些燃料參数。例子包括可燃性贫极限、低热值和反应速率。图4表示执行步骤325的非限制示例过程。如图所示，可燃性计算单元220通过应用步骤410中的传递函数可以确定可燃性指标。如上面所介绍的，一种传递函数可以建模为燃料的比重、混合物的温度及混合物的可燃性贫极限之间的关系。另外ー种传递函数可以建模为燃料的比重和燃料的低热值之间的关系。而还有一种传递函数能够建模为燃料的比重和反应速率之间的关系。类似地，传递函数可以建模为由相同或不同的可燃性指标表示的穿过參考管段的燃料的压降之间的关系。但是许多传递函数中的少数部分可被用来基于比重、压降或任意其它分子量相关參数确定可燃性指标。进ー步地，可燃性计算单元220基于步骤420中的ー个或多个可燃性指标可以确定混合物的可燃性。例如在步骤420中，可燃性的贫极限可以基于步骤410中确定的可燃性指标被确定并作为已计算的可燃性而提供。再看图3，在步骤330中，调节单元230可通过比较已计算的可燃性与设计/參考可燃性范围来确定是否已计算的混合物的可燃性是可接受的。例如，參考可燃性范围可指定可燃性范围的可接受的贫极限。另ー个例子是，參考可为以下情况指定可接受的范围由 ー个或多个可燃性指标(如可燃性贫极限)、ー个或多个热值指标(如低热值、高热值)和 /或一个或多个反应特性指标(如反应速度、点火延迟、熄火时刻)的任意结合。如果在步骤330中已计算的可燃性比较是合适的，则所述方法可以在步骤360终止，此刻，可以尝试涡轮机点火。另ー方面，如果在步骤330中已计算的可燃性比较不是合适的，那么调节单元220 可以通过在步骤335、340和345中调整燃料和空气流动參数来调整燃料-空气混合物的可燃性。在步骤350中，调节单元230可检查是否已调节的可燃性落入參考可燃性的ー个或多个范围内。如果落入，所述方法可以在步骤360终止，此时可以尝试涡轮机点火。否则， 过程可以重复以进ー步调整燃料及空气參数直到使得可燃性落入參考可燃性的一个或多个范围内。注意在所述方法中，计算和调节步骤均在试图点火前进行。虽然燃料点火不需要计算和/或调整混合物的可燃性，但是燃料和空气应该流动使得可以测量各自的流动參数。ー种方法是转动燃气轮机到预定速度以使燃料和空气可以流动穿过各自的燃料和空气输送管道。第二种方法是使用流体连接燃料和空气输送管道的泵以产生所需要的燃料和空气流从而保证测量的进行。第二种方法的优点在于进而具有实质质量的燃气轮机不需要转动。再看图1，部分或全部阀也可以用作控制器6可控制的主动泵。当不需要吋，如果燃料的热值和/或燃料组分能够通过传感器如WcAbe测量计、热量计和气体色谱仪确定，那么可燃性调节单元230可执行调整步骤，至少部分基于来自这些传感器的測量而控制燃料和空气流动參数。注意到，可燃性贫极限影响第一次点火试验的最少量燃料设置。如果提供的燃料较少，可能会发生贫熄火。然而，最大量燃料设置也应该由第一次点火试验确定从而最小化爆炸的风险。最大量燃料设置能够基于伴同的可燃性富极限校正而被确定。一方面，控制器的调节单元可以用可燃性贫极限校正和可燃性富极限校正分别确定最小量和最大量燃料设置。本说明书使用例子来公开本发明，包括最优模式，井能使本领域技术人员实施本发明，包括制造和使用任ー种装置或系统，并实施与之结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员能够想到的其它例子。如果其它例子具有与权利要求的字面意思相同的结构元件，或者如果他们包含等同的结构元件而与权利要求的字面意思没有实质上的差別时，那么其它例子落入本发明的权利要求保护范围内。
权利要求
1.一种由控制器执行的输送燃料-氧化剂混合物给燃气轮机用于点火的方法，其中， 燃料是ー种或多种燃料组分的合成物，所述方法包括基于ー种或多种与燃料分子量相关的燃料參数、一种或多种燃料流动參数和一种或多种氧化剂流动參数计算混合物的可燃性；和调节混合物中的燃料和氧化剂使得混合物的可燃性在调节之后落入參考可燃性范围， 其中，计算混合物可燃性的步骤以及调节燃料和氧化剂混合物的步骤在点火混合物之前执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不直接測量燃料的Wobbe指数和热值，并且不直接測量燃料组分，而执行计算混合物可燃性的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在干，计算混合物可燃性的步骤包括 