CN106121868A - 用于操作燃烧装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明大体上涉及与燃气涡轮相关的燃烧技术的领域。更具体而言，本发明涉及用于操作燃烧装置的方法。有利地，借助于本发明，通过调节参数ω(水/油比率)来避免脉动保护性卸载(PLS)，以防自标准操作设定点的过高燃烧脉动水平。这意味着在高频脉动水平超过预定界限值的情况下启用动态脉动控制逻辑(P.C.L.)，且控制单元优选地以逐步的方式调节ω，直到达到可接受且最佳的脉动水平，或执行ω的最大降低。

Description

用于操作燃烧装置的方法和设备

技术领域

本发明大体上涉及与燃气涡轮相关的燃烧技术的领域。更具体而言，本发明涉及用于操作燃烧装置的方法。

背景技术

如众所公知的，用于实现高效燃烧过程的必不可少的必要条件为避免燃烧不稳定性。

专利公开US 2012/0317986公开了用于操作具有预混合喷燃器的燃烧装置的方法，该预混合喷燃器装备有燃料分级且连接至燃烧室。该方法包括持续地确定在燃烧室中发生的燃烧引起的脉动的脉动水平，且如果脉动水平超过预定界限(predeterminedthreshold)则改变燃料分级以用于降低脉动水平。此外，如果脉动水平不超过界限以预定时间间隔，则将燃料分级重新设置为与相应操作点对应的未受干扰值，以获得改善的排放性能。

总言之，在US 2012/0317986中，脉动控制逻辑用于修改喷燃器内的燃料气体分配以防过高的脉动。

然而，在燃烧过程中监测NO和NO₂(总地称作NO_x)的总浓度也是重要的，其不可超过由法律或当地要求设定的预定值。

在燃料油操作方面，水注射技术用于减少NO_x排放，由此将水引入燃烧室中，或者备选地，在将水注入到燃烧室中之前利用燃料油使水乳化。引入的水和燃料的量之间的比率一般称作参数ω。

参考图1中描绘的框图，示出与操作期间的ω控制的技术状态有关的逻辑。目前，在对于冷的周围温度起动发动机之后，将ω保持为等于值ω₁以预限定的时间段(框100)。然后，将ω调节至正常操作设定点ω₂(框200)。然而，这种控制逻辑仅保持单个操作点，这不确保关于NO_x排放和脉动的最佳燃烧性能。

实际上，以此方式，在整个暖机阶段期间，NO_x排放高，且可高于由法律或当地要求限定的极限。而且，在进一步暖机之后，脉动可保持较高且触发保护事件。

大体而言，已证实难以利用这种布置来调节发动机以用于不同的周围条件。

发明内容

本发明的目标是通过提供基本上根据独立权利要求1限定的用于操作燃烧装置的方法来解决前述技术问题。

本发明的另一目标是提供基本上在独立权利要求5中限定的用于操作燃烧装置的设备。

根据本发明的方面，该目标通过用于操作燃烧装置的方法来达到，该燃烧装置包括燃烧室、水注入系统，该水注入系统构造成在该燃烧室中将水混合至燃料且调节定义为水与燃料之间比率的参数ω，该参数ω具有正常操作设定点值ω_nom和最小值ω_min；且其中，该燃烧装置还包括控制器，该控制器用于检测高于预限定界限的火焰生成的脉动；其中，该方法包括以下步骤：检测火焰生成的脉动事件、计算当前参数ω且：

- 如果当前ω大于ω_min，则降低参数ω且随后将其提高至ω_nom；

- 如果当前ω等于ω_min，则将参数ω提高至ω_nom。

根据本发明的优选方面，基于高于预限定界限的检测到的火焰生成的脉动的测得水平来调节该参数ω。

根据本发明的优选方面，该参数ω降低与高于该预限定界限的火焰生成的脉动的检测基本上同时地确立。

根据本发明的优选方面，该参数ω作为时间的线性函数而提高。

根据本发明的另一方面，提供用于操作燃烧装置的设备，该燃烧装置为燃烧室、水注入系统，该水注入系统构造成在该燃烧室中将水混合至燃料且调节定义为水与燃料之间比率的参数ω，该参数ω具有正常操作设定点值ω_nom和最小值ω_min；且其中，该燃烧装置还包括控制器，该控制器用于检测高于预限定界限的火焰生成的脉动；其中，该设备包括控制单元，该控制单元连接至所述水注入系统和所述脉动控制器，且构造成：

- 接收来自控制器的与高于预限定界限的检测到的火焰生成的脉动的水平对应的输入信号；

- 计算当前参数ω；

- 将输出信号发送至该水注入系统，其中，该输出信号对应于以下命令，该命令用于：如果当前ω大于ω_min则降低当前参数ω且随后将其提高至ω_nom，或者如果当前ω已达到ω_min则将参数ω提高至ω_nom。

