CN1863991B - 在一个燃气轮机装置中补偿燃料成分变动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在一个具有至少两个可并行运行的燃烧器级的燃气轮机装置中补偿燃料成分变动的方法，所述方法是，当燃料成分出现变动时，调节对所述燃烧器级中至少两个燃烧器级的燃料供给，并在调节燃料供给时，将所述燃烧器级之间的燃料划分，即燃烧器级上相对的燃料分配，调整到一个目标值上或将其维持在一个目标值上。其中，所述目标值可以是一个常量，也可以是一个或多个变量的一个函数。所述燃气轮机装置特别地可以包括一个引火燃烧器级和一个主燃烧器级，其中在调节燃料供给时，将引火燃烧器级和主燃烧器级之间的燃料划分调整到一个目标值上或将其维持在一个目标值上。

Description

在一个燃气轮机装置中补偿燃料成分变动的方法和装置

背景技术

一个最简单的燃气轮机装置包括一个压缩机、一个燃烧室和一个涡轮。吸入的空气经过压缩机的压缩后与一燃料混合。这一混合物在燃烧室中燃烧，所生成的烟气流入涡轮，由涡轮从中提取能量，再将这部分能量转化为机械能。

现在的燃气轮机装置一般都配有多级燃烧室，其上有多个可并行运行的燃烧器级，这些燃烧器级根据燃气轮机装置的负载情况可以单个运行或联合运行。除了至少一个主燃烧器级外，这些并行燃烧器级一般还包括至少一个引火燃烧器级，其中，引火燃烧器级的火焰主要用来稳定主燃烧器级的火焰。

一个燃气轮机装置稳定运行时所释放的热量应基本保持恒定。但是，燃料质量的波动会导致释放热量出现波动，从而引起装置功率的波动。为补偿燃料成分中出现的变动，燃气轮机装置具有一个调节装置，这个调节装置可以使与释放热量有关的燃气轮机装置的功率或烟气温度同样保持恒定。

一般情况下，通过使用一个确定燃料量的调节器调节对主燃烧器级的燃料供给来使装置的功率或烟气温度保持恒定。

但是这种方法会导致放射现象的增长或燃烧振荡现象的产生。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在一个燃气轮机装置中补偿燃料成分变动的方法、一种在一个燃气轮机装置中调节燃料供给的调节装置和一种燃气轮机装置，在这三个主题中，通过对燃料成分变动的补偿可以更有效地避免放射现象的增长或燃烧振荡现象的产生。

这个目的通过一种根据权利要求1所述的方法、一种根据权利要求4所述的调节装置和一种根据权利要求5所述的燃气轮机装置而达成。从属权利要求所涉及的是本发明的有利设计方案。

本发明涉及一种在一个燃气轮机装置中补偿燃料成分变动的方法，所述燃气轮机装置具有至少两个可并行运行的燃烧器级，当燃料成分出现变动时，调节对所述燃烧器级中至少两个燃烧器级的燃料供给，其中，在调节燃料供给时，将燃烧器级之间的燃料划分，即燃烧器级上燃料供给的相对增长，调整到一个目标值上或将其维持在一个目标值上。其中，所述目标值可以是一个常量，也可以是一个或多个变量的一个函数。所述燃气轮机装置特别地可以包括一个引火燃烧器级和一个主燃烧器级，其中在调节燃料供给时，将引火燃烧器级和主燃烧器级之间的燃料划分调整到一个目标值上或将其维持在一个目标值上。然后，分别使用一个燃料调节阀和附属的调节器特征值来调节对所述燃烧器级中至少两个燃烧器级的燃料供给，当燃料成分出现变动时，按下述方法更新所述调节器特征值：

