CN105745497A - 具有可预测排放监测能力的智能控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器系统(100)。燃烧器系统(100)包括燃烧室(101)，先导燃料(102)和主燃料(103)可被注入燃烧室内并在其内可燃，其中由燃烧的先导燃料(102)和燃烧的主燃料(103)产生的排气(104)可从燃烧室(101)排出。控制单元(112)被联接至燃料控制单元(105)用于调节先导燃料(102)比率。控制单元(112)适于在温度信号、燃料信号、质量流动信号和燃料分流比率的基础上确定排气(104)的预测污染物浓度。

Description

具有可预测排放监测能力的智能控制方法
技术领域
本发明涉及燃烧系统并且涉及用于预测用于燃气涡轮发动机的燃烧系统的污染物浓度的方法。
背景技术
在燃气涡轮发动机中一个目标是识别被注入燃烧室内的先导燃料与主燃料之间的最佳燃料分流比率，使得可以获得最好的燃气涡轮发动机操作。特别是，燃烧室中的高金属温度和高动态要避免，而以最低的诸如NOx等的污染物产生增加发动机可靠性是期望的。例如，低NOx混合物排放可以基于贫主燃料的使用和已知燃烧系统的巨大的经验来获得。
然而，出于监管的目的存在有预测污染物排放的能力的需求。今天，使用了可预测排放监测系统，其基于操作参数和该领域中所使用的特定燃气涡轮发动机签名来预测污染物排放。特别地，NOx和CO排放可以基于发动机点火温度的映射来预测并接着通过操作约束进行校正。发动机点火温度控制方法隐含地考虑发动机操作参数并接着确定相应的NOx和CO值。对于操作约束的校正通过偏移量来完成，其中偏移量例如在实验室测试中预先确定出。
WO2007/082608公开了一种燃烧设备，其包括将多个燃料供给线路中的燃料供给至一个或多个燃烧器的传入燃料供给线路。燃烧器包括燃烧容积。温度传感器位于设备中以便产生有关设备的要防止过热的组成部件的温度信息。设备还包括控制装置，其检测温度传感器输出，并且取决于该输出而使至燃烧器中的一个或多个的燃料供给以如下方式变化：维持组成部件的温度低于最大值，同时保持传入燃料供给线路上的燃料基本恒定。控制单元还努力调节设备的操作条件使得压力振荡被保持低于最大值。
EP2442031Al公开了一种燃烧装置控制单元和燃烧装置、例如燃气涡轮机，其在至少一个操作参数的基础上确定燃烧装置是否处于预定操作阶段。响应于此产生控制信号，控制信号被配置为设定至少两个不同输入燃料流动与假使燃烧装置处于预定操作阶段时的针对预定时间的预定值的比率。
WO2011/042037Al公开了一种燃烧设备，其具有被布置成使至一个或多个燃烧器的燃料供给基于温度信息并基于压力信息和进一步的信息而变化的控制装置。进一步的信息指示了对于由时间信息所限定的时间跨度的针对信号的随时间推移的进展，诸如以维持待保护的期望部件的温度低于预定最大温度限值和诸如以保持燃烧容积内的压力变化低于预定最大压力变化限值，同时保持给设备的燃料供给线路中的总体燃料供给基本恒定。
然而，在已知的可预测排放监测系统中未考虑先导燃料分流波动、在燃料系统上的漂移或者在可变燃料组成上的改变。
发明内容
本发明的目的可以是提供更可靠的可预测排放监测系统。
该目的通过根据独立权利要求的用于燃气涡轮发动机的燃烧系统和用于预测用于燃气涡轮发动机的燃烧系统的污染物浓度的方法来解决。
根据本发明的第一方面，呈现出一种用于燃气涡轮发动机的燃烧系统。燃烧系统包括燃烧室、燃料控制单元、温度传感器、燃料确定单元、质量流动传感器和控制单元。先导燃料和主燃料可被注入燃烧室并且在其内可燃，其中由燃烧的先导燃料和燃烧的主燃料产生的排气可从燃烧室排出。
