專利名稱：用于操作燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，更具體而言，涉及用于控制燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的方法和裝置。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)通常包括一壓縮機(jī)部分、一燃燒室部分和至少一個(gè)渦輪部分。將壓縮機(jī)排出的空氣導(dǎo)入噴射、混合和燃燒燃料的燃燒室中。然后燃燒氣體導(dǎo)入渦輪從燃燒氣體中提取能量。
燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)必須在寬廣的流量、壓力溫度和燃料/空氣比運(yùn)行條件范圍上運(yùn)行。需要控制燃燒室性能以獲得和維持整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行都符合要求，并且取得可接受的排放水平，主要是NOx和CO水平。
一類燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室通過(guò)采用貧油預(yù)混燃燒獲得低的NOx排放水平，在貧油預(yù)混燃燒中，燃料和燃燒所有燃料所需的過(guò)量空氣在燃燒之前混合以控制和限制熱NOx產(chǎn)生。這類燃燒室常常被稱為干式低NOx(DLN)燃燒室，要更加精心地管理燃燒條件以獲得穩(wěn)定的運(yùn)行、可接受的NOx和CO排放，同時(shí)保持沒(méi)有壓力波動(dòng)，就是通常所稱涉及聲響與燃燒過(guò)程的不穩(wěn)定能量釋放組合的動(dòng)態(tài)。這種系統(tǒng)常常需要在一個(gè)或多個(gè)平行的相同燃燒室的每一個(gè)中有多個(gè)獨(dú)立控制的燃料噴射點(diǎn)或燃料噴嘴，以允許燃?xì)廨啓C(jī)從啟動(dòng)到全負(fù)荷的運(yùn)行。而且，這種DLN燃燒系統(tǒng)常常只能在一個(gè)相當(dāng)窄的燃料噴射器壓力比范圍內(nèi)正常工作，其中所述壓力比是燃料流速、燃料通道流通面積、燃料噴嘴前后的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)壓力的函數(shù)。這種壓力比的極限受制于選擇恰當(dāng)?shù)娜剂蠂娮焱ǖ烂娣e和將燃料流量調(diào)節(jié)到數(shù)個(gè)燃料噴嘴組。所述恰當(dāng)?shù)娜剂蠂娮焱ǖ烂娣e基于名義上假定恒定的實(shí)際燃料特性。
歷史上，管道天然氣組分大體上和特別地在其修正沃泊指數(shù)(ModifiedWobbe Index)方面只有輕微的變化。該修正沃泊指數(shù)(MWI)與以btu/scf為單位的較低熱值成正比，并與燃料相對(duì)于空氣的比重和蘭氏度數(shù)的燃料溫度的積的平方根成反比。燃料噴嘴燃?xì)饷娣e大小對(duì)于燃料修正沃泊指數(shù)的限制范圍，通常小于設(shè)計(jì)值約正負(fù)百分之五，并且對(duì)于具有多個(gè)燃料噴射點(diǎn)的干式低NOx燃燒系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)設(shè)置有燃料分配進(jìn)程，使得不同噴射點(diǎn)中的燃料分配隨機(jī)器運(yùn)行狀況而變化。對(duì)于一些DLN燃燒系統(tǒng)，如果燃料性能改變多于約修正沃泊指數(shù)的正負(fù)百分之二的值，則必須調(diào)整燃料進(jìn)程，同時(shí)監(jiān)控排放和燃燒動(dòng)態(tài)水平。這種燃料進(jìn)程調(diào)整被稱為“協(xié)調(diào)”，并且是一個(gè)需要技師設(shè)定特定的儀器并可能要花一天或更多的時(shí)間來(lái)完成的過(guò)程。而且，當(dāng)供給特定燃?xì)廨啓C(jī)裝置的燃料來(lái)自于不同組分的和導(dǎo)致修正沃泊指數(shù)的多于一個(gè)供給源時(shí)，必須“重新協(xié)調(diào)”燃料分配進(jìn)程，并且在此處公開(kāi)的本發(fā)明之前必須重復(fù)進(jìn)行，以進(jìn)行燃料供給轉(zhuǎn)換。而且，兩種或多種燃料的任何混合都是另一種燃料組分的等效物，并且其結(jié)果是在本發(fā)明之前不能容受可變的燃料混合。
