專(zhuān)利名稱(chēng)：燃燒器控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪的燃燒器控制器，特別是涉及一種燃燒器控制器，其控制供應(yīng)到燃燒器的燃料和空氣的燃料-空氣比。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，設(shè)置有引燃噴嘴和主噴嘴的燃燒器被用作燃?xì)鉁u輪機(jī)組的燃燒器，其中引燃噴嘴通過(guò)擴(kuò)散燃?xì)庥靡蓟鹧鎴?zhí)行擴(kuò)散燃燒，該主噴嘴通過(guò)將空氣和燃料混合執(zhí)行預(yù)混燃燒。燃?xì)鉁u輪利用來(lái)自這個(gè)燃燒器的燃燒氣體旋轉(zhuǎn)，并且隨后發(fā)電機(jī)通過(guò)該燃?xì)鉁u輪的動(dòng)力產(chǎn)生電力。結(jié)果，在利用燃?xì)鉁u輪的發(fā)電廠中，可能通過(guò)控制燃燒器的燃燒對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出進(jìn)行控制。
在對(duì)這種燃燒器的燃燒進(jìn)行如上所述的控制中，被供應(yīng)到引燃噴嘴的引燃燃料與供應(yīng)到主噴嘴的主燃料的燃料比也受到控制。通過(guò)將這種燃料比控制到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值，有可能限制Nox的排放量。圖6示出這種用于控制燃燒器的傳統(tǒng)燃燒器控制器的結(jié)構(gòu)，所述燃燒器裝備有引燃噴嘴和主噴嘴。
基于發(fā)電機(jī)4的輸出，圖6中的燃燒器控制器100產(chǎn)生一旁路閥控制信號(hào)，從而控制燃燒器旁路閥8的開(kāi)啟，這是由旁路閥開(kāi)啟控制部分102所確定的，并且將所述信號(hào)提供到燃燒器旁路閥8，從而控制供應(yīng)到燃燒器3的空氣量。另外，這個(gè)燃燒器控制器100基于發(fā)電機(jī)4的輸出產(chǎn)生一IGV控制信號(hào)，從而控制入口引導(dǎo)葉片的開(kāi)度，這是由IGV開(kāi)度運(yùn)算部分103所確定的，并且將所述信號(hào)提供到IVG5，從而控制供應(yīng)到壓縮機(jī)1的空氣量。這里，所述旁路閥開(kāi)度運(yùn)算部分102和所述IGV開(kāi)度運(yùn)算部分103基于圖3和圖4中的曲線(xiàn)計(jì)算旁路閥控制信號(hào)和IGV控制信號(hào)的大小。圖3和圖4中的橫坐標(biāo)軸代表發(fā)電機(jī)的輸出。
另外，所述燃燒器控制器100通過(guò)在減法部分9中獲得發(fā)電機(jī)4的輸出和目標(biāo)發(fā)電機(jī)輸出之間的差異以及隨后在PI部分10中加上一個(gè)積分組分來(lái)產(chǎn)生燃料流量指令信號(hào)(CSO)。當(dāng)這個(gè)來(lái)自PI部分10的CSO數(shù)值通過(guò)使用限制器11與預(yù)設(shè)值“L”進(jìn)行比較并且被確定為低于所述預(yù)設(shè)值“L”時(shí)，所述CSO數(shù)值被供應(yīng)到引燃比運(yùn)算部分101和乘法部分12。
在引燃比運(yùn)算部分101中，用于乘法部分12中的乘數(shù)在乘法部分12中基于CSO設(shè)置，從而被供應(yīng)到乘法部分12。在所述乘法部分12中，由限制器11提供的所述CSO與由所述引燃比運(yùn)算部分101提供的乘數(shù)相乘，從而產(chǎn)生引燃燃料控制信號(hào)，其將會(huì)被供應(yīng)到引燃燃料控制閥7。另外，在減法部分13中，從由限制器11所提供的CSO中減去由乘法部分12提供的引燃燃料控制信號(hào)，從而產(chǎn)生主燃料控制信號(hào)，其將會(huì)被提供到主燃料控制閥6。另外，在引燃比運(yùn)算部分101中，引燃燃料控制信號(hào)的數(shù)值是基于圖2中的曲線(xiàn)所獲得的。而且，圖2中的橫坐標(biāo)軸代表CSO數(shù)值。
