CN104903563A - 控制给燃气轮机的燃料供给的方法和装置 - Google Patents

Abstract

描述了一种控制给燃气轮机的燃烧器(101)供给燃料(105)的方法，燃气轮机包括位于燃烧器上游的压缩器，该方法包括：给燃烧器(101)供给燃料(105)；获得用于在燃烧器(101)中燃烧燃料(105)的空气的至少一个物理属性(PT8、PT7、Tinlet、THBOV)的属性值；基于所述属性值评估供给到燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodel)；在燃烧器(101)的上游测量燃料(105)的热值(LCVmea)；基于测量的热值(LCVmea)调节评估的热输入(HIengmodel)；以及基于被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制燃料阀(103)，燃料阀调整给燃烧器(101)的燃料(105)供给。

Description

控制给燃气轮机的燃料供给的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种控制给燃气轮机燃烧器的燃料供给的方法和装置，其中，尤其考虑了燃料类型或种类或成分的变化，同时维持燃气轮机的稳定操作。

背景技术

US2009/0071118A1公开了一种调制给燃气轮机供给的燃料的改进沃泊指数(MWI)的方法和系统，其中，热交换器用于预加热燃料，进来的燃料的MWI得以监控，其中，MWI考虑了燃料的温度。

US2010/0275609A1公开了一种在快速响应启动期间的混合沃泊控制，其中，确定要在燃气轮机的燃烧器内点燃的燃料的温度，并且当燃料的温度小于目标温度时，将添加剂引入燃气轮机的燃烧器中。

US6490867B2公开了一种操作燃烧器和燃烧器构造的方法，其中，确定燃料的热值，使用导致可变输出控制(相对于微扰是操作可靠的)的输出和热值计算并直接设定控制元件的开放程度。从而，从质量流、水和质量流的热值及加热油的热值中确定燃料的热值。

US7854110B2公开了一种综合的燃料气体表征系统，用于确定在燃料在燃烧级中燃烧之前由燃料提供的能量，其中，综合的燃料气体表征系统可包括沃泊计，用于在燃料气体在燃气轮机中燃烧之前测量燃料气体的沃泊指数，其中，控制系统可设计成基于沃泊指数的变化率调节燃气轮机发动机的一个或多个操作参数。

US7950216B2公开了一种燃气轮机发动机燃料控制系统，其中，控制器至少基于燃料的燃烧能量值(已由燃烧能量值评估器确定)计算出期望流率，其中，能量值评估器通过测量直接地或者通过参考基于混合比例的表来确定燃料混合物的能量值。从而，可使用发动机的测量的温度和空气质量流率来确定燃料的LHV。

US7565805B2公开了一种操作燃气轮机发动机系统的方法，其中，处理器编程为接收表示燃料发热值的信号，并使用确定的发热值自动地控制燃烧器上的燃料喷射位置之间的燃料分裂(fuel split)，其中，燃料喷嘴设计成在压力比和发热值变化的有限范围内操作，通过增加或减小燃料喷嘴气体通过面积来适应燃料气体温度。改进沃泊指数(MWI)代表对于给定燃料喷嘴气体孔上的给定上游和下游压力喷射进燃烧器中的能量量值，并使用燃料低发热值、相对于空气和燃料温度的比重计算出。另外，公开了在燃烧器中使用测量或计算的燃料气体MWI自动调制燃料气体分裂。

EP2450551A2公开了补偿燃气轮机中的燃料成分变化的系统和方法，该方法包括监控与涡轮燃烧器相关的至少一个燃料参数；监控与涡轮燃烧器相关的一个或多个燃烧动态特性；监控与涡轮相关的一个或多个性能性能和发射特性；至少部分地基于至少一个燃料参数、一个或多个燃烧动态特性及一个或多个性能和发射特性估计燃料成分；以及至少部分地基于估计的燃料成分调节至少一个燃料参数。

热量计可用于监控气体燃料成分变化的燃料属性，但是缓慢的修正率使得难以产生维持稳定发动机操作的有效控制环。限制燃料属性的可允许变化率有助于改正该问题，但是这对特定操作条件或用户应用通常是不可接受的约束。另外，完全基于使用发动机模型的评估对燃料属性的确定缺少精度。

已注意到，当所供给的燃料的种类、类型或成分改变时，控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的常规方法在所有状况或操作条件中并未能解决维持燃气轮机的期望操作或燃气轮机的稳定操作的问题。另外，已注意到，在快速变化的燃气成分的情形中，对燃料属性的热量计测量可能太过缓慢。另外，已注意到，根据发动机参数评估燃料属性的常规方法很快，但是倾向于有不精确和偏离问题。

因此，需要一种方法和装置来控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给，其中，可以操纵燃料改变的情形，以提供燃气轮机的稳定操作。