此外，可以通過(guò)利用例如低能蒸汽或水的可獲得熱源預(yù)先加熱進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃?xì)饪商岣呷細(xì)廨啓C(jī)效率。對(duì)于利用加熱燃?xì)獾娜細(xì)廨啓C(jī)，其加載時(shí)間(load up time)可取決于在最初冷的熱量回收蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生熱水、以將燃?xì)饧訜岬阶畹退璩潭人璧臅r(shí)間。直到燃?xì)獾竭_(dá)所需的溫度，并因此到達(dá)所需的修正沃泊指數(shù)為止，一些燃燒室設(shè)計(jì)不能以低NOx模式運(yùn)行。如果可以降低最低可接受燃?xì)鉁囟人?，其相?yīng)于最大容許的修正沃泊指數(shù)值，則可以通過(guò)縮短加載時(shí)間改進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行并減小排放。
特別地，希望允許在燃?xì)饨M分、溫度和引起的修正沃泊指數(shù)方面的更大變化，同時(shí)又將低排放和燃燒動(dòng)態(tài)水平保持在預(yù)定限制內(nèi)。對(duì)于一些DLN燃燒系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的修正沃泊指數(shù)范圍之外的運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致燃燒動(dòng)態(tài)水平(由于振蕩燃燒過(guò)程產(chǎn)生的噪音)大到足以縮短維修間隔，甚至?xí)斐捎布p壞和被迫停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸連接到作為主燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的發(fā)電機(jī)上。該實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)包括至少一個(gè)燃燒室，該燃燒室包括多個(gè)配置成在各燃燒室中的多個(gè)不同位置將燃料噴入所述燃燒室中的燃料噴嘴，其中來(lái)自于多于一個(gè)燃?xì)饬骺刂崎y的燃料被提供給所述不同的噴嘴。該燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器和一個(gè)處理器，其中所述多個(gè)傳感器繞該燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)置并配置成測(cè)量流量、壓力、溫度或其它參數(shù)，以建立燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)，該處理器被編程為用以接收前述參數(shù)和表現(xiàn)出燃料MWI的信號(hào)，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)和表現(xiàn)出燃料MWI的信號(hào)自動(dòng)控制這些燃料噴嘴中的燃料分配。通常，燃料分配僅根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)而變化，該燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)隨負(fù)荷和周圍溫度、壓力和濕度而變化，使得燃料分配可以具有一個(gè)或多個(gè)基于燃?xì)廨啓C(jī)狀態(tài)的分配進(jìn)程。在該實(shí)施例中，該燃料分配表根據(jù)表示燃料MWI的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種操作燃?xì)廨啓C(jī)的方法包括確定熱值和燃料比重，和計(jì)算最終的MWI。在其它方面該實(shí)施例與上述實(shí)施例相同。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在燃料加熱器之前確定出表示MWI的參數(shù)或?qū)嶋HMWI。在該實(shí)施例中，控制系統(tǒng)比較設(shè)計(jì)的MWI與在燃料加熱器之前標(biāo)示的MWI，并升高燃料溫度使其MWI值等于設(shè)計(jì)的MWI。
在另一實(shí)施例中，一種操作燃?xì)廨啓C(jī)的方法包括通過(guò)利用協(xié)調(diào)處理將第一燃料分配進(jìn)程確定在第一MWI值處，通過(guò)改變?nèi)剂蠝囟葘⒌谝蝗剂螹WI修改為第二燃料MWI，然后將第二燃料分配進(jìn)程確定在第二燃料MWI值處。然后在沒(méi)有技師監(jiān)測(cè)排放或燃燒動(dòng)態(tài)的正常運(yùn)行期間，連續(xù)確定出燃料性能和得出的MWI，并根據(jù)第一和第二燃料分配進(jìn)程的函數(shù)關(guān)系確定出所應(yīng)用的燃料分配。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)連續(xù)地接收足以計(jì)算出燃料MWI的燃料性能，保持適合于更高進(jìn)口燃料溫度的提高效率的燃料溫度，并以第四實(shí)施例中體現(xiàn)出的方式調(diào)制燃料分配。


