Контроллер для газовой турбины, газовая турбина, способ управления газовой турбиной и машиночитаемый носитель данных
CONTROLLER FOR GAS TURBINE, GAS TURBINE, CONTROL METHOD OF GAS TURBINE AND MACHINE-READABLE DATA MEDIUM

Область техники
Настоящее изобретение относится, в целом, к контроллерам для газовых турбин, к газовым турбинам, содержащим такие контроллеры, и к способам управления такими газовыми турбинами.
Уровень техники
Пример типовой конструкции газовой турбины показан на фиг. 1. Газовая турбина содержит воздухозаборник 10 на одном конце, за которым следует ступень 11 компрессора, в которой входящий воздух сжимается для использования в одной или более камерах 12 сгорания, которые распределены по окружности вокруг оси 13 турбины. Топливо вводится в камеры сгорания в 14 и смешивается там с частью сжатого воздуха, покидающего ступень 11 компрессора. Горячие газы, созданные сгоранием в камерах сгорания, направляются на набор лопастей 15 турбины, будучи направляемыми в этом процессе набором направляющих лопаток 16, и в результате лопасти 15 турбины и вал, формирующий ось 13, поворачиваются. Лопасти 15 турбины в свою очередь вращают лопасти ступени 11 компрессора, так что сжатый воздух подается самой газовой турбиной, как только она приводится в действие.
Часть типовой камеры сгорания показана на фиг. 2A. Фиг. 2B показывает сечение вдоль линии III-III, показанной на фиг. 2A. Камера сгорания имеет четыре части: переднюю часть 20, часть 22 завихрителя, часть 22 предкамеры горелки и объем 23 сгорания. Основное топливо вводится в завихритель 21 через переднюю часть 20 по трубопроводу 24, в то время как запальное топливо поступает в пространство камеры сгорания по трубопроводу 25, имеющему на своем конце форсунку 29 запального топлива. Основной и запальный топливные потоки выводятся из клапана 26 разделения топлива, питаемого топливоподачей 27, представляющей полную подачу топлива в камеру сгорания. Основной топливный поток входит в завихритель через набор основных топливных форсунок (или инжектор) 28, откуда он направляется вдоль лопаток 30 завихрителя, смешиваясь в этом процессе с входящим сжатым воздухом. Топливо может представлять собой газообразное топливо или жидкое топливо. Получающаяся в результате воздушно-топливная смесь поддерживает пламя 30 горелки. Горячий воздух из этого пламени поступает в объем 23 сгорания. Газовая турбина часто будет содержать некоторое число таких камер сгорания, и в этом случае распределение основного и запального топливных потоков будет обычно таким, как показано на фиг. 3.
2
2
3
2
Из экологических соображений, существует постоянное стремление уменьшить выбросы загрязняющих веществ из газовых турбин. Потенциальные выбросы загрязняющих веществ включают в себя оксиды азота (NO и NO, в общем упоминаемые как NOx), оксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (UHC, обычно выражаемые как эквивалент метана), оксиды серы (SO и SO) и взвешенные частицы (PM). UHC обычно включают в себя летучие органические соединения (VOC), которые вносят вклад в формирование атмосферного озона в приземном слое, в дополнение к соединениям, таким как метан и этан, которые не вносят вклад в формирование озона. Количества SO, UHC и PM обычно считаются пренебрежимо малыми при сгорании природного газа. Однако выбросы NOx и потенциально CO могут быть значительными при сгорании природного газа и/или нефтяного топлива в газовых турбинах.
Количество производимого NOx зависит от температуры сгорания и/или отношения топлива к воздуху. Когда сгорание происходит при низких температурах и/или при низких отношениях топлива к воздуху, выбросы NOx уменьшаются. Традиционные способы уменьшения выбросов NOx включают в себя влажное подавление выбросов (WLE), при котором впрыскивание воды или пара уменьшает отношения топлива к воздуху, и сухое подавление выбросов (DLE) и сухое подавление NOx (DLN), которые используют принципы сжигания предварительно подготовленных бедных смесей. DLE может уменьшать выбросы NOx и CO до менее 25 ppmv (частей на миллион по объему) или даже менее 10 ppmv, в то время как DLN может уменьшать выбросы NOx до менее 25 ppmv.
Фиг. 4A показывает график температуры на входе в турбину (TET) как функцию нагрузки L для типовой газовой турбины. Для такой типовой газовой турбины без требований по выбросам при частичной нагрузке (в частности, CO), может использоваться термин “естественное снижение (производительности)”, при помощи чего достигаются низкие выбросы для ограниченной нагрузки, но без применения каких-либо методов управления для поддержания высокой температуры управления снижением (TCT), таких как регулируемые направляющие лопатки (VGV) или стравливание для выпуска (B2E). Пунктирная линия на фиг. 4A изображает отношение между TCT и нагрузкой L, когда эмиссионные методы при частичной нагрузке не применяются.
Чтобы достичь низких выбросов на низких нагрузках, модуляция регулируемых направляющих лопаток (VGV) или bleed to exhaust (B2E) могут использоваться, чтобы поддерживать постоянную температуру на входе в турбину (TET). Эта линия постоянной температуры известна как линия температуры управления снижением (TCT) и показана как сплошная линия на фиг. 4A. Обычно, настройки разделения запального топлива определяются на основе TET газовой турбины. Это означает, что по мере снижения нагрузки L вдоль TCT, разделение запального топлива удерживается постоянным на всем протяжении диапазона нагрузки. В результате, существует ограниченное управление по характеристикам сгорания с точки зрения динамики сгорания, например стабильности пламени (также известной как стабильность сгорания), и/или выбросам, например, при разных нагрузках L по линии TCT.
Фиг. 4B показывает график температуры на входе в турбину (TET) и разделения запального топлива как функцию нагрузки L для типовой газовой турбины.
