控制給燃氣輪機的燃料供給的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種控制給燃氣輪機燃燒器的燃料供給的方法和裝置，其中，尤其考 慮了燃料類型或種類或成分的變化，同時維持燃氣輪機的穩(wěn)定操作。
【背景技術】
[0002] US2009/0071118A1公開了 一種調制給燃氣輪機供給的燃料的改進沃泊指數 (MWI)的方法和系統(tǒng)，其中，熱交換器用于預加熱燃料，進來的燃料的麗I得以監(jiān)控，其中， 麗I考慮了燃料的溫度。
[0003] US2010/0275609A1公開了 一種在快速響應啟動期間的混合沃泊控制，其中，確定 要在燃氣輪機的燃燒器內點燃的燃料的溫度，并且當燃料的溫度小于目標溫度時，將添加 劑引入燃氣輪機的燃燒器中。
[0004] US6490867B2公開了一種操作燃燒器和燃燒器構造的方法，其中，確定燃料的熱 值，使用導致可變輸出控制（相對于微擾是操作可靠的）的輸出和熱值計算并直接設定控 制元件的開放程度。從而，從質量流、水和質量流的熱值及加熱油的熱值中確定燃料的熱 值。
[0005]US7854110B2公開了一種綜合的燃料氣體表征系統(tǒng)，用于確定在燃料在燃燒級中 燃燒之前由燃料提供的能量，其中，綜合的燃料氣體表征系統(tǒng)可包括沃泊計，用于在燃料氣 體在燃氣輪機中燃燒之前測量燃料氣體的沃泊指數，其中，控制系統(tǒng)可設計成基于沃泊指 數的變化率調節(jié)燃氣輪機發(fā)動機的一個或多個操作參數。
[0006]US7950216B2公開了一種燃氣輪機發(fā)動機燃料控制系統(tǒng)，其中，控制器至少基于燃 料的燃燒能量值（已由燃燒能量值評估器確定）計算出期望流率，其中，能量值評估器通過 測量直接地或者通過參考基于混合比例的表來確定燃料混合物的能量值。從而，可使用發(fā) 動機的測量的溫度和空氣質量流率來確定燃料的LHV。
[0007]US7565805B2公開了一種操作燃氣輪機發(fā)動機系統(tǒng)的方法，其中，處理器編程為接 收表示燃料發(fā)熱值的信號，并使用確定的發(fā)熱值自動地控制燃燒器上的燃料噴射位置之間 的燃料分裂（fuelsplit)，其中，燃料噴嘴設計成在壓力比和發(fā)熱值變化的有限范圍內操 作，通過增加或減小燃料噴嘴氣體通過面積來適應燃料氣體溫度。改進沃泊指數（MWI)代 表對于給定燃料噴嘴氣體孔上的給定上游和下游壓力噴射進燃燒器中的能量量值，并使用 燃料低發(fā)熱值、相對于空氣和燃料溫度的比重計算出。另外，公開了在燃燒器中使用測量或 計算的燃料氣體MWI自動調制燃料氣體分裂。
[0008] EP2450551A2公開了補償燃氣輪機中的燃料成分變化的系統(tǒng)和方法，該方法包括 監(jiān)控與渦輪燃燒器相關的至少一個燃料參數；監(jiān)控與渦輪燃燒器相關的一個或多個燃燒動 態(tài)特性；監(jiān)控與渦輪相關的一個或多個性能性能和發(fā)射特性；至少部分地基于至少一個燃 料參數、一個或多個燃燒動態(tài)特性及一個或多個性能和發(fā)射特性估計燃料成分；以及至少 部分地基于估計的燃料成分調節(jié)至少一個燃料參數。
[0009] 熱量計可用于監(jiān)控氣體燃料成分變化的燃料屬性，但是緩慢的修正率使得難以產 生維持穩(wěn)定發(fā)動機操作的有效控制環(huán)。限制燃料屬性的可允許變化率有助于改正該問題， 但是這對特定操作條件或用戶應用通常是不可接受的約束。另外，完全基于使用發(fā)動機模 型的評估對燃料屬性的確定缺少精度。
[0010] 已注意到，當所供給的燃料的種類、類型或成分改變時，控制對燃氣輪機的燃燒器 的燃料供給的常規(guī)方法在所有狀況或操作條件中并未能解決維持燃氣輪機的期望操作或 燃氣輪機的穩(wěn)定操作的問題。另外，已注意到，在快速變化的燃氣成分的情形中，對燃料屬 性的熱量計測量可能太過緩慢。另外，已注意到，根據發(fā)動機參數評估燃料屬性的常規(guī)方法 很快，但是傾向于有不精確和偏離問題。
[0011] 因此，需要一種方法和裝置來控制對燃氣輪機的燃燒器的燃料供給，其中，可以操 縱燃料改變的情形，以提供燃氣輪機的穩(wěn)定操作。

【發(fā)明內容】

[0012] 該需求通過根據獨立權利要求的主題滿足。本發(fā)明的有利實施例在從屬權利要求 中描述。
