此公開大體上涉及用于燃燒發(fā)動機的控制器，且更具體而言涉及用于調(diào)節(jié)干式低排放發(fā)動機中的總體火焰溫度的系統(tǒng)和方法。

背景

干式低排放(dle)發(fā)動機可需要將一氧化氮和二氧化氮(nox)以及一氧化碳(co)排放維持在特定水平之下，以滿足某些管制機構的要求。不能將排放維持在這些限制以下可造成罰款或甚至強制操作者停用dle發(fā)動機?？刂破骺呻S火焰溫度計劃(flametemperatureschedule)而變調(diào)制dle發(fā)動機的分級閥和壓縮機放氣。這些火焰溫度計劃可被映射且保存以確保滿足調(diào)節(jié)要求的排放。

然而，由于環(huán)境條件、燃料源的變化和/或發(fā)動機構件中的小損傷，火焰溫度計劃可能未造成dle發(fā)動機可接受的性能?；鹧鏈囟扔媱澟c操作條件的錯配可能造成燃燒器熄火和發(fā)動機關閉。

本公開的簡要描述

本公開涉及用于調(diào)節(jié)干式低排放發(fā)動機中的總體火焰溫度的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種方法。該方法可包括測量排氣溫度(egt)和確定目標egt。該方法可允許至少部分地基于egt和目標egt計算偏差，和將該偏差應用至總體火焰溫度計劃。在一些實施例中，當dle發(fā)動機在放氣調(diào)制模式中運行時，該偏差可應用至總體火焰溫度計劃。

在一些實施例中，該方法還可包括至少部分地基于總體火焰溫度計劃調(diào)節(jié)dle發(fā)動機的一個或多個分級閥和壓縮機放氣。總體火焰溫度計劃可映射到一個或多個分級閥和壓縮機放氣的參數(shù)以減少一氧化氮和nox以及co排放。在一些實施例中，目標egt可至少部分地基于壓縮機空氣流百分比和燃燒器燃燒模式確定。

在一些實施例中，在將所述偏差應用至總體火焰溫度計劃之前，可測量修正的核心速度。該方法可繼續(xù)將修正的核心速度與核心速度目標比較以確定進一步的偏差。該進一步的偏差可確定成防止修正的核心速度達到核心速度目標。該方法可繼續(xù)至少部分地基于該進一步的偏差調(diào)整偏差。在一些實施例中，調(diào)整偏差可包括該偏差和該進一步的偏差中選擇最小值。

在一些實施例中，修正的核心速度限制可至少部分地基于燃燒器燃燒模式確定。該方法還包括判斷修正的核心速度等于還是大于核心速度目標?；谠撆袛啵琩le發(fā)動機可選擇性地切換至低燃燒器燃燒模式。

根據(jù)本公開的另一個實施例，提供了一種用于調(diào)節(jié)dle發(fā)動機中的總體火焰溫度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括處理器以及通信地聯(lián)接至處理器的存儲器。存儲器可操作成存儲指令，該指令在由處理器執(zhí)行時可執(zhí)行各種操作。該操作可包括測量egt和確定目標egt。該操作還可包括至少部分地基于egt和目標egt計算偏差，和將該偏差應用至總體火焰溫度計劃。

在一些實施例中，處理器可操作成至少部分地基于總體火焰溫度計劃控制與dle發(fā)動機相關聯(lián)的一個或多個分級閥和壓縮機放氣。總體火焰溫度計劃可映射到該一個或多個分級閥和壓縮機放氣的參數(shù)以減少一氧化氮、nox和co排放。

在一些實施例中，在將該偏差應用至總體火焰溫度計劃之前，由處理器執(zhí)行的計劃操作還可包括測量修正的核心速度。修正的核心速度可與核心速度目標比較以確定進一步的偏差。該進一步的偏差可確定成使修正的核心速度達到核心速度目標的可能性最小化或另外防止其發(fā)生。該偏差可至少部分地基于該進一步的偏差調(diào)整。在一些實施例中，修正的核心速度目標可至少部分地基于燃燒器燃燒模式確定。