燃料控制单元在可调先导燃料/主燃料比率的考虑下将燃料分在先导燃料和主燃料中。温度传感器产生指示出在燃烧室内侧或燃烧室的进一步下游的部位(例如，最热部位)的排气的温度的温度信号。燃料确定单元(例如，气相色谱仪或量热计)确定指示出燃料的组成(例如，质量和构成成分量)的燃料信号。质量流动传感器产生指示出进入燃烧室的空气质量流动的质量流动信号。
控制单元被联接至燃料控制单元用于调节先导燃料/主燃料比率、联接至温度传感器用于接收温度信号、联接至燃料确定单元用于接收燃料的确定出的燃料信号并且联接至质量流动传感器用于接收确定出的质量流动信号。
控制单元被配置为在温度信号、燃料信号、质量流动信号和先导燃料/主燃料分流比率的基础上确定预测的排气的污染物(例如，NOx、Sox、UHC和/或CO)浓度。
根据本发明的进一步的方面，呈现出一种用于预测用于燃气涡轮发动机的燃烧系统的污染物浓度的方法。通过燃料控制单元在可调先导燃料比率的考虑下将燃料分在先导燃料和主燃料中，其中先导燃料和主燃料可被注入燃烧系统的燃烧室内侧并在其内可燃。排气由燃烧的先导燃料和燃烧的主燃料产生并且可从燃烧室排出。
由温度传感器产生指示出在燃烧室内侧或燃烧室的进一步下游的部位(例如，最热部位)排气的温度的温度信号。质量流动传感器产生指示出进入燃烧室的空气质量流动的质量流动信号。由燃料确定单元确定燃料的组成的燃料信号。
通过控制单元在温度信号、燃料信号、质量流动信号和燃料分流比率的基础上确定排气的预测的污染物浓度。
燃气涡轮发动机包括被联接至下游涡轮机的上游转动的压气机和其间的具有至少一个燃烧室的燃烧系统。轴将上游转动的压气机与下游涡轮机联接。在一些实施例中，提供双轴设计，其中例如通过齿轮联接的两个轴被布置在燃气涡轮发动机内。
除非另有说明，术语上游和下游是指经过燃气涡轮发动机的空气流动和/或工作气体流动的流动方向。术语向前和向后是指经过发动机的气体的大体流动方向。术语轴向、径向和周向是参照燃气涡轮发动机的轴的转动轴线做出的。
燃烧室包括预燃烧室和主燃烧室。燃料被以预定的先导燃料/主燃料比率分流成先导燃料质量流动和主燃料质量流动。先导燃料在预燃烧室内侧的先导燃烧器处被注入。主燃料与空气一起被注入通过预燃烧室内侧的旋流器。先导燃料一般是较富的燃料，用于维持和控制燃烧室内侧的稳定的火焰。主燃料一般比先导燃料贫，以便确保最佳燃烧特性、即具有低的诸如NOx等的排放。
燃料控制单元、例如可控阀依赖于预定的先导燃料/主燃料比率将(供给)燃料流动分流成主燃料(质量流动)和(先导燃料(质量流动)。
依赖于燃料/主燃料比率(除了诸如例如火焰温度或燃料质量等的其他影响以外)，各燃气涡轮发动机产生特定污染物(例如，NOx和/或CO)并因此产生特定量的污染物。此外，依赖于燃料/主燃料比率，火焰特性、即金属温度和火焰的稳定性是可调的。
温度传感器测量在燃烧室内侧的热产物、即排气的温度。温度传感器例如被布置靠近或处于燃烧室内侧的最热部位，或者位于燃烧室的进一步的下游。依赖于火焰的、即排气的温度，(除了诸如例如先导燃料/主燃料比率或燃料质量等的其他影响以外)各燃气涡轮发动机产生特定污染物(例如，NOx和/或CO)。
根据进一步的示例性实施例，燃烧系统进一步包括用于产生指示出在燃烧室内侧的部位的最热区域中的材料、特别是金属的温度的进一步的温度信号的进一步的温度传感器。控制单元被配置为在另外的进一步的温度信号的基础上确定排气的预测的污染物浓度。
金属温度传感器例如被布置靠近或处于燃烧室内侧的最热部位、例如在燃烧室的先导燃烧器表面。
燃料确定单元确定所使用的燃料的组成(即，燃料的相关成分)并进一步地确定燃料的各相关成分的量。例如，燃料确定单元可以测量作为燃料的相关成分的甲烷、乙烷或其他烷烃和/或氮的量。