发明内容

该需求通过根据独立权利要求的主题满足。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明的实施例，提供了一种控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的方法，燃气轮机包括位于燃烧器上游的压缩器，该方法包括：将燃料供给到燃烧器；获得用于在燃烧器中燃烧燃料的空气的至少一个物理属性的属性值；基于属性值评估供给到燃烧器的燃料(例如，流体，尤其是气体和/或液体)的热输入(例如HIengmodel)；测量位于燃烧器上游的燃料的热值；基于测量的热值调节评估的热输入以获得被调节的评估的热输入(HIestimated)；以及基于被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制调整对燃烧器的燃料供给的燃料阀，其中，评估热输入的更新间隔比测量热值的更新间隔短。

另外，被调节的评估的热输入可以与期望热输入进行比较(如从燃气轮机管理器提供的)，以得到热输入误差值，其中，热输入误差值可用于评估燃料的沃泊指数，然后，这可供给给燃料阀，燃料阀可改变其燃料流设定以改变燃料流率，比如质量流率或体积流率。另外，可调节期望热输入以维持燃气轮机的稳定操作。

此外，该方法可包括周期性测量燃烧器上游的燃料的低热值(LCV)、比重(SG)和由此沃泊指数(WI)；比较评估的沃泊指数与测量的沃泊指数，以创建另一误差项；以及基于该其它误差项调节评估的热输入流。到发动机的热输入可以kW进行测量，并可表示每时间单位内包含在燃料与压缩空气混合物中的(化学或燃料)能量。热输入可例如由LCV乘以质量流或体积流来定义。

燃料的低热值LCV是单位为kJ/kg或kJ/m^3的“特定”量(燃料的每单位质量或单位体积)。在本文件和该方法的情形下，LCV可以是体积的，所以由kJ/(正常_m^3)的单位表示(正常_m^3是气体在0摄氏度在ISO压力下的体积)，沃泊指数可以定义为体积LCV/根数(SG)。

特别地，空气的相应数量物理属性的一个、两个、三个、五个或若干更多个属性值可在该方法期间获得，并可用于评估热输入。属性值可表示测量值或计算或估计或导出值，其基于其它导出或测量量或值。

特别地，在执行该方法期间，燃料的种类、类型或成分是未知的，并可以未知的方式变化。评估燃料的热值可利用发动机模型，尤其包括热力模型。特别地，热值可包括低热值。

基于测量的热值调节评估的热输入可表示对评估的热输入的校准，以调节评估的热输入的绝对值。

因此，使用发动机特性来评估燃料发量值(或燃料的热输入)可以与(周期)交叉参考燃料热量计的测量结果结合起来，以维持精度或校准评估的热输入。因此，取决于燃料的热值，被调节的评估的热输入可以更高的精度对应于或等于实际热输入。因此，该优点可由单纯评估的热输入和测量的热值的组合来提供，其中，与评估热输入相比，对热值的测量可以更加缓慢的速率执行。因此，与仅使用热量计来确定测量的热值相比，控制方法可允许更快地控制，并与仅使用评估的热输入相比，同时更加精确。

尽管测量热值的更新间隔可以比较长，但是被调节的评估的热输入可以精确的方式反映实际热值或实际热输入，因为评估的热输入可有时进行校准，尤其在稳定操作期间，其中，评估的热输入或测量的热值都不会变化超过相应平均值的预定阈值，比如10％或5％。

根据本发明的实施例，该方法还包括比较(例如包括算术/逻辑计算)被调节的评估的热输入与期望热输入(FFDEM)以得到误差信号，以及基于误差信号控制调整对燃烧器的燃料供给的燃料阀。

可提供控制器，其接收误差信号，并输出旨在减少误差信号的控制信号。特别地，控制器可输出评估的沃泊指数，其可被供给到燃料阀，燃料阀又可调节其流设定，以改变燃料的流率，从而减少误差信号。因此，可以保证燃气轮机的稳定操作，即使在操作期间燃料的类型、种类或成分改变也如此。

控制器可包括具有恰当增益的积分器，以使热输入中的误差转换为沃泊指数中的误差，以调节评估的沃泊指数值，从而减少误差信号。

根据本发明的实施例，调节评估的热输入包括从评估的沃泊指数与测量的沃泊指数之差计算修正因子，评估的沃泊指数通过积分误差信号而导出，测量的沃泊指数由测量的热值(比如通过热量计测量)和燃料的比重计算出，其中，被调节的评估的热输入通过用修正因子除评估的热输入来获得。从评估的热输入中可以导出评估的沃泊指数。

修正因子还可被认为或称为校准因子，以校准评估的热输入或沃泊指数至实际热输入或沃泊指数。修正因子可存储在电子存储器中，并仅在不如评估热输入或沃泊指数那样频繁地测量热值或沃泊指数时更新。修正因子可以导出，使得用修正因子除评估的热输入，被调节的评估的热输入导致评估的沃泊指数(其很近似测量的沃泊指数)。

计算修正因子并将修正因子应用于评估的热输入或沃泊指数可简化该方法。

根据本发明的实施例，评估热输入的更新间隔的长度位于测量热值的更新间隔的长度的1/5和1/100之间。

评估热值的更新间隔可例如介于5秒和1分之间。测量热值的更新间隔可例如介于3分和30分之间。

根据本发明的实施例，如果满足以下标准，执行对评估的热输入的调节：评估的热输入在测量热值的更新间隔的+/-5％内、尤其+/-2％内是稳定的，并且测量的热值位于预定极限范围内。