其它實施例、特征和方面從結合附圖的以下描述將變得顯而易見。

附圖的簡要描述

圖1是示出了示例性環(huán)境的框圖，用于調(diào)節(jié)總體火焰溫度的方法和系統(tǒng)可根據(jù)本公開的實施例在其中實施。

圖2繪出了示出根據(jù)本公開的實施例的用于調(diào)節(jié)總體火焰溫度的控制器的框圖。

圖3是示出了根據(jù)本公開的實施例的用于調(diào)節(jié)總體火焰溫度的方法的流程圖。

圖4是示出了根據(jù)本公開的實施例的用于控制dle發(fā)動機的示例性控制器的框圖。

詳細描述

以下詳細描述包括對附圖的參照，附圖形成該詳細描述的一部分。附圖繪出了根據(jù)示例性實施例的圖示。在本文中也稱作“示例”的這些示例性實施例被足夠詳細地描述以允許本領域技術人員實踐本主題。在不脫離請求保護的主題的范圍的情況下，可組合示例性實施例，可利用其它實施例，或可做出結構、邏輯和電氣變化。因此，以下詳細描述不以限制意義理解，且范圍由所附權利要求及其等同物限定。

本文描述的某些實施例涉及用于調(diào)節(jié)干式低排放(dle)發(fā)動機中的總體火焰溫度的系統(tǒng)和方法。某些實施例可允許在環(huán)境條件已經(jīng)變化時修正總體火焰溫度計劃，以便使熄火和發(fā)動機關閉的可能性最小化或另外防止其發(fā)生。下文提供涉及用于調(diào)節(jié)dle發(fā)動機中的總體火焰溫度的系統(tǒng)和方法的各種示例性實施例的詳細描述。

現(xiàn)在參照圖1，框圖示出了適合于根據(jù)一個或多個示例性實施例實施用于調(diào)節(jié)dle發(fā)動機中的總體火焰溫度的方法和系統(tǒng)的示例性系統(tǒng)環(huán)境100。具體而言，系統(tǒng)環(huán)境100可包括燃氣渦輪發(fā)動機110，其繼而可包括壓縮機120、燃燒器130、聯(lián)接至壓縮機120的渦輪140，以及控制器400。發(fā)動機110可驅(qū)動產(chǎn)生電功率且經(jīng)由斷路器將電功率供應至電網(wǎng)的發(fā)電機。

在一些實施例中，燃燒器130可包括可使用空氣作為稀釋劑以降低燃燒火焰溫度的貧油預混燃燒器或超低排放燃燒器。另外，使燃料與空氣在進入燃燒器之前預混可減少nox排放。示例性超低排放燃燒器可包括干式低nox(dln)燃燒器。

帶有超低排放燃燒器(例如dln燃燒系統(tǒng))的燃氣渦輪發(fā)動機可需要相對精確的控制使得發(fā)動機排放在渦輪制造商制定的限制內(nèi)且確保燃氣渦輪在若干可操作邊界(例如，貧油熄火、燃燒動態(tài)和其它參數(shù))內(nèi)操作。用于超低排放燃燒器的控制系統(tǒng)大體上要求非常精確且校準的排放傳感器。壓縮機120、燃燒器130和渦輪140可聯(lián)接至控制器400。發(fā)動機110的操作由控制器400操縱?？刂破?00可包括具有處理器的計算機系統(tǒng)，處理器執(zhí)行程序以使用傳感器輸入、傳遞函數(shù)輸出以及來自人類操作員的指令來控制發(fā)動機110的操作。控制器400可包括發(fā)動機燃燒控制系統(tǒng)且可構造成在渦輪操作期間管理燃燒。

發(fā)動機110的操作可要求控制器400設定總燃料流、壓縮機入口氣體導葉(igv)、入口放熱(ibh)和燃燒器燃料分割以達到期望的周期匹配點(例如，產(chǎn)生期望的輸出和熱耗率，同時遵守操作邊界)?？側剂狭骱蚷gv位置可作用為達到期望的結果的主要因素。典型的部分負載控制模式涉及設定燃料流和igv角度以滿足負載(發(fā)電機輸出)要求，且遵守排氣溫度輪廓(溫度控制曲線)。當達到基礎負載操作時，igv通常處于最大物理限制的角度。在基礎負載下，僅大體上調(diào)節(jié)燃料流以遵守所需要的排氣溫度輪廓來滿足排放限制和其它燃氣渦輪操作限制。