依赖于燃料的组成(除了诸如例如先导燃料/主燃料比率或温度等的其他影响以外)，各燃气涡轮发动机产生特定污染物(例如，NOx和/或CO)。具体地，来自世界不同地区的家用(天然)气体在其组成上显著地不同。例如，在美国收集的家用气体的组成(甲烷或氮百分比)显著地不同于在英国、荷兰或德国收集的家用气体的组成。
燃料可以是气态燃料或液态燃料。气态燃料可以通过燃料确定单元在燃气涡轮发动机的操作期间连续地测量。例如，燃料确定单元包括气相色谱仪，其可以被联接至燃料供给线路以便连续地测量所使用的气态燃料的组成。
此外，如果液态燃料被用于操作燃气涡轮发动机，则燃料样本在离开燃料箱的时间点取得并且进行分析。例如，每当燃料箱被用新的燃料传输重新填充时，可以通过燃料确定单元取得并分析各个燃料样本。例如，燃料样本的组成的信息被作为燃料信号发送至控制单元。
燃料确定单元可以测量例如所谓的沃泊指数。沃泊指数(WI)是诸如天然气、液化石油气和城市煤气等的燃料气体的互换性的指标，并且经常被限定在气体供给和运输共用事业的规范中。沃泊指数被用于将器具(燃烧器)中的不同组成燃料气体的燃烧能量输出进行比较。如果两个燃料具有同样的沃泊指数，那么对于给定的压力和阀设定，能量输出也将是同样的。
燃料确定单元可以包括用于测量沃泊指数的量热计。量热计对燃烧后的排气中的氧含量进行分析并且将氧含量与被注入燃烧室内的氧含量(例如，在燃料燃烧之前被注入燃烧室内的所供给的空气中的)进行比较。
质量流动传感器被联接至空气给送线路。被注入燃烧室内的空气经由空气给送线路被供给至燃烧室。被注入燃烧室内的所供给的空气质量流动可以例如通过被安装在燃气涡轮发动机的压气机级内的可变导叶(VGV)来控制。此外，所供给的空气质量流动可以通过在空气进入燃烧室之前泄放空气(所谓的P2-泄放)来控制。
依赖于空气质量流动(除了诸如例如先导燃料/主燃料比率或温度等的其他影响以外)，各燃气涡轮发动机产生特定量的污染物(例如，NOx和/或CO)。例如，如果较高空气质量流动被注入燃烧室内，则主燃料较贫，这引起例如较低的NOx排放。与此相比，较低空气质量流动引起例如较高NOx排放。
指示出先导燃料/主燃料比率、温度、燃料组成和空气质量流动的相对于污染物浓度的影响的数据在各个燃气涡轮发动机的受控操作期间收集。例如，燃气涡轮发动机以恒定的先导燃料/主燃料比率、恒定的温度和已知的燃料组成运行并且空气质量流动以受控的方式改变，其中污染物排放上的改变是量度。因此，空气质量流动的相对于污染物排放的影响可以被确定。以相同方式，可以针对各燃气涡轮发动机确定出先导燃料/主燃料比率、温度和燃料组成的相对于污染物排放的影响。
各个数据可以被存储在被联接至控制单元的数据库中。因此，在燃气涡轮发动机的操作期间，控制单元确定例如在先导燃料/主燃料比率、温度、燃料组成和/或空气质量流动上的改变并且可以将改变的数据(即，参数的确定值)与各个数据和数据库进行比较，使得实现了诸如NOx排放等的污染物排放的确切预测。
因此，通过本发明的方案，即使在所使用的燃料的质量和量的考虑下污染物排放的确切预测也是可能的。此外，如果燃气涡轮发动机被安装在世界的例如燃料质量或空气质量流动的空气质量(例如，空气污染、湿度、空气温度)不同的不同地区中，则在没有进行耗费时间的测试操作的情况下精确的污染物排放预测也是可能的。
根据本发明的示例性实施例，控制单元被进一步配置为将预测的污染物浓度与预定阈值(例如，诸如NOx或CO等的污染物的给定浓度)进行比较。控制单元被进一步配置为：如果预测的污染物浓度超过预定阈值，则调节发动机控制参数(例如，先导燃料/主燃料比率、所供给的空气质量流动或燃气涡轮发动机的发电/负载)。
