專利名稱：自動調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)燃燒的操作的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感測燃燒系統(tǒng)的操作條件并且做出預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)以實現(xiàn)所希望的輪機(jī)操 作的自動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)已經(jīng)在陸地上部署了貧油預(yù)混燃燒系統(tǒng)以減少諸如NOx和 CO的排放。這些系統(tǒng)已經(jīng)取得了成功，并且在一些情況下產(chǎn)生處于測量能力下限的排放水 平，約百萬分之(PPm) 1至3的NOx和CO。雖然從排放產(chǎn)物的觀點而言這些系統(tǒng)是很有利的， 但是當(dāng)與更傳統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)相比時，這些系統(tǒng)的操作包線(operational envelope)實質(zhì)上 降低了。結(jié)果，對燃料的條件、分配和向燃燒區(qū)內(nèi)的注入的控制變成了關(guān)鍵的操作參數(shù)，并 且在諸如溫度、濕度和壓力的周圍大氣條件改變時要求頻繁進(jìn)行調(diào)節(jié)。對燃燒燃料的條件、 分配和注入的重新調(diào)節(jié)被稱為調(diào)整。燃燒系統(tǒng)的受控操作在平均操作條件下通常利用對燃燒室的操作參數(shù)的手動設(shè) 定。這些設(shè)定在設(shè)置時是令人滿意的，但是環(huán)境可能在約數(shù)小時或數(shù)天內(nèi)改變并且引起無 法接受的操作。其他方案基于燃?xì)廨啓C(jī)操作參數(shù)使用公式來預(yù)測排放，并且在不修改諸如 燃料氣體溫度的其他參數(shù)的情況下，選擇用于燃料分配和/或總體機(jī)器燃料/空氣比的設(shè) 定點。這些方案不允許用于適時的變化，不利用實際的動態(tài)性能和排放數(shù)據(jù)，或者不修改燃 料分配、燃料溫度和/或其他輪機(jī)操作參數(shù)。影響貧油預(yù)混燃燒系統(tǒng)的另一個變量是燃料成分。燃料成分中足夠的變化會引起 貧油預(yù)混燃燒系統(tǒng)的放熱的改變。這樣的改變可能導(dǎo)致排放漂移(emission excursion), 不穩(wěn)定的燃燒過程、或者甚至是燃燒系統(tǒng)的破裂。燃燒系統(tǒng)的誤操作表現(xiàn)在增大的壓力脈動或者燃燒動態(tài)性能的增加中。該脈動可 以具有足夠的力量破壞燃燒系統(tǒng)并顯著地降低燃燒硬件的壽命。此外，對燃燒系統(tǒng)的不恰 當(dāng)調(diào)整可以導(dǎo)致排放漂移并且違反排放許可。因此，基于規(guī)則的或周期的方式，在適當(dāng)?shù)牟?作包線內(nèi)維持貧油預(yù)混燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性的裝置對于本產(chǎn)業(yè)具有巨大價值和利益。此外， 通過利用從輪機(jī)傳感器取得的接近實時的數(shù)據(jù)來操作的系統(tǒng)，對于協(xié)調(diào)對燃料分配、燃料 氣體入口溫度和/或總體機(jī)器燃料/空氣比的修正具有重要的價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的操作的控制器和方法，該類型的燃?xì)廨啓C(jī)具有用于 測量輪機(jī)的操作參數(shù)的傳感器和用于控制輪機(jī)的各種操作元素的控制部。通過控制器接收 的輪機(jī)的操作參數(shù)可以包括以下一種或多種燃燒室動態(tài)性能、輪機(jī)排氣溫度(總體燃料/ 空氣比)和輪機(jī)排氣排放。操作控制元素可以包括以下一種或多種燃料分配、燃料溫度和 輪機(jī)排氣溫度。輪機(jī)/動力設(shè)備系統(tǒng)也包括諸如分布式控制系統(tǒng)(DCS)的通信鏈接。該鏈 接允許與傳感器和操作控制部進(jìn)行通信。調(diào)整控制器也通過通信鏈接被連接到輪機(jī)系統(tǒng)。控制器通過從傳感器接收數(shù)據(jù)來操作。輪機(jī)的操作優(yōu)先級可以在控制器內(nèi)被設(shè)定，并且可以代表性地選自最優(yōu)NOx排放、最優(yōu)功率輸出和/或最優(yōu)燃燒室動態(tài)性能。從輪 機(jī)傳感器接收的數(shù)據(jù)被與控制器內(nèi)存儲的操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。經(jīng)選擇的操作標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選地是 基于所設(shè)定的操作優(yōu)先級的。做出關(guān)于輪機(jī)操作是否與操作標(biāo)準(zhǔn)一致的確定。此外，在該 數(shù)據(jù)被確定為不一致后，再次做出對主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)的進(jìn)一步的確定。該進(jìn)一步的確定優(yōu)選 地基于預(yù)設(shè)的操作優(yōu)先級。一旦邏輯確定被做出，調(diào)整控制器通過通信鏈接與操作控制裝 置進(jìn)行通信，以對輪機(jī)的操作參數(shù)進(jìn)行經(jīng)選擇的調(diào)節(jié)。經(jīng)選擇的操作調(diào)節(jié)優(yōu)選地基于主導(dǎo) 調(diào)整判據(jù)，并且具有預(yù)設(shè)的固定步進(jìn)值和限定的值的范圍。每個步進(jìn)改變優(yōu)選地都是在對 于輪機(jī)獲得操作穩(wěn)定性而言足夠的設(shè)定的時間段內(nèi)被輸入的。