在某些實施例中，發(fā)動機110可包括燃料控制器150(未示出)。燃料控制器150可構造成調(diào)節(jié)從燃料供應流至燃燒器130的燃料。燃料控制器還可選擇用于燃燒器130的燃料類型。另外，燃料控制器還可產(chǎn)生和實施燃料分割命令，其確定流至燃燒器130的各個燃料回路(環(huán))的燃料的部分。燃料分割命令可對應于用于每個燃料回路的燃料分割百分比，其限定傳送至燃燒器130的燃料的總量的多少百分比通過特定的燃料回路供應。應了解的是，燃料控制器152可獨立于控制器400植入，或作為控制器400的整體結合的構件。

根據(jù)本公開的進一步的實施例，發(fā)動機110的操作可由探測發(fā)動機110的各種條件和感測環(huán)境的參數(shù)的一個或多個傳感器160監(jiān)測。例如，溫度傳感器可監(jiān)測發(fā)動機110周圍的環(huán)境溫度、壓縮機排出溫度、渦輪排氣溫度(egt)，以及執(zhí)行其它溫度測量。壓力傳感器可監(jiān)測環(huán)境壓力、壓縮機入口和出口以及渦輪排氣和氣流中的其它位置處的靜態(tài)和動態(tài)壓力水平。此外，濕度傳感器(例如濕球和干球溫度計)可測量壓縮機的入口管中的環(huán)境濕度。傳感器還可包括感測與燃氣渦輪110的操作有關的各種參數(shù)的流動傳感器、速度傳感器、火焰探測器傳感器、閥位置傳感器、導向?qū)~角度傳感器。如本文所使用，用語“操作條件”可包括燃料分割、負載以及應用至渦輪操作的其它條件，而“操作數(shù)據(jù)”及類似用語可包括可用于限定發(fā)動機110的影響參數(shù)的項目，諸如溫度、壓力以及發(fā)動機110中的限定位置處的流，其可用于代表參考條件和發(fā)動機響應之間的相關性。在某些實施例中，排放傳感器可提供成測量渦輪排氣中的排放水平且提供由控制算法使用的反饋數(shù)據(jù)。例如，渦輪排氣處的排放傳感器提供關于當前排放水平的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可用于確定渦輪排氣溫度要求。

在一些實施例中，控制器400可隨火焰溫度計劃而變調(diào)制分級閥170和壓縮機放氣180。火焰溫度計劃可修改且現(xiàn)場存儲，例如在控制器400的存儲器中?；鹧鏈囟扔媱澘捎糜诖_保用于發(fā)動機的排放要求。由于環(huán)境條件的變化、發(fā)動機的渦輪和發(fā)動機的壓縮機內(nèi)的變化和/或小損傷，在給定環(huán)境條件下映射的火焰溫度計劃在環(huán)境條件和/或發(fā)動機的狀態(tài)改變時可能不產(chǎn)生發(fā)動機的可接受的性能。這可造成燃燒器的局部或完全熄火，從而導致發(fā)動機關閉。例如，控制器400可操作成通過改變環(huán)之間的燃料流來探測燃燒器中的一個或多個環(huán)是冷的(局部熄火)。在確定了發(fā)動機已經(jīng)局部熄火時，控制器可操作成通過改變環(huán)之間的燃料分割來執(zhí)行修正動作。為了維持相同的火焰溫度且保持發(fā)動機產(chǎn)生相同量的功率，控制器400可增加燃料流至一個或多個環(huán)。為了匹配額外量的燃料，至燃燒器的空氣流也通過關閉壓縮機放氣而增加。在一些情況下，增加到燃燒器中的空氣流可能使局部熄火(當燃燒器中的一個或少量環(huán)沒有點火時)擴展成完全熄火(當燃燒器中所有的環(huán)都沒有點火時)。