根据本发明的示例性实施例，燃烧系统进一步包括用于测量指示出在燃烧室内侧的压力变化的压力信号的压力传感器。控制单元被进一步联接至压力传感器用于接收压力信号。控制单元被配置为进一步在温度信号、燃料信号、质量流动信号、先导燃料/主燃料和压力信号的基础上确定预测的污染物浓度。压力值并且特别是压力波动可以依赖于燃烧室内侧的火焰特性。因此依赖于测量出的压力值，给出了火焰质量并因此是污染物浓度的陈述。
根据本发明的示例性实施例，燃烧系统包括被联接至控制单元的数据存储单元。数据存储单元包括指示出燃气涡轮发动机的负载与先导燃料/主燃料比率之间的关系的发动机特性数据。控制单元被配置为在预测的污染物浓度和负载的预定阈值的考虑下调节先导燃料/主燃料分流比率。
根据本发明的示例性实施例，控制单元可联接(连接)至用于测量指示出燃气涡轮发动机的负载的负载信号的负载测量单元。控制单元适于使用负载信号用于确定负载的预定阈值。换言之，测量出的负载是意味着通过修改其他发动机控制参数负载不应该受影响的预定阈值。此外，还有用于污染物浓度的上述阈值也不应该被超过。因此，通过测量负载并且通过设定测量出的负载作为阈值，涡轮发动机可以被以如下方式控制：使得负载、例如涡轮发动机输出功率被保持恒定而污染物浓度未被超过。
根据本发明的进一步方面，呈现出一种用于预测用于燃气涡轮发动机的燃烧系统的污染物浓度的程序元件，其中程序元件在当通过数据处理器(例如，通过上述控制单元的数据处理器)执行时适于执行根据本发明的上述方法。
如这里使用的，对计算机程序的提及意在等同于对包含用于控制计算机系统以协调上述方法的性能的指令的程序元件和/或计算机可读介质的提及。
计算机程序可以被以诸如例如JAVA、C++等的任何合适的编程语言实施为计算机可读指令代码，并且可以被存储在计算机可读介质(可移动盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等)上。指令代码可操作成将计算机或任何其他可编程装置编程以执行意图的功能。计算机程序可以是可从诸如万维网等的网络得到，可以从其上下载下来。
发明可以借助于计算机程序各自用软件来实现。然而，发明也可以借助于一个或多个特定电子电路各自用硬件来实现。此外，发明也可以以混合形式、即软件模块和硬件模块的组合来实现。
通过本发明，提供了基于实际发动机读数和实际燃料组成的排放污染物的准确预测，同时以低金属温度和低排放可靠操作。这可以增加具有排放污染物的提高的可预测能力的针对不同燃料组成的发动机操作窗口。此外，通过本发明，污染物排放被预测并且例如不被监测。
必须注意的是，发明的实施例是参照不同主题描述的。特别地，优选实施例是参照设备类型权利要求描述的而其他实施例是参照方法类型权利要求描述的。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中收集到：除非另有指出，除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间、特别是设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任何组合也被视为用该申请公开。
附图说明
本发明的以上限定的方面和进一步的方面将从待在下文中描述的实施例的示例变得显而易见并参照实施例的示例进行说明。将在下文中参照实施例的示例更详细地描述发明，但发明不限于这些示例。
图1示出根据本发明的示例性实施例的燃烧系统的示意图；
图2示出示出了主/先导分流与燃气涡轮发动机的负载之间的关系的图的示意图；和