测量的热值的预定极限范围可从燃料的期望成分或燃料的期望种类或类型中确定。因此，热值的测量异常值不会干扰控制方法，因为在该情况下，可例如跳过评估的热输入的校准或调节评估的热输入，并例如在下一更新间隔中重新开始。

要求评估的热输入也在限定极限内稳定还可表明燃料的种类、类型或成分已从热量计获得最后一个样品以后改变，并由此可通过在这种改变期间不进行调节来改进该方法的精度。

根据本发明的实施例，所述标准还包括：与先前更新间隔的测量的热值相比，测量的热值在+/-5％内、尤其+/-2％内是稳定的。

用于测量热值的更新间隔可例如等于约3分或介于2分和30分之间。当测量的热值在例如+/-5％内不稳定时，这可表明燃料的种类、类型或成分改变。在该情形下，因此，对评估的热输入的校准是不可能的。通过避免该不恰当的校准，可进一步改进控制方法。

根据本发明的实施例，空气的至少一个物理属性包括压缩器入口处的进气压力(PT7)、压缩器入口处的进气温度(Tinlet)和压缩器出口处的出气压力(PT8)。

而且，空气的至少一个物理属性还可包括排出阀设定，表示未供给到燃烧器的空气量。在燃烧器上游发生空气排出还会影响对燃料的热输入的评估。因此，考虑在燃烧器上游排出的空气量也会改进控制方法。

根据本发明的实施全我，评估热输入包括在出气压力(PT8)和进气压力(PT7)之间形成压力比(PRC87)，以及基于压力比评估热输入。

压力比可以是合适量，以评估热输入。因此，该方法得以简化。

根据本发明的实施例，基于压力比评估热输入包括使用基于多个测量值(在至少一个燃气轮机上执行)的至少一个曲线拟合，该曲线拟合使测量的压力比与测量的热输入相关联，其中，曲线拟合尤其由具有正一次系数(乘以压力比的多项式系数)和正二次系数(乘以压力比的平方的多项式系数)的二阶多项式描述，曲线拟合的表示尤其存储在电子存储器中。

特别地，可从在至少一个燃气轮机上执行的测量值中获得多个测量点，例如，测量点可在具有横坐标(代表压力比)和纵坐标(代表单位为百万瓦(MW)或千瓦(kW)的热输入或热输入燃料流)的图表中描绘。至少一个曲线拟合可通过测量点到多项式，尤其到二阶多项式的最小二乘拟合来获得，二阶多项式以常数项、乘以压力比的一次系数和乘以压力比的平方的二次系数之和来描述热输入燃料流。

使用实验测量值可允许从燃料流中导出压力比和热输入之间非常精确的关系。因此，该方法在评估的热输入的精度方面得以改进。

根据本发明的实施例，至少一个曲线拟合包括：在燃烧器上游没有排出空气的情况下基于测量数据获得的第一曲线拟合、在燃烧器上游排出空气的一部分(尤其为5％和15％)的情况下基于测量数据获得的第二曲线拟合，其中，基于第一曲线拟合导出第一热输入，基于第二曲线拟合导出第二热输入，基于第一热输入和第二热输入导出评估的热输入。

考虑在燃烧器上游没有排出空气和在燃烧器上游排出空气的一部分这两种情况会导致改进评估热输入的精度。特别地，第一热输入和第二热输入分别对应于在燃烧器上游没有排出空气的状况和在燃烧器上游排出空气的一部分的状况。

根据本发明的实施例，该方法还包括：如果压力比超过尤其介于4和8之间的阈值，则使用包括第一热输入和第二热输入的第一函数导出校正的热输入，如果压力比没有超过该阈值，则使用包括至少第一热输入的第二函数导出校正的热输入，其中，评估热输入还基于校正的热输入。

当压力比满足超过阀值的标准时，第一函数可以是用于仅在该情况下根据第一热输入和第二热输入导出校正的热输入的数学函数。另外，如果压力比没有满足该标准而没有超过该阈值，则根据仅或至少第一热输入，校正的热输入可导出为第二数学函数。

因此，可更精确地考虑在燃烧器之前排出空气的影响。特别地，如果压力比高于该阈值，则排出空气的影响比压力比没有超过该阈值时更高。

根据本发明的实施例，该方法还包括基于排出阀设定(尤其使用排出阀特性)评估在燃烧器上游排出的空气部分，其中，第一函数包括评估的排出空气部分。

排出阀可包括布置在燃烧器上游不同位置或者燃气轮机的压缩器部分内的一个或多个阀。排出阀特性可表示为表、图、查找表等，并可存储在电子存储器中。排出阀特性可表明空气流在第一阀角范围中为零，其可表明空气的百分比流在邻近第一阀角范围的第二阀角范围中线性增加。通过使用排出阀设定，可以在精度方面改进确定在燃烧器上游排出的空气量。