圖1是燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2是修正沃泊指數(shù)(MWI)相對(duì)圖1所示燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行示例范圍的燃?xì)鉁囟鹊那€圖；圖3是自動(dòng)補(bǔ)償燃?xì)廨啓C(jī)的可變?nèi)細(xì)庑阅艿氖纠椒ǖ牧鞒虉D，該燃?xì)廨啓C(jī)具有例如圖1中所示的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的干式低NOx燃燒系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
雖然該方法和裝置在此處是在用于工業(yè)環(huán)境中的燃?xì)廨啓C(jī)的上下文中加以描述，但是可以預(yù)期，此處描述的方法和裝置還可用于其它燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，其包括但不限于安裝在飛行器中的渦輪。此外，此處給出的原理和教導(dǎo)可適用于使用各種可燃原料的燃?xì)廨啓C(jī)，其例如但不限于天然氣、汽油、煤油、柴油和噴氣燃料。因此，下面的說(shuō)明只是以舉例的方式而不是限制的方式給出。
圖1是燃?xì)廨啓C(jī)10的示意圖，其包括壓縮機(jī)12、燃燒室14、驅(qū)動(dòng)地連接在壓縮機(jī)12上的渦輪16，該燃?xì)廨啓C(jī)由操作者的命令和控制系統(tǒng)18支配。進(jìn)氣系統(tǒng)20將大氣導(dǎo)入壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉21，該進(jìn)口導(dǎo)葉21通過(guò)驅(qū)動(dòng)器26的調(diào)制調(diào)節(jié)進(jìn)入壓縮機(jī)12的空氣量。排氣系統(tǒng)22將燃燒氣體從渦輪16的出口引導(dǎo)通過(guò)例如消聲、熱量回收和可能的其它排放控制裝置。渦輪16可驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電能或任何其它類型機(jī)械載荷的發(fā)電機(jī)24。
燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的運(yùn)行可由多個(gè)傳感器26監(jiān)測(cè)，這些傳感器26檢測(cè)壓縮機(jī)12、渦輪16、發(fā)電機(jī)24和周圍環(huán)境的各種狀態(tài)。例如，傳感器26可監(jiān)控環(huán)繞燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)10的環(huán)境溫度、壓力和濕度、壓縮機(jī)排出壓力和溫度、渦輪排氣溫度和該燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的其它壓力和溫度測(cè)量值。傳感器26還可包括流量傳感器、速度傳感器、火焰探測(cè)傳感器、閥位置傳感器、導(dǎo)葉角度傳感器和檢測(cè)關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行的各種參數(shù)的其它傳感器。此處所用的“參數(shù)”是指其值可用于限定燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行條件的物理性能，例如溫度、壓力和所限定位置處的流量。
除了上述傳感器26之外，還有一個(gè)或多個(gè)用以監(jiān)測(cè)或測(cè)量燃料生能、足以在任意的燃料加熱器前后確定燃料修正沃泊指數(shù)的傳感器。代表固定燃料性能的燃料修正沃泊指數(shù)的參數(shù)(例如只有燃料溫度)的確定用于本發(fā)明中。
燃料控制器28響應(yīng)來(lái)自控制系統(tǒng)18的命令調(diào)節(jié)從燃料源到燃燒室14的燃料供給，以及向位于各個(gè)燃燒室14中的多個(gè)燃料噴嘴噴射器的燃料分配。如果有多于一種燃料，燃料控制系統(tǒng)28還可由控制器18引導(dǎo)選擇用于燃燒室的燃料類型或混合的燃料。燃料控制器28可以是單獨(dú)的單元或者可以是控制系統(tǒng)18的組成部分。