根据本发明的优选方面，该控制单元构造成基于高于预限定界限的检测到的火焰生成的脉动的测得水平来调节该参数ω。

根据本发明的优选方面，该控制单元构造成与高于预限定界限的火焰生成的脉动的检测基本上同时地降低参数ω。

根据本发明的优选方面，该控制单元构造为使得作为时间的线性函数来提高该参数ω。

如将通过本发明的作为非限制性示例提出的示范实施例的描述而变得清晰的，通过与动态脉动控制逻辑有关的创新的方法和设备，改变燃料油喷头处的水/油乳液的ω，同时保证最佳脉动和NO_x极限。

有利地，通过在自标准操作设定点的过高燃烧脉动水平的情况下快速地调节参数ω(水/油比率)来避免脉动保护性卸载(PLS)。这意味着在高频脉动水平超过预定界限值的情况下启用动态脉动控制逻辑(P.C.L.)，且控制单元调节ω(优选地以逐步的形式)，直到达到可接受和最佳的脉动水平或者执行ω的最大降低。限制ω降低，以便确保NO_x排放不超过法定极限，且因为脉动可由于过低的ω而再次提高。

此外，在ω因高脉动峰值而降低的情况下(即，由于冷的发动机、低周围温度，或在早晨起动之后)，ω可再次缓慢地斜坡上升至标准操作设定点，具体而言作为时间的线性函数。在脉动水平在ω斜坡上升期间再次超过触发极限的情况下，PCL控制器可再次被触发且重复该过程。

当发动机负载上升且脉动水平超过某界限时，ω降低(优选地在一个步骤中)，这与峰值的检测基本上同时，且然后再次缓慢地提高(作为具有预限定倾斜度的时间的线性函数)，直到达到正常操作设定点。如果在ω的斜坡上升过程中，检测到另一脉动，则随后将执行ω降低。为了不触发其他脉动事件，确保ω的最大降低(其限定ω_min)。

ω降低不仅与脉动降低有关，还与NO_x增多有关。

根据本发明的优选实施例，有利地将暖机阶段考虑到新的控制逻辑中，因此将不再需要若干个ω设定。

考虑若干周围条件，发动机始终调节至最低可能的NO_x。

此外，对于给定的相关负载和周围温度，计算/确定ω_min和ω逐步降低，以此方式确保保持低于NO_x和脉动极限。

附图说明

在参考附图阅读本发明的优选实施例的仅出于例证目的给出的以下非限制性描述之后，本发明的目标、优势和其他特征将变得更显而易见，贯穿附图，类似的参考标号可用于指类似的元件，且在该附图中：

图1示出用于操作根据现有技术的燃烧装置的方法的简化框图；

图2示出用于操作根据本发明的燃烧装置的设备的简化框图；

图3示出框图，该框图描绘用于操作根据本发明的燃烧装置的方法；

图4在俯视图上绘出图表，该图表示出不同操作情景下的参数ω与脉动水平之间的相关性，且在仰视图上绘出图表，该图表示出作为根据本发明方法的作为时间的函数的参数ω的调节；

图5和6描绘图表，该图表例示不同操作情景下的ω、脉动和NO_x排放之间的相关性。

现在将参照前述附图来描述示范优选实施例。

具体实施方式

参照图2，示出用于操作根据本发明的燃烧装置的设备1的简化图。

根据本发明的设备1所相关的燃烧装置包括燃烧室11。燃烧室可包括预混合喷燃器，该预混合喷燃器装备有燃料分级。

而且，燃烧装置包括水注入系统14，该水注入系统14构造成在燃烧室11中对燃料混合/调节一定量的水，从而确定参数ω，参数ω定义为水与燃料之间的比率。将水引入燃烧室中可借助于一个或若干个入口阀15来操作。

在正常操作期间，参数ω，换言之，将对于给定燃料量而被引入燃烧室中的水的量设定至正常操作设定点ω_nom。

根据本发明的设备1包括控制单元1，该控制单元1连接至脉动控制器12和水注入系统14。

在控制器12检测到在燃烧室11中发生具有高于预限定界限的水平的火焰生成的脉动增加的事件中，与该检测到的高于界限的脉动对应地将输入信号发送至控制单元1。然后，该控制单元计算当前参数ω且与用于调节ω的命令对应地将输出信号发送至水注入系统14。

