專利名稱：用于控制燃?xì)廨啓C(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主題涉及燃?xì)廨啓C(jī)。更具體地，本發(fā)明主題涉及對進(jìn)入用于控制燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)和燃燒模型中的燃料成分信息的識別和整合。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)的性能對供給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的燃料成分敏感。無補(bǔ)償?shù)娜剂铣煞值淖兓蓪?dǎo)致燃燒不穩(wěn)定性(動力學(xué)特性)、増加的包含NOx和CO的排放、貧油熄火和降低的火焰穩(wěn)定裕度或逆燃。及時了解變化的燃料成分可有助于通過燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)來優(yōu)化燃燒系統(tǒng)。一種實現(xiàn)補(bǔ)償變化的燃料成分的方法包括對燃料成分的直接測量，該直接測量可 通過各種技術(shù)實現(xiàn)，這些技術(shù)中的很多種技術(shù)是成本高、響應(yīng)慢、或者不適于控制目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種用于確定進(jìn)入燃燒器的燃料成分的方法和系統(tǒng)來解決上述問題。所述方法包括確定進(jìn)入燃燒器的燃料的溫度和壓カ；利用燃料性質(zhì)和燃料噴嘴有效面積(K)計算第一估計的總?cè)剂狭髁?；以及，利用氣動熱循環(huán)模型分析來計算第二估計的總?cè)剂狭髁俊⑺龅谝还烙嫷目側(cè)剂狭髁颗c所述第二估計的總?cè)剂狭髁窟M(jìn)行比較，并且由所述第一估計的總?cè)剂狭髁亢退龅诙烙嫷目側(cè)剂狭髁恐g的差值推定燃料的低發(fā)熱值的變化。還公開了一種用于控制燃?xì)廨啓C(jī)的方法和系統(tǒng)，包括計算燃料成分對燃?xì)廨啓C(jī)的性能的影響，并且將ー個或多個性能參數(shù)與一個或多個參數(shù)界限進(jìn)行比較。根據(jù)比較的結(jié)果改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)的ー個或多個機(jī)械控制器。結(jié)合附圖從以下說明可更清楚這些及其它優(yōu)點和特征。


在說明書所附權(quán)利要求中具體指出并清楚地聲明了本發(fā)明所涉及的主題。結(jié)合附圖從以下詳細(xì)說明可以清楚本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點，在這些附圖中
圖I是用于控制燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)的示意圖；和 圖2是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的截面圖。該詳細(xì)說明通過參考附圖用示例闡釋了本發(fā)明的實施例及其優(yōu)點和特征。部件清單 燃?xì)廨啓C(jī)10
一定范圍的數(shù)據(jù)12 循環(huán)模型14燃料成分16 循環(huán)模型輸出18，20 燃料系統(tǒng)模型22 燃料溫度24 噴射嘴26 燃燒器28 燃燒室30 第一傳遞函數(shù)32 排放數(shù)據(jù)34 動態(tài)數(shù)據(jù)36 控制函數(shù)38 界限40 機(jī)械控制器42 組分模型44 光學(xué)裝置46 FHM傳遞函數(shù)48。
具體實施例方式參考圖I，燃?xì)廨啓C(jī)10包括分布在燃?xì)廨啓C(jī)10中的多個數(shù)據(jù)傳感器11。在這里為說明性目的示出所述數(shù)據(jù)傳感器11，這些數(shù)據(jù)傳感器11可在數(shù)量和/或位置方面變化以提供所需數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳感器11提供來自燃?xì)廨啓C(jī)10的一定范圍的數(shù)據(jù)12，例如溫度、壓力、速度和發(fā)電機(jī)輸出。來自數(shù)據(jù)傳感器11的數(shù)據(jù)12連同基線或假定燃料成分(baselineor assumed fuel composition) 16 一起輸入到氣動熱循環(huán)模型14中。