-对燃料成分进行实时分析，

-根据分析结果计算燃料的当前沃泊指数，

-根据算得的沃泊指数为调节阀更新调节器特征值。

本发明基于下列几方面的认识：如上文所述，在最不利的情况下，通过使用一个确定燃料量的调节器调节对主燃烧器级的燃料供给来补偿燃料成分的变动会导致放射现象的增长或燃烧振荡现象的产生。其原因在于，通过调节对主燃烧器级的燃料供给，燃料划分会发生变化。一个引火燃烧器级和一个主燃烧器级之间的燃料划分例如会对主燃烧器火焰的稳定性产生不良影响，其中，所述主燃烧器火焰通常是一低含量燃料的空气-燃料混合物的火焰。这种低含量燃料的空气-燃料混合物的作用是在所谓的“干式去氮”范围内使燃气轮机装置保持低放射值。因此，当低含量燃料的空气-燃料混合物的火焰稳定性较低时，就会对燃气轮机装置的放射值产生不利影响。而通过将燃料划分维持在目标值上或将其调整到一个适当的新目标值上，可以避免主燃烧器火焰的稳定性受到不良影响或者至少可以减少这种不良影响，由此就可以避免或减少上述不足之处。

一般情况下使用一个燃料调节阀来调节对一个燃烧器的燃料供给，其中，所述燃料调节阀是一个节流阀。所述燃料调节阀在一个临界压力耗损范围内被操作，也就是说，流过所述燃料调节阀的燃料流分别与输入端燃料压力和阀升程成比例。燃烧室中释放的热量通过所述燃料调节阀中的压力耗损调节，其中，释放热量通过沃泊指数而与压力耗损相关。

如果像现有技术中常见的那样只需调节一个燃烧器级，则只需针对一个特定的标准燃料成分，也就是一个特定的沃泊指数来调整调节器特征值，其中，允许燃料成分和标准之间存在一定的偏差范围。其中，与标准之间的偏差可以当作调节系统的干扰量处理，可以通过使燃气轮机装置的功率或烟气温度保持恒定来弥补。因而在现有技术中，调节燃料供给时并不需要了解燃料的当前沃泊指数。

但是，获知实际沃泊指数后就可以将燃料划分调整到一个适当的新目标值上或将其维持在当前目标值上，通过将燃料的实际沃泊指数作为调节器特征值的基础来调节各个燃烧器级的调节阀中的压力耗损。

在所述实施方案中，借助燃料的当前沃泊指数，针对每种燃料成分能够这样调节各个调节阀上的压力耗损，使得燃料划分被调整到一个新目标值上或被维持在当前目标值上。根据本发明的方法的这种实施方案可以特别地保证，即使当燃料成分发生迅速变化或剧烈变化时，调节器特征值也总是以燃料的当前沃泊指数为基础。

一种用于实施根据本发明的方法的调节装置可以在一个燃气轮机装置中调节燃料供给，所述燃气轮机装置具有至少两个可并行运行的燃烧器级和一个燃料供给调节机构，其中，所述燃料供给调节机构针对所述燃烧器级分别具有一个燃料调节阀和附属的调节器特征值，所述调节装置包括：

-一个用于对燃料成分进行实时分析的分析器，

-一个用于计算所述燃料的当前沃泊指数的计算单元，以及

-一个用于根据算得的沃泊指数对至少两个配置给不同燃烧器级的调节阀的调节器特征值进行更新的更新单元。

一种根据本发明的燃气轮机装置包括至少两个可并行运行的燃烧器级和一个根据本发明的调节装置，当燃料成分发生变化时，通过所述燃气轮机装置可以避免放射现象的增长或燃烧振荡现象的产生，或至少可以降低出现这两种现象的可能性。所述燃烧器级特别地包括一个引火燃烧器级和一个主燃烧器级，其中，所述调节装置的更新单元用于根据算得的沃泊指数对所述主燃烧器级和引火燃烧器级的调节阀的调节器特征值进行更新。

