CN106415129B - 控制燃烧装置中的燃料分流的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定燃料分流设定值(101)的方法，燃料分流设定值可用于调整用于燃烧装置(12)的燃料分流设定，燃料分流设定限定主燃料(50)与先导燃料(51)之间的关系。本发明还指向于使用该方法操作的相应的控制方法和转动机器。方法包括如下步骤：获取与所供给的主燃料(50)的发热值相关联的第一信息项；获取与燃烧器操作条件相关联的第二信息项；获取代表燃烧装置(12)中的燃烧的稳定性的至少一个第三信息项；基于第一信息项和第二信息项从多个预定成对边界曲线(100A，100B；…)中选择用于燃料分流设定的预定成对最小和最大边界曲线(100A，100B；…)，最小和最大边界曲线(100A，100B；…)限定对于第二信息项值范围来说准许的燃料分流设定的波段；基于第三信息项在所选的一对最小和最大边界曲线(100A，100B；…)内确定燃料分流设定值(101)，其中所确定的燃料分流设定值(101)可用于调整用于燃烧装置(12)的燃料分流设定。
Description
技术领域
本发明涉及控制燃烧装置、特别地是燃气涡轮发动机中的燃料分流的方法和装置。
背景技术
燃烧装置(例如燃气涡轮发动机)的燃烧器完成提供热工作流体以机械地驱动进一步下游的部件的任务，例如以对燃气涡轮发动机的涡轮机叶片起作用以产生附接有涡轮机叶片的轴的转动运动。一个主要目标是以高效率操作这样的发动机。此外，燃烧器中或涡轮机部的初始区域中的温度必须停留在可接受的特定温度水平以下(归因于所使用的材料和涂层)。更进一步的目标是减少发动机的排放。另一目标使具有可靠且稳定的操作。这些目标中的大多数彼此冲突。
例如可以使用中等热值燃料(MCV燃料)和低热值燃料(LCV燃料)以减少NOx排放。另一方面这些燃料会造成不稳定的燃烧。选择具有特定热值的燃料可能不是选项，因为可能的目标是提供可用不同类型的燃料可靠地操作的燃烧器。
为支持稳定的燃烧并为了可靠的火焰点火和起动程序，可以在燃气涡轮发动机的燃烧器内的不同位置处给燃烧器提供燃料。也可以给这些不同位置提供单独燃料供给量。可以在第一位置处提供主燃料，其应该在稳态操作模式期间对于设计的稳定工作点来说是充分。可以在燃烧器内的第二位置或部位处提供所谓的先导燃料，其可以特别地在起动、瞬态或不稳定操作期间被喷射。
在燃烧器的操作期间，燃料分流(主、先导燃料之间的分流)可以调整，特别地经由阀来调整。这允许了遍及起动、瞬态和/或稳定的操作具有优化的配置。
燃料分流设定可以是预定的，特别地从计算中给出和从发动机测试推导出。在操作期间，燃料分流设定根据预定值来控制。
根据WO 2011/137110 A1，由自动调谐控制器控制实施的调谐处理被提供用于测量和调整燃气涡轮发动机的燃烧动力学和排放组成。调谐处理包括监测诸如燃烧动力学和排放组成等的参数。在确定所监测的参数中的一个或多个超过临界值时，将这些“失调”参数与扫描顺序表进行比较。接着将第一失调参数作为重叠的斜率绘制在各自的图上，其中图代表燃料-流动分流。当选择燃料-流动分流用于调整时，通过考虑到对各失调参数的组合影响将针对各图的斜率一起考虑。
GB 2 434 437 A和US 2007/271024 A1还示出了可以如何在操作期间选择和调整燃料分流设定的程序。
如果所供给的燃料的化学组成随着时间而改变、例如当进行不同燃料的切换时、当来自不同源的燃料被共混时或者当所供给的燃料随着时间而改变其化学组成时，变得甚至更加复杂。所有这些都可以造成燃料的发热值(heating value)的改变。作为结果，即使燃烧器假定在稳定的条件下操作，发热值的改变也可以导致部件的不稳定性或压力动力学或过热。
因此，问题是提供一种允许对于任何给定的燃料组成并通过满足排放要求而在所有所提到的操作模式中可靠地操作的控制方法。
发明内容
本发明寻求减轻这些问题和缺陷。
该目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本发明的有利发展和修改。
根据本发明，基本上遵循两个步骤途径：首先，选择燃料分流设定的预定操作波段(band)，以限定操作安排(schedule)所位于的允许的范围。该选择基于与所供给的燃料的发热值相关联的第一信息项。其次，一旦通过步骤1选择出燃料分流设定的操作范围，就在步骤2中从处于所选择的范围内的多个可能的安排中选择出待遵循的燃料分流安排。