該氣動熱循環(huán)模型14提供氣動熱循環(huán)模型輸出18，例如包括燃燒室壓力(P。。)和燃料性質(zhì)20。氣動熱循環(huán)模型輸出18、20被提供給燃料系統(tǒng)模型22。在一些實施例中，燃料系統(tǒng)模型22的附加輸入是燃料溫度24。如圖2所示，優(yōu)選(但非必要地)在燃燒器28的一個或多個噴射嘴26處測量該燃料溫度24，從而準(zhǔn)確地測量進(jìn)入燃燒室30的燃料的溫度。再次參考圖1，一旦燃料溫度24被確定，則該燃料溫度24就輸入到燃料系統(tǒng)模型22中。燃料系統(tǒng)模型22計算燃燒器壓力比(PR)，該燃燒器壓カ比與燃料性質(zhì)20和燃料噴嘴有效面積(Ae) —起用來計算燃燒器28處的總?cè)剂狭髁?Wtot FSYS)。將Wt(rt—FSYS與所述氣動熱循環(huán)模型14計算的總?cè)剂狭髁?Wtot—AKES)進(jìn)行比較，從而將根據(jù)實際燃料成分計算的流量(Wt()t—FSYS)與根據(jù)假定燃料成分16計算的流量進(jìn)行比較。Wt(rt—FSYS和WtQt—AKES之間的差值Wtot—_κ表示燃燒器28中的燃料的低發(fā)熱值(lower heating value,即LHV)的變化，該變化是燃料成分的關(guān)鍵標(biāo)識。所述LHV作為新的假定燃料成分16輸入到氣動熱循環(huán)模型14中，新的氣動熱循環(huán)模型輸出18被輸入到燃料系統(tǒng)模型22中，新的Wtot FSYS由燃料系統(tǒng)模型22輸出。Wtot FSYS再次與Wtot—AKES進(jìn)行比較，由此得到新的Wt(rt—E■,和新的LHV。該誤差減小的過程一直持續(xù)到
胃tot—ERROR 等于零為止。一旦實現(xiàn)了誤差減小，總流量W和壓カ比PR被輸入到第一傳遞函數(shù)32，該第一傳遞函數(shù)32輸出與燃?xì)廨啓C(jī)10的性能有關(guān)的輸出，例如排放數(shù)據(jù)34和動態(tài)數(shù)據(jù)36。數(shù)據(jù)34、36被送到控制函數(shù)38，該控制函數(shù)38將數(shù)據(jù)34、36與數(shù)值界限40進(jìn)行比較。如果數(shù)據(jù)34、36超過所述界限40的ー個或多個，那么控制函數(shù)38可使一個或多個機(jī)械控制器(machine control)42產(chǎn)生變化從而改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行參數(shù),例如進(jìn)ロ導(dǎo)向葉片角和/或噴嘴面積。該方法允許控制對燃料成分的變化敏感的燃?xì)廨啓C(jī)10，并且具有響應(yīng)于燃料成分的變化快速調(diào)整機(jī)械控制器42的能力。在一些實施例中，測定燃料中的組元的相對量。該測定特別適用于計算特定燃料的火焰穩(wěn)定裕度(FHM)和響應(yīng)于該火焰穩(wěn)定裕度調(diào)整機(jī)械控制器40。例如，在燃料為天然氣的燃?xì)廨啓C(jī)10中，有利的是了解存在于燃料中的甲烷、こ烷、丁烷和丙烷組分的相對量。在該實施例中，一旦如上所述確定了 LHV，相對組分模型44就用來估計存在于燃料中的組分的相對量。在另ー實施例中，對ー個或多個組分的直接測量可用來確定相對組分含量。調(diào)節(jié)用以檢測具體組分的ー個或多個組分傳感器，例如光學(xué)裝置46，可安置在燃?xì)廨啓C(jī)10的燃 料流(未示出)中。來自所述ー個或多個光學(xué)裝置46的輸出然后引導(dǎo)至相對組分模型44，在該相對組分模型44中確定其余組分的相對量。來自所述ー個或多個光學(xué)裝置46的輸出也用來調(diào)節(jié)相對組分模型44，從而改善將來迭代的置信度。一旦如上所述確定了組分量，F(xiàn)HM傳遞函數(shù)48就用來確定特定燃料成分的FHM。然后該FHM輸入到控制函數(shù)38中并與界限40進(jìn)行比較。該控制函數(shù)38計算相對于界限40的FHM并確定是否需要對ー個或多個機(jī)械控制器42進(jìn)行調(diào)整，如果需要調(diào)整則指示變化。雖然已經(jīng)結(jié)合僅僅有限數(shù)量的實施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易理解，本發(fā)明不限于這樣公開的實施例。相反，本發(fā)明可被改進(jìn)以引入在此之前未描述的任何數(shù)量的變型、修改、替換或等同裝置，但是這些引入的內(nèi)容應(yīng)符合本發(fā)明的精神和范圍。