В частности, фиг. 4B показывает поведение разделения запального топлива вдоль линии TCT. Известные алгоритмы управления запальным топливом обычно поддерживают постоянные, предопределенные значения разделения запального топлива вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L. Это может ограничивать управление по параметрам сгорания, таким как стабильность пламени и/или выбросы NOx при каждом условии нагрузки. Известные алгоритмы управления запальным топливом основываются на входах из низкочастотной динамики и на измерениях на наконечнике горелки и могут отображаться на TET, так что когда TET постоянна, управление согласно известным алгоритмам управления запальным топливом некоторым образом ограничено.
Однако, традиционные способы уменьшения выбросов NOx при низких температурах, например TET, и/или при низких отношениях топлива к воздуху приводят к уменьшению термодинамической эффективности газовых турбин. Это противоположно типовой цели повышения термодинамической эффективности. Дополнительно, такие традиционные способы уменьшения выбросов NOx обычно касаются работы газовых турбин на полных нагрузках. К тому же, известные алгоритмы управления запальным топливом для низких загрузок обеспечивают ограниченное управление динамикой сгорания, например, стабильностью пламени и/или выбросами. Более того, на стабильность пламени и/или выбросы может оказывать влияние сложное взаимодействие между условиями окружающей среды и рабочими условиями, вместе со специфическими для газовой турбины факторами, такими как возраст и загрязнение.
Таким образом, существует потребность в усовершенствовании управления газовыми турбинами для улучшения стабильности пламени и/или выбросов.
Краткое описание изобретения
Одна цель настоящего изобретения, помимо прочих, состоит в обеспечении контроллера для газовой турбины, газовой турбины, содержащей такой контроллер, и способа управления такой газовой турбиной, который улучшает стабильность пламени и/или выбросы, например, при низких температурах и/или низких нагрузках.
В соответствии с первым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненный с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью:
определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
В соответствии со вторым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью:
определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
В соответствии с третьим аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:
определение одного или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R;
за счет чего стабильность пламени и/или выбросы улучшаются.
Предпочтительно, контроль или управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R не имеет каких-либо других обусловленных (внутренних или внешних) корректирующих факторов. Это означает, что настоящее изобретение имеет преимущества, поскольку оно относительно просто использует предопределенные значения разделения запального топлива, которое основано на COP, вычисленных при условии, а не на временных характеристиках и пост-обработке других входных параметров для вычисления разделения топлива. Настоящее изобретение является простым и поэтому требует меньше вычислений и обеспечивает более высокое быстродействие.
В соответствии с четвертым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный машиночитаемый носитель данных, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует третьему аспекту.
В соответствии с пятым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива.
В соответствии с шестым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива.
В соответствии с седьмым аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива;
за счет чего температура металла и/или выброс улучшается.
В соответствии с восьмым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный машиночитаемый носитель данных, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует седьмому аспекту и/или третьему аспекту.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением обеспечен контроллер для газовой турбины, как изложено в прилагаемой формуле изобретения. Также обеспечена газовая турбина, способ управления газовой турбиной и осязаемый не-временный машиночитаемый носитель данных. Другие признаки изобретения станут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.
В настоящей спецификации, термин “содержащий” или “содержит” означает включение указанного компонента(ов), но не исключение присутствия других компонентов. Термин “состоящий в основном из” или “состоит в основном из” означает включение указанных компонентов, но исключение других компонентов кроме материалов, присутствующих как примеси, неизбежных материалов, присутствующих как результат процессов, используемых для обеспечения компонентов, и компонентов, добавляемых с целью, отличной от достижения технического эффекта изобретения, таких как красители и тому подобное.
Термин “состоящий из” или “состоит из” означает включение указанных компонентов, но исключение других компонентов.
Где это уместно, в зависимости от контекста, использование термина “содержащий” или “содержит” может также быть выбрано, чтобы включать значение “состоит в основном из” или “состоящий в основном из”, а также может быть выбрано, чтобы включать значение “состоит из” или “состоящий из”.
Опциональные признаки, изложенные здесь, могут использоваться либо по отдельности, либо в комбинации друг с другом, где уместно и, в частности, в комбинациях, как изложено в прилагаемой формуле изобретения. Опциональные признаки для каждого аспекта или примерного варианта осуществления изобретения, как изложено здесь, также применимы ко всем другим аспектам или примерным вариантам осуществления изобретения, где это уместно. Другими словами, специалист в данной области техники, читающий настоящую спецификацию, должен рассматривать опциональные признаки для каждого аспекта или примерного варианта осуществления изобретения как взаимозаменяемые и комбинируемые между разными аспектами и примерными вариантами осуществления.
В соответствии с первым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью:
определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
Посредством управления пропорцией P (т.е. разделением) расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, например, средства подачи запального топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R, пропорция P может меняться вдоль линии температуры управления снижением (TCT), например, по существу линии постоянной TCT, по мере изменения нагрузки L, например, уменьшения от полной нагрузки L, подаваемой газовой турбиной. Таким образом, управление газовой турбиной может быть улучшено, чтобы улучшить стабильность пламени и/или выбросы, по мере изменения нагрузки L, например.
Управление пропорцией P таким путем может применяться, например, в качестве модификаций традиционных алгоритмов управления запальным топливом, чтобы вычислять и применять смещения разделения запального топлива для традиционных карт (картограмм) разделений запального топлива для каждой нагрузки L и/или для пакетов карт разделений, основываясь, по меньшей мере частично, на определенном одном или более отношениях R.
Таким образом, могут быть обеспечены улучшенные, например, более точные начальные условия для управления разделениями запального топлива (т.е. пропорцией P) при каждой нагрузке L вдоль линии по существу постоянной TCT, чтобы достичь улучшенной характеристики сгорания с точки зрения стабильности пламени и/или выбросов. Путем улучшения стабильности пламени, надежность газовой турбины может быть улучшена. Путем улучшения характеристик выбросов, например, сокращения выбросов NOx, воздействие на среду может быть улучшено.