操作波段或范围限定，相对于发动机的负载或任何燃烧器操作条件用于先导分流设定的可允许的操作点波段。于是安排是相对于发动机的负载或任何燃烧器操作条件用于先导分流设定的特定曲线(在该波段内)。
先导分流自身于是根据所选择的安排来控制或调整，特别地基于验证另一参数(例如负载或排放)。优选地，调整可以通过另一子程序来执行，另一子程序可从用于调整的一组可能的子程序中选择。
更详细地，依照本发明提议了一种用于确定燃料分流设定值的方法，燃料分流设定值可用于调整用于燃烧装置的燃料分流设定，燃料分流设定限定在初级燃料喷射点处提供的主燃料与在至少一个次级燃料喷射点处提供的先导燃料之间的关系，两者被供给至燃烧装置，用于被燃烧成燃烧后流体，特别地两者具有相同的化学组成、特别地两者是气体燃料，方法包括如下步骤：
-获取与所供给的主燃料的发热值相关联的第一信息项；
-获取与使主燃料和先导燃料燃烧时的燃烧器操作条件相关联的第二信息项，第二信息项特别地是点火温度、离开燃烧装置的燃烧后流体的离开温度、燃烧后流体的推力、和在燃烧装置的下游并且响应于燃烧后流体的流动而被驱动的转动机器的发动机负载中的至少一个，转动机器特别地是燃气涡轮发动机；
-获取至少一个第三信息项，第三信息项代表燃烧装置中的燃烧的稳定性，特别地代表燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、燃烧动力学噪声排放、燃烧装置的振动、和火焰不稳定性中的至少一个；
-基于第一信息项和第二信息项，从多个预定的成对边界曲线中选择出用于燃料分流设定的预定的成对最小和最大边界曲线，成对的最小和最大边界曲线限定对于第二信息项值范围来说准许的燃料分流设定的波段；
-基于第三信息项，在所选择的一对最小和最大边界曲线内确定燃料分流设定值，其中所确定的燃料分流设定值可用于调整用于燃烧装置的燃料分流设定。
如所提到的，燃料分流限定主燃料与先导燃料之间的关系，例如作为百分比给出。燃料分流还称为先导分流。具有基本上相同组成的两部分燃料通过燃料分流来控制。燃料分流代表被提供至不同燃料喷射点的初级燃料流动与次级燃料流动之间的关系。
以上方法可在跨越宽操作模式范围的燃烧装置的操作期间应用。它还可以适用于起动。尽管很可能可以在一些发动机中使用特定起动程序。
主燃料在用于良好分布的燃料分布的初级燃料喷射点处被提供。初级燃料喷射点的部位可以允许燃料和空气混合物在该混合物被燃烧之前良好地混合。
先导燃料如下的部位处的至少一个次级燃料喷射点处被提供，在该部位处先导燃料与主燃料相比不太良好地与空气混合。存在次级燃料喷射点以向火焰充分地供给燃料以保证稳定的燃烧。
存在燃烧装置用于将燃烧后气体流动提供至转动机器、特别地是燃气涡轮发动机。因此，燃烧装置可以特别地是燃气涡轮机燃烧器，例如环形或环筒型的。
如所述的，第一信息项与所供给的主燃料或先导燃料的发热值相关联。第一信息项可以是所供给的燃料的发热值、推导值或沃泊指数。第一信息项还可以是一对较低发热值和较高发热值。
第二信息项可以反映离开燃烧装置的燃烧后流体的离开温度。这对应于涡轮机入口温度，该涡轮机入口温度因此也可以被确定为第二信息项。
如果第二信息项是指发动机负载，很可能也可以确定在轴处的扭矩。
确定第一、第二信息项的步骤可以同时进行。
第三信息项对应于燃烧的稳定性。大量的物理效应可以用来给稳定性分等级。除了已经提到的参数，可以确定压力波动和动力学压力振荡。为了检测也可以通过光学传感器确定火焰不稳定性。
第三信息项的所有值可以连续地确定或在时间上的离散点处周期性地确定。
用于燃料分流设定的预定的一对最小和最大边界曲线限定用于操作的点的边界。可接受的操作点(准许的工作点)落在这些边界曲线之间。这可以称作波段。
成对的最小和最大边界曲线可以预设。它们可以基于沃泊指数的范围来限定。
成对的最小和最大边界曲线的选择可以响应于燃料读数被连续地更新(如上面限定的)。如果燃料读数不改变，那么最小/最大设定、即成对最小和最大边界曲线的选择，不改变。
操作点的准许区域的多个这样的波段可能潜在地至少部分彼此重叠。提议，波段不是分离的。优选地存在重叠，因为那样控制方法从一个波段转变到新的波段可以不太频繁的发生。
如果工作点落入两个波段重叠的区域中，则潜在的两个波段可以由控制方法选择。也很可能是历史数据(特别地是第一和/或第二和/或第三信息项的历史数据)可以用来决定应该由控制方法选择重叠的波段上的哪一个。
如前面所提到的，最小和最大边界曲线限定对于第二信息项值范围来说准许的燃料分流设定的波段，例如对于某一范围的发动机负载的燃料分流设定的波段。这意味着对于多个或某一范围的潜在的发动机负载限定多个或某一范围的可容许的燃料分流设定。