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各方面可僅包括某些所述實施例。因此，本發(fā)明不被視為由前述說明限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于控制燃?xì)廨啓C(jī)(10)的方法，包括 確定進(jìn)入所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的燃燒器(28)的燃料成分(16)； 計算燃料成分(16)對燃?xì)廨啓C(jī)(10)的性能的影響； 將ー個或多個性能參數(shù)與ー個或多個參數(shù)界限(40)進(jìn)行比較；以及 根據(jù)比較的結(jié)果改變所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的一個或多個機(jī)械控制器(42)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述燃料成分(16)由下列步驟確定 確定進(jìn)入所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的燃燒器(28)的燃料溫度(24)； 將燃料溫度(24)輸入到燃料系統(tǒng)模型(22)中； 利用燃燒器壓力比、燃料性質(zhì)和燃料噴嘴(26)有效面積(Ae)計算第一估計的總?cè)剂狭髁浚? 利用氣動熱循環(huán)模型(14)來計算第二估計的總?cè)剂狭髁浚? 將所述第一估計的總?cè)剂狭髁颗c所述第二估計的總?cè)剂狭髁窟M(jìn)行比較；以及由所述第一估計的總?cè)剂狭髁亢退龅诙烙嫷目側(cè)剂狭髁恐g的差值確定燃料的低發(fā)熱值，其中所述低發(fā)熱值為燃料成分的關(guān)鍵標(biāo)識。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括確定燃料中的一個或多個組分的比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在干，通過將所述低發(fā)熱值輸入到相對組分模型(44)中來確定所述ー個或多個組分的比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過利用一個或多個組分傳感器測量一個或多個組分的量來確定所述ー個或多個組分的比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述ー個或多個組分的比例由下列步驟確定 利用一個或多個組分傳感器確定所述ー個或多個組分的至少ー個組分的量； 將所述至少ー個組分的量輸入到相對組分模型(44);以及 通過將所述低發(fā)熱值輸入到所述相對組分模型(44)中來確定其余所需組分的相對量。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括利用燃料中的組分的相對量來計算火焰穩(wěn)定裕度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括 將所述火焰穩(wěn)定裕度與火焰穩(wěn)定裕度界限進(jìn)行比較；以及 根據(jù)比較的結(jié)果改變所述燃?xì)廨啓C(jī)的ー個或多個機(jī)械控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過在燃燒器中的ー個或多個噴射嘴處測量燃料溫度來確定進(jìn)入燃燒器的燃料溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制燃?xì)廨啓C(jī)(10)的方法，包括確定進(jìn)入所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的燃燒器(28)的燃料成分(16)；計算燃料成分(16)對燃?xì)廨啓C(jī)(10)的性能的影響；將一個或多個性能參數(shù)與一個或多個參數(shù)界限(40)進(jìn)行比較；以及根據(jù)比較的結(jié)果改變所述燃?xì)廨啓C(jī)(10)的一個或多個機(jī)械控制器(42)。
文檔編號F02C7/22GK102865148SQ20121025076
公開日2013年1月9日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者T.A.希利, J.C.因泰爾, J.V.奇特諾, G.C.弗里德里克 申請人:通用電氣公司