Например, традиционное разделение запального топлива может представлять собой предопределенное постоянное значение разделения запального топлива вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L.
Напротив, пропорция P (т.е. разделение запального топлива в соответствии с изобретением) является непостоянной вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L, управляемой на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R, как описано выше.
В частности, пропорция P может увеличиваться линейно по мере повышения нагрузки L вдоль линии TCT, например. На нижнем конце линии постоянной TCT, пропорция P может быть меньше, чем традиционное разделение запального топлива, а на верхнем конце линии постоянной TCT, пропорция P может стремиться в направлении и/или быть равной традиционному разделению запального топлива. При нагрузках L ниже нижнего конца линии постоянной TCT, пропорция P может повышаться по мере уменьшения TET, оставаясь меньше, но стремясь к традиционному разделению запального топлива по мере уменьшения нагрузки L. При нагрузках L выше верхнего конца линии постоянной TCT, пропорция P может снижаться по мере повышения TET до полной нагрузки L, по существу равной значению традиционного разделения запального топлива. То есть, пропорция P может находиться на наибольшем значении традиционного разделения запального топлива для данной нагрузки L и может быть меньше, чем значение традиционного разделения запального топлива для средних загрузок L, например, в диапазоне примерно от 10% до 60% полной нагрузки L.
Газовая турбина может быть такой, как описано в отношении фиг. 1-3.
В одном примере, камера сгорания содержит и/или представляет собой цилиндрическую, кольцевую или трубчато-кольцевую камеру сгорания. В одном примере, газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, например, такие камеры сгорания. В одном примере, первое средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи запального топлива. В одном примере, первое средство подачи топлива представляет собой одно средство подачи запального топлива. В одном примере, второе средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи основного топлива. В одном примере, газовая турбина содержит множество камер сгорания, первое средство подачи топлива содержит множество средств подачи запального топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи запального топлива, и второе средство подачи топлива содержит множество средств подачи основного топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи основного топлива. Другими словами, каждая камера сгорания может включать в себя форсунку запального топлива и форсунку основного топлива, ассоциированные с первым средством подачи топлива и вторым средством подачи топлива соответственно. В одном примере, топливо представляет собой газовое топливо, например, природный газ. В одном примере, топливо представляет собой жидкое топливо, например, нефтяное топливо.
В одном примере, опорная нагрузка LR представляет собой полную нагрузку (т.е. 100% нагрузку L), подаваемую газовой турбиной.
В одном примере, рабочий параметр COP камеры сгорания представляет собой параметр, выбираемый из группы, содержащей интенсивность CI сгорания камеры сгорания, коэффициент ER эквивалентности камеры сгорания и функцию CIF впуска камеры сгорания камеры сгорания.
Изобретатели определили, что один или более из этих рабочих параметров COP камеры сгорания могут быть особенно полезными в улучшении стабильности пламени и/или выброса, например, выброса NOx.
В одном примере, интенсивность CI сгорания определяется, основываясь, по меньшей мере частично, на вводе HI тепла в газовую турбину, давления СЕР на выходе компрессора газовой турбины и/или объема CV камеры сгорания камеры сгорания, и контроллер выполнен с возможностью:
определять интенсивность CI сгорания;
определять первый коэффициент R1 интенсивности CI сгорания при нагрузке L к опорной интенсивности CIR сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного первого отношения R1.
В одном примере, опорная нагрузка LR представляет собой полную нагрузку, подаваемую газовой турбиной, и опорная интенсивность CIR сгорания при опорной нагрузке LR представляет собой интенсивность CIR сгорания при полной нагрузке, подаваемой газовой турбиной.
В одном примере, интенсивность CI сгорания определяется посредством CI=HI/(CEP×CV), и контроллер выполнен с возможностью определять ввод HI тепла, давление СЕР на выходе компрессора и/или объем CV камеры сгорания.
Ввод HI тепла может быть получен на основе расхода FF топлива, теплотворного значения топлива и удельной массы топлива.
Давление СЕР на выходе компрессора может выводиться на основе коэффициента давления газовой турбины (двигателя) и/или может измеряться.
Объем CV камеры сгорания может измеряться/определяться на основе геометрических измерений системы сгорания, например, (предкамера+труба+tduct).
Более подробно, интенсивность CI сгорания может определяться уравнением 1 ниже как:
В одном примере, газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, и объем CV камеры сгорания представляет собой полный объем CV камеры сгорания множества камер сгорания. В одном примере, объем камеры сгорания предопределен, например, посредством измерения, и контроллер выполнен с возможностью хранения объема CV камеры сгорания.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать ввод HI тепла и/или давление СЕР на выходе компрессора, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый ввод HI тепла и/или давление СЕР на выходе компрессора.
В одном примере, коэффициент ER эквивалентности (также известный как Φ) определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива в камеру сгорания, расхода воздуха FA в камеру сгорания и/или стехиометрического отношения топлива к воздуху SFAR, и причем контроллер выполнен с возможностью:
определять коэффициент ER эквивалентности;
определять второе отношение R2 коэффициента ER эквивалентности при нагрузке L к опорному коэффициенту ERR эквивалентности при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного второго отношения R2.
В одном примере, коэффициент ER эквивалентности определяется посредством ER=(FF/FA)/SFAR, и причем контроллер выполнен с возможностью определять расход FF топлива, расход воздуха FA и/или стехиометрическое отношение топлива к воздуху SFAR.
Расход FF топлива может определяться, например, измеряться, с использованием расходомера.
Расход воздуха FA может определяться, например, вычисляться, на основе скорости компрессора и коэффициента давления двигателя.