一旦該時間段過去了，就再 次從輪機(jī)傳感器接收操作數(shù)據(jù)以確定是否希望另外的步進(jìn)改變。在完成限定的范圍內(nèi)的調(diào) 節(jié)后，再次優(yōu)選地基于主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)來選擇進(jìn)一步的操作參數(shù)調(diào)節(jié)，并且做出進(jìn)一步的固 定步進(jìn)調(diào)節(jié)。通過控制器接收操作數(shù)據(jù)來繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整過程，以確定該操作是否與操作標(biāo) 準(zhǔn)一致或者是否要求另外的調(diào)節(jié)。通過調(diào)整控制器調(diào)節(jié)的操作參數(shù)可以包括以下一種或多 種燃燒室的噴嘴內(nèi)的燃燒室燃料分配開口、燃料氣體入口溫度和/或輪機(jī)內(nèi)的燃料/空氣 比。在本發(fā)明的另一個方面中，該系統(tǒng)進(jìn)行用于通過使用布爾層次邏輯和多級控制設(shè) 定來對主導(dǎo)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)調(diào)整方案進(jìn)行確定的方法。在本發(fā)明的又一個方面中，所進(jìn)行的方法涉及通過在分布式控制系統(tǒng)(DCS)內(nèi)自 動修正燃料氣體溫度控制設(shè)定點來自動控制燃?xì)廨啓C(jī)入口燃料溫度。在本發(fā)明的再一個方面中，用于自動控制燃?xì)廨啓C(jī)入口燃料氣體溫度的方法是通 過在燃料氣體溫度控制器內(nèi)自動修正燃料氣體溫度控制設(shè)定點來限定的。在本發(fā)明的再一個方面中，用于將輪機(jī)控制信號傳達(dá)給燃?xì)廨啓C(jī)控制器的方法是 借助外部控制器件(諸如存在于輪機(jī)控制器上用于與分布式控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行通信的 M0DBUS串行協(xié)議端口或者以太網(wǎng)通信協(xié)議端口)通過使用現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)通信鏈接來實現(xiàn) 的。在本發(fā)明的再一個方面中，用于修正燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的方法是通過一系列經(jīng)由 用戶界面顯示的自動調(diào)整設(shè)定來限定的，其利用了布爾邏輯運算撥動開關(guān)來選擇用戶所希 望的最優(yōu)判據(jù)。該方法優(yōu)選地通過基于最優(yōu)燃燒動態(tài)性能的最優(yōu)判據(jù)來限定，憑借這個開 關(guān)的撥動來改變?nèi)紵覄討B(tài)性能控制設(shè)定的幅度。


為了說明本發(fā)明，附圖示出了當(dāng)前優(yōu)選的形式。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于本發(fā) 明的圖中所示的精確的布置和手段。圖1示出了圍繞燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的操作設(shè)備通信系統(tǒng)的示意圖，其包含有燃 氣輪機(jī)調(diào)整控制器。圖2示出了用于本發(fā)明的調(diào)整控制器的功能流程圖。圖3示出了用于在本發(fā)明內(nèi)選擇最優(yōu)化模式的用戶界面顯示。圖4示出了各種最優(yōu)化模式設(shè)定的相互關(guān)系的示意圖。圖5至8示出了如本發(fā)明所考慮的對燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的操作調(diào)整的操作示 例。
圖9A和9B是在維持對輪機(jī)系統(tǒng)的調(diào)整時本發(fā)明的調(diào)整控制器的功能的示意圖。
具體實施例方式圖1是用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)(未示出)的通信圖，其中本發(fā)明的調(diào)整控制器10進(jìn) 行操作。提供通信鏈接或集線器以引導(dǎo)輪機(jī)系統(tǒng)的多個元素之間的通信。如所示的，通信 鏈接是由附圖標(biāo)記20所標(biāo)識的分布式控制系統(tǒng)(DCS)。大多數(shù)輪機(jī)控制是通過DCS 20進(jìn) 行的。輪機(jī)控制器30直接與燃?xì)廨啓C(jī)和DCS 20進(jìn)行通信。在本發(fā)明中，與輪機(jī)操作相關(guān) 的信息(例如輪機(jī)動態(tài)性能、輪機(jī)排氣排放等)通過DCS 20被引導(dǎo)至調(diào)整控制器10。調(diào)整 控制器10被設(shè)想成用來作為可編程邏輯控制器(PLC)運行的獨立的個人計算機(jī)(PC)。調(diào) 整控制器10優(yōu)選地是與輪機(jī)控制器30分開的計算機(jī)，并且不直接與輪機(jī)控制器30進(jìn)行通 信，除非通過DCS 20。通過使用外部控制器件(諸如存在于系統(tǒng)上或附加到系統(tǒng)的MODBUS 串行協(xié)議端口或者以太網(wǎng)通信協(xié)議端口)，來自調(diào)整控制器10的信號可以被傳送到輪機(jī)控 制器30或者系統(tǒng)內(nèi)的其他控制部。從與輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的傳感器裝置接收相關(guān)操作數(shù)據(jù)。例如，通過連接到DCS的持續(xù) 排放監(jiān)視系統(tǒng)(CEMS)40從煙道排放中取得輪機(jī)排氣排放讀數(shù)。使用位于輪機(jī)燃燒室的燃 燒區(qū)域內(nèi)的動態(tài)壓力感測探測器來感測燃燒動態(tài)性能。如所示的，提供持續(xù)動態(tài)性能監(jiān)視 系統(tǒng)(CDMS) 50并且其與DCS進(jìn)行通信。CDMS 50優(yōu)選地使用直接安裝或者以波導(dǎo)方式連 接的壓力或光感測探測器以測量燃燒動態(tài)性能。另一個相關(guān)操作參數(shù)是燃料氣體溫度。同 樣，通過DCS 20將該溫度信息從燃料加熱單元60引導(dǎo)至調(diào)整控制器10。因為部分調(diào)整操 作可以包括對燃料溫度的調(diào)節(jié)，所以在調(diào)整控制器10和燃料加熱單元60之間可以是雙向