根据本发明的实施例，该方法包括从校正的热输入、进气压力(PT7)和进气温度(Tinlet)中计算评估的热输入。

可使用数学公式导出评估的热输入，其中，特别地，校正的热输入乘以进气压力并乘以包括进气温度的项的平方根。因此，评估的热输入可以精确的方式从可用的输入量中计算出。

根据本发明的实施例，该方法还包括针对燃料的流率设定阀，使得误差信号(上面定义的)为零，该方法随后包括：将另一燃料供给到燃烧器，另一燃料与所述燃料不同；获得用于在燃烧器中燃料另一燃料的空气的至少一个物理属性的另一属性值；基于另一属性值评估供给到燃烧器的另一燃料的另一热输入(HIengmodel)；测量燃烧器上游的另一燃料的另一热值；基于另一测量的热值调节另一评估的热输入；以及基于另一被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制调整对燃烧器供给另一燃料的阀，使得该阀被设定为另一燃料的另一流率(与先前施加的燃料的流率不同)。

因此，可以说明燃料的类型、种类或成分的变化，同时根据由例如涡轮管理器提供的期望热输入维持燃气轮机的稳定操作。

应理解，相对于控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的任何方法单独或以任何组合公开、描述或提及的特征还可单独或以任何组合应用于根据本发明实施例控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的装置，反之亦然。

根据本发明的实施例，提供了一种用于控制对燃气轮机(包括位于燃烧器上游的压缩器)的燃烧器的燃料供给的装置，该装置包括：适于给燃烧器供给燃料的燃料阀；处理器，适于获得用于在燃烧器中燃烧燃料的空气的至少一个物理属性的属性值；适于基于属性值评估供给到燃烧器的燃料的热输入(HIengmodel)；适于接收燃烧器上游的燃料的测量的热值或沃泊指数；适于基于测量的热值或沃泊指数调节评估的热输入；以及适于基于被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制调整对燃烧器的燃料供给的燃料阀，其中，评估热输入的更新间隔比测量热值的更新间隔更短。

根据本发明的另一实施例，提供了一种燃气轮机，包括如上面实施例描述或说明的用于控制对燃气轮机的燃烧器的燃料供给的装置。

仅在满足下列“稳态”标准时才能实施发动机热量计计算：

在当前时间之前，记录温度控制参数在滚动5分钟内的最大和最小值，温度控制系统是例如Tfire(相当于燃烧的燃料到燃气轮机的涡轮部分的入口温度的燃烧器出口温度)。

Tfiremax－Tfiremin<Tss稳定，其中，Tss是初始设定为20℃的参数。

使用发动机特性来评估燃料发热值可与周期交叉参考燃料热量计结合起来，以维持根据本发明实施例的精度。修正因子可从发动机特性方法和测量的发热值之差中计算出，这可应用于从发动机模型(其中，可以评估燃料发热值(或热值))中计算的热输入。在评估的热输入稳定的情况下，该交叉参考仅可周期地实施，从而保证热量计的时间延迟不会影响所述结果，修正值可应用在适度时间周期内，以保证发动机操作平滑调准和稳定性。使用该方法可维持系统精度，而不会妥协于发动机退化。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明实施例的用于控制对燃气轮机燃烧器的燃料供给的装置，其适于执行根据本发明实施例的控制对燃气轮机燃烧器的燃料供给的方法；

图2示意性示出用在图1所示装置中的发动机模型，该发动机模型用在根据本发明实施例的控制对燃烧器的燃料供给的方法中；

图3示意性示出取决于可用在根据本发明实施例的控制对燃烧器的燃料供给的方法和/或装置中的空气压力比，定义燃气轮机发动机的热输入流值的图表；

图4示出用于在燃烧器上游排出空气的排出阀特性的图表，其关系上用在根据本发明实施例的控制对燃烧器的燃料供给的装置和/或方法中；

图5示意性示出热量计沃泊指数计算方案，其可用在根据本发明实施例的控制对燃气轮机燃烧器的燃料供给的装置和/或方法中；以及

图6示意性示出热量计修正因子计算，其可用在根据本发明实施例的控制对燃气轮机燃烧器的燃料供给的方法和/或装置中。

具体实施方式

图1示意性示出根据本发明实施例的用于控制对燃气轮机燃烧器101的燃料供给的装置100，其适于执行根据本发明实施例的控制对燃气轮机燃烧器的燃料供给的方法。装置100包括适于给(燃气轮机的)燃烧器101供给燃料105的燃料阀103，其中，燃料105经由燃料管供给。另外，装置100包括处理器107，处理器适于获得与燃烧器入口处的空气压力相关的进气压力PT7，获得与燃烧器入口处的空气温度相关的进气温度Tinlet，获得与燃烧器出口处的空气压力相关的出气压力PT8。因此，进气压力PT7、进气温度Tinlet和出气压力PT8的值还可称为在燃烧器中燃烧燃料的空气的至少一个物理属性的属性值109。

处理器107还适于获得空气排出信号THBOV，尤其是排出阀设定或尤其是排出阀角，其表示未供给至燃气轮机中的燃烧器101的空气量。在其它实施例中，没有使用任何排气，所有空气均供给到燃烧器。用于在燃烧器中燃烧燃料的空气的至少一个物理属性的属性值109包括物理量的上述值。属性值109被供给到发动机模型111，发动机模型适于基于空气的至少一个物理属性的属性值109评估供给到燃烧器101的燃料105的热输入HIengmodel。