Стехиометрическое отношение топлива к воздуху SFAR может определяться, например, вычисляться, как значение, специфическое для определенного состава топлива, и может представлять собой теоретическое значение, которое предполагает, что реакция между углеродными и кислородными компонентами завершается без какого-либо превышения первого или последнего, для достижения полного потребления обоих компонентов. Если в смеси существует больше кислорода, то смесь называется бедной смесью. Это типично для газовых турбин, для которых обычно дается ссылка на бедные предварительно смешанные системы. Однако, когда существует избыток топлива, ссылка вместо этого дается на обогащенные системы, также упоминаемые для газовых турбин, но не так часто.
Более подробно, коэффициент ER эквивалентности может определяться уравнением 2 ниже как:
где
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать расход FF топлива и/или расход воздуха FA, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый расход топлива и/или расход воздуха скорость FA от них.
В одном примере, функция CIF впуска камеры сгорания определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода воздуха FA в камеру сгорания, температуры СЕТ на выходе компрессора газовой турбины и/или давления СЕР на выходе компрессора газовой турбины, и контроллер выполнен с возможностью:
определять функцию CIF впуска камеры сгорания;
определять третье отношение R3 функции CIF впуска камеры сгорания при нагрузке L к опорной функции CIFR впуска камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного третьего отношения R3.
В одном примере, функция CIF впуска камеры сгорания определяется посредством CIF=(FA×√CET)/CEP, и контроллер выполнен с возможностью определять расход воздуха FA, температуру СЕТ на выходе компрессора и/или давление СЕР на выходе компрессора.
Расход воздуха FA может определяться, например, вычисляться, на основе скорости компрессора и коэффициента давления двигателя (т.е. газовой турбины).
Температура СЕТ на выходе компрессора может определяться, например, измеряться, посредством термопар и/или может выводиться на основе коэффициента давления двигателя (т.е. газовой турбины).
Давление СЕР на выходе компрессора может определяться, например, выводиться, на основе коэффициента давления двигателя и/или может измеряться.
Более подробно, функция CIF впуска камеры сгорания может определяться уравнением 3 как:
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать расход воздуха FA, температуру на выходе компрессора CET и/или давление на выходе компрессора CEP, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый расход воздуха FA, температуру на выходе компрессора CET и/или давление на выходе компрессора CEP от них.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью:
определять спускной расход FB; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного спускного расхода FB.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать спускной расход FB, и контроллер выполнен с возможностью получать спускной расход FB от них.
В одном примере, спускной расход FB представляет собой массовый расход воздуха к выпуску и/или впуску газовой турбины.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать массовый расход воздуха к выпуску и/или впуску газовой турбины, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый массовый расход воздуха к выпуску и/или впуску газовой турбины от них.
В одном примере, нагрузка L и/или расход FF топлива и/или температура ТЕТ на входе в турбину является по существу постоянной.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать нагрузку L и/или расход FF топлива и/или температуру ТЕТ на входе в турбину, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятую нагрузку L и/или расход FF топлива и/или температуру ТЕТ на входе в турбину от них.
В одном примере, контроллер содержит память и процессор, причем память включает в себя инструкции, которые при исполнении процессором, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, как описано в настоящем документе, например, как описано выше и/или в соответствии с третьим аспектом. Другими словами, контроллер может быть выполнен, например, с возможностью определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR, определять рабочие параметры COP камеры сгорания, как описано выше и/или управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R, в соответствии с инструкциями, исполняемыми процессором. В одном примере, контроллер содержит блок связи, выполненный с возможностью осуществлять связь с одним или более датчиками, как описано выше. В одном примере, контроллер содержит память, выполненную с возможностью хранения одного или более одного или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L, соответственных опорных рабочих параметров COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR и/или определенных рабочих параметров COP камеры сгорания, как описано выше.
В соответствии со вторым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью:
определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход FF топлива, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер, коэффициенты R, рабочие параметры COP камеры сгорания, опорные рабочие параметры COPR камеры сгорания, опорная нагрузка LR и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении первого аспекта.
В соответствии с третьим аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:
определение одного или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R;
за счет чего стабильность пламени и/или выброс улучшается.
Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, скорость FF расхода топлива, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер, коэффициенты R, рабочие параметры COP камеры сгорания, опорные рабочие параметры COPR камеры сгорания, опорная нагрузка LR и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении первого аспекта и/или второго аспекта. Выброс может представлять собой, например, выброс NOx.
В одном примере, рабочий параметр COP камеры сгорания представляет собой параметр, выбираемый из группы, содержащей интенсивность CI сгорания камеры сгорания, коэффициент ER эквивалентности камеры сгорания и функцию CIF впуска камеры сгорания камеры сгорания.
В одном примере, интенсивность CI сгорания определяется на основе, по меньшей мере частично, ввода HI тепла в газовую турбину, давления СЕР на выходе компрессора газовой турбины и/или объема CV камеры сгорания камеры сгорания, и причем способ содержит:
определение интенсивности CI сгорания;
определение первого отношения R1 интенсивности CI сгорания при нагрузке L к опорной интенсивности CIR сгорания при опорной нагрузке LR; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного первого отношения R1.
В одном примере, интенсивность CI сгорания определяется посредством CI=HI/(CEP×CV), и причем способ содержит определение ввода HI тепла, давления СЕР на выходе компрессора и/или объема CV камеры сгорания.
В одном примере, коэффициент ER эквивалентности определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива в камеру сгорания, расхода воздуха FA в камеру сгорания и/или стехиометрического отношения топлива к воздуху SFAR, и причем способ содержит:
определение коэффициента ER эквивалентности;
определение второго отношения R2 коэффициента ER эквивалентности при нагрузке L к опорному коэффициенту ERR эквивалентности при опорной нагрузке LR; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного второго отношения R2.
В одном примере, коэффициент ER эквивалентности определяется посредством ER=(FF/FA)/SFAR, и причем способ содержит определение расхода FF топлива, расхода воздуха FA и/или стехиометрического отношения топлива к воздуху SFAR.