图3示出根据本发明的示例性实施例的燃气涡轮发动机。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。需要注意的是，在不同的图中相似或同样的元件设置有相同的附图标记。
图1示出根据本发明的示例性实施例的用于燃气涡轮发动机10的燃烧系统100。燃烧系统100包括燃烧室101，先导燃料102和主燃料103可被注入燃烧室内并且在其内可燃。由燃烧的先导燃料102和燃烧的主燃料103产生的排气104可从燃烧室101排出。燃料控制单元105在可调先导燃料/主燃料比率的考虑下将燃料106分为先导燃料102和主燃料103。温度传感器107产生指示出在燃烧室101内侧的部位处的排气104的温度的温度信号。燃料确定单元109确定指示出燃料106的燃料组成的燃料信号。质量流动传感器110产生指示出进入燃烧室101的空气质量流动111的质量流动信号。
控制单元112被联接至燃料控制单元105，用于调节先导燃料/主燃料比率。控制单元112被进一步联接至温度传感器107，用于接收温度信号。控制单元112被进一步联接至燃料确定单元109，用于接收燃料106的确定出的燃料信号。控制单元112被进一步联接至质量流动传感器110，用于接收确定出的质量流动信号。
控制单元112被配置为在温度信号、燃料信号、质量流动信号和先导燃料/主燃料比率的基础上确定排气104的预测污染物浓度。
燃烧室101包括预燃烧室和主燃烧室。燃料被以预定的先导燃料/主燃料比率分流成先导燃料质量流动102和主燃料质量流动103。先导燃料102在预燃烧室内侧的先导燃烧器处被注入。主燃料103与空气质量流动111一起被注入通过预燃烧室内侧的旋流器。先导燃料102一般是较富的燃料，用于控制和维持燃烧室101内侧的稳定火焰。主燃料103一般比先导燃料贫，以便产生确保最佳合适的燃烧特性、即具有低的诸如NOx等的排放。
燃料控制单元105、例如可控阀依赖于预定先导燃料/主燃料比率将(供给)燃料流动分流成主燃料(质量流动)103和先导燃料(质量流动)102。
依赖于燃料/主燃料比率(除了诸如例如火焰温度或燃料质量等的其他影响以外)，各燃气涡轮发动机10产生特定污染物(例如，NOx和/或CO)并因此产生在排气104内的特定量的污染物。此外，依赖于燃料/主燃料比率，火焰特性、即火焰的温度和稳定性是可调的。
温度传感器107从燃烧室101内侧测量热产物、即排气104的温度。温度传感器107例如被布置靠近或处于燃烧室101内侧的最热部位。依赖于火焰、即排气104的温度，(除了诸如例如先导燃料/主燃料比率或燃料质量等的其他影响以外)各燃气涡轮发动机10产生特定污染(例如，NOx和/或CO)。温度传感器107也可以位于燃烧室101的进一步的下游、例如在涡轮机部18之后。
燃料确定单元109确定所使用的燃料的组成(即，燃料的相关成分)并进一步地确定燃料的各相关成分的量。例如，燃料确定单元可以测量作为燃料的相关成分的甲烷、乙烷或其他烷烃和/或氮的量。
依赖于燃料的组成(除了诸如例如先导燃料/主燃料比率或温度等的其他影响以外)，各燃气涡轮发动机10产生特定污染物(例如，NOx和/或CO)。
质量流动传感器110被联接至空气给送线路。被注入燃烧室101内的空气111经由空气给送线路被供给至燃烧室101。也可能存在压气机入口处的气流的测量，例如通过容易地将相应空气流动迁移至燃烧室101的压力差关联性。该原理可以通过包括阀特性和设定被补偿用于例如部分负载操作的泄放流动。被注入燃烧室101内的所供给的空气质量流动111可以例如通过被安装在燃气涡轮发动机10的压气机级内的可变导叶(VGV)来控制。此外，所供给的空气质量流动111可以通过在空气进入燃烧室之前泄放空气(所谓的P2-泄放)来控制。空气泄放可以是至涡轮机排气口或者至压气机入口。