控制系統(tǒng)18可以是具有處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該處理器執(zhí)行程序以利用傳感器輸入和來(lái)自于操作人員的指示控制燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行。由控制系統(tǒng)18執(zhí)行的程序可包括用于調(diào)節(jié)去到燃燒室14的燃料流量和燃料分配的進(jìn)程算法。由控制系統(tǒng)產(chǎn)生的命令促使燃料控制器28中的驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)流向燃燒室的流量、燃料分配和燃料類型；調(diào)節(jié)壓縮機(jī)上的進(jìn)口導(dǎo)葉21，并激活燃?xì)廨啓C(jī)上的其它控制設(shè)定。
控制系統(tǒng)18部分地根據(jù)儲(chǔ)存在控制器的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的算法調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)。這些算法可使控制系統(tǒng)18將燃燒室點(diǎn)火溫度維持在預(yù)定溫度極限內(nèi)，并將渦輪排出的NOx和CO排放維持低于預(yù)定的極限。該算法具有對(duì)于大氣條件、進(jìn)氣壓力損失和渦輪排氣背壓、燃料流量、壓縮機(jī)排出壓力和廢氣溫度的參數(shù)變量的輸入。燃燒室14可以是DLN燃燒系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)18可以被編程和修改，以根據(jù)預(yù)定燃料分配進(jìn)程控制DLN燃燒系統(tǒng)的燃料分配，通過(guò)大概一年的間隔進(jìn)行一次協(xié)調(diào)處理修改燃料分配進(jìn)程，以優(yōu)化排放和燃燒動(dòng)態(tài)。
由控制系統(tǒng)18執(zhí)行的進(jìn)程和算法調(diào)和前面所提到影響處于部分負(fù)荷乃至全負(fù)荷燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的點(diǎn)火溫度、NOx、CO、燃燒室動(dòng)態(tài)的參數(shù)的變化?？刂葡到y(tǒng)18根據(jù)周圍條件和測(cè)得的機(jī)器參數(shù)連續(xù)控制燃料分配?？刂葡到y(tǒng)18應(yīng)用算法通過(guò)進(jìn)口導(dǎo)葉角度調(diào)節(jié)壓縮機(jī)氣流獲得所需的渦輪排氣溫度和壓縮機(jī)排出壓力。通過(guò)切調(diào)處理設(shè)定燃燒室燃料分配，以滿足性能目標(biāo)同時(shí)符合燃?xì)廨啓C(jī)的可操作性范圍。所有所述的控制功能都具有的一個(gè)目標(biāo)就是優(yōu)化可操作性、穩(wěn)定性和燃?xì)廨啓C(jī)的可用性。
燃料控制器28將燃料調(diào)節(jié)到各燃燒室中的兩個(gè)或多個(gè)噴射器組，以允許相對(duì)于一組通過(guò)傳感器26測(cè)得的機(jī)器參數(shù)調(diào)節(jié)燃料分配、運(yùn)行模式、排放和燃燒動(dòng)態(tài)水平。通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)燃?xì)饪刂崎y之間的燃料分配，可在整個(gè)機(jī)器負(fù)荷范圍上優(yōu)化排放和動(dòng)態(tài)。燃料分配調(diào)節(jié)主要又取決于被稱為燃燒參考溫度的計(jì)算參數(shù)，該參數(shù)是機(jī)器排氣溫度、壓縮機(jī)排放壓力和其它連續(xù)地監(jiān)測(cè)到的機(jī)器參數(shù)的函數(shù)。
傳感器26包括至少一個(gè)用于確定表現(xiàn)出燃料MWI或需要計(jì)算MWI性能的參數(shù)的燃料性能傳感器?？捎靡粋€(gè)任選的燃料加熱器32增加燃料溫度和調(diào)節(jié)燃料，以獲得出于效率原因所需的溫度和/或燃料溫度以獲得所需的燃料MWI。