在如上所述構(gòu)成的燃燒器控制器100中，當(dāng)燃?xì)鉁u輪2上的負(fù)載是低的并且發(fā)電機(jī)4的輸出是低的時(shí)，為了限制燃燒震動(dòng)并且獲得穩(wěn)定的燃燒，一IGV5的開(kāi)口被關(guān)閉從而減少流入壓縮機(jī)1的空氣流量，并且燃燒器旁路閥8的開(kāi)啟增加了直接從壓縮機(jī)1流入燃?xì)鉁u輪2的壓縮空氣的流量。通過(guò)以上述方式減少到所述燃燒器3的空氣流量，增加了燃料-空氣比。另外，當(dāng)燃?xì)鉁u輪2上的負(fù)載是高的并且發(fā)電機(jī)4的輸出是高的時(shí)，為了限制Nox的排放量，通過(guò)開(kāi)啟所述IGV增加流入壓縮機(jī)1的空氣流量，并且通過(guò)關(guān)閉燃燒器旁路閥8減少?gòu)膲嚎s機(jī)1直接流入燃?xì)鉁u輪2的壓縮空氣量。通過(guò)以上述方式增加供應(yīng)到所述燃燒器3的空氣的流量，減少了所述燃料-空氣比率。
另外，當(dāng)來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸出是低的時(shí)，為了觸發(fā)引燃噴嘴的燃燒以及限制燃燒震動(dòng)，由此獲得穩(wěn)定的燃燒，被供應(yīng)到燃燒器3的引燃燃料對(duì)整個(gè)燃料的比率(引燃比)是通過(guò)關(guān)閉主燃料控制閥6和開(kāi)啟引燃燃料控制閥7而增加的。同樣，當(dāng)來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸出是高的時(shí)，為了限制引燃噴嘴的燃燒以及限制Nox的排放量，引燃比通過(guò)打開(kāi)主燃料控制閥6和關(guān)閉引燃燃料控制7而減少。
傳統(tǒng)上，通過(guò)燃料獲得的熱能由燃?xì)鉁u輪2轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并且這種動(dòng)能以上述方式由發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)換成電能。同樣，如上所述，發(fā)電機(jī)4的輸出顯示了一種狀態(tài)，該狀態(tài)接近于燃燒器3中的燃燒狀態(tài)，并且對(duì)燃燒器3中的變化的響應(yīng)延遲是小的。結(jié)果，如上述所解釋的那樣，傳統(tǒng)上，所述引燃比和IGV5和燃燒器旁路閥8的開(kāi)度基于來(lái)自發(fā)電機(jī)4的輸出而設(shè)置的。
但是，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的燃燒器控制器中，供應(yīng)到燃燒器的空氣的流量以及供應(yīng)到引燃噴嘴和主噴嘴的燃料流量是基于發(fā)電機(jī)的輸出而設(shè)置的，在發(fā)電機(jī)的供電系統(tǒng)的功率因數(shù)被改變或者在同時(shí)使用蒸汽渦輪的組合式發(fā)電系統(tǒng)遭受快速負(fù)載波動(dòng)的情況下，精通的控制無(wú)法執(zhí)行。
也就是，在無(wú)功功率增加的情況下，導(dǎo)致功率因數(shù)波動(dòng)，因?yàn)樗霭l(fā)電機(jī)輸出以有效電功率進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)燃燒所獲得的燃?xì)鉁u輪的驅(qū)動(dòng)力矩和發(fā)電機(jī)輸出之間的比例關(guān)系被打破。在此時(shí)，盡管燃?xì)鉁u輪的推進(jìn)力矩沒(méi)有變化，可因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的輸出變小，所以隨著增加引燃比和燃料-空氣比率執(zhí)行這種控制。
此外，在蒸氣渦輪通過(guò)一個(gè)軸連接到燃?xì)鉁u輪的組合式發(fā)電裝置中，發(fā)電機(jī)輸出等價(jià)于燃?xì)鉁u輪的推動(dòng)力矩和蒸氣渦輪的推動(dòng)力矩的總和。因此，基于燃?xì)鉁u輪的推動(dòng)力矩的所述發(fā)電機(jī)輸出是通過(guò)假設(shè)蒸氣渦輪的推動(dòng)力矩處于穩(wěn)定狀態(tài)下而獲得的，并且引燃比和燃料-空氣比率在燃燒器中基于發(fā)電機(jī)輸出加以控制，該發(fā)電機(jī)輸出等價(jià)于這個(gè)所獲得的燃?xì)鉁u輪的推動(dòng)力矩。結(jié)果，不會(huì)精確地獲得等價(jià)于燃?xì)鉁u輪推動(dòng)力矩的所述發(fā)電機(jī)輸出，并且當(dāng)發(fā)生負(fù)載快速波動(dòng)時(shí)，不可能在燃燒器中精確地控制引燃比和燃料-空氣比率。
