[發明專利]操作燃氣輪機的方法

有效

• 申請號: 201210461815.0
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103047009A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: F·居特;D·斯坦科維奇;M·貢普雷希特-利鮑
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F02C3/34
• 分類號: F02C3/34;F02C9/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

技術領域

本發明涉及燃氣輪機技術。其涉及根據權利要求1的前序部分所述的操作燃氣輪機的方法。其進一步涉及用于執行上述方法的燃氣輪機。

背景技術

當在燃氣輪機中使用煙道氣體再循環(FGR)時，即，在燃氣輪機的出口處的煙道氣體的一部分再循環返回到進口處并與新鮮氣體(空氣)混合時，O₂濃度減少，因此由于不完全燃燒而限制了運行，并導致高的CO排放。

另外，在燃氣輪機的燃燒器中，特定構件可能會受到氣流的富氧和貧氧部分的影響。辨別出該區域和運行狀態對于在安全模式下操作燃氣輪機很有幫助，確保了長的使用壽命。

FGR率的控制是該操作的一項必須任務。為了操作發動機，需要測量FGR率。如果不直接采用質量流來測量，可以通過測量壓縮機進口處的O₂含量來實現。

現有技術中已經公開了使用用于火焰監視的O₂傳感器(參見文獻EP2107305)。在該文獻中，O₂濃度的測量被限制為火焰溫度(T_火焰)的判定。沒有提到FGR用于防止富化學計量的燃燒狀態的應用。

采用快速、低成本和可靠的傳感器來在燃氣輪機中的數個點上測量物質濃度(尤其是O₂)，并使用這些測量來進行燃氣輪機控制和/或燃燒性能的優化，這將具有巨大的價值。

具有附加的傳感器，將使得燃氣輪機可以接近運行的極限。

對于燃燒器，ZrO₂傳感器的使用還可以局部地避免由于還原性氣氛和均勻火焰造成的使用壽命減少。這種ZrO₂傳感器可以和車輛中的三效催化劑相似地用于優化操作。

發明內容

本發明的目的在于提供操作燃氣輪機的方法，其獲得改進的燃氣輪機控制和性能。

該目的由用于操作燃氣輪機的方法而獲得，其中含有CO₂的氣體在壓縮機中被壓縮，壓縮后的氣體用于在至少一個隨后的燃燒室中燃燒燃料，并且熱燃燒氣體用于驅動至少一個渦輪機，其特征在于，利用分布式布置的多個物質濃度傳感器在燃氣輪機內的數個點處測量流過燃氣輪機的氣體混合物的物質濃度，并且所測量的濃度值用于控制燃氣輪機和/或優化所述燃氣輪機的性能。

根據本發明的實施方案，至少O₂濃度由所述多個物質濃度傳感器測量。

根據本發明的另一實施方案，使用ZrO₂傳感器作為所述物質濃度傳感器。

本發明另一個實施方案的特征在于燃氣輪機是連續-燃燒型，其分別具有兩個燃燒器和兩個渦輪機，并具有煙氣再循環，從而在燃氣輪機出口處的至少一部分煙氣被再循環并在與其他新鮮氣體混合后進入到壓縮機中，測量O₂和優選的其他物質，尤其是CO₂、CO、NOx和H₂O的物質濃度，基于所測量的物質濃度值控制進入到第二燃燒器的煙道氣流。

優選地，在測量第一渦輪機出口溫度的位置附近測量第一渦輪機后的O₂分布(profile)，以辨別第一燃燒器內的富區和貧區。

特別地，所述物質濃度測量在大氣壓力下參考新鮮空氣來完成。

根據本發明另一個實施方案，在第一燃燒器內測量O₂分布。

特別地，所述測量用于獲取火焰溫度的局部值。

根據本發明的燃氣輪機包括壓縮機、具有第一燃燒室和第一燃燒嘴的第一燃燒器、位于所述第一燃燒器下游的第一渦輪機、位于所述第一渦輪機下游的具有第二燃燒室和第二燃燒嘴的第二燃燒器、位于所述第二燃燒器下游的第二渦輪機、以及用于再循環燃氣輪機出口的部分煙道氣體到其進口的構件。其特征在于，多個物質濃度傳感器布置在燃氣輪機的氣流中，所述物質濃度傳感器連接至控制單元，其控制燃氣輪機的運行

根據本發明的燃氣輪機的實施方案，燃料供應閥設置在第二燃燒嘴的燃料供應處，所述燃料供應閥由所述控制單元根據所述物質濃度傳感器的測量來操作。

優選地，所述物質濃度傳感器布置在相對于燃氣輪機的軸的圓周分布上，位于第一渦輪機后測量第一渦輪機出口溫度的位置附近。

可選地，所述物質濃度傳感器布置在相對于燃氣輪機的軸的圓周分布上，并位于第一燃燒器內。

特別地，所述物質濃度傳感器是ZrO₂傳感器。

附圖說明

下面通過不同的實施方案并參考附圖更具體地描述本發明。