评估的热输入HIengmodel被供给到运算元件113，运算元件设置成根据本发明的特定实施例对评估的热输入HIengmodel施加修正因子HIcaltrim，其中，确定用于确定测量的热值或沃泊指数的热量计测量值。

根据替代实施例，在修正因子HIcaltrim设定成一致以使被调节的评估的热输入HIexpected等于根据该实施例的评估的热输入HIengmodel的情况下，没有使用热量计测量值。

被调节的评估的热输入HIexpected被供给到加法运算元件115，加法运算元件从被调节的评估的热输入HIexpected中减去期望热输入FFDEM，期望热输入由发动机管理器117需要，发动机管理器还将对应的控制信号119供给到燃料阀103。特别地，控制信号119可表示由发动机管理器117产生的期望热输入FFDEM。

加法运算元件115输出误差信号121，误差信号从评估的热输入HIengmodel或者被调节的评估的热输入HIexpected和期望热输入FFDEM中导出。误差信号121被供给到积分元件123，积分元件可通常实现为PI控制器。积分元件123在时间内对误差信号121积分，并输出表示燃料的评估的沃泊指数的质量比热输入(尤其是沃泊指数)WIengcal，其中，该评估使用发动机模型101，发动机模型在下面更详细地描述。经由控制线125，导出的质量比热输入WIengcal被供给到燃料阀103，基于此，燃料阀103调节燃料105的流率，以最小化或消除误差信号121。

根据本发明的替代实施例，除了使用发动机模型101评估沃泊指数WIengcal，测量的热值LCVmea用于计算测量的沃泊指数WIcalorimeter，测量的沃泊指数经由控制线127提供，并有时被供给到燃料阀103，以修正评估的沃泊指数WIengcal。下面参考图5描述测量的沃泊指数WIcalorimeter的计算。

另外，测量的沃泊指数WIcalorimeter用于导出修正因子HIcaltrim，修正因子被供给到运算元件113，以调节评估的热输入HIengmodel而导出被调节的评估的热输入HIexpected，如下面参考图6所述。

图2示意性示出发动机模型211，根据该发动机模型211，图1所示发动机模型111可根据本发明的实施例实施。

表示空气在压缩器出口处的压力的出气压力PT8由乘法/除法运算元件229接收。另外，乘法/除法运算元件229接收作为除数的进气压力PT7，其表示压缩器入口处的压力。乘法/除法元件229输出压力比PRC87(PT8/PT7)，其被供给到热输入计算元件231，热输入计算元件还可称为HI计算元件。在HI计算元件231内，计算出第一热输入HInoBLEED，并还计算出第二热输入HI10％BLEED。因此，根据如下公开计算出第一热输入和第二热输入：

热输入计算：

对于零和10％排气，作为压力比、PRC87的函数计算ISO校正的热输入：

HInoBLEED＝a2*PRC87^2+a1*PRC87+a0

HI10％BLEED＝b2*PRC87^2+b1*PRC87+b0

在此的等式对于特定燃气轮机是具体的。其它发动机可使用由已知方法确定的不同系数和/或不同排出部分。

这些特定公式已基于在至少一个燃气轮机上执行的多个测量值导出，这将在下面参考图3更详细描述。第一热输入HInoBLEED和第二热输入HI10％BLEED被供给到排出效果计算块233，排出效果计算块还接收空气排出信号THBOV，空气排出信号表示未供给到燃烧器的空气量。在燃烧器直接上游，空气排出可从对燃烧器的供给中得到，并从相同压力室得到，出气压力从压力室导出或测量。

排出效果计算块233考虑如果一些压缩空气实际未被供给到燃烧器。因此，排气的百分比根据下列公开计算出：

基于简化的阀特性从THBOV中计算(发动机进气质量流)％排气、排气％：

如果THBOV<＝10，则排气％＝0

如果THBOV>10，则排气％＝(THBOV-10)/0.7

这些等式对于特定燃气轮机是具体的。其它发动机可使用不同系数或形式。

而且，在评估排气百分比之后，排出效果计算块233使用第一函数或第二函数(取决于压力比PRC87是否大于阈值)从第一热输入和第二热输入中计算校正的热输入HIiso。该阀值可根据应用和燃气轮机来选择，并可以是例如6。因此，该计算根据下列公式执行：

通过线性积分计算ISO校正的热输入

如果PRC87>6，HIiso＝HIISOnoBleed+排气％/10*(HIISO10％bleed-HIISOnoBleed)

如果PRC87>6，HIiso＝HIISOnoBleed

在此的等式对于特定燃气轮机是具体的。其它发动机可使用不同等式或不同系数。

排出效果计算块233由此输出校正的热输入HIiso，并将其供给到环境校正元件235，环境校正元件还接收进气温度Tinlet及已被供给到运算元件229的进气压力PT7。评估的热输入HIengmodel由此通过环境校正块235根据下列公式计算出：