[0013] 根據本發(fā)明的實施例，提供了一種控制對燃氣輪機的燃燒器的燃料供給的方法， 燃氣輪機包括位于燃燒器上游的壓縮器，該方法包括：將燃料供給到燃燒器；獲得用于在 燃燒器中燃燒燃料的空氣的至少一個物理屬性的屬性值；基于屬性值評估供給到燃燒器的 燃料（例如，流體，尤其是氣體和/或液體）的熱輸入（例如Hlengmodel);測量位于燃燒 器上游的燃料的熱值；基于測量的熱值調節(jié)評估的熱輸入以獲得被調節(jié)的評估的熱輸入 (Hlestimated);以及基于被調節(jié)的評估的熱輸入（Hlexpected)和期望熱輸入（FFDEM)控 制調整對燃燒器的燃料供給的燃料閥，其中，評估熱輸入的更新間隔比測量熱值的更新間 隔短。
[0014] 另外，被調節(jié)的評估的熱輸入可以與期望熱輸入進行比較（如從燃氣輪機管理器 提供的），以得到熱輸入誤差值，其中，熱輸入誤差值可用于評估燃料的沃泊指數，然后，這 可供給給燃料閥，燃料閥可改變其燃料流設定以改變燃料流率，比如質量流率或體積流率。 另外，可調節(jié)期望熱輸入以維持燃氣輪機的穩(wěn)定操作。
[0015] 此外，該方法可包括周期性測量燃燒器上游的燃料的低熱值（LCV)、比重（SG)和 由此沃泊指數（WI);比較評估的沃泊指數與測量的沃泊指數，以創(chuàng)建另一誤差項；以及基 于該其它誤差項調節(jié)評估的熱輸入流。到發(fā)動機的熱輸入可以kW進行測量，并可表示每時 間單位內包含在燃料與壓縮空氣混合物中的（化學或燃料）能量。熱輸入可例如由LCV乘 以質量流或體積流來定義。
[0016] 燃料的低熱值LCV是單位為kj/kg或kj/m~3的"特定"量（燃料的每單位質量或 單位體積）。在本文件和該方法的情形下，LCV可以是體積的，所以由kX/(正常_nT3)的 單位表示（正常_m~3是氣體在0攝氏度在ISO壓力下的體積），沃泊指數可以定義為體積 LCV/ 根數（SG)。
[0017] 特別地，空氣的相應數量物理屬性的一個、兩個、三個、五個或若干更多個屬性值 可在該方法期間獲得，并可用于評估熱輸入。屬性值可表示測量值或計算或估計或導出值， 其基于其它導出或測量量或值。
[0018] 特別地，在執(zhí)行該方法期間，燃料的種類、類型或成分是未知的，并可以未知的方 式變化。評估燃料的熱值可利用發(fā)動機模型，尤其包括熱力模型。特別地，熱值可包括低熱 值。
[0019] 基于測量的熱值調節(jié)評估的熱輸入可表示對評估的熱輸入的校準，以調節(jié)評估的 熱輸入的絕對值。
[0020] 因此，使用發(fā)動機特性來評估燃料發(fā)量值（或燃料的熱輸入）可以與（周期）交 叉參考燃料熱量計的測量結果結合起來，以維持精度或校準評估的熱輸入。因此，取決于燃 料的熱值，被調節(jié)的評估的熱輸入可以更高的精度對應于或等于實際熱輸入。因此，該優(yōu)點 可由單純評估的熱輸入和測量的熱值的組合來提供，其中，與評估熱輸入相比，對熱值的測 量可以更加緩慢的速率執(zhí)行。因此，與僅使用熱量計來確定測量的熱值相比，控制方法可允 許更快地控制，并與僅使用評估的熱輸入相比，同時更加精確。
[0021] 盡管測量熱值的更新間隔可以比較長，但是被調節(jié)的評估的熱輸入可以精確的 方式反映實際熱值或實際熱輸入，因為評估的熱輸入可有時進行校準，尤其在穩(wěn)定操作期 間，其中，評估的熱輸入或測量的熱值都不會變化超過相應平均值的預定閾值，比如10%或
[0022] 根據本發(fā)明的實施例，該方法還包括比較（例如包括算術/邏輯計算）被調節(jié)的 評估的熱輸入與期望熱輸入（FFDEM)以得到誤差信號，以及基于誤差信號控制調整對燃燒 器的燃料供給的燃料閥。
[0023]可提供控制器，其接收誤差信號，并輸出旨在減少誤差信號的控制信號。特別地， 控制器可輸出評估的沃泊指數，其可被供給到燃料閥，燃料閥又可調節(jié)其流設定，以改變燃 料的流率，從而減少誤差信號。因此，可以保證燃氣輪機的穩(wěn)定操作，即使在操作期間燃料 的類型、種類或成分改變也如此。
[0024] 控制器可包括具有恰當增益的積分器，以使熱輸入中的誤差轉換為沃泊指數中的 誤差，以調節(jié)評估的沃泊指數值，從而減少誤差信號。
[0025] 根據本發(fā)明的實施例，調節(jié)評估的熱輸入包括從評估的沃泊指數與測量的沃泊指 數之差計算修正因子，評估的沃泊指數通過積分誤差信號而導出，測量的沃泊指數由測量 的熱值（比如通過熱量計測量）和燃料的比重計算出，其中，被調節(jié)的評估的熱輸入通過用 修正因子除評估的熱輸入來獲得。從評估的熱輸入中可以導出評估的沃泊指數。
[0026] 修正因子還可被認為或稱為校準因子，以校準評估的熱輸入或沃泊指數至實際熱 輸入或沃泊指數。修正因子可存儲在電子存儲器中，并僅在不如評估熱輸入或沃泊指數那 樣