通{曰。每分鐘采集若干次來自輪機(jī)的相關(guān)操作數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)采集允許接近實時的系統(tǒng)調(diào) 整。大多數(shù)相關(guān)輪機(jī)操作數(shù)據(jù)是通過調(diào)整控制器以接近實時的方式被采集的。然而，輪機(jī) 排氣排放代表性地是根據(jù)當(dāng)前操作條件以2至8分鐘的延時的方式通過調(diào)整控制器10從 傳感器接收的。該延時需要調(diào)整控制器10在做出操作調(diào)整調(diào)節(jié)之前接收相關(guān)信息并將其 以相似的延時進(jìn)行緩沖。對調(diào)節(jié)延時進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整控制器10確保在做出任何調(diào)節(jié)之前 和之后所有操作數(shù)據(jù)(包括排氣排放)都代表穩(wěn)定的輪機(jī)操作。一旦數(shù)據(jù)被認(rèn)為是穩(wěn)定 的，則調(diào)整控制器10確定是否需要對調(diào)整參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果不需要調(diào)節(jié)，則調(diào)整控制器 10維持目前的調(diào)整并且等待接收下一數(shù)據(jù)集合。如果希望進(jìn)行改變，則開始調(diào)整。在調(diào)整控制器10內(nèi)執(zhí)行所有對需要進(jìn)行輪機(jī)調(diào)整的確定。基于通過接收到預(yù)設(shè) 的操作判據(jù)之外的操作數(shù)據(jù)而創(chuàng)建的“警報”，啟動調(diào)整操作。為了開始調(diào)整操作，警報和隨 之而來的異常數(shù)據(jù)必須持續(xù)預(yù)定的時間段。調(diào)整調(diào)節(jié)的一個示例是使燃料噴嘴壓力比變化以調(diào)整燃燒動態(tài)性能。在要求更高 的燃燒溫度以實現(xiàn)更高的火焰溫度和更高的效率的情況下，輪機(jī)燃燒室必須在給定的燃燒 室體積內(nèi)釋放更多的能量。通常通過提高燃燒反應(yīng)區(qū)上游的燃料和空氣的混合比來實現(xiàn)更 好的排氣排放。通常通過提高在燃料噴嘴釋放裝置處的壓降來實現(xiàn)提高的混合比。隨著燃 燒室內(nèi)混合比的提高，通過燃燒產(chǎn)生的湍流通常導(dǎo)致燃燒室內(nèi)的噪音，并且可能導(dǎo)致產(chǎn)生 聲表面波(acoustic wave)。典型地，當(dāng)燃燒火焰的聲波與燃燒室體積或燃料系統(tǒng)自身的聲 學(xué)特性耦合時引起聲表面波。
聲表面波可能影響腔室中的內(nèi)部壓力。在燃料噴嘴附近的壓力上升時，燃料流過 噴嘴的速率和伴隨的壓降都下降。或者，在噴嘴附近的壓力的下降會引起燃料流的增加。在 低燃料噴嘴壓降使燃料流震蕩的情況下，燃燒室會經(jīng)受放大的壓力震蕩。為了克服燃燒室 內(nèi)的壓力震蕩，監(jiān)視燃燒動態(tài)性能并且可以修正燃料空氣比和燃料噴嘴壓力比以減輕或者 消除燃燒室壓力的不想要的變化，由此消除警報情形或者使燃燒系統(tǒng)回到可接受的燃燒動 態(tài)性能水平。如圖2中所示，從傳感器裝置接收的關(guān)于燃燒室動態(tài)性能50、輪機(jī)排氣排放40、以 及其他相關(guān)輪機(jī)操作參數(shù)30的數(shù)據(jù)被通過DCS 20引導(dǎo)至調(diào)整控制器10。這些輸入值隨 后與用于輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)或目標(biāo)操作數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。所存儲的操作參數(shù)至少部分地是基于用于 輪機(jī)的操作優(yōu)先級設(shè)定的。在調(diào)整控制器10的主用戶界面12上限定這些優(yōu)先級設(shè)定，并 且在圖3中圖示了這些優(yōu)先級設(shè)定。基于這些優(yōu)先級設(shè)定，通過DCS 20連接的調(diào)整控制器 10對輪機(jī)的操作做出一系列調(diào)節(jié)。這些調(diào)節(jié)被引導(dǎo)至控制裝置，包括燃料加熱單元60(圖 1)和輪機(jī)的各種其它操作元素80(圖2)。如圖3中所示的界面顯示12包括開關(guān)(每個都具有開/關(guān)指示)。這些開關(guān)允許 用戶指明用于輪機(jī)操作的所希望的調(diào)整優(yōu)先級。這些被切換的操作優(yōu)先級包括最優(yōu)NOx排 放14、最優(yōu)功率16和最優(yōu)燃燒室動態(tài)性能18。這些開關(guān)中的每個都通過用戶來設(shè)定以調(diào) 節(jié)優(yōu)選的輪機(jī)操作。在調(diào)整控制器內(nèi)的是在通過開關(guān)設(shè)定的優(yōu)先級內(nèi)進(jìn)行操作的功能。優(yōu) 選地，如果最優(yōu)NOx排放開關(guān)12和最優(yōu)功率開關(guān)14都被設(shè)定為“開”，則控制器10會以最 優(yōu)NOx模式進(jìn)行操作，而非最優(yōu)功率。