圖2是修正沃泊指數(shù)(MWI)相對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)10(圖1所示)的運(yùn)行示例范圍的燃?xì)鉁囟鹊那€圖300。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)娜剂蠂娚湎到y(tǒng)，可以將燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)置為以具有比較寬的熱值范圍的燃?xì)膺M(jìn)行運(yùn)行，但是特定燃料系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以適應(yīng)的變化量是有限制的。燃料噴嘴被設(shè)計(jì)為在壓力比的限制范圍內(nèi)運(yùn)行，并且通過(guò)增加或減小燃料噴嘴燃?xì)馔ǖ烂娣e調(diào)和熱值和燃?xì)鉁囟鹊淖兓：饬繉?duì)于給定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同燃?xì)獾目苫Q性是計(jì)算一個(gè)被稱為修正沃泊指數(shù)(MWI)的參數(shù)。MWI表示對(duì)于跨越給定燃料噴嘴氣孔的給定上下游壓力注入燃燒室中能量的量度，并其利用燃料較低熱值、相對(duì)于空氣的比重和燃料溫度計(jì)算出。數(shù)學(xué)定義如下MWI=LHVSGgasXTgas]]>其中MWI表示修正沃泊指數(shù)，LHV表示燃料較低熱值，(Btu/scf)，SGgas表示相對(duì)于空氣的燃?xì)獗戎?，和Tags表示蘭氏度數(shù)的燃?xì)鉁囟取?br> 如此處所用的一樣，LHV表示在產(chǎn)物中的所有水都保持為蒸汽形式的情況下燃燒一單位物質(zhì)所產(chǎn)生的熱。燃?xì)廨啓C(jī)10容許的MWI范圍制定為可確保在運(yùn)行的所有燃燒/渦輪模式期間基本保持預(yù)定的燃料噴嘴壓力比。如果兩種不同的燃?xì)饨M分具有相同的MWI，那么兩種燃?xì)庠诮o定系統(tǒng)中的壓力降將是相同的。MWI因此是在相同氣壓和壓力降下流入系統(tǒng)中的能量的指標(biāo)。但多種燃?xì)獗还?yīng)和/或如果可變?nèi)剂蠝囟葘?dǎo)致超過(guò)MWI限制的5％，那么對(duì)于非DLN燃燒系統(tǒng)就可能需要獨(dú)立的燃?xì)馕昭b置，該裝置可包括控制閥、歧管和燃料噴嘴。對(duì)于干式低NOx(DLN)系統(tǒng)，可能需要一種交替的控制方法來(lái)確保滿足預(yù)定的燃料噴嘴壓力比。還可以沿燃?xì)鉁囟葧r(shí)間曲線評(píng)估得出所有燃?xì)獾木_分析。
曲線圖300包括以溫度單位進(jìn)行分度的X軸302和以MWI單位進(jìn)行分度的Y軸。虛線306表示燃?xì)廨啓C(jī)10的額定MWI設(shè)計(jì)值。線308表示燃?xì)廨啓C(jī)10的高M(jìn)WI容許值，線310表示燃?xì)廨啓C(jī)10的低MWI容許值。線308和線310之間的容許范圍312是將要被確定的燃料系統(tǒng)的規(guī)格。在示例性的實(shí)施例中，容許范圍312示例為約+/-5.0％。這種范圍通常出現(xiàn)在工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)中。但是，該范圍對(duì)那種利用各種可能的燃料的燃?xì)廨啓C(jī)可能過(guò)于限制。例如，當(dāng)換一種燃料時(shí)，例如換為液化天然氣時(shí)，設(shè)計(jì)為用天然氣運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)就可以在容許范圍312之外運(yùn)行，這可能發(fā)生于不同的地理位置，并具有不同的MWI值，例如更高的MWI值。
燃料可以展現(xiàn)出與溫度曲線對(duì)應(yīng)的特有的MWI，例如曲線314表示一種燃料(例如天然氣)與溫度對(duì)應(yīng)的MWI。曲線316表示與溫度對(duì)應(yīng)的液化天然氣的MWI。由于由曲線314和316表示的燃料的MWI隨燃料溫度的增加而下降(MWI與燃?xì)獾慕^對(duì)溫度的平方根成反比)，所以曲線314和316都具有負(fù)斜率。這種特征允許通過(guò)以下的這種方式來(lái)改變?nèi)剂系腗WI，即利用燃燒過(guò)程產(chǎn)生的廢熱再生地加熱輸入燃料，以減小原本具有超過(guò)允許范圍312的MWI值的燃料的MWI。
輸入燃料溫度還受溫度范圍的限制，例如，燃料溫度的上限由線318表示，燃料溫度的下限由線320表示。與燃?xì)廨啓C(jī)10聯(lián)合使用的輔助設(shè)備用于將輸入燃料溫度保持在燃?xì)鉁囟鹊哪繕?biāo)范圍322內(nèi)。因此，燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行窗口324由MWI范圍312和溫度范圍322界定。具有由曲線314表示的MWI值的燃?xì)饪梢韵鄬?duì)于溫度范圍322內(nèi)的所有溫度都滿足MWI范圍312的需求。但是，具有由曲線316表示的MWI值的燃?xì)鈩t不能相對(duì)于溫度范圍322內(nèi)的所有溫度都滿足MWI范圍312的需求。例如，為液化天然氣的燃?xì)饣蛱烊粴夂鸵夯烊粴饨M合物的燃?xì)鈱⒉荒茉诓怀^(guò)范圍312和/或322的情況下，在窗口324的整個(gè)范圍內(nèi)運(yùn)行。