依赖于空气质量流动111(除了诸如例如先导燃料/主燃料比率或温度等的其他影响以外)，各燃气涡轮发动机10产生特定量的污染物(例如，NOx和/或CO)。例如，如果较高空气质量流动111被注入燃烧室101内，则与主燃料103的混合物较贫，这引起例如较低的NOx排放。与此相比，较低空气质量流动111引起例如较高NOx排放。
指示出先导燃料/主燃料比率、温度、燃料组成和空气质量流动的相对于污染物浓度的影响的数据在各个燃气涡轮发动机10的受控操作期间收集。
各个数据可以被存储在被联接至控制单元112的数据库(例如，数据存储单元114)中。因此，在燃气涡轮发动机10的操作期间，控制单元112确定例如在先导燃料/主燃料比率、温度、燃料组成和/或空气质量流动111上的改变，并且可以将改变的数据(即，参数的确定出的值)与各个数据和数据库进行比较，使得实现了诸如NOx排放等的污染物排放的确切预测。
控制单元112被进一步配置为将预测的污染物浓度与预定阈值(例如，诸如NOx或CO等的污染物的给定浓度)进行比较。控制单元112被进一步配置为：如果预测的污染物浓度超过预定阈值，则调节发动机控制参数(例如，先导燃料/主燃料比率、所供给的空气质量流动111或燃气涡轮发动机的发电/负载)。
燃烧系统100进一步包括用于测量指示出燃烧室101内侧的压力变化的压力信号的压力传感器113。控制单元112被进一步联接至压力传感器113，用于接收压力信号。控制单元112被配置为进一步在温度信号、燃料信号、质量流动信号、先导燃料/主燃料和压力信号的基础上确定预测的污染物浓度。压力值并且特别是压力波动可以依赖于燃烧室101内侧的火焰特性。因此，依赖于测量出的压力值，给出了火焰稳定性的并因此是污染物浓度的陈述。
燃烧系统100进一步包括被联接至控制单元112的数据存储单元114。数据存储单元114包括指示出燃气涡轮发动机的负载与先导燃料/主燃料比率之间的关系的发动机特性数据。控制单元112被配置为在预测的污染物浓度和负载的预定阈值的考虑下调节先导燃料/主燃料分流比率。
控制单元可进一步联接(连接)至用于测量指示出燃气涡轮发动机10的负载的负载信号的负载测量单元108。控制单元112适于使用负载信号用于确定负载的预定阈值。换言之，测量出的负载是意味着通过修改其他发动机控制参数负载不应该受影响的预定阈值。此外，还有针对污染物浓度的上述阈值不应该被超过。因此，通过测量负载并且通过设定测量出的负载作为阈值，涡轮发动机10可以被以如下方式控制：使得负载、例如涡轮发动机输出功率被保持恒定而污染物浓度没有被超过。
图2示出示出了主/先导分流(例如，先导燃料/主燃料比率)与燃气涡轮发动机10的负载之间的关系的图。
燃烧系统100包括被联接至控制单元112的数据存储单元114。数据存储单元114包括指示出燃气涡轮发动机的负载与先导燃料/主燃料比率之间的关系发动机特性数据。控制单元112被配置为在预测的污染物浓度和负载的预定阈值的考虑下调节先导燃料/主燃料分流比率。
例如，高金属温度的边界(通过例如可以被安装在燃烧室101的先导燃烧器表面处的温度传感器115测得)发生在图2中的图的区域A中，并且高燃烧压力波动发生在图2中的图的区域B中。因此，目标是以如下方式控制和调节主/先导分流：使得，依赖于燃气涡轮发动机10的期望的负载，朝向区域A与区域B之间的区域进发。另外，通过本发明，主/先导分流被用于预测污染物排放。控制单元112可以控制燃气涡轮发动机操作使得实现低污染物排放、可接受的金属温度(区域A)与燃烧室101内侧的可接受的火焰稳定性(区域B)之间的最好的折衷。
图3示出包括如图1和图2所示的燃烧系统100的燃气涡轮发动机10。