因此，為了以最優(yōu)功率模式進(jìn)行操作，最優(yōu)NOx排放 開關(guān)12必須是“關(guān)”。圖4示出了界面顯示開關(guān)的相互關(guān)系的圖示?；氐綀D2，示出了在調(diào)整控制器10內(nèi)做出的確定和計算的邏輯流的圖。調(diào)整控制 器10通過輪機(jī)控制器30接收輪機(jī)的實際操作參數(shù)，通過CDMS 50接收燃燒室動態(tài)性能，并 且通過CEMS 40接收輪機(jī)排氣排放。該傳感器數(shù)據(jù)通過DCS 20被引導(dǎo)至調(diào)整控制器10。 所接收的傳感器數(shù)據(jù)被與所存儲的操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以確定輪機(jī)操作是否與所希望的設(shè) 定一致。這些操作標(biāo)準(zhǔn)是基于輪機(jī)的預(yù)設(shè)的操作優(yōu)先級的，這些操作優(yōu)先級是通過調(diào)整控 制器10的主用戶界面顯示12上的開關(guān)14、16、18(圖3)來限定的。基于預(yù)設(shè)的操作優(yōu)先級，硬編碼的層次化的布爾邏輯方案確定基于操作優(yōu)先級的 主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)。根據(jù)該邏輯選擇，調(diào)整控制器10實施固定的步進(jìn)調(diào)節(jié)值，用于在調(diào)節(jié)的最 大范圍內(nèi)改變輪機(jī)的操作參數(shù)(例如高值和低值)。以持續(xù)的且預(yù)定的方向在預(yù)定的時 間增量內(nèi)做出調(diào)整改變，并且這些調(diào)整改變?nèi)Q于目前的主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)。所設(shè)想的是不做 出公式化的或者功能性的計算以確定調(diào)整調(diào)節(jié)；而是將步進(jìn)調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)的方向、調(diào)節(jié)之間的 時間跨度以及用于每個參數(shù)和用于每個調(diào)整判據(jù)的調(diào)節(jié)的最大范圍存儲在調(diào)整控制器10 中。如圖2中所示，調(diào)整控制器10確定排放是否一致(100)以及燃燒室動態(tài)性能在是 否處于可接受水平(102)。如果兩者都與所設(shè)定的操作標(biāo)準(zhǔn)一致，則調(diào)整控制器10等待來 自CEMS 40或者CDMS 50的下一數(shù)據(jù)集合，或者等待其他操作數(shù)據(jù)80。如果所接收的數(shù)據(jù) 與操作標(biāo)準(zhǔn)104不一致，則調(diào)整操作移動到下一調(diào)整步驟。輪機(jī)操作的邏輯調(diào)節(jié)是通過主 導(dǎo)調(diào)整判據(jù)限定的(106)，這至少部分地基于在用戶界面12內(nèi)設(shè)定的預(yù)設(shè)的操作優(yōu)先級。在優(yōu)選的操作中，調(diào)整控制器10會首先嘗試改變輪機(jī)燃燒室燃料開口(108)。燃料開口確定燃料流向每個燃燒室中的燃料噴嘴的分配。如果這些調(diào)節(jié)沒有解決調(diào)整問題并 且沒有使操作數(shù)據(jù)返回到與操作標(biāo)準(zhǔn)一致，則進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。在某些情況下，下一個步 進(jìn)調(diào)節(jié)可以是燃料氣體溫度設(shè)定點的改變。在該調(diào)節(jié)步驟中，調(diào)整控制器10發(fā)送經(jīng)修正的 燃料氣體入口溫度信號給DCS 20，該信號被引導(dǎo)至燃料加熱單元60。如果對燃燒室燃料開口和/或燃料氣體入口溫度的修正沒有解決調(diào)整問題 (110)，則調(diào)整控制器10會改變總體燃料/空氣比率(112)。該方案利用在預(yù)定的時間量內(nèi) 固定的步進(jìn)改變來對輪機(jī)熱循環(huán)做出改變。該步驟旨在根據(jù)在調(diào)整控制器10的存儲器內(nèi) 維持的、用于輪機(jī)操作的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)控制曲線，通過調(diào)節(jié)空氣對燃料的比率來(向上或向下) 調(diào)節(jié)排氣溫度。在本發(fā)明中，所設(shè)想的是所有通過調(diào)整控制器引導(dǎo)的控制改變都通過DCS被反饋 給輪機(jī)系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)的各種控制器裝置內(nèi)或者通過輪機(jī)控制器直接實施這些改變。當(dāng)操 作數(shù)據(jù)被返回到所希望的操作標(biāo)準(zhǔn)時，在通過DCS從傳感器裝置接收的非一致數(shù)據(jù)導(dǎo)致的 警報期間，通過調(diào)整控制器來將調(diào)整設(shè)定保持在適當(dāng)位置。從調(diào)整控制器發(fā)送到輪機(jī)控制器的或者相關(guān)聯(lián)的控制器裝置的調(diào)節(jié)優(yōu)選地是在 幅度上固定的。因此，不使用新數(shù)據(jù)重新計算調(diào)節(jié)或者將調(diào)節(jié)最優(yōu)化到目標(biāo)。該調(diào)節(jié)部分 上是“開環(huán)”的。一旦開始，該調(diào)節(jié)向預(yù)定的最大值或者在特定范圍內(nèi)的最大值進(jìn)行步進(jìn)移 動，除非其間的調(diào)節(jié)使操作數(shù)據(jù)與操作標(biāo)準(zhǔn)一致。