[發明專利]一種火焰穩定邊界控制系統

無效

• 申請號: 201310057103.7
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103292350A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: G.O.克雷默
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00;F23L7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明大體涉及對電力設備的控制，確切地說，涉及對燃氣渦輪機的火焰穩定邊界的控制。

背景技術

在發電過程中，電力系統中普遍使用燃氣渦輪機以及聯合循環電力設備來發電。這種電力設備通常包括電力設備控制系統，該系統從電力系統控制器接收需要的輸出或目標負載，例如，作為由電力系統控制器生成的調度計劃的一部分。基于目標負載，電力設備控制系統能夠確定電力設備的操作值的設定值，應采用該設定值以產生目標負載。電力設備控制系統可以，例如，確定點火溫度T_f的設定值，在該點火溫度下對燃氣渦輪機進行操作可以獲得目標負載。然而，取決于所采用的燃氣渦輪機的特定的設計，點火溫度的一些范圍可能會產生不利的排氣產物。

例如，參考圖1，燃氣渦輪機10可以包括壓縮機12、燃燒器14，以及渦輪機16。壓縮機12將環境空氣18壓縮為壓縮空氣20，壓縮空氣20與燃料22一起供應到燃燒器14中以形成燃料空氣混合物24。燃料空氣混合物22在燃燒室14中燃燒以形成供應到渦輪機16的加熱氣流26，渦輪機16從加熱的氣體中提取能量以經由軸30對負載28進行驅動。軸30也可以對壓縮機12進行驅動。燃氣渦輪機10可以包括放置在壓縮機12與渦輪機16之間的流動方向上的多個燃燒器14，使得空氣流經壓縮機12并且經由燃燒器14進入渦輪機16。通常情況下，壓縮機12和渦輪機16可以沿著燃氣渦輪機10的共同的縱軸而對齊，而燃燒器14可以圍繞所述共同的縱軸布置成環形陣列，其中燃燒器14的排放端位于渦輪機16的入口處。

取決于目標負載、環境條件，以及其他因素，燃氣渦輪機可能會產生不利的排氣組分，例如二氧化碳(CO₂)或氮氧化物(NOx)。為了減少這種不利的排氣組分，開發出了干式低一氧化二氮(DLN)燃燒器，在這種燃燒器中，燃料和空氣在進入燃燒器的燃燒室之前就進行了混合(″預混合″)。例如，每個燃燒器可以包括預混合室或區域32，壓縮空氣20和燃料22被引入到預混合室或區域32中以形成燃料空氣混合物24，隨后在燃燒器14的燃燒室或區域34內燃燒該混合物。在給定的效率和/或目標負載下，對空氣和燃料進行預混合可以使燃燒器在相對較低的溫度下運行，從而降低了燃燒過程中的NOx等不利的排氣的產生。

然而，可能會出現這樣一些情況，即在燃氣渦輪機的區域中可能發生火焰穩定，在這種情況下燃燒可能會損傷或毀壞燃氣渦輪機的部件，從而會導致不安全的操作條件，或者甚至會導致燃氣渦輪機的災難性故障。例如，在使用燃料噴嘴和/或噴射器將燃料22引入到預混合區域32處，所述噴嘴和/或噴射器可能會著火并且/或者帶有火焰。火焰穩定的發生通常是由于逆燃以及/或者自發或自動點火。在條件允許燃燒反應從燃燒室向上游移動到裝置的不期望的部件(例如在燃料噴嘴內以及/或者燃料噴嘴的上游)中時，就會發生逆燃。當溫度和/或其他條件，例如，燃料成分不均勻時，可能會發生自發或自動點火，這導致燃料空氣混合物開始燃燒。

人們已經提出了多種方案來檢測火焰穩定，從而可以采用改善的步驟，例如，變更或停止燃料輸送、改變點火溫度，以及/或者添加淬火劑或稀釋劑。然而，這些方案實質上是響應性的并且依賴于在不期望的位置上對火焰穩定的成功的檢測以及響應。此外，淬火劑的引入可能會對燃氣渦輪機的部件施加應力，這是由于對液滴或顆粒的影響以及/或者由于突然的以及/或者過高的溫度梯度，這種應力可能造成部件(例如，壓縮機或者渦輪機葉片)的加速的磨損和/或故障。另外，淬火劑的添加可能會降低燃氣渦輪機的效率，導致增大的燃料成本。