确定燃料的比重，确定穿过预定參考管段的压降，或者两者都确定；基于燃料的比重、压降或者两者确定ー个或多个燃料的可燃性指标；和基于ー个或多个可燃性指标确定可燃性贫极限；其中，燃料的可燃性指标包括与燃料的易燃性、热容、和/或反应特性相关的參数；并且可燃性贫极限是点火混合物所需要的最小点火能量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在干，确定燃料的比重的步骤包括 基于来自燃料比重传感器的測量数据确定比重；或基于来自燃料温度传感器、燃料压カ传感器、氧化剂温度传感器和氧化剂压カ传感器中的一个或者多个的测量数据确定比重。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定ー个或多个可燃性指标的步骤包括， 通过应用传递函数确定混合物的可燃性贫极限，该传递函数建模为在燃料比重和/或压降、混合物温度和混合物的可燃性贫极限之间的关系，可燃性贫极限是低于其将不会阻止贫熄灭的混合物的易燃性极限。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定ー个或多个可燃性指标的步骤包括， 通过应用传递函数确定混合物的低热值，该传递函数建模为在燃料比重和/或压降及燃料低热值之间的关系。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定ー个或多个可燃性指标的步骤包括， 通过应用传递函数确定混合物的反应速率，该传递函数建模为在燃料比重和/或压降及燃料的反应速率之间的关系。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在干，确定可燃性贫极限的步骤包括 基于ー个或多个可燃性指标确定燃料的贫极限火焰温度；和基干与可燃性贫极限相应的贫极限火焰温度确定可燃性贫极限。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在干，燃料流动參数包括燃料压力、燃料压降、燃料流动速率、燃料流动速度和燃料温度， 氧化剂流动參数包括氧化剂压力、氧化剂压降、氧化剂流动速率、氧化剂流动速度、氧化剂温度，并且调节混合物中燃料和氧化剂的步骤包括，控制燃料流动參数、氧化剂流动參数和湍流的任意结合。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在干，调节混合物中燃料和氧化剂的步骤包括，基于来自燃料组分传感器、燃料热值传感器或者两者的測量数据，控制燃料流动參数、 氧化剂流动參数、或者两者都控制。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于进一歩包括基于混合物的可燃性和可燃性的贫极限中的一个或两个，设置ー个或多个燃气轮机点火參数，其中，燃气轮机点火參数包括火花点火持续时间、火花点火频率和转子速度。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于进一歩包括，使用可燃性贫极限校正为第一次点火试验确定最小量燃料设置，使用可燃性富极限校正为第一次点火试验确定最大量燃料设置。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在干，计算混合物可燃性的步骤包括，转动燃气轮机到预定速度，以使得能够测量与燃料分子量、燃料流动參数和氧化剂流动參数有关燃料參数。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在干，计算混合物可燃性的步骤包括使用ー个或多个流体连接燃料输送管道的燃料泵泵送燃料，以使得能够测量与燃料分子量和燃料流动參数相关的燃料參数；和使用ー个或多个流体连接氧化剂输送管道的氧化剂泵泵送氧化剂，以使得能够测量氧化剂流动參数，其中，当使用燃料泵和氧化剂泵泵送所述燃料和氧化剂吋，涡轮机不转动。
15.一种控制器，其控制输送燃料和氧化剂混合物到燃气轮机用于点火，其中，燃料是 ー种或多种燃料组分的合成物，所述控制器包括參数接收单元，设置为接收ー个或多个与燃料分子量相关的燃料參数、一个或多个燃料流动參数和一个或多个氧化剂流动參数的任意结合；可燃性计算单元，设置为基于參数接收单元接收的參数计算混合物的可燃性；和可燃性调节单元，设置为调节混合物中的燃料和氧化剂使得混合物的可燃性在调节之后落入參考可燃性范围，其中，在点火混合物之前，可燃性计算单元执行计算，并且可燃性调节单元执行调节， 从而减少点火试验次数。