在大多數(shù)情況下，當(dāng)完成了關(guān)于一個操作 參數(shù)的全部步進(jìn)范圍時，調(diào)整控制器移動到通過預(yù)設(shè)的操作優(yōu)先級限定的下一操作參數(shù)。 基于在調(diào)整控制器的存儲器內(nèi)存儲的“查找”表和預(yù)設(shè)的操作優(yōu)先級，調(diào)整控制器的邏輯驅(qū) 動操作參數(shù)調(diào)節(jié)。調(diào)整控制器優(yōu)選地一次處理一個操作參數(shù)。例如，主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)指示要做出的第 一個調(diào)整。在以上討論的優(yōu)選示例中，首先調(diào)節(jié)燃料分配/開口參數(shù)。如圖2中所指示的， 首先處理燃料電路1的燃料開口(即燃燒室內(nèi)的中部噴嘴)，隨后是燃料電路2的開口(即 燃燒室的外部噴嘴)。當(dāng)需要時，燃料氣體入口溫度調(diào)節(jié)通常在燃料開口調(diào)節(jié)之后。在每個 步驟內(nèi)都有其后跟隨著延時的步進(jìn)調(diào)節(jié)以穩(wěn)定所調(diào)節(jié)的輪機(jī)操作。在該延時之后，如果通 過調(diào)整控制器分析出的當(dāng)前操作數(shù)據(jù)指示輪機(jī)操作仍然在操作標(biāo)準(zhǔn)之外，則做出下一步進(jìn) 調(diào)節(jié)。對于每個步驟重復(fù)該模式。在大多數(shù)情況下，只有當(dāng)完成一個調(diào)節(jié)步驟時，調(diào)整控制 器才移動到下一操作參數(shù)。調(diào)整控制器優(yōu)選地控制燃燒操作，以在隨時間變化且對輪機(jī)操作有顯著影響的周 圍溫度、濕度和壓力的可變條件下維持適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整控制器也可以在燃料成分變化期 間維持輪機(jī)的調(diào)整。燃料成分的變化可以引起放熱的改變，這可能導(dǎo)致不可接收的排放、不 穩(wěn)定的燃燒或者甚至是破裂。調(diào)整控制器優(yōu)選地不用于調(diào)節(jié)燃料成分以進(jìn)行補償；確切地 說，它調(diào)整操作參數(shù)(燃料氣體分配、燃料氣體入口溫度和/或輪機(jī)燃料/空氣比)以處理 關(guān)于燃燒輸出和釋放的效果。在其他的對動態(tài)性能的調(diào)整中，設(shè)想了替代的關(guān)于調(diào)節(jié)的順序。例如，如果主導(dǎo)操 作優(yōu)先級是最優(yōu)NOx排放，則可以跳過燃料溫度調(diào)節(jié)，直接前進(jìn)到操作控制曲線。然而，如 果動態(tài)性能是操作優(yōu)先級(并且最優(yōu)NOx排放開關(guān)14是關(guān)閉的)，則可以在前進(jìn)到操作控 制曲線之前進(jìn)行步進(jìn)燃料溫度調(diào)節(jié)?；蛘?，可以完全關(guān)閉根據(jù)操作控制曲線做出調(diào)節(jié)的步
馬聚ο
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在圖5至8中，示出了基于來自運行中的輪機(jī)系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)的本發(fā)明的調(diào)整控 制器的調(diào)整操作的各種操作示例。在圖5中，實現(xiàn)對燃燒室燃料開口的改變，以對在燃燒室 動態(tài)性能移出設(shè)定的用于最優(yōu)動態(tài)性能的操作優(yōu)先級時所產(chǎn)生的動態(tài)性能警報做出反應(yīng)。 例如，從CDMS 50接收的實際燃燒室動態(tài)性能數(shù)據(jù)在圖中被指示為CD。關(guān)于燃燒室動態(tài)性 能的移動平均值在圖中被標(biāo)識為ACD。當(dāng)燃燒室動態(tài)性能超過燃燒極限值DL持續(xù)了設(shè)定 的時間段TA時，在調(diào)整控制器內(nèi)發(fā)出警報。該警報引起第一事件El和作為結(jié)果的對于燃 燒室燃料開口調(diào)整參數(shù)的步進(jìn)調(diào)節(jié)。如所圖示的，燃料開口的步進(jìn)增加引起燃燒室動態(tài)性 能CD的相應(yīng)下降，而平均燃燒室動態(tài)性能ACD下降到動態(tài)性能警報極限D(zhuǎn)L以下。隨著時 間的持續(xù)，通過調(diào)整控制器操控調(diào)整，并且平均燃燒室動態(tài)性能ACD維持其操作位置在動 態(tài)性能極限D(zhuǎn)L以下。因而，不需要進(jìn)一步的調(diào)節(jié)或者發(fā)出警報。在圖6中，調(diào)整判據(jù)是NOx排放。隨著從調(diào)整控制器接收NOx排放數(shù)據(jù)NE，在經(jīng)過 了時間TA之后產(chǎn)生警報。由于NOx排放NE超過操作標(biāo)準(zhǔn)或者調(diào)整極限EL引起警報。警 報激活了引起燃料開口 FS的步進(jìn)增加的第一事件E1。在從第一事件El起的時間段T2后， 由于NOx排放NE超過預(yù)設(shè)的調(diào)整極限EL，NOx警報仍然是激活的。這個在時間T2之后持 續(xù)的警報引起第二事件E2和燃料開口值FS的第二次步進(jìn)增加。該第二次增加等于第一次 步進(jìn)增加。第二事件E2在復(fù)查(review)時間段內(nèi)引起NOx排放NE下降到預(yù)設(shè)的極限EL 以下并且中止警報。由于NOx排放NE保持在預(yù)設(shè)的極限EL以下，因此保持燃料開口 FS調(diào) 整并且輪機(jī)操作借助所限定的操作參數(shù)持續(xù)進(jìn)行。在圖7中，調(diào)整判據(jù)依然是NOx排放，其中借助于通過調(diào)整控制器接收的低讀數(shù)創(chuàng) 建了警報。如所示的，限定了 NOx調(diào)整極限NL。