使用发动机空气入口压力PT7[巴]和温度Tinlet[摄氏度]从ISO校正的热量中计算当前热输入

HIEngModel＝HIISO*PT7/1.01325*sqrt((Tinlet+273.15)/288.15)

使用图2所示发动机模型201导出的评估的热输入HIengmodel可像评估的热输入HIengmodel那样例如用在装置100内。

图3示出导出两个数学式来从压力比PRC87中计算第一热输入和第二热输入的图表，压力比可根据本发明实施例使用。

在横坐标301上表示出压力比PRC87，即PT8/PT7，在纵坐标303上，表示出代表燃料的热输入的单位为百万瓦(MW)的热输入燃料流。小菱形305表示压力比的测量点与在由该控制方法控制的类型的燃气轮机处执行的热输入燃料流之间的关系，其中，在燃烧器上游没有排出空气。施加最小二乘法拟合，由参考标号307表示的二次多项式拟合至测量数据305。压力比PRC87中的二次多项式用于计算取决于压力比PRC87的第一热输入。

小方块308表示在燃气轮机上执行的测量点，表示压力比PRC87与热输入燃料流之间的关系，空气的10％在燃料器上游排出。使用最小二乘法过程使二次多项式311拟合至测量点309，并用于在图2所示HI计算元件231内导出第二热输入。

图4示出对于根据本发明实施例使用的特定阀具体说明的排出阀特性405的示例性图表，以评估在燃烧器上游排出的空气的百分比。在横坐标401上，表示出空气阀角，而在纵坐标403上，表示出百分比流。曲线405表示百分比流对空气阀角的依赖性。如从图4中可看出，对于0和10之间的空气阀角，百分比流为0，在10和17之间的空气阀角范围中，百分比流从0于10的百分比流线性增加。因此，使用空气阀角，可根据本发明的实施例评估排出空气的百分比，如在图2的排出效果计算元件233中所使用的。其它阀可具有不同特性。

图5示意性示出热量计沃泊指数计算过程500，其可用于导出在图1所示装置中使用的测量的沃泊指数WIcalorimeter作为经由线127的输入量。热量计沃泊指数计算方案500示出热量计，其接收供给到燃气轮机101的燃料105的样品501。可从燃烧器上游几米(例如1m和10m之间)远处的供给管或供给管系统中获得输送到燃气轮机101的相同种类燃料的样品。燃料105的样品501在热量计503内的受控条件下燃料(比如标准条件)，产生的热量在热量计503内测量。另外，热量计503可具有导出燃料的样品501的比重SG的能力。从产生的热量中，由于燃料的样品501的受控燃烧，热量计503导出热值，尤其是燃料的低热值。由此测量的低热值LCVmea以及比重SGmea被供给到WI计算元件505，WI计算元件根据下列公式从低热值LCVmea和比重SGmea中计算出测量的沃泊指数WIcalorimeter：

计算： ${\mathrm{WI}}_{calorimeter}=\frac{LCV}{\sqrt{SG}}$

相同信息可由位于与热量计类似位置的气相色谱仪提供，但是气相色谱仪测量气体样品的成分，并使得能够所述样品的计算LCV和SG。

然后，测量的沃泊指数可被供给到根据本发明实施例控制对燃气轮机101供给燃料的装置100。

图6示出确定修正因子HIcaltrim的方案600，修正因子可由图1所示装置100使用，作为运算元件113的输入，以从评估的热输入HIengmodel计算被调节的评估的热输入HIexpected。

根据方案600，接收测量的沃泊指数(比如使用图5所示方案500导出的)WIcalorimeter，然后，通过加法元件601以由方案500中的器材限定的间隔分析每个样品。另外，加法元件601接收评估的沃泊指数WIengcal，评估的沃泊指数例如由图1所示装置100的积分元件123输出。量WIcaltrim设定为WIcalorimeter和WIengcal的最后值之差。加法元件601还接收量WIcaltrim的先前值，以导出量WIcaltrim的新值。量WIcaltrim被供给到热输入修正计算块603，热输入修正计算块根据下列公式导出热输入修正因子HIcaltrim：

HI修正计算： $HICalTrim=1-\frac{{\mathrm{WI}}_{CalTrim}}{{\mathrm{WI}}_{Calorimeter}}$

下面详细描述控制方法的实施例：

从发动机热力特性，使用作为发动机压力比和排出流的函数的热输入的简单模型，可评估由燃料供给的热输入。比较该值与当前控制系统期望热输入可表明影响WI的燃料成分中的差别。然后，该差别可用于评估WI的新值。当与燃料热量计并行使用时，该评估还可被修正成维持精度，使得WI的变化可被快速识别，但是基于热量计，绝对值保持不变。

该方法可包括下列输入(并非均是强制性的)：

·期望的燃料热输入：FFDEM，其是发动机管理器的燃料模块需要的燃料热输入(通常为kW)，以供给到发动机。

·操作温度：例如来自控制系统的Tfire(相当于燃烧器出口温度的位于涡轮部分入口处的涡轮入口温度)。这可以是相当于燃烧器出口温度或涡轮入口温度(‘TIT’或‘TET’)的控制系统温度值。