根据按本发明的燃气轮机装置的一种有利实施方案，所述燃气轮机装置包括一个由一燃料流流过的燃料管和一个位于所述燃料管上的分支点，该分支点用于使所述燃料的一部分分支出来，并将这部分燃料作为分析样品流导入一个支管，这个支管将所述分析样品流输送到分析器中。其中，所述分支点布置在所述燃料管上的这样一个位置上，使得所述燃料流从分支点行进到燃料调节阀所需要的时间足够用来在所述燃料流到达燃料调节阀之前完成下述各项，即，分析样品流行进到分析器中，分析器分析燃料成分，计算单元计算沃泊指数，更新单元更新调节器特征值，调节装置调整燃料调节阀。

根据本发明的燃气轮机装置的这种实施方案可以保证，即使当燃料成分在一个很短的时间内发生变动时，调节器特性曲线也可以总是以刚刚到达燃料调节阀中的燃料流的沃泊指数为基础。

附图说明

下面借助附图所示的一个实施例对本发明的其他特征、特性和优点进行说明，其中：

图1为根据本发明的燃气轮机装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

除包括一个用于更新调节器特征值的线路图外，图1还显示了一个具有一个压缩机1、一个燃烧室3和一个涡轮5的燃气轮机装置，其中，涡轮5与一个发电机7耦接在一起。

一根第一燃料输入管9和一根第二燃料输入管11通向燃烧室3，这两根燃料输入管从一根燃料管13上分支出来，并分别配有一个燃料调节阀15、17。燃料输入管9、11向一个引火燃烧器和一个主燃烧器(图中皆未显示)供给燃料。从附图所示的第三根燃料输入管19和第三个燃料调节阀21可以推断，除了通常情况下并行运行的引火燃烧器和主燃烧器外，还可以存在其他的、特别是可并行运行的燃烧器级。

此外，为了可以对燃料成分变动进行补偿，附图所示的燃气轮机装置还包括一个调节器23，这个调节器可以根据燃烧室3中释放的热量来调节对各个燃烧器级的燃料供给。所述热量可以通过例如烟气温度或涡轮5的功率测得，这一点是众所周知的，因而在此就不再作进一步说明。调节器23含有调节器特征值，当燃烧室3中释放的热量发生变化时，可以借助这些调节器特征值对燃料调节阀15、17作出调整。

除此之外，所述燃气轮机装置还包括一个分析器25、一个计算单元27和一个更新单元29；分析器25用于分析在燃料管13中流动的燃料的成分，为接收分析结果而与其相连的计算单元27可以根据分析结果计算所述燃料的沃泊指数，为接收所述沃泊指数而与计算单元27相连的更新单元29同时也与调节器23相连，以便对所述调节器特征值进行更新。

一根从燃料管13上分支出来的支管31将一小部分在燃料管13中流动的燃料输送给分析器25，供其进行分析。分析器25将分析结果传输到计算单元27中，由计算单元27计算被分析的燃料的沃泊指数并将由此而算得的沃泊指数传输给更新单元29。更新单元29根据接收到的沃泊指数为调节器23的测控系统中的燃料调节阀15、17更新调节器特征值。然后，根据更新后的调节器特征值并借助燃料调节阀15、17调节对各个燃烧器级的燃料供给。当调节器特性曲线与燃料的当前沃泊指数相匹配时，就可以这样调节对各个燃烧器级的燃料供给，使得可以将燃料划分维持在当前目标值上或将其调整到一个适当的新目标值上。

为了即使在燃料成分发生迅速变化的情况下也可以将燃料划分维持在所述目标值上或将其调整到一个新目标值上，支管31在燃料管13的一个分支点33处分支出来，并且分支点33与燃料调节阀15、17之间具有这样一个距离，使得在燃料管13中流动的燃料行进分支点33和燃料调节阀15、17之间的距离所需要的时间足够用来进行下列步骤：