燃气涡轮发动机10被以截面图示出。燃气涡轮发动机10在流动序列中包括入口102、压气机部14、燃烧系统100和涡轮机部18，它们一般被布置在流动序列中并且一般在纵向或转动轴线20的方向上。燃气涡轮发动机10进一步包括可围绕转动轴线20转动并且穿过燃气涡轮发动机10纵向延伸的轴22。轴22将涡轮机部18驱动地连接至压气机部12。
在燃气涡轮发动机10的操作中，通过空气入口12被吸入的空气质量流动111由压气机部12压缩并且被传输至燃烧系统100并因此到燃烧室101内侧。燃烧系统100包括由双壁罐27限定的一个或多个燃烧室101和被固定至各燃烧室101的至少一个燃烧器30。燃烧室101和燃烧器30位于燃烧系统100内侧。通过了压气机12的压缩空气进入扩散器32并且被从扩散器32排到燃烧系统100内，从那里空气的一部分进入燃烧室101并且与气态或液态燃料混合。空气/燃料混合物接着被燃烧并且来自燃烧的排气104或工作气体经由过渡管道35被以通道输送至涡轮机部18。
涡轮机部18包括被附接至轴22的多个携带叶片的盘36。在本示例中，两个盘36各携带涡轮机叶片38的环形阵列。然而，携带叶片的盘的数量也可以不同，即，仅一个盘或超过两个的盘。另外，被固定至燃气涡轮发动机10的定子42的导叶40布置在涡轮机叶片38之间。在燃烧室100的出口与前涡轮机叶片38之间设置了入口导叶44。
来自燃烧室101的燃烧气体进入涡轮机部18并且驱动涡轮机叶片38，其进而使轴22转动。导叶40、44用于优化燃烧或工作气体的到涡轮机叶片38上的角度。压气机部12包括导叶级46和转子叶片级48的轴向序列。
应该注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤并且“一”或“一个”不排除多个。还有与不同实施例联合描述的元件可以被组合。还应该注意的是，权利要求中的附图标记不应该被解释为限制权利要求的范围。
附图标记列表
10燃气涡轮发动机
12入口
14压气机部
18涡轮机部
20转动轴线
30燃烧器
32扩散器
35过渡管道
36盘
38涡轮机叶片
40导叶
42定子
44导叶
46导叶级
48转子叶片级
100燃烧系统
101燃烧室
102先导燃料
103主燃料
104排气
105燃料控制单元
106燃料
107温度传感器
108负载测量单元
109沃泊指数确定单元
110质量流动传感器
111空气质量流动
112控制单元
113压力传感器
114数据存储单元
115进一步的温度传感器

Claims (9)

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器系统，所述燃烧器系统(100)包括
燃烧室(101)，先导燃料(102)和主燃料(103)可被注入所述燃烧室内并且在其内可燃，其中由燃烧的先导燃料(102)和燃烧的主燃料(103)产生的排气(104)可从所述燃烧室(101)排出，
燃料控制单元(105)，其在可调的先导燃料/主燃料比率的考虑下将燃料(106)分成所述先导燃料(102)和所述主燃料(103)，
温度传感器(107)，用于产生指示出在所述燃烧室(101)内侧或者所述燃烧室(101)的进一步下游的部位处的所述排气(104)的温度的温度信号，
燃料确定单元(109)，用于确定指示出所述燃料(106)的燃料组成的燃料信号，
质量流动传感器(110)，用于产生指示出进入所述燃烧室(101)的空气质量流动(111)的质量流动信号，和
控制单元(112)，其被联接至所述燃料控制单元(105)以用于调节所述先导燃料/主燃料比率，联接至所述温度传感器(107)以用于接收所述温度信号，联接至所述燃料确定单元(109)以用于接收所述燃料(106)的所确定出的燃料信号，并联接至所述质量流动传感器(110)以用于接收所确定出的质量流动信号，