根据本发明的方法允许确定优选的燃料分流设定值。应该选择哪个特定燃料分流设定值的最终确定可以由另一嵌入式程序再次执行。
本发明方法特别有利的是所选择的波段不需要频繁地更新。它允许在前面选择最佳波段，这样的话可以在该波段内使详细控制优化。
在优选的实施例中，方法可以包括如下步骤：基于所确定的燃料分流设定值，设定用以控制被提供至初级燃料喷射点的主燃料给送的量和/或被提供至至少一个次级燃料喷射点的先导燃料的量的控制参数。特别地可以控制燃料阀。
在另一实施例中，从第一信息项、和第二信息项及至少一个第三信息项中选择出的至少两个可以被同步获取。特别地，第一信息项和第二信息项可以被同步获取，特别地仅在离散时间获取。
可选地，可以在第一时间间隔中获取第一信息项一次。可以在第二时间间隔中获取第二信息项和至少一个第三信息项一次。第一时间间隔可以比第二时间间隔长，特别地第一时间间隔可以比多个第二时间间隔长。这可以在预料到燃料组成不会随时间快速改变时是有利的。
在另一实施例中，可以响应于对于所供给的主燃料和/或所供给的先导燃料在组成上的改变而获取第一信息项。优选地，可以响应于仅在组成改变的情况下或在切换至不同源的情况下而获取第一信息项。这意味着可以响应于到用于所供给的主燃料和/或所供给的先导燃料的不同源的切换而获取第一信息项。
如果来自相同源的燃料组成随时间而极大地变化(漂移)，那么刚刚提到的方法可以是适用的，例如当燃料被共混时。如果改变是有意的，那么它可以是指在第一情况中在相同类型的两燃料之间的切换，即，燃料可以保持为气体或液体。
在可选方案中，这样的切换或共混也可以是对于作为气体的第一燃料和作为液体的第二燃料，或者反过来。
确定燃料分流设定值的步骤可以优选地连续地执行或响应于第二信息项的改变和/或至少一个第三信息项的改变而执行。
控制方法可以使用传感器信号来获取第一、第二和/或第三信息项。在发动机中可以存在不同类型的传感器。控制方法还可以使用经由存在的其他控制算法已经导出的信号和数据。
特别地，对于第一信息项的获取的步骤，所供给的主燃料的发热值和/或所供给的先导燃料的发热值可以经由燃料供给或燃料供给线路内的传感器信号来确定。
对于第二信息项的获取，特定传感器信号也可以从传感器导出，特别是用于确定点火温度、离开燃烧装置的燃烧后流体的离开温度、燃烧后流体的推力、转动机器(例如燃气涡轮发动机)的涡轮机部的涡轮机入口温度。转动机器的发动机负载可以经由负载指示器、通过对响应于由燃烧装置产生的燃烧而驱动的转动机器的轴的扭矩和/或轴的转速进行评价来确定。
对于获取至少一个第三信息项，可以对至少一个传感器信号进行评价，传感器信号代表燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、噪声排放、燃烧装置的振动、和火焰故障中的至少一个。
如先前所说的，用于燃料分流设定的预定的一对最小和最大边界曲线可以至少由在第二信息项值范围上提供的预定的最大燃料分流水平(上阈值)和预定的最小燃料分流水平(下阈值)来限定。所提到的范围可以很可能覆盖从起动、瞬态条件直到满负载稳定条件的可能的操作条件中的所有或一定范围。
最大燃料分流水平可以代表在先导燃料与主燃料之间的如下关系，先导燃料相对于主燃料具有最高可容忍的百分比。最小燃料分流水平可以代表在先导燃料与主燃料之间的如下关系，先导燃料相对于主燃料具有最低可容忍的百分比。当在该段落中使用术语“先导燃料”或“主燃料”时，它代表在时间上的特定点被提供至燃烧器的燃料量或燃料水平。
在稍微修改的限定中，燃料分流也可以被限定为先导燃料的量除以主燃料和先导燃料的量的总和。
可选地，最大和最小燃料分流水平可以以相反的方式限定，即，最大燃料分流水平可以可选地代表在主燃料与先导燃料之间的如下关系，主燃料相对于先导燃料具有最高可容忍的百分比。最小燃料分流水平可以于是代表在主燃料与先导燃料之间的如下关系，主燃料相对于先导燃料具有最低可容忍的百分比。
可容忍的意味着是在排气方面或在不稳定性方面是可接受的。
在一个实施例中，控制方法可以包括如下步骤：基于第一信息项和/或第二信息项和/或第三信息项，从多个预定的控制逻辑方法中选择出预定的控制逻辑方法，其中确定燃料分流设定值的步骤通过执行所选择出的控制逻辑方法来进行。
本发明还指向于一种进行先前提到的方法步骤的燃烧装置控制单元。燃烧装置控制单元特别地包括：
-第一数据获取部件，用于获取与主燃料的所供给的初级燃料的发热值相关联的第一信息项；
-第二数据获取部件，用于获取与使主燃料和先导燃料燃烧时的燃烧器操作条件相关联的第二信息项，第二信息项特别地是点火温度、离开燃烧装置的燃烧后流体的离开温度、燃烧后流体的推力和在燃烧装置的下游并且响应于燃烧后流体的流动而被驱动的转动机器(特别地是燃气涡轮发动机)的发动机负载中的至少一个；