1.将分流出来的燃料导向分析器。

2.分析燃料成分。

3.计算燃料的沃泊指数。

4.更新调节器特征值。

5.调整燃料调节阀。

在考虑到燃料流的流速的情况下，调整燃料调节阀时特别选用这样一个力矩，使得这种调整总是精确地根据燃料调节阀15、17处的燃料的沃泊指数而进行。

在所述实施例中，计算单元27、更新单元29和调节器23实施为独立的单元。作为替代性方案，计算单元27和/或更新单元29也可以整合在调节器23中。

Claims (4)

1.一种在一个燃气轮机装置中补偿燃料成分变动的方法，所述燃气轮机装置具有至少两个可并行运行的燃烧器级，所述方法是，当燃料成分出现变动时，调节对所述燃烧器级中至少两个燃烧器级的燃料供给，在调节燃料供给时，将所述燃烧器级之间的燃料划分维持在一个目标值上，其特征在于，分别有一个燃料调节阀和附属的调节器特征值可以用来调节对所述燃烧器级中至少两个燃烧器级的燃料供给，分下列步骤：

对所述燃料成分进行一次实时分析，

根据分析结果计算所述燃料的当前沃泊指数，

根据算得的沃泊指数为所述燃料调节阀更新所述调节器特征值，要将所述燃烧器级之间的燃料划分维持在一个目标值上，

一个由一燃料流流过的燃料管和一个位于所述燃料管上的分支点，该分支点用于使所述燃料的一部分分支出来，并将这部分燃料作为分析样品流导入一个支管，这个支管将所述分析样品流输送到分析器中，

所述分支点布置在所述燃料管上的这样一个位置上，使得所述燃料流从分支点行进到燃料调节阀所需要的时间足够用来在所述燃料流到达所述燃料调节阀之前完成下述各项，即，所述分析器分析燃料成分，计算单元计算沃泊指数，更新单元更新调节器特征值，调节装置调整所述燃料调节阀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃气轮机装置包括一个引火燃烧器级和一个主燃烧器级，调节燃料供给时，将所述引火燃烧器级和所述主燃烧器级之间的燃料划分维持在所述目标值上。

3.一种燃气轮机装置，具有至少两个可并行运行的燃烧器级和一个用于在一个燃气轮机装置中调节燃料供给的调节装置，所述调节装置具有一个用于所述燃烧器级的燃料调节阀(15，17)和一个用于配置给所述燃料调节阀(15，17)的调节器特征值的调节器(23)，所述调节装置具有：

一个用于对燃料成分进行实时分析的分析器(25)，

一个用于计算所述燃料的当前沃泊指数的计算单元(27)，以及

一个用于根据算得的沃泊指数对至少两个配置给不同燃烧器级的调节阀的调节器特征值进行更新的更新单元(29)，

其中，所述调节器如此设计，使得所述燃烧器级之间的燃料划分维持在一个目标值上，

所述燃气轮机装置具有一个由一燃料流流过的燃料管(13)和一个位于所述燃料管(13)上的分支点(33)，所述分支点用于使所述燃料的一部分分支出来，并将这部分燃料作为分析样品流导入一个支管(31)，所述支管(31)将所述分析样品流输送到所述分析器(25)中，其中，所述分支点(33)布置在所述燃料管(13)上的这样一个位置上，使得所述燃料流从所述分支点(33)行进到所述燃料调节阀(15，17)所需要的时间足够用来在所述燃料流到达所述燃料调节阀(15，17)之前完成下述各项，即，所述分析样品流行进到所述分析器(25)中，所述分析器分析所述燃料成分，所述计算单元(27)计算所述沃泊指数，所述更新单元(29)更新所述调节器特征值，所述调节装置调整所述燃料调节阀(15，17)。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机装置，其特征在于，所述燃气轮机装置包括一个引火燃烧器级和一个主燃烧器级，所述调节装置的更新单元(29)用于根据算得的沃泊指数对所述主燃烧器级和所述引火燃烧器级的燃料调节阀(15，17)的调节器特征值进行更新。

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