為了防止上述問(wèn)題，優(yōu)選地是利用在燃燒器出口處的燃燒氣體溫度(即，被供應(yīng)到燃?xì)鉁u輪入口的燃燒氣體溫度，以下這被稱(chēng)為“渦輪入口溫度”)對(duì)所述引燃比和燃料-空氣比率進(jìn)行控制。但是，在最近的燃?xì)鉁u輪中，因?yàn)闇u輪入口溫度超過(guò)1500度，所以不存在可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量渦輪入口溫度的溫度測(cè)量裝置。而且，盡管有一種通過(guò)計(jì)算燃燒器的殼體壓力和燃?xì)鉁u輪的排出氣體溫度假設(shè)所述渦輪入口溫度的方法，排出氣體溫度對(duì)燃燒狀態(tài)的響應(yīng)是不佳的。結(jié)果，延遲的數(shù)值被供應(yīng)到真正的渦輪入口溫度，這就導(dǎo)致在燃燒器中對(duì)引燃比和燃料-空氣比率的控制中發(fā)生響應(yīng)延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種燃燒器，其可以沒(méi)有響應(yīng)延遲地精確計(jì)算渦輪入口溫度并且還可以基于來(lái)自于計(jì)算結(jié)果的渦輪入口溫度對(duì)燃燒器進(jìn)行控制。
為了獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種燃燒器，該燃燒器通過(guò)共用發(fā)電機(jī)的相同軸進(jìn)行安裝而被安裝在一燃?xì)鉁u輪上，并通過(guò)將燃燒氣體供應(yīng)到所述燃?xì)鉁u輪從而旋轉(zhuǎn)它來(lái)控制燃燒器，該燃燒器控制器設(shè)置有
燃料流量運(yùn)算部分，其基于發(fā)電機(jī)的輸出和發(fā)電機(jī)的目標(biāo)輸出之間的差值對(duì)被供應(yīng)到燃燒器的燃料流量進(jìn)行設(shè)置；渦輪入口溫度運(yùn)算部分，其獲得作為從燃燒器流入燃?xì)鉁u輪的燃燒氣體溫度的渦輪入口溫度，這是分別基于流入所述燃燒器的燃料和空氣的流量和溫度所獲得的；引燃比運(yùn)算部分，基于由渦輪入口溫度運(yùn)算部分所獲得的渦輪入口溫度，其設(shè)置作為引燃燃料對(duì)整個(gè)燃料流量的比率的引燃比，其中引燃燃料被供應(yīng)到燃燒器中引燃噴嘴并且執(zhí)行引火的擴(kuò)散燃燒，而整個(gè)燃料總合所述引燃燃料和供應(yīng)到燃燒器中主噴嘴的主燃料并且通過(guò)混合空氣和燃料執(zhí)行預(yù)混燃燒；以及空氣流量計(jì)算部分，基于由渦輪入口溫度運(yùn)算部分所確定的渦輪入口溫度，其設(shè)置流入燃燒器內(nèi)部的空氣流量；其特征在于其中，引燃燃料和主燃料的流量是基于由引燃比運(yùn)算部分所獲得的引燃比以及由燃料流量運(yùn)算部分所獲得的燃料流量受到控制；以及其中，燃燒器的燃燒狀態(tài)是通過(guò)由空氣流量運(yùn)算部分獲得的空氣流量控制的流入燃燒器內(nèi)部的空氣的流量來(lái)加以控制的。


圖1是示出裝備有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的燃燒器控制器的燃?xì)鉁u輪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖；圖2是示出引燃比和渦輪入口溫度或CSO之間的關(guān)系的曲線(xiàn)；圖3是示出燃燒器旁路閥的開(kāi)度和渦輪入口溫度或發(fā)電機(jī)輸出之間的關(guān)系的曲線(xiàn)；圖4是示出IVG的開(kāi)度和渦輪入口溫度或發(fā)電機(jī)輸出之間的關(guān)系的曲線(xiàn)；圖5是說(shuō)明渦輪入口溫度運(yùn)算部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的視圖；以及圖6是示出傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，將對(duì)下面本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出裝備有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的燃燒器控制器的燃?xì)鉁u輪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。在圖1中，相同的附圖標(biāo)記指示與圖6中相同的部分，并且它們的細(xì)節(jié)將被省略。