在從接收到數(shù)據(jù)起經(jīng)過了設(shè)定的時間段后， 產(chǎn)生警報并且發(fā)生第一事件El。在第一事件El時，向下步進(jìn)調(diào)節(jié)燃料開口。在從事件El 起經(jīng)過設(shè)定的時間段后，接收另外的排放數(shù)據(jù)NE并且將其與預(yù)設(shè)的極限EL進(jìn)行比較。因 為NOx仍然在警報水平EL之下，所以出現(xiàn)第二事件E2導(dǎo)致了燃料開口值FS進(jìn)一步減少。 從事件E2起又經(jīng)過了一段時間，并且接收了另外的數(shù)據(jù)。同樣地，NOx數(shù)據(jù)是低的，維持了 警報并且導(dǎo)致了進(jìn)一步的事件E3。在事件E3時，燃料開口值FS的再次以相同的步進(jìn)量減 少。該第三次步進(jìn)調(diào)節(jié)導(dǎo)致NOx排放NE升高到預(yù)設(shè)的極限EL之上并且導(dǎo)致警報的移除。 在事件E3之后設(shè)定的燃料開口 FS調(diào)整值通過調(diào)整控制器被保持在適當(dāng)位置。在圖8中，通過調(diào)整控制器接收的NOx排放數(shù)據(jù)NE再次追隨排放下限EL。在第一 調(diào)整事件El時，燃料開口值FS步進(jìn)下降，導(dǎo)致了 NOx排放NE相應(yīng)地增加到下限EL之上。 在第一次步進(jìn)調(diào)節(jié)后，一段時間內(nèi)NOx排放保持在極限EL之上并且隨后又開始下降。在第 二調(diào)整事件E2時，通過指示的固定步進(jìn)值來再次調(diào)節(jié)燃料開口值FS。該第二次調(diào)節(jié)隨后使 燃料開口值FS處于值的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)其限定的最小值處。這個極限值將調(diào)整操作移到下一 操作參數(shù)，通常是第二燃料電路調(diào)節(jié)。在所提供的示例中，該第二電路值(未示出)已經(jīng)位 于其設(shè)定的最大/最小值處。因而，調(diào)整操作繼續(xù)移到下一操作參數(shù)。調(diào)整操作移動到負(fù) 載控制曲線。如所示的，在事件E2時，在負(fù)載控制曲線值LC中做出步進(jìn)調(diào)節(jié)。LC值的增加 導(dǎo)致NOx排放相應(yīng)地增加到最小值EL之上的值并且移除警報。在移除警報后，保持調(diào)整設(shè) 定并且不再做出調(diào)節(jié)。調(diào)整控制器隨后通過DCS處理從傳感器裝置接收的數(shù)據(jù)，并且持續(xù) 地與所設(shè)定的操作標(biāo)準(zhǔn)(包括最小NOx排放極限EL)做出比較。圖9A和9B是在所設(shè)想的發(fā)明內(nèi)的調(diào)整控制器的操作的示意圖。輪機(jī)的操作通過輪機(jī)的排放輸出(NOx和CO)、輪機(jī)動態(tài)性能和火焰穩(wěn)定性來限定。在圖9A中，經(jīng)調(diào)整的系 統(tǒng)通過操作菱形(operational diamond)中部的優(yōu)選操作包線來限定。該優(yōu)選操作包線代 表性地基于輪機(jī)系統(tǒng)的先前的啟動或操作被人為設(shè)定。然而，天氣變化(熱和冷)和輪機(jī) 系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)械變化引起操作菱形內(nèi)的偏移。因此，希望進(jìn)行調(diào)整以將輪機(jī)操作維持在優(yōu)選 的范圍內(nèi)。在圖9B中，在操作菱形內(nèi)設(shè)定限定的緩沖/邊際，以用作關(guān)于輪機(jī)操作偏移到 優(yōu)選操作包線外的警告。一旦所感測的操作值中的一個達(dá)到限定的緩沖線或者極限，則產(chǎn) 生警告以引起調(diào)整事件。基于偏移的方向，調(diào)整控制器創(chuàng)建預(yù)設(shè)反應(yīng)以滿足調(diào)整需要的特 性。該預(yù)設(shè)反應(yīng)是對輪機(jī)的操作參數(shù)進(jìn)行的限定的步進(jìn)變動(incremental shift)，用作用 于將輪機(jī)操作包線移回所希望的范圍內(nèi)并且遠(yuǎn)離緩沖極限的手段。
已經(jīng)對本發(fā)明就其大量示例性實施例進(jìn)行了描述和說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前 述內(nèi)容應(yīng)該理解，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在其中做出各種改變、省略 和添加，而本發(fā)明的范圍是通過前述權(quán)利要求描述的。
權(quán)利要求
一種用于調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的操作的系統(tǒng)，所述輪機(jī)具有用于測量所述輪機(jī)的操作參數(shù)的傳感器，所述操作參數(shù)包括燃燒室動態(tài)性能和輪機(jī)排氣排放，所述輪機(jī)也具有用于諸如輪機(jī)燃料分配和/或燃料溫度的所述輪機(jī)的各種操作元素的操作控制部，以及用于所述傳感器和所述控制部的通信鏈接，所述系統(tǒng)包括控制器，其與所述傳感器和所述控制部進(jìn)行通信，所述控制器依照以下方式調(diào)整所述輪機(jī)的操作從所述傳感器接收操作數(shù)據(jù)；比較所述操作數(shù)據(jù)和所存儲的操作標(biāo)準(zhǔn)，并且確定輪機(jī)操作是否與所述操作標(biāo)準(zhǔn)一致，所述操作標(biāo)準(zhǔn)是基于操作優(yōu)先級的；與所述操作控制部進(jìn)行通信，以對所述輪機(jī)的操作參數(shù)進(jìn)行經(jīng)選擇的調(diào)節(jié)；在傳達(dá)所述經(jīng)選擇的調(diào)節(jié)后從所述傳感器接收操作數(shù)據(jù)，以確定是否希望另外的步進(jìn)調(diào)節(jié)；并且在完成一系列步進(jìn)調(diào)節(jié)后選擇進(jìn)一步的操作參數(shù)調(diào)節(jié)；并且在進(jìn)一步的操作調(diào)節(jié)后從所述傳感器接收操作數(shù)據(jù)，以確定是否仍然希望進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對所述輪機(jī)的操作參數(shù)的調(diào)節(jié)是從燃燒室的噴嘴 