В одном примере, функция CIF впуска камеры сгорания определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода воздуха FA в камеру сгорания, температуры СЕТ на выходе компрессора газовой турбины и/или давления СЕР на выходе компрессора газовой турбины, и причем способ содержит:
определение функции CIF впуска камеры сгорания;
определение третьего отношения R3 функции CIF впуска камеры сгорания при нагрузке L к опорной функции CIFR впуска камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного третьего отношения R3.
В одном примере, функция CIF впуска камеры сгорания определяется посредством CIF=(FA×√CET)/CEP, и причем способ содержит определение расхода воздуха FA, температуры СЕТ на выходе компрессора и/или давления СЕР на выходе компрессора.
В одном примере, способ содержит:
определение спускного расхода FB; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного спускного расхода FB.
В одном примере, нагрузка L и/или расход FF топлива и/или температура ТЕТ на входе в турбину является по существу постоянной.
В одном примере, опорная нагрузка LR представляет собой полную нагрузку, подаваемую газовой турбиной.
В одном примере, первое средство подачи топлива представляет собой средство подачи запального топлива.
В соответствии с четвертым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный машиночитаемый носитель данных, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует третьему аспекту.
В соответствии с пятым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива.
Посредством управления пропорцией P (т.е. разделения) расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива, управление газовой турбиной может быть улучшено, чтобы улучшить температуру металла и/или выброс, например, по мере изменения нагрузки L. Это улучшение наблюдается особенно при высоких нагрузках, например, >90%, и/или при высоких температурах, как описано ниже.
Управление пропорцией P таким путем может применяться, например, в качестве модификаций традиционных алгоритмов управления запальным топливом, чтобы вычислять и применять смещения разделения запального топлива для традиционных карт разделений запального топлива для каждой нагрузки L и/или для пакетов карт разделений, основываясь, по меньшей мере частично, на расходе FF топлива.
Путем улучшения температуры металла, может быть улучшена надежность газовой турбины. Путем улучшения выбросов, например, уменьшения выбросов NOx, может быть улучшено воздействие на среду.
Изобретатели определили, что вариации внешней среды могут иметь значительный эффект на выбросы NOx и/или на температуры металлов в запальной области, где топливо сжигается обогащенным для стабильности пламени. То есть, выбросы NOx могут представлять собой функцию TFIRE, которая зависит от свойств воздуха и топлива, например, температуры, давления, расхода и т.д. Выбросы NOx также зависят от процентного содержания запального топлива. Требуется плавная регулировка процента запального топлива, так как сниженное запальное топливо приводит к слабой стабильности пламени, а увеличенное запальное топливо приводит к высоким выбросам NOx.
Традиционные способы управления газовыми турбинами не учитывают все эти факторы, обычно основываясь на проценте запального топлива (проценте от полного топлива), и, как описано ранее, используются для поддержания пламени стабильным.
Изобретатели определили, что выбросы NOx могут характеризоваться сильной зависимостью процента запального топлива при использовании газового и/или жидкого топлива. Когда расход топлива повышается при относительно низких температурах, расход запального топлива в первичную зону сгорания также обычно повышается, как описано выше. Дополнительно, выбросы NOx могут изменяться из-за объемного выделения и/или генерации тепла. Например, на относительно низких температурах, выделение тепла может быть относительно выше, если повышенные величины потока запального топлива (при том же процентном разделении запального топлива) присутствуют в области стабильности, которая часто представляет собой область ядра вихря, камеры сгорания. Таким образом, процентное разделение запального топлива как функции температуры выпуска камеры сгорания ТХ или температуры впуска турбины TI может не учитывать выбросы NOx и/или температуры металла.
Контроллер может быть дополнительно выполнен, как описано в отношении первого аспекта. Преимущественно, пятый аспект может улучшать температуру металла и/или выброс при высоких нагрузках L и/или температурах, как описано ранее, в то время как первый аспект может улучшать стабильность пламени и/или выброс при средних нагрузках L, тем самым обеспечивая синергетические преимущества.
В одном примере, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью:
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива;
определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
Газовая турбина может быть такой, как описано в отношении фиг. 1-3.
В одном примере, камера сгорания содержит и/или представляет собой цилиндрическую, кольцевую или трубчато-кольцевую камеру сгорания. В одном примере, газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, например, таких камер сгорания. В одном примере, первое средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи запального топлива. В одном примере, первое средство подачи топлива представляет собой одно средство подачи запального топлива. В одном примере, второе средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи основного топлива. В одном примере, газовая турбина содержит множество камер сгорания, первое средство подачи топлива содержит множество средств подачи запального топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи запального топлива, и второе средство подачи топлива содержит множество средств подачи основного топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи основного топлива. Другими словами, каждая камера сгорания может включать в себя форсунку запального топлива и форсунку основного топлива, ассоциированные с первым средством подачи топлива и вторым средством подачи топлива соответственно. В одном примере, топливо представляет собой газовое топливо, например, природный газ. В одном примере, топливо представляет собой жидкое топливо, например, нефтяное топливо. Для газового топлива, вместо сброса запального давления как описано здесь, более важным может быть коэффициент давления на форсунке запального топлива. В общем случае, коэффициент давления должен быть таким, что отсутствует обратный поток и/или высокие вариации от камеры сгорания к камере сгорания.
Следует понимать, что расход FF топлива представляет собой полный расход FF топлива. То есть, расход FF топлива включает в себя топливо, подаваемое в камеру сгорания посредством первого средства подачи топлива и второго средства подачи топлива. Например, если газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, расход FF топлива включает в себя топливо, подаваемое во множество камер сгорания посредством первого средства подачи топлива и второго средства подачи топлива. В одном примере, расход FF топлива определяется нагрузкой L. То есть, если нагрузка L изменяется, расход FF топлива может изменяться соответственно.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать, например, измерять, расход FF топлива и/или нагрузку L, и контроллер выполнен с возможностью получать измеренный расход FF топлива и/или нагрузку L от них.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, опорного расхода FFR топлива.