利用測(cè)得的或計(jì)算出的燃?xì)釳WI作為一個(gè)參數(shù)自動(dòng)調(diào)制燃燒室26內(nèi)的燃?xì)夥峙鋪?lái)增加可能的燃料MWI范圍，同時(shí)保持可接受的排放和燃燒動(dòng)態(tài)水平。特別地，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)協(xié)到接近最小MWI(或者最大燃?xì)鉁囟?的調(diào)協(xié)方式來(lái)確定燃料分配進(jìn)程，然后通過(guò)位于或稍微低于最大預(yù)定MWI或最小預(yù)定燃?xì)鉁囟忍幉僮鳒y(cè)試的方式確定出該進(jìn)程的第二設(shè)定。對(duì)于高M(jìn)WI值和低MWI值之間的MWI值，該應(yīng)用燃料分配例如可以線性地插入高和低MWI極限之間，并保持容許的排放和燃燒動(dòng)態(tài)，對(duì)于高M(jìn)WI值和低MWI值之外的MWI值，該應(yīng)用燃料分配可從高和地MWI極限中推出。優(yōu)選地，只需要調(diào)制一個(gè)燃料分配進(jìn)程的MWI，但是如果需要也可以調(diào)制兩個(gè)進(jìn)程。由于實(shí)際發(fā)電機(jī)條件的大范圍和預(yù)期的燃?xì)庑阅芊秶?，燃?xì)釳WI中的容許變化隨機(jī)器不同、場(chǎng)地不同而差異很大。在一個(gè)實(shí)施例中，用于修改燃料分配進(jìn)程的算法實(shí)時(shí)地進(jìn)行計(jì)算，以接收來(lái)自于傳感器的輸入數(shù)據(jù)、處理該輸入數(shù)據(jù)、計(jì)算出傳感燃料閥的輸出數(shù)據(jù)、并應(yīng)用那些輸出數(shù)據(jù)。如此處所用的一樣，在影響結(jié)果的輸入值變化后的很短時(shí)間內(nèi)便可產(chǎn)生實(shí)時(shí)參考結(jié)果，例如計(jì)算結(jié)果。在示例性的實(shí)施例中，在根據(jù)控制系統(tǒng)的掃描時(shí)間和處理器的時(shí)鐘脈沖速度確定的周期內(nèi)實(shí)時(shí)更新該計(jì)算。
圖3是自動(dòng)補(bǔ)償燃?xì)廨啓C(jī)的可變?nèi)細(xì)庑阅艿氖纠椒?00的流程圖，該燃?xì)廨啓C(jī)具有干式低NOx燃燒系統(tǒng)。方法400包括在第一燃料參數(shù)值處確定出第一燃料分配設(shè)定的步驟402。在運(yùn)行相位期間，例如維修技師和/或本領(lǐng)域的工程師的用戶通過(guò)調(diào)節(jié)輸入燃?xì)廨啓C(jī)10的燃料溫度控制燃料的MWI。通常升高溫度便降低MWI，降低溫度則增加MWI。當(dāng)MWI保持在一個(gè)選擇值時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)10調(diào)協(xié)到一個(gè)排放和燃燒動(dòng)態(tài)水平最佳的運(yùn)行構(gòu)造。參數(shù)之一包括調(diào)整流向燃燒室14上的各個(gè)噴射點(diǎn)的燃料。通過(guò)使燃料溫度從第一溫度值變化到第二溫度值的方式修改MWI的步驟404。通常該步驟是通過(guò)改變?nèi)剂系臏囟葋?lái)實(shí)現(xiàn)，但是也可以通過(guò)改變?nèi)剂系臒嶂档姆绞剑缤ㄟ^(guò)將具有不同的熱值的燃料輸入流混合的方式來(lái)加以影響。通過(guò)在第二MWI處將燃?xì)廨啓C(jī)10調(diào)協(xié)到排放和燃燒動(dòng)力水平最佳的運(yùn)行構(gòu)造，和記錄導(dǎo)入燃燒室上各燃料噴射點(diǎn)中的比例的方式，在MWI的第二值處確定出第二燃料分配設(shè)定的步驟406。利用確定出的第一和第二燃料分配設(shè)定確定燃料分配進(jìn)程的步驟408。由于MWI相對(duì)于燃料溫度的曲線在范圍322內(nèi)大致為線性的，所以在第一和第二MWI值燃料分配設(shè)定之間的線性內(nèi)插法可計(jì)算出在燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行期間測(cè)得的各MWI值的精確燃料分配進(jìn)程。對(duì)于第一和第二MWI值之外的MWI值可用線性外插法算出。在其它實(shí)施例中，也采用了內(nèi)插法和外插法。將該確定出的燃料分配進(jìn)程用于控制流向至少一個(gè)燃燒室的燃料流量的步驟410。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)向一個(gè)電負(fù)荷提供電能時(shí)，實(shí)時(shí)地確定該燃料分配進(jìn)程。在所有的燃?xì)廨啓C(jī)10運(yùn)行模式期間，控制系統(tǒng)22接收進(jìn)程現(xiàn)出各燃燒室的當(dāng)前燃料分配設(shè)定和輸入燃料的MWI和溫度的信號(hào)。根據(jù)這種設(shè)定，控制系統(tǒng)22確定該當(dāng)前燃料分配設(shè)定是否與針對(duì)當(dāng)前燃料MWI和溫度確定出的燃料分配進(jìn)程相匹配。