圖1中的燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備設(shè)置有壓縮機(jī)1，該壓縮機(jī)1具有IGV5，IGV5作為第一級(jí)中的靜止葉片；燃?xì)鉁u輪2，該燃?xì)鉁u輪2設(shè)置到壓縮機(jī)1的相同軸上；燃燒器3，該燃燒器3供應(yīng)燃燒氣體從而旋轉(zhuǎn)所述燃?xì)鉁u輪2；以及發(fā)電機(jī)4，該發(fā)電機(jī)4通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述燃?xì)鉁u輪2而旋轉(zhuǎn)以發(fā)電。另外，設(shè)置一主燃料控制閥6，其設(shè)定供應(yīng)到燃燒器3的主噴嘴(未示出)的燃料的流量；引燃燃料控制閥7，其設(shè)定供應(yīng)到燃燒器3的引燃噴嘴(未示出)的燃料的流量；一燃燒器旁路閥8，其設(shè)置從壓縮機(jī)1旁通到燃?xì)鉁u輪2的空氣流量，從而確定供應(yīng)到燃燒器3的空氣的流量；以及燃燒器控制器20，其控制燃燒器3的燃料-空氣比和引燃比。
另外，為了分別測(cè)量到燃燒器3的燃料的燃料流量Gf和燃料溫度Tf，設(shè)置了流量測(cè)量裝置21和溫度測(cè)量裝置22，它們安裝在用于供應(yīng)燃料的通道中的分路連接之前，該分路連接將燃料分別供應(yīng)到主噴嘴和引燃噴嘴；還設(shè)置了溫度測(cè)量裝置23，其安裝在壓縮機(jī)1的出口處，從而測(cè)量從所述壓縮機(jī)1被排出的壓縮空氣的溫度T3；以及壓差測(cè)量裝置24，其被安裝在IGV5之前和之后，從而測(cè)量流入壓縮機(jī)1的空氣的壓差Pd。
當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)電裝置按上述構(gòu)成時(shí)，流入壓縮機(jī)1的空氣量是由IGV的開(kāi)度而設(shè)定的，并且從壓縮機(jī)1流入壓縮機(jī)3的空氣量是由燃燒器旁路閥8所設(shè)定的。然后，當(dāng)在壓縮機(jī)1中壓縮的壓縮空氣被供應(yīng)到所述燃燒器3時(shí)，不僅由通過(guò)引燃燃料控制閥7將燃料供應(yīng)給它的引燃噴嘴執(zhí)行擴(kuò)散燃燒，而且由通過(guò)主燃料控制閥6將燃料供應(yīng)給它的主噴嘴執(zhí)行預(yù)混燃燒。結(jié)果，作為在燃燒器3中燃燒的結(jié)果所獲得的高溫燃燒氣體被供應(yīng)到燃?xì)鉁u輪2。當(dāng)燃?xì)鉁u輪2由通過(guò)燃燒器3所提供的燃燒氣體所旋轉(zhuǎn)時(shí)，共用相同軸的發(fā)電機(jī)4也旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生電并輸出電能。
在此時(shí)，供應(yīng)到所述燃燒器3的整個(gè)燃料的流量Gf是由流量測(cè)量裝置21所測(cè)量的，并且整個(gè)燃料的溫度Tf是由溫度測(cè)量裝置22所測(cè)量的。另外，從壓縮機(jī)1供應(yīng)到燃燒器3的空氣的溫度T3是由溫度測(cè)量裝置23所測(cè)量的。此外，流入壓縮機(jī)1的空氣的壓差Pd是由壓差測(cè)量裝置24所測(cè)量的。然后，所測(cè)量的燃料流量Gf、燃料溫度Tf、空氣溫度T3、壓差Pd和燃燒器旁路閥8的開(kāi)度k被提供到燃燒器控制器20。
隨后，燃燒器3的燃料-空氣比率和引燃比是由燃燒器控制器20基于燃料流量Gf、燃料溫度Tf、空氣溫度T3、壓差Pd和燃燒器旁路閥8的開(kāi)度k所設(shè)定的。結(jié)果，IGV控制信號(hào)、主燃料控制信號(hào)、引燃燃料控制信號(hào)和旁路閥控制信號(hào)是分別基于所設(shè)定的燃料-空氣比率和引燃比而產(chǎn)生的，從而被提供到IGV5、燃料控制閥6、引燃燃料控制閥7和燃燒器旁路閥8。
這個(gè)燃燒器控制器20裝備有一減法部分9，其接收發(fā)電機(jī)4的輸出E0并且計(jì)算所獲得的目標(biāo)輸出E1與它的差值E1-E0；PI部分10，其通過(guò)將一積分組分加入到由減法部分9所獲得的差值E1-E0來(lái)產(chǎn)生CSO；一限制器11，當(dāng)來(lái)自PI部分10的CSO的數(shù)值大于“L”時(shí)，其提供作為“L”的CSO；一乘法部分12，其通過(guò)供應(yīng)來(lái)自于限制器11的CSO產(chǎn)生引燃燃料控制信號(hào)；一減法部分13，其通過(guò)從由限制器11提供的CSO數(shù)值中減去由乘法部分12提供的引燃燃料控制信號(hào)的數(shù)值產(chǎn)生主燃料控制信號(hào)；空氣流量運(yùn)算部分14，其基于壓差Pd和燃燒器旁路閥8的開(kāi)度k確定流入燃燒器3的空氣的流量G3；渦輪入口溫度運(yùn)算部分15，其基于燃料流量Gf、燃料溫度Tf、空氣流量G3和空氣溫度T3獲得渦輪入口溫度T4；引燃比運(yùn)算部分16，其基于渦輪入口溫度T4計(jì)算引燃比，從而將引燃比供應(yīng)到所述乘法部分12；旁路閥開(kāi)度運(yùn)算部分17，其基于渦輪入口溫度T4產(chǎn)生旁路閥控制信號(hào)；以及IGV開(kāi)度運(yùn)算部分18，其基于渦輪入口溫度T4產(chǎn)生IGV控制信號(hào)。