В одном примере, опорный расход FFR топлива находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K температуры впуска воздуха в газовую турбину, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, опорной пропорции PR расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, опорной пропорции PR расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, разделения опорной пропорции PRS расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.
Дополнительно и/или альтернативно, пропорция P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, может быть описана уравнением 1 ниже как:
где
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS представляет собой запальное процентное содержание в качестве функции температуры TI впуска турбины.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальном расходе топлива, ниже которой конус распыления жидкости из форсунки средства полной подачи топлива, например форсунки первого средства подачи топлива, разрушается.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальной скорости расхода топлива, ниже которой не существует положительного и/или результирующего потока в камеру сгорания через форсунку средства полной подачи топлива, например, форсунку первого средства подачи топлива.
Таким образом, пропорция P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива учитывает, например, физику спада давления распыления жидкого топлива и/или коэффициента давления газового топлива. Например, если спад давления слишком низок, вариация между камерами сгорания может быть значительной, с разными зонами сгорания, имеющими разные скорости расхода топлива, что затрудняет управление газовой турбиной при таких слабых потоках топлива. Например, для спада давления распыления жидкости от вихревых инжекторов или форсунок давления, минимальный требуемый спад давления может составлять 0,5 бар. Для газового топлива, минимальный требуемый коэффициент давления может составлять 1,005 или спад давления 0,5%.
В одном примере, опорная пропорция PR расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, находится на второй предопределенной температуре T2, предпочтительно 323 K, и/или второй предопределенной нагрузке L2, предпочтительно 100%.
В одном примере, пропорция P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, определяется посредством P=(FFR*PR)/FF.
В одном примере, опорный расход FF топлива R находится на первой предопределенной температуре T1 и/или первой предопределенной нагрузке L1 и/или опорная пропорция PR находится на второй предопределенной температуре T2 и/или второй предопределенной нагрузке L2.
В одном примере, первая предопределенная температура T1 и вторая предопределенная температура T2 являются одними и теми же (т.е. равными). В одном примере, первая предопределенная нагрузка L1 и вторая предопределенная нагрузка L2 являются одними и теми же (т.е. одинаковыми).
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять расходом FF топлива на основе, по меньшей мере частично, температуры внешней среды TA.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать, например, измерять, температуру внешней среды TA, и контроллер выполнен с возможностью получать измеренную температуру внешней среды TA от них.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расход топлива F, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива, если температура выпуска камеры сгорания ТХ больше, чем третья предопределенная температура T3 и/или если температура впуска турбины TI больше, чем четвертая предопределенная температура T4.
В одном примере, газовая турбина содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью воспринимать, например, измерять, температуру выпуска камеры сгорания TX и/или температуру впуска турбины TI, и контроллер выполнен с возможностью получать измеренную температуру выпуска камеры сгорания TX и/или измеренную температуру впуска турбины TI от них.
В одном примере, третья предопределенная температура T3 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.
В одном примере, четвертая предопределенная температура T4 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.
Четвертая предопределенная температура T4 может зависеть от конкретной конструкции камеры сгорания.
Таким образом, управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива, находится на температурах, где тепловые выбросы NOx доминируют, и/или когда учитываются температуры металлического наконечника. При температурах выше T3 и/или T4, расход FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, составляет по меньшей мере минимальное значение, так что выбросы NOx могут уменьшаться по диапазону температур внешней среды, и/или температуры металла вблизи запальной зоны могут уменьшаться, улучшая надежность и/или приводя к более высокому сроку службы компонента.
Минимальный требуемый спад давления для приемлемого распыления предполагается при температуре внешней среды 50ºC и нагрузке L 100%. Ниже этого расхода FF топлива, могут иметься относительно высокие вариации от камеры сгорания к камере сгорания. В соответствии с управлением, обеспечиваемым пятым аспектом, карта разделения запального топлива может изменяться при поддержании приемлемого спада давления.
В соответствии с управлением, обеспечиваемым пятым аспектом, карта разделения запального топлива может изменяться на основе температуры впуска турбины TI при обеспечении, что температура внешней среды 50ºC и нагрузка L 100% представляют собой худшее условие или условие ограничения, при котором вычисляется масштабирующий коэффициент. Таким образом, управление газовой турбиной может быть легко реализовано.
В соответствии с управлением, обеспечиваемым пятым аспектом, различия в отношении по меньшей мере выбросов NOx между условиями тестирования на месте и действительными рабочими работы после установки на месте, например, при относительно низких температурах внешней среды и/или 100% нагрузке на месте, могут быть уменьшены.
В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, для обеспечения постоянства, если температура выпуска камеры сгорания TX находится на наибольшей третьей предопределенной температуре T3.
В одном примере, контроллер содержит память и процессор, причем память включает в себя инструкции, которые при исполнении процессором побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, как описано в настоящем документе, например, как описано выше и/или в соответствии с третьим аспектом. В одном примере, контроллер содержит блок связи, выполненный с возможностью осуществлять связь с одним или более датчиками, как описано выше. В одном примере, контроллер содержит память, выполненную с возможностью хранения одной или более предопределенных нагрузок, например, первой предопределенной нагрузки L1, и/или предопределенных температур, например, первой предопределенной температуры T1, второй предопределенной температуры T2, третьей предопределенной температуры T3 и/или четвертой предопределенной температуры T4, как описано выше.
В соответствии с шестым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива.
Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход FF топлива, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении пятого аспекта и/или первого аспекта.
В соответствии с седьмым аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива;
за счет чего температура металла и/или выброс улучшается.
Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход FF топлива, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении пятого аспекта, шестого аспекта, первого аспекта и/или второго аспекта. Выброс может представлять собой, например, выброс NOx.
В одном примере, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода FF топлива;
определение одного или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR; и
управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R;
за счет чего температура металла и/или стабильность пламени и/или выброс улучшается.