-第三数据获取部件，用于获取至少一个第三信息项，第三信息项代表燃烧装置中的燃烧的稳定性，特别地代表燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、燃烧动力学噪声排放、燃烧装置的振动和火焰不稳定性中的至少一个；
-选择部件，用于基于第一信息项和第二信息项，从多个预定的成对边界曲线中选择出用于燃料分流设定的预定的一对最小和最大边界曲线，最小和最大边界曲线限定对于第二信息项值范围来说准许的燃料分流设定的波段；
-确定单元，用于基于第三信息项，在所选择的一对最小和最大边界曲线内确定燃料分流设定值，其中所确定的燃料分流设定值可用于调整用于燃烧装置的燃料分流设定。
燃烧装置控制单元可以优选地包括控制输出接口，用于基于所确定的燃料分流设定值来设定用以控制待供给至燃烧装置的主燃料的量和/或先导燃料的量的控制参数，特别地借助于一个或多个阀来控制。
此外，本发明还指向于一种转动机器、特别地是燃气涡轮发动机，包括：
-燃烧装置，
-如上面所限定的燃烧装置控制单元，以根据如上所限定的方法步骤来控制燃烧装置的燃料分流设定值，
-轴，和
-涡轮机部，在燃烧装置的下游，用于在操作期间响应于从燃烧装置提供至涡轮机部的燃烧后流体而驱动轴的转动。
先前对于主燃料和先导燃料说明了本发明。不过，也可以存在多个组的可独立控制的燃料喷射点。于是燃料分流将限定提供至不同组的燃料喷射点的燃料的比率。
应当注意的是，本发明的实施例是参照不同主题描述的。特别是，一些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获的是：除非另有指出，否则除了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的、特别是设备类型权利要求的特征与方法类型权利要求之间的任何组合也被视为用该申请公开。
上面所限定的方面和本发明的进一步方面从下文中将描述的实施例的示例看是显而易见的并且参照这些实施例的示例进行说明。
附图说明
现在将参照随附示意图通过仅示例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1：示出典型燃气涡轮机的纵向截面；
图2A：示出典型燃烧器的纵向截面；
图2B：示出沿着图2A中的线III-III的截面；
图3：示出图示出具有多个燃烧器的典型燃气涡轮机中的主、先导燃料供给的导出的框图；
图4：示出与图2A相似的图，其中图示出控制单元、传感器和控制线路；
图5：示出用于不同燃料的多个波段的操作范围；
图6：示出用以图示出控制回路的图。
附图中的图示是示意性的。需要注意的是，对于不同的图中类似的或同样的元件，将使用相同的参考标记。
将对于组装好的燃气涡轮机来说明特征并且尤其是优点中的一些，但是显然特征也可以应用于燃气涡轮机的单个部件，只是仅一旦组装好并且在操作期间可以示出出优点。但是当借助于在操作期间的燃气涡轮机来说明时，没有一个细节应该限于在操作中的燃气涡轮机。因为本发明与稳定的燃烧相关，所以特征也可以应用于包括燃烧器并可由不同类型的燃料供给的不同类型的机器。
具体实施方式
燃烧装置被用在许多不同的环境中，包括燃气涡轮机、熔炉和锅炉。
作为转动机器的一个示例的典型燃气涡轮机布置1的示例被示出在图1中。燃气涡轮机(燃气涡轮机布置1的简称)包括：在一个端部处的空气入口10，跟着是压气机级11，在该压气机级中进来的空气被压缩用于施加至作为燃烧装置的一个或多个燃烧器12，一个或多个燃烧器12围绕涡轮机轴线13周向分布。燃料例如经由供给14被引入燃烧器内，并且在那里与离开压气机级11的压缩空气的主要部分混合。由燃烧器12中的燃烧创建的热气体被导向至涡轮机部3内的一组涡轮机叶片15，该一组涡轮机叶片15在过程中由一组引导翼片16引导，结果，形成转子的涡轮机叶片15和轴(涡轮机叶片15被固定至轴2)围绕轴线13旋转。转动的转子进而使压气机级11的叶片转动，使得一旦燃气涡轮机处于操作中就由其自身供给压缩空气。
典型燃烧器(这里也称作燃烧装置)的一部分被示出在图2A中。(图2B是沿着图2A中示出的线III-III的截面。)燃烧器包括至少以下部分：前端部分20、旋流器部分21、点火器预燃室部分22和燃烧容积23。主燃料(在该文件中也称作初级燃料)经过导管24途径前端部分20被引入旋流器21内，而先导燃料(在该文件中也称作次级燃料)经过导管25进入点火器空间，导管25在其端部具有先导燃料喷嘴29，即次级燃料喷射点。先导燃料喷嘴可以位于中心点火器31的前端面。
