[發明專利]用于控制燃氣渦輪的方法

有效

• 申請號: 201510628778.1
• 申請日: 2015-09-02
• 公開（公告）號: CN105386877B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: F·古伊特;T·溫德;H·辛恩;M·克里曼恩
• 申請（專利權）人: 安薩爾多能源英國知識產權有限公司
• 主分類號: F02C9/40
• 分類號: F02C9/40;F02C9/16;F02C9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;林森

本發明涉及控制燃氣渦輪的方法，所述方法以燃料反應性測量作為主要操作原理。為了快速測定燃氣渦輪的回火和熄火的安全操作范圍，所述方法包括：通過對具有n＞1種燃料組分的燃料混合物的(n?1)種物化性質的聯合測量，推導燃料組成，并由此推斷燃料的反應性，其中所述聯合測量用于根據所述燃料氣體混合物的(n?1)種物化性質推演得到一種組分的濃度，或用于在已知組成的情況下確定所述燃料的比例；并且至少部分基于進入燃燒室的燃料氣體混合物的經測定的性質，調節燃氣渦輪的至少一個操作參數。采用本發明的技術方案，通過檢測燃料氣體的快速改變，確保燃氣渦輪可在優化的性能和安全操作范圍內使用各種燃料氣體操作。在實際應用中，本發明可改進燃氣渦輪的靈活性和操作燃氣渦輪機的成本效益。

技術領域

本發明涉及熱發電領域，特別涉及控制燃氣渦輪的方法，所述方法使用包含燃料反應性測量作為主要部分(integral part)的操作原理。

背景技術

近年來，普遍使用各類燃料來運行燃氣渦輪，以提高燃氣渦輪對所用的燃料的靈活性。在這種情況下，進入燃氣渦輪燃燒室的燃料氣體的組成將由于供給的燃料氣體組分的波動而變化。已知燃料氣體的組成會影響燃氣渦輪的操作范圍(margins)、安全、排放、脈動性能等性能。為了使燃氣渦輪的性能保持優化，甚至防止燃氣渦輪被損壞，必須足夠快速地檢測燃料氣體組成的變化，以便為安全和優化操作采取措施。這樣做時，需要檢測由以下物質構成的寬燃料圖譜：天然氣組分，如CH₄、C₂H₆和C_nH_2n+2；合成氣組分，如H₂、CO；和惰性氣體，如N₂和CO₂。隨后，可基于燃料氣體的組成，通過各種操作參數來調節燃氣渦輪的操作。最重要的操作參數為混合性質(通常概括為沃泊指數(Wobbe Index)，其為修正熱值)和化學反應性(例如點火時間或燃燒速率)。

對此的一個方案是紅外(IR)分析器，用于檢測進入燃氣渦輪燃燒室的燃料氣體的組成，例如文獻US 7216486 B2、DE 10302487 A1中所描述。可通過該方式檢測燃料氣體的一些組分，例如CH₄和C2+(C2+概括所有n＞1的C_nH_2n+2類物質)。常見的IR吸收技術很迅速(時間＜＜1min)，但沒能足夠好地吸收，以區分C3和更高級的C2+組分。此外，通常存在于燃料氣體中的一些其它組分(例如H₂和N₂)對于紅外吸收不靈敏，不能被紅外分析器檢測到。

使用氣相色譜儀是檢測燃料氣體組成的另一種方法。然而，氣相色譜儀具有相對慢的響應時間(通常為幾分鐘，＞15min)，因此不足夠快以充分檢測快速變化的組成。

已知科里奧利(Coriolis)測量計被用在燃氣渦輪位點上的精確質量流量的頻繁測量(時間＜＜1min)。由于它們的測量原理，可以通過標準儀器獲得定量的燃料密度。已將燃料密度測量用于得到燃料的沃泊指數，所述沃泊指數隨后用于操作燃氣渦輪，如文獻US2011/0247315 A1中所描述。所測能量特征被實時傳達至控制單元。

EP 1995518 A2中公開了將氣態燃料的密度測量結合熱值的測量，以計算與控制燃氣渦輪中燃燒有關的沃泊指數。將所測沃泊指數值與氣態燃料的預定沃泊指數值相比較，調節燃料溫度，以達到預定沃泊指數值。若使用燃料氣體的混合物進料至渦輪機，熱量計將測量混合物的溫度、降低的熱值和相對密度，以確定混合物本身的沃泊指數。

根據已知的現有技術，將沃泊指數和熱值用于保持所含能量，使得發動機在給定負荷下運行。