В одном примере, управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на опорной скорости FFR расхода топлива.
В одном примере, опорный расход FF топлива R находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.
В одном примере, управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на опорной пропорции PR расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.
В одном примере, опорная пропорция PR расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, находится на второй предопределенной температуре T2, предпочтительно 323 K, и/или второй предопределенной нагрузке L2, предпочтительно 100%.
В одном примере, способ содержит управление пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, разделения опорной пропорции PRS расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS представляет собой запальное процентное содержание в качестве функции температуры впуска турбины TI.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальной скорости расхода топлива, ниже которой конус распыления жидкости из форсунки средства полной подачи топлива, например, форсунки первого средства подачи топлива, разрушается.
В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальной скорости расхода топлива, ниже которой не имеется положительного и/или результирующего потока в камеру сгорания посредством форсунки средства подачи топлива, например, форсунки первого средства подачи топлива.
В одном примере, пропорция P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, определяется посредством P=(FFR*PR)/FF.
В одном примере, опорный расход FF топлива R находится на первой предопределенной температуре T1 и/или первой предопределенной нагрузке L1 и/или опорная пропорция PR находится на второй предопределенной температуре T2 и/или второй предопределенной нагрузке L2.
В одном примере, способ содержит измерение температуры внешней среды TA, причем расход FF топлива основан, по меньшей мере частично, на температуре внешней среды TA.
В одном примере, способ содержит измерение температуры выпуска камеры сгорания TX и/или температуры впуска турбины TI, и причем управление пропорцией P расхода топлива F, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на расходе FF топлива, если температура выпуска камеры сгорания TX больше, чем третья предопределенная температура T3, и/или если температура впуска турбины TI больше, чем четвертая предопределенная температура T4.
В одном примере, третья предопределенная температура T3 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.
В одном примере, если температура выпуска камеры сгорания TX находится на наибольшей третьей предопределенной температуре T3, пропорция P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, является постоянной.
В соответствии с восьмым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный машиночитаемый носитель данных, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует седьмому аспекту и/или третьему аспекту.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения и чтобы показать, как могут быть реализованы его примерные варианты осуществления, будет даваться ссылка, только в качестве примера, на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:
Фиг. 1 схематично изображает продольное сечение типовой газовой турбины;
Фиг. 2A схематично изображает продольное сечение типовой камеры сгорания, и фиг. 2B схематично изображает сечение вдоль линии III-III на фиг. 2A;
Фиг. 3 схематично изображает блок-схему, иллюстрирующую получение подач основного и запального топлива в типовой газовой турбине с множеством камер сгорания;
Фиг. 4A показывает график температуры на входе в турбину как функцию нагрузки для типовой газовой турбины;
Фиг. 4B показывает график температуры на входе в турбину и разделения запального топлива как функцию нагрузки для типовой газовой турбины;
Фиг. 5 схематично изображает контроллер для газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления;
Фиг. 6 схематично изображает газовую турбину в соответствии с примерным вариантом осуществления;
Фиг. 7 схематично изображает способ управления газовой турбиной в соответствии с примерным вариантом осуществления;
Фиг. 8A показывает график температуры на входе в турбину и рабочие параметры камеры сгорания как функцию нагрузки для газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления; и
Фиг. 8B показывает график температуры на входе в турбину и разделения запального топлива как функцию нагрузки для газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления.
Подробное описание изобретения
Фиг. 5 схематично изображает контроллер 50 для газовой турбины (не показана) в соответствии с примерным вариантом осуществления.
Более подробно, контроллер 50 предназначен для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива. Контроллер 50 выполнен с возможностью определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR. Контроллер 50 дополнительно выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
Посредством управления пропорцией P (т.е. разделением) расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, например, средства подачи запального топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R, пропорция P может меняться вдоль линии температуры управления снижением (TCT), например, по существу линии постоянной TCT, по мере изменения нагрузки L, например, уменьшения от полной нагрузки L, подаваемой газовой турбиной. Таким образом, управление газовой турбиной может быть улучшено, чтобы улучшить стабильность пламени и/или выбросы, по мере изменения нагрузки L, например.
Контроллер может быть выполнен, как описано ранее.
Фиг. 6 схематично изображает газовую турбину 600 в соответствии с примерным вариантом осуществления.
Более подробно, газовая турбина 600 выполнена с возможностью подавать нагрузку L. Газовая турбина 600 содержит средство 60 полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру 70 сгорания, причем средство 60 полной подачи топлива содержит первое средство 61 подачи топлива и второе средство 62 подачи топлива. Газовая турбина 600 содержит контроллер 50, как описано выше со ссылкой на фиг. 5. В частности, контроллер 50 выполнен с возможностью определять одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR. Контроллер 50 выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства 61 подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R.
Фиг. 7 схематично изображает способ управления газовой турбиной в соответствии с примерным вариантом осуществления.
Более подробно, способ предназначен для управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство полной подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом FF топлива в камеру сгорания, причем средство полной подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива.
В S701, определяются одно или более отношений R одного или более рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR.
В S702, управляется пропорция P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R, при помощи чего стабильность пламени и/или выброс улучшается.
Способ может включать в себя любые из этапов, описанных ранее.
Фиг. 8A показывает график температуры на входе в турбину (TET) и рабочие параметры камеры сгорания как функцию нагрузки L для газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления.