主、先导燃料流动从燃料分流阀26导出，燃料分流阀26被给送有代表着到燃烧器的总燃料供给的燃料供给27。主燃料流动经过作为初级燃料喷射点的一组主燃料喷嘴(或喷射器)28进入旋流器(21)，从那里它被沿着旋流器翼片21A引导、在过程中与进来的压缩空气混合。所产生的空气和燃料混合物使点火器火焰30维持。热空气和燃料混合物从该火焰进入燃烧容积23。
图2B示出具有多个旋流器翼片21A和多个燃料喷射点的旋流器21。主燃料喷嘴28被示出在旋流器翼片21A之间的各旋流器通道中。若干其他部位是可能的。先导燃料喷嘴29(在这里只示出了单个但可以存在更多的先导燃料喷嘴)位于主燃料和空气应被充分混合所在的中心区域中。先导燃料喷嘴29然后可以提供额外量的燃料(先导燃料)，以在至少一些操作模式中使燃烧稳定。
燃气涡轮机往往会包括许多这样的燃烧器，在该情况中主、先导燃料流动分布通常如图3中所示。
所提供的燃料可以是气体燃料。在另一实施例中燃料可以是液体燃料。
根据图3，燃料供给27(共用于所有燃烧室并且共用于主、先导燃料)被提供至燃料分流阀26。燃料分流阀26由控制单元控制并且将燃料分流到用于主燃料的线路50和用于先导燃料的线路51内。主燃料然后(优选地以平均份额)被提供至存在的许多燃烧室，在该图中作为示例至燃烧室121(也指示为燃烧室“#1”)、燃烧室122(也指示为燃烧室“#2”)和燃烧室123(也指示为燃烧室“#n”，因为它应该反映n个燃烧室中任何可能的编号)。
本发明方法也可以用在初级燃料可以是一种类型的气体燃料并且次级燃料可以是第二类型的气体燃料的进一步的实施例中。对于两个不同源的液体燃料同样也是可能的。
不过，在下文中，将看提供至初级、次级燃料给送两者的气体燃料供给。
正常情况下期望维持到燃烧器(或一组燃烧器，其中具有多于一个燃烧器)的恒定总燃料供给，以便匹配施加在设备(其可以是例如燃气涡轮机上)的恒定负载。在燃气涡轮机上的负载改变的情形下，则有必要改变到燃气涡轮机的总燃料供给，否则正常情况下不改变。
现在简要地参见对应于图2A的图4，测量在该燃烧器布置中的温度和压力振荡，作为示例通过首先将温度传感器32放置在燃烧容积23内并且接着将压力传感器33放置在燃烧容积23内来测量。来自两个传感器32、33的输出34和35被送到控制单元36并且控制单元的输出37控制经过燃料分流阀26的主、先导燃料的比率。
控制单元36含有处理设备，用以执行适于使燃气涡轮机的操作保持在希望的区域内的算法，现在通过参照其它图进一步进行说明。
根据图5，示出了操作的数个波段，各波段是针对特定燃料类型限定的。
更特别地，在图中相对于发动机负载102预限定并示出燃料分流101的预定波段100、100'、100”和100”'(即，不同的燃料分流设定值)。波段100、100'、100”和100”'均对于燃料的给定的沃泊指数范围被预设。沃泊指数范围限定对于所供给的燃料的允许的发热值范围。
图5中的所示图的Y轴指示出燃料分流，也可以被限定为先导燃料的量除以主燃料和先导燃料的量的总和。X轴可指示发动机负载的范围。所示出的波段大体限定用于低发动机负载的较高供给的先导燃料和用于高发动机负载的减小的先导燃料供给。
应当注意的是，波段100、100'、100”和100”'部分重叠使得两个相邻波段具有如下区域：在该区域中，对于给定的负载和给定的沃泊指数及给定的燃料分流来说，方法可以选择两个波段中的一个作为对于应该使用控制的波段。
各波段被限定为处于一对最小和最大边界曲线之间的允许的值。对于第一波段100限定最小最大边界曲线100B和最大边界曲线100A。类似地，对于第二波段100'限定最小最大边界曲线100B'和最大边界曲线100A'，对于第三波段100”限定最小最大边界曲线100B”和最大边界曲线100A”，并且对于第四波段100”'限定最小最大边界曲线100B”'和最大边界曲线100A”'。可接受的、可容忍的和/或希望的操作点范围处于这些阈值之间。可以在示例性图5中看出，对于较低负载，波段100、100'、100”和100”'具有明显的重叠，即最小最大边界曲线100B低于最大边界曲线100A'。利用较高负载，该重叠被减小使得在高负载时最小最大边界曲线100B可以与最大边界曲线100A'会聚。
最大边界曲线100A、100A'、…均限定用于特定发动机负载的最大燃料分流水平，并且最小边界曲线100B、100B'、…均限定用于各波段的预定最小燃料分流水平。