在本公開的各種實施例中，在確定了局部熄火時，控制器400可操作成執(zhí)行不同的修正動作。代替僅重新分配環(huán)之間的燃料流，控制器可操作成提高總體火焰溫度?？傮w火焰溫度可確定為總燃料流、總空氣流以及用于燃燒器中的所有環(huán)的估計的火焰溫度的計算的加權平均，其中環(huán)具有不同的大?。盒〉摹⒅械鹊暮痛蟮?。提高總體火焰溫度可迫使燃燒器放氣打開而非關閉。作為打開燃燒器環(huán)的結果，空氣流減少，從而防止發(fā)動機經(jīng)歷完全熄火且甚至可使發(fā)動機從局部熄火帶到完全點火條件。

在一些實施例中，為了維持總體火焰溫度且保持所有的環(huán)點火，控制器400可操作成監(jiān)測egt。在發(fā)動機在給定燃燒模式中操作期間，例如，所有環(huán)點火的abc模式，控制器可使總體火焰溫度偏差且調(diào)制燃燒器放氣以維持用于燃燒器的給定燃燒模式的目標egt。調(diào)制壓縮機放氣以維持目標egt可允許將發(fā)動機的排放保持在期望的范圍中，并防止發(fā)動機局部熄火。此途徑還可消除用于根據(jù)環(huán)境條件的季節(jié)變化和/或由于發(fā)動機的渦輪、燃燒器等中的小損傷所造成的發(fā)動機狀態(tài)的變化重新映射燃燒器火焰溫度計劃的需要。

本文所描述的技術還可消除用于由于切換到由發(fā)動機使用的不同燃料源(尤其當燃料具有不同的熱值時)重新映射火焰溫度計劃的需要。通常，在控制器400可從氣相色譜儀接收關于燃料的熱值的更新信息之前存在時間間隔(例如，大約6分鐘)。在此時間間隔期間，如果燃料的熱值從較高值變成較低值且控制器不知道燃料中的此變化，發(fā)動機可能經(jīng)歷局部熄火和燃燒器聲音?？刂破骺杀O(jiān)測egt，且當egt由于燃料質(zhì)量的變化而從目標值降低時，其可升高總體火焰溫度計劃，從而強迫燃燒器放氣打開。這可允許發(fā)動機在從燃料質(zhì)量改變的時刻到控制器接收到更新的燃料熱值的時刻的時間間隔期間正常操作。

在一些實施例中，控制器400可構造成監(jiān)測渦輪軸的物理核心速度，且當核心速度達到預定核心速度限制時將發(fā)動機從在較高燃燒模式中運行切換到較低燃燒模式。核心速度限制可基于燃燒模式確定且關聯(lián)至高壓壓縮機溫度。通常，核心速度在冷的環(huán)境條件下(例如，當環(huán)境溫度降至低于大約0華氏度時)可增大至核心速度限制。在某些實施例中，當核心速度將要達到核心速度限制時，控制器可操作成迅速減少燃料流以確保核心速度不超過核心速度限制。這可使發(fā)動機降級至下一燃燒器模式，例如從三個環(huán)全部點火的abc模式至只有兩個環(huán)點火的ab模式。為了避免核心速度運行在核心速度限制，控制器400可構造成降低總體火焰溫度，且繼而關閉壓縮機放氣。關閉放氣可引起核心速度下降，且結果防止核心速度運行在核心速度限制。

圖2示出了根據(jù)示例性實施例用于調(diào)節(jié)發(fā)動機中的總體火焰溫度的控制器200。示例性控制器200可包括目標計劃模塊210、求和模塊235和245、增益和死區(qū)限制模塊220和230、最小值選擇模塊240、積分器模塊250以及權限模塊260。在一些實施例中，控制器200可具有用于控制器200的操作必需的較少或不同模塊。例如，在一些實施例中，模塊245和230可為可選的，且控制器200可操作成僅基于egt輸入調(diào)節(jié)總體火焰溫度。備選地，在其它實施例中，模塊210、235和220是可選的，且控制器200可操作成僅基于核心速度調(diào)節(jié)總體火焰溫度。在圖2中所示的示例中，控制器200可操作成基于egt和核心速度兩者調(diào)節(jié)總體火焰溫度。在一些實施例中，用于調(diào)節(jié)總體火焰溫度的控制器200可通信地聯(lián)接至控制器400。在其它實施例中，控制器200的模塊可整體結合在控制器400中。