至少一個(gè)燃料性能傳感器用于確定代表當(dāng)前燃料MWI的參數(shù)，或者“實(shí)時(shí)地”和/或連續(xù)地確定實(shí)際的當(dāng)前燃料MWI?；跍y(cè)得的和計(jì)算出的燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)和當(dāng)前燃料MWI、根據(jù)預(yù)定的數(shù)學(xué)關(guān)系(例如線性內(nèi)或外插值法)確定第一和第二燃料分配進(jìn)程的新燃料分配值。利用燃料加熱器的控制獲得燃料溫度目標(biāo)，以和根據(jù)如前所述連續(xù)確定的燃料MWI值進(jìn)行的燃料分配調(diào)整同時(shí)地將燃料溫度升高或降低到最佳水平。
上述方法和裝置提供一種節(jié)省成本且可靠的方式，該方式用以自動(dòng)并連續(xù)地調(diào)制燃?xì)忸A(yù)熱溫度和燃燒室燃料分配參數(shù)、以允許燃料組分中比較大的變化。更具體而言，該方法促進(jìn)了配備有低NOx排放燃燒系統(tǒng)的重型燃燒燃?xì)廨啓C(jī)以比較大變化的燃料和現(xiàn)存燃?xì)忸A(yù)熱器溫度進(jìn)行運(yùn)行。因此，此處描述的方法和裝置促進(jìn)了燃?xì)廨啓C(jī)以節(jié)省成本且可靠的方式運(yùn)行。
上面詳細(xì)描述了用以監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)燃料的熱值和用以控制供給該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃料分配進(jìn)程的示例方法和裝置。所示例的裝置并不局限于此處描述的特定實(shí)施例，而是其各個(gè)部件都可以獨(dú)立地并從此處描述的其它部件中分離出地加以利用。各系統(tǒng)部件還可與其它系統(tǒng)部件組合利用。
該方法和裝置的技術(shù)效果是提供這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)并連續(xù)地調(diào)制燃?xì)忸A(yù)熱溫度和燃燒室燃料分配參數(shù)，以允許比較大變化的燃料組分可用于燃?xì)廨啓C(jī)中。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照各種特定的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)加以修改實(shí)施。
零件列表


權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)，包括燃?xì)廨啓C(jī)，其包括至少一個(gè)燃燒室(14)，該燃燒室包括多個(gè)配置成在多個(gè)不同位置將燃料噴入所述燃燒室中的燃料噴射點(diǎn)，所述燃燒室配置成使燃料燃燒，該燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)軸可旋轉(zhuǎn)地連接到負(fù)荷上；和控制系統(tǒng)(18)，其包括多個(gè)繞該燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)置并配置成測(cè)量與該燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的傳感器(26)；至少一個(gè)配置成確定涉及到燃料熱值的燃料性能的傳感器；和處理器，其被編程為成接收表示燃料當(dāng)前熱值的信號(hào)；和基于燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷、所述燃?xì)廨啓C(jī)附近的環(huán)境條件和表示燃料熱值的信號(hào)來(lái)自動(dòng)產(chǎn)生燃料控制信號(hào)；和多個(gè)燃料流量控制裝置，其配置為成利用燃料控制信號(hào)控制噴入到多個(gè)不同位置中的燃料量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)，其特征在于，熱值由燃料的修正沃泊指數(shù)MWI(314)表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)，其特征在于，燃料的修正沃泊指數(shù)(314)由下式確定MWI=LHVSGgas×Tgas]]>其中，MWI表示修正沃泊指數(shù)，LHV表示燃料低熱值，(Btu/scf)SGgas表示燃?xì)庀鄬?duì)于空氣的比重，和Tgas表示蘭氏度數(shù)的燃?xì)鉁囟取?