专利名称：用于控制燃气轮机的方法
技术领域：
本发明主题涉及燃气轮机。更具体地，本发明主题涉及对进入用于控制燃气轮机的循环和燃烧模型中的燃料成分信息的识别和整合。
背景技术：
燃气轮机的性能对供给燃气轮机燃烧系统的燃料成分敏感。无补偿的燃料成分的变化可导致燃烧不稳定性(动力学特性)、増加的包含NOx和CO的排放、贫油熄火和降低的火焰稳定裕度或逆燃。及时了解变化的燃料成分可有助于通过燃气轮机控制系统来优化燃烧系统。一种实现补偿变化的燃料成分的方法包括对燃料成分的直接測量，该直接測量可 通过各种技术实现，这些技术中的很多种技术是成本高、响应慢、或者不适于控制目的。
发明内容
本发明通过提供一种用于确定进入燃烧器的燃料成分的方法和系统来解决上述问题。所述方法包括确定进入燃烧器的燃料的温度和压カ；利用燃料性质和燃料喷嘴有效面积(K)计算第一估计的总燃料流量；以及，利用气动热循环模型分析来计算第二估计的总燃料流量。将所述第一估计的总燃料流量与所述第二估计的总燃料流量进行比较，并且由所述第一估计的总燃料流量和所述第二估计的总燃料流量之间的差值推定燃料的低发热值的变化。还公开了一种用于控制燃气轮机的方法和系统，包括计算燃料成分对燃气轮机的性能的影响，并且将ー个或多个性能參数与一个或多个參数界限进行比较。根据比较的结果改变燃气轮机的ー个或多个机械控制器。结合附图从以下说明可更清楚这些及其它优点和特征。
在说明书所附权利要求中具体指出并清楚地声明了本发明所涉及的主題。结合附图从以下详细说明可以清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在这些附图中
图I是用于控制燃气轮机的系统的示意图；和 图2是燃气轮机的燃烧器的截面图。该详细说明通过參考附图用示例阐释了本发明的实施例及其优点和特征。部件清单 燃气轮机10
一定范围的数据12 循环模型14燃料成分16 循环模型输出18，20 燃料系统模型22 燃料温度24 喷射嘴26 燃烧器28 燃烧室30 第一传递函数32 排放数据34 动态数据36 控制函数38 界限40 机械控制器42 组分模型44 光学装置46 FHM传递函数48。
具体实施例方式參考图I，燃气轮机10包括分布在燃气轮机10中的多个数据传感器11。在这里为说明性目的示出所述数据传感器11，这些数据传感器11可在数量和/或位置方面变化以提供所需数据。数据传感器11提供来自燃气轮机10的一定范围的数据12，例如温度、压力、速度和发电机输出。来自数据传感器11的数据12连同基线或假定燃料成分(baselineor assumed fuel composition) 16 一起输入到气动热循环模型14中。该气动热循环模型14提供气动热循环模型输出18，例如包括燃烧室压力(P。。)和燃料性质20。气动热循环模型输出18、20被提供给燃料系统模型22。在一些实施例中，燃料系统模型22的附加输入是燃料温度24。如图2所示，优选(但非必要地)在燃烧器28的一个或多个喷射嘴26处测量该燃料温度24，从而准确地测量进入燃烧室30的燃料的温度。再次參考图1，一旦燃料温度24被确定，则该燃料温度24就输入到燃料系统模型22中。燃料系统模型22计算燃烧器压力比(PR)，该燃烧器压カ比与燃料性质20和燃料喷嘴有效面积(Ae) —起用来计算燃烧器28处的总燃料流量(Wtot FSYS)。将Wt(rt—FSYS与所述气动热循环模型14计算的总燃料流量(Wtot—AKES)进行比较，从而将根据实际燃料成分计算的流量(Wt()t—FSYS)与根据假定燃料成分16计算的流量进行比较。Wt(rt—FSYS和WtQt—AKES之间的差值Wtot—_κ表示燃烧器28中的燃料的低发热值(lower heating value,即LHV)的变化，该变化是燃料成分的关键标识。所述LHV作为新的假定燃料成分16输入到气动热循环模型14中，新的气动热循环模型输出18被输入到燃料系统模型22中，新的Wtot FSYS由燃料系统模型22输出。Wtot FSYS再次与Wtot—AKES进行比较，由此得到新的Wt(rt—E■,和新的LHV。该误差减小的过程一直持续到
胃tot—ERROR 等于零为止。一旦实现了误差减小，总流量W和压カ比PR被输入到第一传递函数32，该第一传递函数32输出与燃气轮机10的性能有关的输出，例如排放数据34和动态数据36。数据34、36被送到控制函数38，该控制函数38将数据34、36与数值界限40进行比较。如果数据34、36超过所述界限40的ー个或多个，那么控制函数38可使一个或多个机械控制器(machine control)42产生变化从而改变燃气轮机10的运行參数,例如进ロ导向叶片角和/或喷嘴面积。该方法允许控制对燃料成分的变化敏感的燃气轮机10，并且具有响应于燃料成分的变化快速调整机械控制器42的能力。在一些实施例中，测定燃料中的组元的相对量。该测定特别适用于计算特定燃料的火焰稳定裕度(FHM)和响应于该火焰稳定裕度调整机械控制器40。