·压缩器操作参数：

来自控制系统的入口压力(PT7，单位为巴)

来自控制系统的出口压力(PT8，单位为巴)

来自控制系统的入口温度(Tinlet，单位为摄氏度)

来自控制系统的出口温度(TCD，单位为摄氏度)。

·排出阀角(可以是例如从2个阀获得的平均值)：来自控制系统。用于在燃烧之前提取空气的排放物控制，以维持燃烧器出口温度(THBOV)。

·LCV和SG：来自气相色谱仪或热量计——几分钟的更新时间。

下列定义/术语可应用于：

·WIcalorimeter：从热量计或气相色谱仪测量值中导出的沃泊指数值。

·WIEngCal：通过‘发动机热量计’从发动机性能中评估的沃泊指数值。

·HIEngModel：使发动机在操作条件下运行所需的燃料供给热输入的期望值，从发动机特性模型中直接评估出。

·HIExpected：使发动机在该操作条件下运行所需的燃料供给热输入的期望值，从发动机特性模型中评估出，但是被调节用于发动机退化或者使用来自热量计或气相色谱仪的燃料属性测量值调准。

·HICalTrim：修正因子，从热量计测量值或退化模型中导出，以施加到HIEngModel的值。

热量计或气相色谱仪可在每个更新时间输出LCV和SG。这些可以组合为WI值(见图5)。执行故障检测在于，来自热量计的输出值应当被监控，以保证它们的值位于基于现场燃料规格的期望范围内。

发动机热量计计算可如下执行：

在发动机启动之前，来自热量计的当前值可被提供到燃料阀模块，并用于初始化‘发动机热量计’内的积分器123。在该阶段，发动机模型不用于评估WI。在启动发动机并达到最小负荷时，发动机模型操作，具有HICalTrim＝1的初始值，并可提供对热输入的评估。这些可与管理器FFDEM进行比较，以产生误差121，然后，通过改变评估的WI(WIEngCal)积分误差121。该值可被提供给燃料模块103，而不是直接热量计值，从而使来自管理器117的FFDEM值变化，以维持恒定的发动机操作，从而消除误差项。

在启动发动机时，如果燃料供给已改变，但是到发动机的供给管充满先前成分，则在启动中途可以突然改变成分，潜在地超过极限，并导致启动故障。如果给热量计提供更新值，则该情形可在重新启动时被自动纠正。其还可通过在启动之前给供给线开孔来避免。如果热量计在启动开始时不可用，则可使用WIEngCal的最后值。

发动机热量计计算仅可在满足下面的‘稳态’标准时实施：

发动机稳态标准：

在当前时间之前，记录温度控制参数例如Tfire(涡轮入口温度)在滚动5分钟内的最大和最小值。

Tfiremax－Tfiremin<Tss稳定，其中，Tss是初始设定为20℃的参数。

参考图6，热量计修正计算可如下执行：

该程序可在从热量计接收到更新时运行，假设：

1/WIEngCal已稳定至少一个热量计更新间隔(+/-2％(系统中的可调节参数))，且WICalorimeter＝先前值+/-2％。

2/已完成对先前更新的应用。

3/热量计LCV和SG监控符合现场定义极限内的值。

HICalTrim的变化的80％(可调节参数)可以在30秒(可调节参数)内缓慢地施加。这可导致该方法不会使用两个连续热量计值，除非该变化位于稳定带内。

可应用下列设想：

1/新的和清洁的发动机特性的形状对于所有发动机状况是有效的。

2/发动机在大致稳态下(热)操作。

应注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，“一个”及其变体不排除多个。另外，与不同实施例相关描述的元件可以组合起来。还应注意，权利要求中的参考标号不应被理解为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.控制给燃气轮机的燃烧器(101)供给燃料(105)的方法，所述燃气轮机包括位于所述燃烧器上游的压缩器，所述方法包括：

给所述燃烧器(101)供给燃料(105)；

获得用于在所述燃烧器(101)中燃烧燃料(105)的空气的至少一个物理属性(PT8、PT7、Tinlet、THBOV)的属性值；

基于所述属性值评估供给到所述燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodel)；

在所述燃烧器(101)的上游测量所述燃料(105)的热值(LCVmea)；

基于测量的热值(LCVmea)调节评估的热输入(HIengmodel)以获得被调节的评估的热输入(HIexpected)；以及

基于所述被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制燃料阀(103)，所述燃料阀调整给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给，

其中，评估热输入的更新间隔比测量热值的更新间隔更短。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

比较所述被调节的评估的热输入(HIexpected)与期望热输入(FFDEM)，以导出误差信号(121)；以及

基于所述误差信号(121)控制所述燃料阀(103)，所述燃料阀调整给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，

调节所述评估的热输入包括计算修正因子(HIcaltrim)，所述修正因子从评估的沃泊指数(WIengcal)和测量的沃泊指数(WIcalorimeter)中计算出，所述评估的沃泊指数(WIengcal)通过对所述误差信号(121)积分而导出，所述测量的沃泊指数(WIcalorimeter)从所述燃料(105)的测量的热值(LCVmea)和比重(SGmea)中计算出，