在如上所述的燃燒器控制器20中，當(dāng)來(lái)自于發(fā)電機(jī)4的輸出E0被供應(yīng)到減法部分9時(shí)，從發(fā)電機(jī)4的目標(biāo)輸出E1中減去實(shí)際輸出E0，并且確定E1-E0的差值。為了做出滿(mǎn)足這個(gè)差值E1-E0的響應(yīng)特性，通過(guò)將一個(gè)積分組分加入到PI部分10來(lái)產(chǎn)生CSO并且將其提供到限制器11。在限制器11中，CSO數(shù)值與“L”相比較，并且當(dāng)所述CSO小于“L”時(shí)，CSO原樣從PI部分10輸出；因此，在所述CSO大于“L”時(shí)，輸出等于“L”的CSO。
此外，當(dāng)由壓差測(cè)量裝置24所測(cè)量的IGV5的內(nèi)部壓力和外部壓力之間的壓差Pd和燃燒器旁路閥8的開(kāi)度k被供應(yīng)至空氣流量運(yùn)算部分14時(shí)，獲得通過(guò)燃燒器旁路閥8從壓縮機(jī)1供應(yīng)到燃燒器3的空氣流量G3。然后，與由空氣流量運(yùn)算部分14所確定這個(gè)空氣流量G3一起、由流量測(cè)量部分21和溫度測(cè)量部分22和23分別測(cè)量的燃料流量Gf、燃料溫度Tf和空氣溫度T3被提供到渦輪入口溫度運(yùn)算部分15。在渦輪入口運(yùn)算部分15中，渦輪入口溫度T4是基于以公式(2)所表達(dá)的傳遞函數(shù)所確定的，公式(2)是從公式(1)所獲得的。
Cp4 Vcbγ4×(dT4/dt)＝Cpf Gf Tf+Cp3 G3 T3+ηHf Gf-Cp4 G4 T4(1)T4(s)＝(Cpf Gf(s) Tf(s)+Cp3 G3(s)T3(s)+ηHf Gf(s))/(Cp4 G4(s)+Cp4 Vcb γ4 s) (2)其中，Cp3是燃燒器3的殼體的比熱；Cp4是燃燒氣體的比熱；Cpf是燃料的比熱；η是燃燒器3的熱效率；Hf是燃料的熱量；γ4是燃燒氣體的比重；Vcb是燃燒器的容積；以及G4是渦輪入口燃燒氣體的流量(＝G3+Gf)。另外，G3(s)、T3(s)、G4(s)、Gf(s)以及Tf(s)分別地是“s”的函數(shù)，并且每一個(gè)都是基于測(cè)量值變化的函數(shù)。
這里，公式(1)示出渦輪入口溫度的動(dòng)態(tài)狀態(tài)；其中，右首部分的第一項(xiàng)代表燃燒氣體所具有的熱能；右首部分的第二項(xiàng)代表流動(dòng)空氣所具有的熱能；右首部分的第三項(xiàng)代表由燃燒所產(chǎn)生的熱能；右首部分的第四項(xiàng)代表將燃燒氣體升高到現(xiàn)行渦輪入口溫度T4所需的能量；以及左首部分分別代表因燃燒氣體所帶來(lái)的熱能變化量對(duì)渦輪入口溫度T4的熱能變化量。結(jié)果，當(dāng)右首部分是正值時(shí)，意味著由燃燒器3所供應(yīng)的能量要高于升高到現(xiàn)行渦輪入口溫度T4所需的能量。在另一個(gè)方面，當(dāng)右首部分是負(fù)值時(shí)，意味著由燃燒器3所供應(yīng)的能量要低于升高到現(xiàn)行渦輪入口溫度T4所需的能量。
基于公式(2)的傳遞函數(shù)在渦輪入口溫度運(yùn)算部分15中所確定的渦輪入口溫度T4的數(shù)值被供應(yīng)到引燃比運(yùn)算部分16、旁路閥開(kāi)度運(yùn)算部分17以及IGV開(kāi)度運(yùn)算部分18。然后，在引燃比運(yùn)算部分16中，引燃比基于圖2所確定并供應(yīng)到乘法部分12。另外，在旁路閥開(kāi)度運(yùn)算部分17中，基于圖3確定的旁路閥控制信號(hào)提供到燃燒器旁路閥8。此外，在IGV開(kāi)度運(yùn)算部分18中，作為基于圖4所確定的數(shù)值的IGV控制信號(hào)得以確定并供應(yīng)到所述IGV5。這里，圖2至圖4中的橫向軸代表渦輪入口溫度T4。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)渦輪入口溫度T4變高時(shí)，引燃比變小；而當(dāng)渦輪溫度超過(guò)預(yù)定值時(shí)，作出的某一變化不僅關(guān)閉燃燒器旁路閥8，而且還打開(kāi)IVG5。