內(nèi)的燃燒室燃料分配開口、燃料氣體入口溫度以及所述輪機(jī)內(nèi)的燃料/空氣比中選擇的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中通過所述控制器進(jìn)行的調(diào)整進(jìn)一步包括設(shè)定 用于輪機(jī)操作的操作優(yōu)先級，所述操作優(yōu)先級包括最優(yōu)NOx排放、最優(yōu)功率輸出以及最優(yōu) 燃燒室動態(tài)性能中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中在通過所述控制器進(jìn)行的調(diào)整中，所存儲的用于 輪機(jī)操作的操作標(biāo)準(zhǔn)是基于所設(shè)定的操作優(yōu)先級被選擇的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其中通過所述控制器進(jìn)行的調(diào)整進(jìn)一步包括確定 用于所述輪機(jī)的非一致操作的主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)，所述主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)是基于所設(shè)定的操作優(yōu)先 級的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述控制器與所述輪機(jī)傳感器進(jìn)行 通信并且通過分布式控制系統(tǒng)DCS進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述控制器選擇具有固定步進(jìn)值的 操作參數(shù)調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制器選擇具有限定的范圍的操作參數(shù)調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其中每個步進(jìn)調(diào)節(jié)都是經(jīng)過對于所述輪機(jī)獲得操 作穩(wěn)定性而言足夠的限定的時間段被輸入的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述限定的時間段是固定的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的系統(tǒng)，其中通過所述控制器進(jìn)行的調(diào)整進(jìn)一 步包括確定用于所述輪機(jī)的非一致操作的主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)，所述主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)是基于所設(shè)定 的用于所述輪機(jī)的操作優(yōu)先級的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中經(jīng)選擇的步進(jìn)調(diào)節(jié)值是基于所述主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的系統(tǒng)，其中進(jìn)一步所選擇的調(diào)節(jié)包括固定的 步進(jìn)值和限定的范圍，其中每個進(jìn)一步的步進(jìn)調(diào)節(jié)都是經(jīng)過對于所述輪機(jī)獲得操作穩(wěn)定性 而言足夠的設(shè)定的時間段被做出的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述進(jìn)一步的操作參數(shù)是基于通 過所述控制器所確定的主導(dǎo)調(diào)整判據(jù)被選擇的。
15.一種用于調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的操作的控制器系統(tǒng)，所述輪機(jī)具有用于測量諸如煙道排 放和/或燃燒動態(tài)性能的所述輪機(jī)的操作參數(shù)的傳感器裝置，用于所述輪機(jī)的各種操作元 素的控制裝置，以及用于所述傳感器裝置和所述操作元素控制裝置的通信鏈接，所述汽輪 機(jī)的各種操作元素包括燃料分配或燃料溫度，所述控制器系統(tǒng)包括用于為輪機(jī)操作設(shè)定操作優(yōu)先級的裝置，所述操作優(yōu)先級包括最優(yōu)NOx排放、最優(yōu)功 率輸出以及最優(yōu)燃燒室動態(tài)性能中的一種或多種；用于與所述傳感器裝置進(jìn)行通信以接收輪機(jī)操作數(shù)據(jù)的接收裝置； 用于基于所設(shè)定的操作優(yōu)先級來比較所接收的數(shù)據(jù)與預(yù)定的可允許值的集合、并且用 于確定是否要求調(diào)整調(diào)節(jié)的裝置；用于與所述控制裝置進(jìn)行通信以對經(jīng)選擇的通過所述控制裝置控制的操作參數(shù)進(jìn)行 限定的步進(jìn)調(diào)節(jié)的引導(dǎo)裝置；以及用于確定所述步進(jìn)調(diào)節(jié)是否使所述輪機(jī)操作與設(shè)定值一致或者是否要求進(jìn)行進(jìn)一步 的調(diào)整的裝置。