目標計劃模塊210可構造成確定用于當前燃燒模式要求和壓縮機放氣百分比的目標egt值。在一些實施例中，燃燒器要求包括從0至15的一個數(shù)字，描述了三個環(huán)中的哪一個在燃燒。燃燒器要求15可包括所有三個環(huán)都點火的最高燃燒器模式。壓縮機放氣百分比是從0至100％的規(guī)格化數(shù)字。允許的空氣流的總量可取決于燃燒模式要求。

求和模塊235可構造成接收來自探頭的實際(反饋)egt、來自模塊210的目標egt，且計算目標egt和實際egt之間的差異。該差異可提供至增益和死區(qū)限制模塊220。模塊220可構造成基于目標egt和實際egt之間的差異以及預定的死區(qū)限制和增益確定用于總體火焰溫度的第一誤差值。

求和模塊245可構造成接收修正的核心速度、修正的核心速度目標，且計算出修正的核心速度目標和修正的核心速度之間的差異。該差異可提供至增益和死區(qū)限制模塊230以基于核心速度和核心速度目標之間的差異確定用于總體火焰溫度的第二誤差值。第二誤差值可提供裕量，其在將偏差應用至總體火焰溫度時防止核心速度達到核心速度目標。

最小值選擇模塊240可構造成從模塊220接收第一誤差值且從模塊230接收第二誤差值，且基于接收的值確定修正總體火焰溫度可接受的最小誤差值。可執(zhí)行最小誤差值的選擇以便避免將過大的偏差應用至總體火焰溫度，使得其將引起修正的核心速度達到修正的核心速度目標，且結果將發(fā)動機切換到較低燃燒模式。

積分器250可構造成從最小值選擇模塊250接收最小誤差值，且將其累積至用于總體火焰溫度的偏差。在一些實施例中，僅當發(fā)動機在放氣調(diào)制模式中運行時，最小誤差值可累積至偏差。用于總體火焰溫度的偏差可經(jīng)由權限模塊260提供至控制器400的進一步的模塊以用于將該偏差應用至總體火焰溫度計劃。

圖3繪出了根據(jù)示例性實施例的用于調(diào)節(jié)發(fā)動機中的總體火焰溫度的方法300。示例性方法300可使用上文參照圖2描述的控制器200在上文參照圖1描述的發(fā)動機110中實施。方法300可從測量egt的操作302開始。在操作304處，方法300可包括確定目標egt。目標egt可基于發(fā)動機的當前燃燒模式和壓縮機放氣百分比確定。在操作306中，方法300可繼續(xù)至少基于egt和目標egt計算至總體火焰溫度的偏差。

在可選的操作308至312處，偏差可至少基于修正的核心速度調(diào)整。在操作308處，方法300可包括測量修正的核心速度。在操作310處，方法300可繼續(xù)將修正的核心速度與修正的核心速度目標比較以確定進一步的偏差。修正的核心速度目標可至少基于當前燃燒模式和高壓壓縮機溫度。在操作312處，方法300可繼續(xù)基于該進一步的偏差調(diào)整偏差。在操作314處，方法300可利用將該偏差應用至總體火焰溫度計劃結束。

圖4繪出了示出根據(jù)本公開的實施例的用于調(diào)節(jié)總體火焰溫度的示例性控制器400的框圖。更特別地，控制器400的元件可用于在多個操作條件下同時在預定燃燒操作邊界內(nèi)運行燃氣渦輪、在燃氣渦輪運行的同時自動地收集與燃氣渦輪相關聯(lián)的操作數(shù)據(jù)、存儲操作數(shù)據(jù)、基于操作數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于一個或多個預定的燃燒傳遞函數(shù)的一組常量，以及將該組常量存儲在將在燃氣渦輪的服役期間使用的燃氣渦輪燃燒控制系統(tǒng)中?？刂破?00可包括存儲可編程邏輯420(例如，軟件)且可存儲數(shù)據(jù)430(諸如與燃氣渦輪相關聯(lián)的操作數(shù)據(jù)、該組常量等)的存儲器410。存儲器410還可包括操作系統(tǒng)440。