其中所述控制单元(112)被配置为在所述温度信号、所述燃料信号、所述质量流动信号和所述先导燃料/主燃料比率的基础上确定所述排气(104)的预测的污染物浓度。
2.根据权利要求1所述的燃烧器系统，
其中所述控制单元(112)被进一步配置为将所述预测的污染物浓度与预定阈值进行比较，
其中所述控制单元(112)被进一步配置为：如果所述预测的污染物浓度超过所述预定阈值，则调节发动机控制参数。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器系统，
其中所述燃料确定单元(109)包括用于测量所述燃料(106)的所述燃料组成的气相色谱仪。
4.根据权利要求1至3中的一个所述的燃烧器系统，进一步包括
压力传感器(113)，用于测量指示出所述燃烧室(101)内侧的压力变化的压力信号，
其中所述控制单元(112)被进一步联接至所述压力传感器(113)，用于接收所述压力信号，
其中所述控制单元(112)被配置为进一步在所述温度信号、所述燃料信号、所述质量流动信号、所述先导燃料/主燃料和所述压力信号的基础上确定所述预测的污染物浓度。
5.根据权利要求1至4中的一个所述的燃烧器系统，进一步包括
进一步的温度传感器(115)，用于产生指示出在所述燃烧室(101)内侧的部位处的最热区域中的材料、特别是金属的温度的进一步的温度信号，
其中所述控制单元(112)被配置为另外在所述进一步的温度信号的基础上确定所述排气(104)的预测的污染物浓度。
6.根据权利要求1至5中的一个所述的燃烧器系统，进一步包括
数据存储单元(114)，被联接至所述控制单元(112)，
其中所述数据存储单元(114)包括指示出所述燃气涡轮发动机的负载与所述先导燃料/主燃料比率之间的关系的发动机特性数据，
其中所述控制单元(112)被配置为在所述预测的污染物浓度和所述负载的预定阈值的考虑下调节所述先导燃料/主燃料分流比率。
7.根据权利要求6所述的燃烧器系统，
其中所述控制单元(112)可联接至用于测量指示出所述燃气涡轮发动机的负载的负载信号的负载测量单元(108)，
其中所述控制单元(112)适于使用所述负载信号用于确定所述负载的预定阈值。
8.一种用于预测用于燃气涡轮发动机的燃烧系统(100)的污染物浓度的方法，所述方法包括
通过燃料控制单元(105)在可调先导燃料/主燃料比率的考虑下将燃料(106)分成先导燃料(102)和主燃料(103)，
其中所述先导燃料(102)和所述主燃料(103)可被注入所述燃烧系统(100)的燃烧室(101)内并且在其内可燃，
其中排气(104)由燃烧的先导燃料(102)和燃烧的主燃料(103)产生并且可从所述燃烧室(101)排出，
通过温度传感器(107)产生指示出在所述燃烧室(101)内侧或所述燃烧室(101)的进一步下游的部位的所述排气(104)的温度的温度信号，
通过质量流动传感器(110)产生指示出进入所述燃烧室(101)的空气质量流动(111)的质量流动信号，
通过燃料确定单元(109)确定指示出所述燃料(106)的燃料组成的燃料信号，和
通过控制单元(112)在所述温度信号、所述燃料信号、所述质量流动信号和所述先导燃料/主燃料分流比率的基础上确定所述排气(104)的预测的污染物浓度。
9.一种用于预测用于燃气涡轮发动机的燃烧系统的污染物浓度的程序元件，其中所述程序元件在当由数据处理器执行时适于执行根据权利要求8所述的方法。
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