在操作期间(参见图5和如图6所示的处理)，方法在处理步骤200处开始。作为第一校验，测试是否提供恒定的燃料发热输入，步骤201。
如果不存在恒定的燃料发热输入，则获取燃料发热值信息(步骤202)。获取到的信息被称作根据专利权利要求的第一信息项。与所提供的燃料的发热值相关联的任何参数都可以被用作第一信息项。
基于燃料发热值的读数，并基于发动机负载102(发动机负载102对应于如权利要求中所限定的第二信息项)选择波段100、100'、100”和100”'中的一个(步骤203)。因此，选择和/或设定从多个预定的成对边界曲线中取得的用于燃料分流设定的一对最小和最大边界曲线。
如果操作点落在图5中的重叠区域中，则两个波段是待选择作为用于进行控制的相关波段的候选。为了从两个潜在波段中选择出更适当的波段，可对可能的历史数据或外推的未来数据进行评价。
目标可以是选择出允许在燃气涡轮发动机的未来操作期间在波段之间切换最少数量的那个波段。
因此，认为，现在(在步骤203之后)从多个预定的成对边界曲线中选出的成对边界曲线中，选择用于燃料分流设定的最适当或最有益的预定的一对最小和最大边界曲线。该选择基于第一信息项和第二信息项来进行。如显而易见的，最小和最大边界曲线限定对于第二信息项值范围来说(即在示例中对于发动机负载值范围)准许的燃料分流设定波段。
重要强调的是，在该步骤中，仅选择波段，而不选择用于燃料分流设定的单个安排或单独值。
先前的分析并不总是要求在线和连续监测燃料发热值。燃料发热值也可以由操作者配置或设定。可选地，将连续地监测或读取值。
步骤204跟随步骤203，对燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、燃烧动力学噪声排放、燃烧装置的振动和/或火焰不稳定性进行评价。这对应于根据权利要求的第三信息项。
对于所选择的波段和对于获取到的第三信息项，进行燃料分流设定值的控制，其中燃料分流设定值用于控制阀(见例如图3或图4中的燃料分流阀26)。根据处理步骤220调整燃料分流设定值。
为了获得理想的燃料分流设定值，可以执行数个子程序(或子模型)中的至少一个。特别地，可以启动子程序210以对燃烧动力学或压力动力学恰当地做出反应。如果这不要求燃料分流设定值的调整，则可以启动进一步的子模块211以对点火器温度恰当地做出反应。再次，如果这不要求燃料分流设定值的调整，则可以启动子模块212，其响应于排放而进行动作，诸如以使排放最小化。作为该示例中的最终步骤，如果再次仍然不要求调整燃料分流设定值，则可以启动进一步的子模块213以选择如图5所示的新的波段，即选择燃料安排。
如果子模块中的一个造成希望燃料分流设定值的调整，那么在步骤220中将进行调整。
如果子模块中的一个造成希望或需要燃料分流设定值的调整，那么前一设定保持有效(步骤221)。使用所存储的设置。
最后，控制方法可以终止(步骤222)或可以跳回到开始位置200。
如先前所述，作为第一校验，测试是否提供恒定的燃料发热输入，见步骤201。
如果存在恒定的热联接热输入，则可以绕过该改进的控制方法并且可以执行其他控制方法，步骤223。
根据图6所说明的执行仅是用以图示出本发明的一个示例。其他实施例是可能的。
注意，在图6中，“+”意味着在校验是肯定的情况下的分支，如果校验是否定的则是“-”。
Claims (28)
1.一种用于确定燃料分流设定值(101)的方法，所述燃料分流设定值能用于调整用于燃烧装置(12)的燃料分流设定，所述燃料分流设定限定在初级燃料喷射点(28)处提供的主燃料(50)与在至少一个次级燃料喷射点(29)处提供的先导燃料(51)之间的关系，主燃料(50)和先导燃料(51)两者被供给至所述燃烧装置(12)，用于燃烧成燃烧后流体，
所述方法包括如下步骤：
-获取与所供给的主燃料(50)的发热值相关联的第一信息项；
-获取与使所述主燃料(50)和所述先导燃料(51)燃烧时的燃烧器操作条件相关联的第二信息项；
-获取至少一个第三信息项，所述第三信息项代表所述燃烧装置(12)中的燃烧的稳定性；
-基于所述第一信息项和所述第二信息项，从多个预定的成对边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)中选择出用于所述燃料分流设定的预定的一对最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)，所述最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)限定针对第二信息项值范围来说准许的燃料分流设定的波段；