處理器450可利用操作系統(tǒng)440來執(zhí)行可編程邏輯420，在這種情況下，還可使用數(shù)據(jù)430。數(shù)據(jù)總線460可在存儲器410和處理器450之間提供通信。用戶可經(jīng)由至少一個用戶接口裝置470(諸如鍵盤、鼠標、控制面板或能夠至或從控制器400傳送數(shù)據(jù)的任何其它裝置)與控制器400聯(lián)系。經(jīng)由輸入/輸出(i/o)接口480，控制器400可在操作時與燃氣渦輪燃燒控制系統(tǒng)聯(lián)機通信，以及在不操作時與燃氣渦輪燃燒控制系統(tǒng)脫機通信。另外，應了解的是，其它外部裝置或多個其它的燃氣渦輪或燃燒器可經(jīng)由i/o接口480與控制器400通信。在示出的實施例中，控制器400可關于燃氣渦輪遠程定位；然而，其可與燃氣渦輪定位在同一位置或甚至整體結合到其中。此外，控制器400和實施的可編程邏輯420從而可包括軟件、硬件、固件或其任何組合。還將了解的是，可使用多個控制器400，由此本文所描述的不同特征可在一個或多個不同的控制器400上執(zhí)行。

對根據(jù)示例性實施例的系統(tǒng)、方法、設備和計算機程序產(chǎn)品的框圖進行參照。將理解的是，框圖中的至少一些框以及框圖中的框的組合可至少部分地由計算機程序指令來實施。這些計算機程序指令可加載到通用計算機、專用計算機、基于專用硬件的計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理設備上以產(chǎn)生機器，使得在計算機或其它可編程處理設備上執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實施論述的框圖中的至少一些框或框圖中的框的組合的功能的器件。

這些計算機程序指令還可存儲在可指示計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式起作用的計算機可讀存儲器中，使得存儲在計算機可讀存儲中的指令產(chǎn)生包括實施一個或多個框中規(guī)定的功能的指令器件的制品。計算機程序指令還可加載到計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理設備上，以引起將要在計算機或其它可編程設備上執(zhí)行的一系列操作步驟產(chǎn)生計算機實施的過程，使得在計算機或其它可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實施該一個或多個框中規(guī)定的功能的步驟。

本文描述的系統(tǒng)的一個或多個構件以及方法的一個或多個要素可通過在計算機的操作系統(tǒng)上運行的應用程序來實施。它們也可利用其它計算機系統(tǒng)構造來實踐，包括手持裝置、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器或可編程的消費電子產(chǎn)品、迷你計算機、大型計算機等。

為本文描述的方法和系統(tǒng)的構件的應用程序可包括實施某些抽象數(shù)據(jù)類型且執(zhí)行某些任務或動作的例程、程序、構件、數(shù)據(jù)結構等。在分布式計算環(huán)境中，應用程序(以整體或局部)可位于局部存儲器或其它存儲中。此外或備選地，應用程序(以整體或局部)可位于遠程存儲器或存儲中以允許由通過通信網(wǎng)絡鏈接的遠程處理裝置執(zhí)行任務的情況。

具有在前面的說明書和相關聯(lián)的附圖中提出的教導的益處，將意識到這些描述所屬的本文闡述的示例性描述的多種變型和其它實施例。因此，將了解的是，本公開可體現(xiàn)在多種形式中，且不應當限于上文所描述的示例性實施例。

因此，將理解的是，本公開不限于所公開的特定實施例，且變型和其它實施例意在包括在所附權利要求的范圍內(nèi)。盡管本文使用了特定用語，但它們僅以大體和描述性意義使用且不用于限制的目的。