例如，在燃料为天然气的燃气轮机10中，有利的是了解存在于燃料中的甲烷、こ烷、丁烷和丙烷组分的相对量。在该实施例中，一旦如上所述确定了 LHV，相对组分模型44就用来估计存在于燃料中的组分的相对量。在另ー实施例中，对ー个或多个组分的直接測量可用来确定相对组分含量。调节用以检测具体组分的ー个或多个组分传感器，例如光学装置46，可安置在燃气轮机10的燃 料流(未示出)中。来自所述ー个或多个光学装置46的输出然后引导至相对组分模型44，在该相对组分模型44中确定其余组分的相对量。来自所述ー个或多个光学装置46的输出也用来调节相对组分模型44，从而改善将来迭代的置信度。一旦如上所述确定了组分量，FHM传递函数48就用来确定特定燃料成分的FHM。然后该FHM输入到控制函数38中并与界限40进行比较。该控制函数38计算相对于界限40的FHM并确定是否需要对ー个或多个机械控制器42进行调整，如果需要调整则指示变化。虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应当容易理解，本发明不限于这样公开的实施例。相反，本发明可被改进以引入在此之前未描述的任何数量的变型、修改、替换或等同装置，但是这些引入的内容应符合本发明的精神和范围。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可仅包括某些所述实施例。因此，本发明不被视为由前述说明限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种用于控制燃气轮机(10)的方法，包括 确定进入所述燃气轮机(10)的燃烧器(28)的燃料成分(16)； 计算燃料成分(16)对燃气轮机(10)的性能的影响； 将ー个或多个性能參数与ー个或多个參数界限(40)进行比较；以及 根据比较的结果改变所述燃气轮机(10)的一个或多个机械控制器(42)。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述燃料成分(16)由下列步骤确定 确定进入所述燃气轮机(10)的燃烧器(28)的燃料温度(24)； 将燃料温度(24)输入到燃料系统模型(22)中； 利用燃烧器压力比、燃料性质和燃料喷嘴(26)有效面积(Ae)计算第一估计的总燃料流量； 利用气动热循环模型(14)来计算第二估计的总燃料流量； 将所述第一估计的总燃料流量与所述第二估计的总燃料流量进行比较；以及由所述第一估计的总燃料流量和所述第二估计的总燃料流量之间的差值确定燃料的低发热值，其中所述低发热值为燃料成分的关键标识。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括确定燃料中的一个或多个组分的比例。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在干，通过将所述低发热值输入到相对组分模型(44)中来确定所述ー个或多个组分的比例。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过利用一个或多个组分传感器測量一个或多个组分的量来确定所述ー个或多个组分的比例。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述ー个或多个组分的比例由下列步骤确定 利用一个或多个组分传感器确定所述ー个或多个组分的至少ー个组分的量； 将所述至少ー个组分的量输入到相对组分模型(44);以及 通过将所述低发热值输入到所述相对组分模型(44)中来确定其余所需组分的相对量。
7.根据权利要求2所述的方法，包括利用燃料中的组分的相对量来计算火焰稳定裕度。
8.根据权利要求7所述的方法，包括 将所述火焰稳定裕度与火焰稳定裕度界限进行比较；以及 根据比较的结果改变所述燃气轮机的ー个或多个机械控制器。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，通过在燃烧器中的ー个或多个喷射嘴处測量燃料温度来确定进入燃烧器的燃料温度。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制燃气轮机(10)的方法，包括确定进入所述燃气轮机(10)的燃烧器(28)的燃料成分(16)；计算燃料成分(16)对燃气轮机(10)的性能的影响；将一个或多个性能参数与一个或多个参数界限(40)进行比较；以及根据比较的结果改变所述燃气轮机(10)的一个或多个机械控制器(42)。
文档编号F02C7/22GK102865148SQ20121025076
公开日2013年1月9日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月6日
发明者T.A.希利, J.C.因泰尔, J.V.奇特诺, G.C.弗里德里克 申请人:通用电气公司