其中，通过用所述修正因子除所述评估的热输入来获得所述被调节的评估的热输入(HIexpected)。

4.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，评估所述热输入的更新间隔的长度位于测量所述热值的更新间隔的长度的1/5和1/100之间。

5.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，如果满足下列标准，则 进行调节所述评估的热输入或沃泊指数：

所述评估的热输入(HIengmodel)或沃泊指数(WIengcal)在测量所述热值的至少一个更新间隔的+/-5％内，尤其在+/-2％内是稳定的；以及

测量的热值(LCVmea)位于预定极限范围内。

6.如上述权利要求任一项所述的方法，

其中，所述标准还包括：

与先前更新间隔的测量的热值相比，所述测量的热值(LCVmea)在+/-5％内，尤其在+/-2％内是稳定的。

7.如上述权利要求任一项所述的方法，

其中，空气的至少一个物理属性包括：

位于压缩器入口的进气压力(PT7)；

位于压缩器入口的进气温度(Tinlet)；以及

位于压缩器出口的出气压力(PT8)。

8.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，评估所述热输入包括：

在所述出气压力(PT8)和所述进气压力(PT7)之间的形成压力比(PRC87)；以及

基于所述压力比(PRC87)评估所述热输入(HIengmodel)。

9.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，基于所述压力比(PRC87)评估所述热输入包括使用基于在至少一个燃气轮机上执行的多个测量(305，309)的至少一个曲线拟合(307，309)，所述曲线拟合使测量的压力比与测量的热输入相关联，

其中，所述曲线拟合尤其由具有正一次系数和正二次系数的二次多项式描述，所述曲线拟合的表示尤其存储在电子存储器中。

10.如上述权利要求任一项所述的方法，其中，所述至少一个曲线拟合包括：

在所述燃烧器(101)上游没有排出空气的情况下基于测量数据(305)获得的第一曲线拟合(307)；

在所述燃料器(101)上游排出空气的一部分，尤其是5％和20％之间的情况下基于测量数据(311)获得的第二曲线拟合(309)，

其中，基于所述第一曲线拟合(307)导出第一热输入(HIisonobleed)，

其中，基于所述第二曲线拟合(309)导出第二热输入(HIiso10％bleed)，

其中，基于所述第一热输入和所述第二热输入导出评估的热输入(HIengmodel)。

11.如上述权利要求任一项所述的方法，还包括：

如果所述压力比(PRC87)超过一阈值，则使用包括所述第一热输入(HIisonobleed)和所述第二热输入(HIiso10％bleed)的第一函数导出校正的热输入(HIiso)，所述阈值尤其介于4和8之间；

如果所述压力比(PRC87)没有超过所述阈值，则使用包括至少所述第一热输入(HIisonobleed)的第二函数导出校正的热输入(HIiso)，

其中，评估所述热输入还基于所述校正的热输入(HIiso)。

12.如上述权利要求任一项所述的方法，还包括基于排出阀设定(THBOV)，尤其使用排出阀特性(405)评估在所述燃烧器上游排出的空气的一部分(排气％)，

其中，所述第一函数包括排出空气的评估部分。

13.如权利要求11或12所述的方法，还包括：

从所述校正的热输入(HIiso)、所述进气压力(PT7)和所述进气温度(Tinlet)中计算所述评估的热输入(HIengmodel)。

14.如上述权利要求任一项所述的方法，还包括：

关于所述燃料的流率设定所述阀，使得所述误差信号为零；

然后，所述方法包括：

给所述燃烧器供给另一燃料，所述另一燃料与所述燃料不同；

获得用于在所述燃烧器中燃烧另一燃料的空气的至少一个物理属性的另一属性值；

基于所述另一属性值评估供给到所述燃烧器的所述另一燃料的另一热输入(HIengmodel)；

在所述燃烧器上游测量所述另一燃料的另一热值或沃泊指数；

基于另一测量的热值或沃泊指数调节另一评估的热输入；以及

基于另一被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制用于调整对所述燃烧器供给另一燃料的阀，使得所述阀被设定所述另一燃料的另一流率，所述另一燃料的另一流率与先前施加的燃料的流率不同。

15.控制给燃气轮机的燃烧器(101)供给燃料(105)的装置，所述燃气轮 机包括位于所述燃烧器上游的压缩器，所述装置包括：

燃料阀(103)，适于给所述燃烧器(101)供给所述燃料(105)；

处理器(107)，适于

获得用于在所述燃烧器(101)中燃烧所述燃料(105)的空气的至少一个物理属性(PT8，PT7，Tinlet，THBOV)的属性值；

基于所述属性值评估供给到所述燃烧器(101)的燃料(105)的热输入(HIengmodel)；

在所述燃烧器上游接收所述燃料(105)的测量的热值(LCVmea)；

基于测量的热值或沃泊指数调节评估的热输入(HIengmodel)；以及

基于被调节的评估的热输入(HIexpected)和期望热输入(FFDEM)控制所述燃料阀，所述燃料阀调整给所述燃烧器(101)的燃料(105)供给，

其中，评估所述热输入的更新间隔比测量所述热值的更新间隔更短。