16.一種用于調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)的操作的系統(tǒng)，所述輪機(jī)具有用于測量所述輪機(jī)操作參數(shù) 的傳感器裝置，用于所述輪機(jī)的各種操作元素的控制裝置，以及所述傳感器裝置和所述操 作元素控制裝置之間的通信鏈接，所述輪機(jī)的操作參數(shù)包括來自所述輪機(jī)的煙道排放和/ 或燃燒動態(tài)性能，所述輪機(jī)的各種操作元素包括燃料分配、燃料溫度和/或輪機(jī)排氣溫度， 所述系統(tǒng)包括計算機(jī)控制器，其通過所述通信鏈接與所述傳感器裝置和所述控制裝置進(jìn)行通信，所 述計算機(jī)控制器按照以下方式調(diào)整所述輪機(jī)的操作 從所述輪機(jī)傳感器裝置接收操作數(shù)據(jù)；比較所述操作數(shù)據(jù)和所存儲的操作標(biāo)準(zhǔn)，并且確定是否需要所述操作控制裝置的調(diào)節(jié)；在確定要求的調(diào)節(jié)后通過所述通信鏈接與所述操作控制裝置進(jìn)行通信，以對所述輪機(jī) 的操作參數(shù)進(jìn)行限定的步進(jìn)調(diào)節(jié)；并且從所述輪機(jī)傳感器裝置接收與所述輪機(jī)的經(jīng)調(diào)節(jié)的操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)，并且比較所 述操作數(shù)據(jù)和所存儲的操作標(biāo)準(zhǔn)以確定是否需要對操作參數(shù)的進(jìn)一步的步進(jìn)調(diào)節(jié)。
17.—種調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)操作的方法，所述輪機(jī)具有用于測量所述輪機(jī)的操作參數(shù)的傳 感器，用于所述輪機(jī)的各種操作元素的控制部，以及與所述傳感器裝置和所述操作元素控 制裝置進(jìn)行通信的分布式控制系統(tǒng)DCS，所述方法包括建立與分布式控制系統(tǒng)DCS的通信鏈接，并且接收來自所述傳感器的數(shù)據(jù)； 比較所接收的數(shù)據(jù)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，以確定是否希望在所述操作控制部內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)； 與分布式控制系統(tǒng)DCS進(jìn)行通信，以對通過所述控制部控制的、所述輪機(jī)的操作參數(shù) 進(jìn)行限定的步進(jìn)調(diào)節(jié)；以及通過分布式控制系統(tǒng)DCS從所述傳感器接收與所述輪機(jī)的操作有關(guān)的另外的數(shù)據(jù)，并 且確定所述調(diào)節(jié)是否使所述輪機(jī)的操作與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)一致或者是否希望進(jìn)一步的步進(jìn)調(diào) 節(jié)。
18.一種用于通過使用布爾層次邏輯和多級控制設(shè)定來對主導(dǎo)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)調(diào)整 方案進(jìn)行確定的方法。
19.一種用于通過在分布式控制系統(tǒng)DCS內(nèi)自動修正燃料氣體溫度控制設(shè)定點來自動 控制燃?xì)廨啓C(jī)入口燃料溫度的方法。
20.一種用于通過在燃料氣體溫度控制器內(nèi)自動修正燃料氣體溫度控制設(shè)定點來自動 控制燃?xì)廨啓C(jī)入口燃料溫度的方法。
21.一種用于借助外部控制器件通過使用現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)通信網(wǎng)絡(luò)來將輪機(jī)控制信號傳 送給燃?xì)廨啓C(jī)控制器的方法，所述外部控制器件例如是存在于所述輪機(jī)控制器上用于與設(shè) 備的分布式控制系統(tǒng)DCS進(jìn)行通信的MODBUS串行協(xié)議端口或者以太網(wǎng)通信協(xié)議端口。
22.一種用于經(jīng)由用戶界面顯示來修正燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)自動調(diào)整要求/設(shè)定的方 法，所述方法利用布爾邏輯撥動開關(guān)來選擇用戶所希望的最優(yōu)化判據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述最優(yōu)化判據(jù)之一是最優(yōu)燃燒動態(tài)性能，憑 借這個開關(guān)的撥動來改變?nèi)紵覄討B(tài)性能控制設(shè)定的幅度。
全文摘要
基于測量輪機(jī)的操作參數(shù)和引導(dǎo)對用于該輪機(jī)的各種操作元素的操作控制部的調(diào)節(jié)，提供了一種用于調(diào)整該燃?xì)廨啓C(jī)的操作的系統(tǒng)。提供控制器用于與該系統(tǒng)內(nèi)的傳感器和控制部進(jìn)行通信?？刂破鹘邮諄碜詡鞲衅鞯牟僮鲾?shù)據(jù)，并且比較該數(shù)據(jù)與所存儲的操作標(biāo)準(zhǔn)以確定輪機(jī)操作是否與該標(biāo)準(zhǔn)一致。控制器隨后傳達(dá)經(jīng)選擇的對輪機(jī)的操作參數(shù)的調(diào)節(jié)。控制器隨后從傳感器接收另外的操作數(shù)據(jù)，以確定是否希望進(jìn)行另外的調(diào)節(jié)或者是否希望對進(jìn)一步選擇的操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號F02C9/28GK101881224SQ20101017796
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者克里斯托弗·錢德勒 申請人:燃?xì)鉁u輪機(jī)效率瑞典公司