-基于所述第三信息项，在所选择的一对最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)内确定所述燃料分流设定值(101)，其中所确定的燃料分流设定值(101)能用于调整用于所述燃烧装置(12)的所述燃料分流设定。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述主燃料(50)和所述先导燃料(51)两者具有相同的化学组成。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述主燃料(50)和所述先导燃料(51)两者是气体燃料。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述第二信息项是下列中的至少一个：点火温度、离开所述燃烧装置(12)的所述燃烧后流体的离开温度、所述燃烧后流体的推力以及转动机器(1)的发动机负载，所述发动机负载在所述燃烧装置的下游并且响应于所述燃烧后流体的流动而被驱动。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于
所述转动机器(1)是燃气涡轮发动机。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述第三信息项代表下列中的至少一个：燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、燃烧动力学噪声排放、所述燃烧装置(12)的振动以及火焰不稳定性。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
进一步包括如下步骤(220)：基于所确定的燃料分流设定值(101)，设定用以控制被提供至所述初级燃料喷射点(28)的主燃料给送的量和/或被提供至所述至少一个次级燃料喷射点(29)的先导燃料(51)的量的控制参数。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
从所述第一信息项、和所述第二信息项、及所述至少一个第三信息项中选择出的至少两个被同步获取。
9.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
在第一时间间隔中获取所述第一信息项一次；
在第二时间间隔中获取所述第二信息项和所述至少一个第三信息项一次；
所述第一时间间隔比所述第二时间间隔长。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于
所述第一时间间隔比多个所述第二时间间隔长。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，
其特征在于
响应于对于所供给的主燃料(50)和/或所供给的先导燃料(51)在组成上的改变而获取所述第一信息项，和/或
响应于对于所供给的主燃料(50)和/或所供给的先导燃料(51)到不同源的切换而获取所述第一信息项。
12.根据权利要求1至10之一所述的方法，
其特征在于
确定所述燃料分流设定值(101)的步骤(220)连续地执行，或响应于所述第二信息项的改变和/或所述至少一个第三信息项的改变而执行。
13.根据权利要求1至10之一所述的方法，
其特征在于
对于所述第一信息项的获取，所供给的主燃料(50)的发热值和/或所供给的先导燃料(51)的发热值经由传感器信号来确定。
14.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于
对于所述第二信息项的获取，
-所述点火温度、离开所述燃烧装置(12)的所述燃烧后流体的所述离开温度、所述燃烧后流体的所述推力、所述转动机器(1)的涡轮机部的涡轮机入口温度经由传感器信号来确定或基于至少一个传感器信号来计算，或
-所述转动机器(1)的所述发动机负载(102)经由负载指示器通过对响应于由所述燃烧装置(12)的燃烧驱动的所述转动机器(1)的轴(2)的扭矩和/或所述轴(2)的转速进行评价来确定。
15.根据权利要求1至10之一所述的方法，
其特征在于
对于获取所述至少一个第三信息项，对至少一个传感器信号进行评价，所述传感器信号代表燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、噪声排放、所述燃烧装置(12)的振动、燃烧气体温度、和火焰故障中的至少一个。
16.根据权利要求1至10之一所述的方法，
其特征在于