В частности, фиг. 8A показывает график интенсивности CI сгорания камеры сгорания, коэффициент ER эквивалентности камеры сгорания и функцию CIF впуска камеры сгорания камеры сгорания по мере изменения нагрузки L, показывая поведения этих рабочих параметров камеры сгорания вдоль линии температуры управления снижением (TCT). Интенсивность CI сгорания камеры сгорания, коэффициент ER эквивалентности камеры сгорания и функция CIF впуска камеры сгорания определяются в соответствии с уравнениями 1-3, как описано выше. Интенсивность CI сгорания камеры сгорания, коэффициент ER эквивалентности камеры сгорания и функция CIF впуска камеры сгорания нормализованы к значениям полной нагрузки L (т.е. 100% нагрузки L). То есть, график показывает три отношения R трех рабочих параметров COP камеры сгорания соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам COPR камеры сгорания при опорной нагрузке LR (т.е. 100% нагрузке L). В то время как TET остается постоянной вдоль линии постоянной TCT, эти рабочие параметры камеры сгорания не являются постоянными.
Подробно, нормализованная интенсивность CI сгорания камеры сгорания снижается линейно по мере повышения нагрузки L вдоль линии TCT, имея максимум больше, чем единица (т.е. больше, чем при полной нагрузке), на нижнем конце линии постоянной TCT и минимум на верхнем конце линии постоянной TCT. При нагрузках L ниже нижнего конца линии постоянной TCT, нормализованная интенсивность CI сгорания камеры сгорания снижается по мере уменьшения TET. На нагрузках L выше верхнего конца линии постоянной TCT, нормализованная интенсивность CI сгорания камеры сгорания повышается по мере повышения TET до полной нагрузки L.
Подробно, нормализованный коэффициент ER эквивалентности снижается линейно по мере повышения нагрузки L вдоль линии TCT, имея максимум на нижнем конце линии постоянной TCT и минимум на верхнем конце линии постоянной TCT. При нагрузках L ниже нижнего конца линии постоянной TCT, нормализованный коэффициент ER эквивалентности снижается по мере уменьшения TET. При нагрузках L выше верхнего конца линии постоянной TCT, нормализованный коэффициент ER эквивалентности повышается по мере повышения TET до полной нагрузки L.
Подробно, нормализованная функция CIF выпуска камеры сгорания повышается линейно по мере повышения нагрузки L вдоль линии TCT, достигая минимума на нижнем конце линии постоянной TCT и максимума на верхнем конце линии постоянной TCT. При нагрузках L ниже нижнего конца линии постоянной TCT, нормализованная функция CIF выпуска камеры сгорания снижается незначительно по мере уменьшения TET. При нагрузках L выше верхнего конца линии постоянной TCT, нормализованный коэффициент ER эквивалентности камеры сгорания несколько снижается по мере повышения TET до полной нагрузки L.
Фиг. 8B показывает график температуры на входе в турбину (TET) и разделения запального топлива как функцию нагрузки для газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления.
В частности, фиг. 8B показывает график традиционного разделения запального топлива (т.е. пропорции P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива) в соответствии с традиционной картой разделения запального топлива (сплошная линия) по сравнению с примерным разделением запального топлива (т.е. пропорцией P расхода FF топлива, подаваемого посредством первого средства подачи топлива) в соответствии с примерным вариантом осуществления (пунктирная линия).
Подробно, традиционное разделение запального топлива представляет собой предопределенное постоянное значение разделения запального топлива вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L, как описано выше со ссылкой на фиг. 4B.
Напротив, примерное значение разделения запального топлива является непостоянным вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L, управляемым на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или более отношений R, как описано выше.
Подробно, примерное значение разделения запального топлива повышается линейно по мере повышения нагрузки L вдоль линии TCT. На нижнем конце линии постоянной TCT, примерное значение разделения запального топлива меньше, чем традиционное разделение запального топлива, и на верхнем конце линии постоянной TCT, примерное значение разделения запального топлива стремится в направлении и/или равно традиционному запальному разделению. На нагрузках L ниже нижнего конца линии постоянной TCT, примерное значение разделения запального топлива повышается по мере уменьшения TET, оставаясь меньше, но стремясь к традиционному разделению запального топлива по мере уменьшения нагрузки L. При нагрузках L выше верхнего конца линии постоянной TCT, примерное значение разделения запального топлива снижается по мере повышения TET до полной нагрузки L, по существу одинаково со значением традиционного разделения запального топлива. То есть, примерное значение разделения запального топлива находится на наибольшем значении традиционного разделения запального топлива для данной нагрузки L, и меньше, чем значение традиционного разделения запального топлива для средних загрузок L, например, в диапазоне от приблизительно 10% до 60% полной нагрузки.
Как описано выше, управление пропорцией P таким образом может применяться, например, в качестве модификаций традиционных алгоритмов управления запальным топливом, чтобы вычислять и применять смещения разделения запального топлива для традиционных карт разделений запального топлива для каждой нагрузки L и/или для пакетов карт разделений, основываясь, по меньшей мере частично, на определенном одном или более отношениях R.
Хотя предпочтительный вариант осуществления был показан и описан, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения и модификации могут производиться без отклонения от объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения и как описано выше.
Внимание обращается на все бумаги и документы, которые поданы одновременно с или ранее настоящей спецификации в связи с настоящей заявкой и которые открыты для публичного просмотра с настоящей спецификацией, и содержание всех таких бумаг и документов включено в настоящий документ посредством ссылки.
Все из признаков, раскрытых в настоящей спецификации (включая прилагаемые формулу изобретения и чертежи), и/или из этапов любого раскрытого способа или процесса, могут комбинироваться в любой комбинации, за исключением комбинаций, где по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими.
Каждый признак, раскрытый в настоящей спецификации (включая прилагаемую формулу изобретения или чертежи), может заменяться альтернативными признаками, служащими той же самой, эквивалентной или аналогичной цели, если явно не выражено иное. Таким образом, если явно не выражено иное, каждый раскрытый признак представляет собой только один пример типичного ряда эквивалентных или аналогичных признаков.
Изобретение не ограничено подробностями предшествующего варианта(ов) осуществления. Изобретение распространяется на любой новый один признак или любую новую комбинацию признаков, раскрытых в настоящей спецификации (включая прилагаемую формулу изобретения и чертежи), или любой новый один этап или любую новую комбинацию этапов любого раскрытого способа или процесса.