由引燃比運(yùn)算部分16以上述方式確定的引燃比被提供到乘法部分12；且在乘法部分12中，引燃比被限制器11所提供的CSO相乘。現(xiàn)在，當(dāng)引燃比是P時(shí)，等于P×CSO的值的引燃比控制信號(hào)從乘法部分12輸出，并提供到減法部分12和引燃燃料控制閥7。由于這個(gè)引燃燃料控制信號(hào)被提供到減法部分13，通過(guò)在減法部分13中從限制器11提供的CSO中減去引燃燃料控制信號(hào)，可以從減法部分12中算出主燃料控制信號(hào)，該主燃料控制信號(hào)等價(jià)于(1-P)×CSO，并被提供到主燃料控制閥6。
通過(guò)使燃燒控制器20以上述方式進(jìn)行工作，有可能基于渦輪入口溫度T4控制燃燒器3的燃燒狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)渦輪入口溫度T4高時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟IVG5以及關(guān)閉燃燒器旁路閥8，流入燃燒器3的空氣流量增加，因此減少了所述燃料-空氣比率；而且，通過(guò)開(kāi)啟主燃料控制閥6以及關(guān)閉引燃燃料控制閥7，所述引燃比可以被減少，從而限制在高負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的Nox的排出量。
還有，當(dāng)渦輪入口溫度T4低時(shí)，不僅通過(guò)關(guān)閉IVG5，而且通過(guò)開(kāi)啟燃燒器旁路閥8，有可能增加流入燃燒器3的空氣流量，從而增加燃料-空氣比率；此外，不僅通過(guò)關(guān)閉主燃料控制閥6，而且通過(guò)開(kāi)啟引燃燃料控制閥7，有可能增加引燃比，從而限制在低負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的燃燒震動(dòng)并且獲得穩(wěn)定的燃燒。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，渦輪入口溫度T4是基于公式(2)中的傳遞函數(shù)在渦輪入口溫度運(yùn)算部分15中所確定的。但是，例如，可以應(yīng)用圖5中所示的結(jié)構(gòu)。示出在圖5中的渦輪入口溫度運(yùn)算部分15是基于如下所述的公式(3)所構(gòu)成。這里，在公式(3)中，T4是當(dāng)前渦輪入口溫度；T4k是來(lái)自于先前計(jì)算的渦輪入口溫度；Δt是當(dāng)測(cè)量值分別由測(cè)量部分22至24所提供時(shí)的時(shí)間間隔(timing)。另外，所述當(dāng)前渦輪入口溫度T4通過(guò)公式(3)被表達(dá)成公式(4)。
Cp4 Vcbγ4×(T4-T4k)/Δt＝Cpf Gf Tf+Cp3 G3 T3+ηHf Gf-Cp4 G4 T4 (3)T4＝((Cpf Gf Tf+Cp3 G3 T3+ηHf Gf)×Δt+Cp4 Vcbγ4×T4k)/(Δt Cp4 G4+Cp4 Vcbγ4) (4)在圖5中，在燃料溫度Tf和燃料流量Gf在乘法部分31相乘后，作為常數(shù)的燃料比熱Cpf在乘法部分32中相乘；還有，在空氣溫度T3和空氣流量G3在乘法部分33中相乘后，作為常數(shù)的燃燒器3的殼體比熱的Cp3在乘法部分34中相乘。另外，在乘法部分36中，燃料流量Gf乘以數(shù)值η×Hf，該η×Hf是熱效率η和作為常數(shù)的燃燒器3的燃料Hf的熱量的乘積。然后，在由乘積部分32和34獲得的數(shù)值被加入到加法部分35中后，由這個(gè)加法部分35所確定的數(shù)值以及由乘法部分36所確定的數(shù)值被加入到加法部分37中。
在乘法部分38中，由上述加法部分37所提供的(Cpf Gf Tf+Cp3 G3 T3+ηHf Gf)乘以作為常數(shù)的時(shí)間間隔Δt。而且，存儲(chǔ)器30容納來(lái)自于先前計(jì)算結(jié)果的渦輪入口溫度T4k，并且當(dāng)這個(gè)渦輪入口溫度T4k被供應(yīng)到所述乘法部分39時(shí)，作為常數(shù)的燃燒氣體比熱Cp4，燃燒器3的容積Vcb和燃燒氣體比重γ4相乘。另外，在加法部分40中，由乘法部分38所確定的數(shù)值(CpfGf Tf+Cp3 G3 T3+ηHf Gf)×Δt被加入于由乘法部分39所確定的數(shù)值中。