16.根据权利要求15所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元计算混合物的可燃性，而不使用燃料的Wobbe指数、热值及组分信息。
17.根据权利要求15所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元计算混合物的可燃性，这是通过基于燃料比重、通过预定參考管段的燃料压降或者两者，确定ー个或多个可燃性指标；禾ロ基于ー个或多个可燃性指标确定可燃性贫极限，其中，燃料的可燃性指标包括与易燃性、热容、和/或燃料反应特性相关的參数，并且可燃性贫限制是点火混合物所需要的最小点火能量。
18.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元设置为基于来自燃料和氧化剂温度传感器以及燃料和氧化剂压カ传感器的測量数据确定比重。
19.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元设置为通过应用传递函数确定混合物的可燃性贫极限，该传递函数建模为在燃料比重和/或压降、混合物温度和混合物的可燃性贫极限之间的关系，可燃性贫极限是低于其将不会阻止贫熄灭的混合物的易燃性极限。
20.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元设置为通过应用传递函数确定混合物的低热值，该传递函数建模为在燃料比重和/或压降及燃料低热值之间的关系。
21.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元设置为通过应用传递函数确定混合物的反应速率，该传递函数建模为在燃料比重和/或压降及燃料的反应速率之间的关系。
22.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，可燃性计算单元设置为确定可燃性贫极限，这是通过基于ー个或多个可燃性指标确定燃料的贫极限火焰温度；和基干与可燃性贫限制相应的贫极限火焰温度确定可燃性贫极限。
23.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，燃料流动參数包括燃料压力、燃料压降、燃料流动速率、燃料流动速度和燃料温度，氧化剂流动參数包括氧化剂压力、氧化剂压降、氧化剂流动速率、氧化剂流速、氧化剂温度，且可燃性调节单元设置为，通过控制燃料流动參数、氧化剂流动參数和湍流的任意结合， 调节混合物中燃料和氧化剂。
24.根据权利要求23所述的控制器，其特征在干，可燃性调节单元设置为，通过基于来自燃料组分传感器、燃料热值传感器或者两者的測量数据，控制燃料流动參数、氧化剂流动參数、或者两者，从而调节混合物中的燃料和氧化剂。
25.根据权利要求17所述的控制器，其特征在于进一歩包括设置点火參数设置単元， 其设置成基于混合物的可燃性和可燃性的贫极限中的一个或两个，设置ー个或多个燃气轮机点火參数，其中，燃气轮机点火參数包括火花点火持续时间、火花点火频率和转子速度。
26.根据权利要求17所述的控制器，其特征在干，点火參数设置単元设置为使用可燃性贫极限校正为第一次点火试验控制最小量燃料设置，且使用可燃性富极限校正为第一次点火试验控制最大量燃料设置。
全文摘要
本申请涉及对宽范围涡轮机燃料点火的方法、装置和系统。在操作燃气轮机的过程中，对于将被点火的供给燃料，在燃料的理想热值与燃料的实际需要之间可能存在差值。一方面，确定了与燃料分子量相关的燃料参数，如比重和压降。燃料可燃性基于燃料参数被计算，并且当需要将燃料的可燃性达成为预定值时被调节。燃料的可燃性能够在实际上不点火燃料且也不直接知道燃料热值或其组分的情况下被计算出来。
文档编号F02C7/264GK102536469SQ201110393438
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月5日 优先权日2010年10月5日
发明者D·M·马丁, J·基滋纳, M·P·F·维尔林, N·波尔龙 申请人:通用电气公司