具体而言，如果当前ω高于最小值ω_min，则降低ω，且随后将其提高回至操作设定点ω_nom。

优选地，检测到脉动事件之后的ω降低量与检测到的脉动水平的大小相关。

根据优选实施例，脉动检测之后的ω降低可与高于预定界限的脉动的检测的基本上同时地确立。换言之，新的参数ω由水注入系统14在一个步骤/操作中强加。

一旦ω已降低，则其随后逐渐地提高，具体而言作为时间的线性函数，从而为斜坡形。换言之，由水注入系统执行的水的引入增加。

如果在检测到脉动事件之后，当前ω已达到ω_min，则仅以如上所述的方式提高ω。

如果在ω的斜坡上升过程中检测到又一脉动事件，则重复该过程。

现在参照图3，描绘了框图，该框图示出用于操作根据本发明的燃烧装置的方法。

具体而言，框2指示正常操作。如果检测到高于预限定界限的脉动水平，则在框3处计算/校验ω的当前值。如果ω高于ω_min，则减少引入燃烧室中的水量，如由框4所指示的(ω降低)。优选地，降低的量基于检测到的脉动的测得水平。此外，ω降低与脉动的检测基本上同时地执行，这意味着，在一个步骤/操作中获得新参数ω，如上面解释的。在ω降低之后，然后将后者提高(优选地逐步)至正常操作设定点(框5)。如果在ω的斜坡上升期间，记录另一脉动事件，则重复该过程(框6)。

参照图4顶部，其描绘关于两个操作情景的参数ω与脉动水平之间的相关性。该图表示出脉动作为ω的函数具有抛物线趋势。具体而言，相对于高周围温度(或正常操作状态)，曲线的范围对于低周围温度(或起动阶段，当燃气涡轮仍是冷的时)而言变窄。

虚线指示在正常操作设定点中使用的ω，其是作为脉动的可接受水平与NO_x排放之间的折衷而设定的。从该图表还清楚，用于正常操作设定点的ω取决于操作条件，例如周围温度和起动阶段。

转至图4底部，描绘了图表，该图表示出在检测到的脉动具有高于预限定界限的水平的事件中如何作为时间的函数来调节ω。

具体而言，该图表示出在燃烧室中发生的记录到的脉动的水平。在脉动保持低于界限(指示为图表中的“极限”)之前，则ω保持不变且等于正常操作设定点。当检测到超出极限的脉动时，通过水注入系统在一个步骤中降低ω，从而以此方式导致ω(t)函数上的竖直线。在ω已设定至新的值之后，则其缓慢地提高。这由ω(t)函数上的斜坡形线指示。该图表示出，在ω斜坡上升期间，检测到另一脉动事件，然后重复该过程。

下一图5与图4顶部类似地描绘参照低周围温度更详述地示出ω与脉动之间关系的图表。

最后，最终的图6示出ω与脉动之间和ω与NO_x排放之间的关系。

虽然已结合仅有限数量的实施例详细地说明了本发明，但应容易明白，本发明不限于此种公开的实施例。相反，本发明可被修改，以并入至今未说明但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同布置。此外，虽然已说明了本发明的各种实施例，但应理解，本发明的方面可包括所说明实施例中的仅一些。因此，本发明不被看作由前述说明限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (8)

1.一种用于操作燃烧装置的方法，所述燃烧装置包括：

- 燃烧室(11)；

- 水注入系统(14)，其构造成在所述燃烧室(11)中将水混合至燃料，且调节定义为水与燃料之间比率的参数ω，所述参数ω具有操作设定点值ω_nom和最小值ω_min；和

- 控制器(12)，其用于检测高于预限定界限的火焰生成的脉动；

所述方法的特征在于，其包括以下步骤：

- 检测火焰生成的脉动事件；

- 计算参数ω且：

- 如果ω大于ω_min，则降低参数ω且随后将其提高至ω_nom；

- 如果ω等于ω_min，则将参数ω提高至ω_nom。

2.根据前述权利要求所述的方法，其中，基于高于预限定界限的检测到的火焰生成的脉动的测得水平来调节所述参数ω。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述参数ω降低是与高于预限定界限的火焰生成的脉动的检测基本上同时地确立的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，作为时间的线性函数来提高参数ω。

5.一种用于操作燃烧装置的设备(1)，所述燃烧装置包括：

- 燃烧室(11)；

- 水注入系统(14)，其构造成在所述燃烧室(11)中将水混合至燃料，且调节定义为水与燃料之间比率的参数ω，所述参数ω具有操作设定点值ω_nom和最小值ω_min；和

- 控制器(12)，其用于检测高于预限定界限的火焰生成的脉动；

其中，所述设备(1)包括控制单元(1)，所述控制单元(1)连接至所述水注入系统(14)和所述控制器(12)，其特征在于，所述控制单元(1)构造成：

- 接收与高于预限定界限的检测到的火焰生成的脉动的水平对应的输入信号；

- 计算当前参数ω；

- 将输出信号发送至所述水注入系统(14)，其中，所述输出信号与以下命令对应，该命令用于如果ω大于ω_min则降低参数ω且随后将其提高至ω_nom，或者如果ω等于ω_min则将参数ω提高至ω_nom。

6.根据前述权利要求所述的设备(1)，其中，所述控制单元(1)构造成基于高于预限定界限的所检测到的火焰生成的脉动的测得水平来调节参数ω。

7.根据权利要求5或6所述的设备(1)，其中，所述控制单元(1)构造成与高于预限定界限的火焰生成的脉动的检测基本上同时地降低参数ω。

8.根据权利要求5-7中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元(1)构造成使得作为时间的线性函数来提高参数ω。