此外，在加法部分41中，燃料流量Gf和空氣流量G3被相加從而確定渦輪入口燃燒氣體流量率G4之后，這個(gè)渦輪入口燃燒氣體流量G4在乘法部分42中乘以作為常數(shù)的時(shí)間間隔Δt乘以燃燒氣體的比熱Cp4。并且，在加法部分43中，作為常數(shù)的燃燒氣體比熱Cp4、燃燒器3的體積Vcb和燃燒氣體的比重γ4的乘積數(shù)值被加入到由乘法部分42所確定的數(shù)值中。
當(dāng)由加法器40所確定的數(shù)值A(chǔ)＝((Cpf Gf Tf+Cp3 G3 T3+η HfGf)×Δt+Cp4 Vcbγ4×T4k)和由加法部分43所確定的B＝(Δt Cp4 G4+Cp4 Vcbγ4)被供應(yīng)到所述減法部分44時(shí)，計(jì)算A/B從而確定當(dāng)前渦輪入口溫度T4。然后，確定的渦輪入口溫度T4被分別供應(yīng)到引燃比運(yùn)算部分16，旁路開(kāi)啟運(yùn)算部分17和IGV開(kāi)度運(yùn)算部分18，并且作為渦輪入口溫度T4k被容納在存儲(chǔ)器30中。
這里，渦輪入口溫度運(yùn)算部分15不受限于圖5中所示的結(jié)構(gòu)的例子，但是只要所述渦輪入口溫度T4可以基于公式(1)中的方程所確定，那么也可以用其它方式構(gòu)成。另外，被供應(yīng)到燃燒器3的空氣的流量G3是基于流入到壓縮機(jī)1的空氣的壓差Pd和燃燒器旁路閥8的開(kāi)度k所確定的，但是它可以由流量表直接測(cè)量，該流量表安裝在用于將空氣供應(yīng)到燃燒器3的通道中。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，因?yàn)樵跍u輪入口溫度運(yùn)算部分中，有可能分別基于被供應(yīng)到燃燒器的燃料和空氣的流量確定渦輪入口溫度，所以有可能確定相當(dāng)接近于實(shí)際溫度的渦輪入口溫度。另外，因?yàn)槿紵鞯娜紵隣顟B(tài)是基于這個(gè)渦輪溫度加以控制的，所以有可能做出較好的響應(yīng)。而且，不同于傳統(tǒng)的方式，因?yàn)槿紵鞯娜紵隣顟B(tài)不是基于發(fā)電機(jī)的輸出所控制的，所以不用考慮電力系統(tǒng)的干擾以及安裝到燃?xì)鉁u輪同一軸的蒸汽渦輪狀態(tài)上的改變，有可能控制所述燃燒狀態(tài)，從而總能保持在最優(yōu)化的燃燒狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種控制燃燒器的燃燒器控制器，其安裝在燃?xì)鉁u輪上并且向相關(guān)的燃?xì)鉁u輪供應(yīng)燃燒氣體以旋轉(zhuǎn)它，其中，燃?xì)鉁u輪安裝在發(fā)電機(jī)的相同軸上，該燃燒器控制器包括燃料流量運(yùn)算部分，其基于所述發(fā)電機(jī)的輸出和所述發(fā)電機(jī)的目標(biāo)輸出之間的差值對(duì)供應(yīng)到燃燒器的燃料流量進(jìn)行設(shè)置；渦輪入口溫度運(yùn)算部分，其基于分別流入所述燃燒器的燃料和空氣的流量確定作為從所述燃燒器流入所述燃?xì)鉁u輪的燃燒氣體溫度的渦輪入口溫度；引燃比運(yùn)算部分，其基于由渦輪入口溫度運(yùn)算部分所獲得的渦輪入口溫度設(shè)置作為被供應(yīng)到所述燃燒器中引燃噴嘴并且執(zhí)行引燃火焰的擴(kuò)散燃燒的引燃燃料對(duì)整個(gè)燃料流量的引燃比，所述整個(gè)燃料總合所述引燃燃料和供應(yīng)到燃燒器中主噴嘴的主燃料，該燃燒器通過(guò)混合空氣和燃料執(zhí)行預(yù)混燃燒；以及空氣流量運(yùn)算部分，其基于由所述渦輪入口溫度運(yùn)算部分所確定的渦輪入口溫度設(shè)置流入燃燒器內(nèi)部的空氣流量；其特征在于其中，所述引燃燃料和所述主燃料的流量是基于由引燃比運(yùn)算部分所獲得的引燃比以及基于由所述燃料流量運(yùn)算部分所獲得的所述燃料流量加以控制；以及其中，燃燒器的燃燒狀態(tài)是通過(guò)由空氣流量運(yùn)算部分所確定的所述空氣流量來(lái)控制流入燃燒器內(nèi)部的空氣流量加以控制的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃燒器控制器，其特征在于其中，由所述引燃比運(yùn)算部分計(jì)算的引燃比乘以由所述燃料流量運(yùn)算部分確定的燃料流量，從而確定到所述引燃噴