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述處理器還被編程成將第一燃料分配設(shè)定確定在第一燃料熱值處；將第二燃料分配設(shè)定確定在第二燃料熱值處；利用所確定的第一和第二燃料分配設(shè)定確定燃料分配；和將所確定的燃料分配應(yīng)用于控制流向燃燒室(14)的燃料流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述處理器還被編程為可利用所確定的燃料熱值在所確定的第一和第二燃料分配設(shè)定之間進(jìn)行內(nèi)插以及利用所確定的燃料熱值在所確定的第一和第二燃料分配設(shè)定之外進(jìn)行外插中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述處理器還被編程為可利用所確定的燃料分配修改至少一個(gè)燃燒室(14)的燃料分配進(jìn)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法(400)，其特征在于，燃?xì)廨啓C(jī)(10)連接到燃?xì)忸A(yù)熱系統(tǒng)上，所述方法還包括向該燃?xì)忸A(yù)熱系統(tǒng)傳輸修改燃?xì)鉁囟鹊男枨笮盘?hào)。
8.一種操作燃?xì)廨啓C(jī)(10)的方法(400)，包括確定燃料熱值；提供包括多個(gè)燃料點(diǎn)以燃燒燃料的燃燒室(14)；和利用所確定的熱值自動(dòng)控制燃燒室上的燃料噴射點(diǎn)之間的燃料分配。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法(400)，其特征在于，熱值由燃料的修正沃泊指數(shù)MWI(312)表示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法(400)，其特征在于，燃料的修正沃泊指數(shù)(312)由下式確定MWI=LHVSGgas×Tgas]]>其中，MWI表示修正沃泊指數(shù)，LHV表示燃料低熱值，(Btu/scf)SGgas表示燃?xì)庀鄬?duì)于空氣的比重，和Tgas表示蘭氏度數(shù)的燃?xì)鉁囟取?br> 全文摘要
用于操作燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(10)的方法和系統(tǒng)包括一發(fā)電機(jī)(24)和一燃?xì)廨啓C(jī)，其中該發(fā)電機(jī)配置成向負(fù)荷提供電能，該燃?xì)廨啓C(jī)包括至少一個(gè)燃燒室(14)，該燃燒室包括多個(gè)配置成在多個(gè)不同位置將燃料噴入所述燃燒室中的燃料噴射點(diǎn)，其中所述燃燒室配置成燃燒燃料，該燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)軸可旋轉(zhuǎn)地連接到發(fā)電機(jī)上。該燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)包括一控制系統(tǒng)(18)，該控制系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器(26)和一個(gè)處理器，其中傳感器(26)繞該燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)置并配置成測(cè)量至少一個(gè)和傳感器相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，處理器被編程為接收表現(xiàn)出燃料熱值的信號(hào)，并利用確定出的熱值自動(dòng)控制燃燒室上的燃料噴射點(diǎn)之間的燃料分配。
文檔編號(hào)F02C9/28GK1971013SQ20061017239
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者C·E·斯特伯, M·帕里薩伊, R·安尼格里, W·S·齊民斯基, J·S·亨德森 申請(qǐng)人:通用電氣公司