嘴的引燃燃料的所述流量；其中，到所述主噴嘴的主燃料的所述流量是通過(guò)從由所述燃料流量運(yùn)算部分確定的燃料的所述流量減去引燃燃料的所述流量所確定的；以及其中，所述引燃燃料和所述主燃料的流量是基于所確定的引燃燃料和主燃料的所述流量通過(guò)分別控制引燃燃料控制閥和主燃料閥的開(kāi)度加以控制的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器控制器，其特征在于其中，當(dāng)由共用所述燃?xì)鉁u輪相同軸的壓縮機(jī)所壓縮的空氣被供應(yīng)到所述燃燒器時(shí)，被安裝到所述壓縮機(jī)的入口導(dǎo)向葉片的開(kāi)度和安裝在用于向所述燃?xì)鉁u輪供應(yīng)壓縮空氣的通道中的燃燒器旁路閥的開(kāi)度基于由所述空氣流量運(yùn)算部分確定的所述空氣流量加以控制，其中，用于將向所述燃?xì)鉁u輪供應(yīng)壓縮空氣的通道是從用于從所述壓縮機(jī)向所述燃燒器供應(yīng)壓縮空氣的通道分支出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器控制器，其特征在于其中，被供應(yīng)到所述燃燒器的空氣流量的數(shù)值是基于在所述壓縮機(jī)入口和所述壓縮機(jī)旁路閥開(kāi)口處的壓差所確定的，該數(shù)值是要提供到所述渦輪入口溫度運(yùn)算部分的數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器控制器，其特征在于其中，所述燃料流量運(yùn)算部分包括確定所述發(fā)電機(jī)輸出和所述發(fā)電機(jī)目標(biāo)輸出之間差值的減法部分；以及基于由所述減法部分確定的數(shù)值設(shè)置流向所述燃燒器的燃料的流量的流量設(shè)定部分；其中，當(dāng)由所述流量設(shè)定部分設(shè)定的燃料的所述流量多于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，所述預(yù)設(shè)閾值被指明為所供應(yīng)的燃料的所述流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器控制器，其特征在于其中，當(dāng)由所述渦輪入口溫度運(yùn)算部分所確定的所述渦輪入口溫度是低的時(shí)，由所述引燃比運(yùn)算部分所確定的所述引燃比是高的，以及由所述空氣流量運(yùn)算部分確定的空氣流量將增加；以及其中，進(jìn)一步，當(dāng)由所述渦輪入口溫度運(yùn)算部分確定的所述渦輪入口溫度是高的時(shí)，由所述引燃比運(yùn)算部分確定的所述引燃比是低的，并且由所述空氣流量運(yùn)算部分所確定的空氣流量將減少。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的燃燒器控制器，其特征在于其中，在所述渦輪入口溫度運(yùn)算部分，所述渦輪入口溫度T4是由下述公式確定的Cp4Vcbγ4×(dT4/dt)＝Cpf Gf Tf+Cp3 G3 T3+η Hf Gf-Cp4 G4 T4其中，Gf被供應(yīng)到所述燃燒器的燃料的流量；Tf被供應(yīng)到所述燃燒器的燃料的溫度；G3被供應(yīng)到所述燃燒器的空氣流量；T3被供應(yīng)到所述燃燒器的空氣的溫度；Cp3所述燃燒器的殼體的比熱；Cp4在所述燃燒器中產(chǎn)生的燃燒氣體的比熱；Cpf所述燃料的比熱；η所述燃燒器的熱效率；Hf所述燃料的熱量；γ4所述燃燒氣體的比重；Vcb所述燃燒器的容積；G4渦輪入口燃燒氣體的流量(＝G3+Gf)。
全文摘要
一種渦輪入口溫度運(yùn)算部分(15)，其基于提供到燃燒器(3)的燃料的流量(Gf)和溫度(Tf)以及空氣的流量(G3)和溫度(T3)確定所述渦輪入口溫度(T4)?；跍u輪入口溫度(T4)，引燃比運(yùn)算部分(16)設(shè)定引燃比，以及旁路閥運(yùn)算部分(17)和IGV開(kāi)度運(yùn)算部分(18)分別產(chǎn)生旁路閥控制信號(hào)和IGV控制信號(hào)。
文檔編號(hào)F02C9/00GK1703574SQ20038010097
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月10日
發(fā)明者田中聰史, 中村慎佑, 藤井文倫, 氏家直樹(shù), 外山浩三 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社