用于所述燃料分流设定的所述预定的一对最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)至少由在第二信息项值范围上提供的预定的最大燃料分流水平和预定的最小燃料分流水平来限定，并且
所述最大燃料分流水平代表所述先导燃料(51)与所述主燃料(50)之间的如下关系，该关系使所述先导燃料(51)相对于所述主燃料(50)具有最高能容忍的百分比，和
所述最小燃料分流水平代表所述先导燃料(51)与所述主燃料(50)之间的如下关系，该关系使先导燃料(51)相对于所述主燃料(50)具有最低能容忍的百分比。
17.根据权利要求1至10之一所述的方法，
其特征在于
进一步包括如下步骤：基于所述第一信息项和/或所述第二信息项和/或所述第三信息项，从多个预定的控制逻辑方法(201，211，212，213)中选择出预定的控制逻辑方法(201，211，212，213)，其中确定所述燃料分流设定值(101)的步骤通过执行所选择出的控制逻辑方法(201，211，212，213)来进行。
18.一种用于确定燃料分流设定值(101)的燃烧装置控制单元(36)，所述燃料分流设定值(101)能用于调整用于燃烧装置(12)的燃料分流设定，所述燃料分流设定限定在初级燃料喷射点(28)处提供的主燃料给送与在至少一个次级燃料喷射点(29)处提供的先导燃料给送的分流，主燃料给送和先导燃料给送两者能供给至所述燃烧装置(12)，用于被燃烧成燃烧后流体，所述主燃料(50)和所述先导燃料(51)两者具有相同的化学组成和/或两者为气体燃料，所述燃烧装置控制单元包括：
-第一数据获取部件，用于获取与所述主燃料(50)的供给的初级燃料的发热值相关联的第一信息项；
-第二数据获取部件，用于获取与使所述主燃料(50)和所述先导燃料(51)燃烧时的燃烧器操作条件相关联的第二信息项；
-第三数据获取部件，用于获取至少一个第三信息项，所述第三信息项代表所述燃烧装置(12)中的燃烧的稳定性；
-选择部件，用于基于所述第一信息项和所述第二信息项，从多个预定的成对边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)中选择出用于所述燃料分流设定的预定的一对最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)，所述最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)限定对于第二信息项值范围来说准许的燃料分流设定(100，100'，…)的波段；
-确定单元，用于基于所述第三信息项，在所选择的成对最小和最大边界曲线(100A，100B；100A'，100B'；…)内确定所述燃料分流设定值(101)，其中所确定的燃料分流设定值(101)能用于调整用于所述燃烧装置(12)的所述燃料分流设定。
19.根据权利要求18所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述燃烧装置控制单元(36)被布置用于所述主燃料(50)和所述先导燃料(51)两者。
20.根据权利要求18所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述第二信息项是下列中的至少一个：点火温度、离开所述燃烧装置(12)的所述燃烧后流体的离开温度、所述燃烧后流体的推力以及转动机器(1)的发动机负载，所述发动机负载在所述燃烧装置的下游并且响应于所述燃烧后流体的流动而被驱动。
21.根据权利要求20所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述转动机器(1)是燃气涡轮发动机。
22.根据权利要求18所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述第三信息项代表下列中的至少一个：燃烧动力学压力、NOx的排放、CO的排放、燃烧装置表面温度、燃烧动力学噪声排放、所述燃烧装置(12)的振动以及火焰不稳定性。
23.根据权利要求18所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述燃烧装置控制单元(36)包括用于收集来自传感器的信息的传感器输入部件，所述传感器提供与以下有关的信息：
-所供给的主燃料(50)的发热值和/或所供给的先导燃料(51)的发热值，和/或
-所述燃烧器操作条件，和/或
-燃烧动力学压力、和/或NOx的排放、和/或CO的排放、和/或燃烧装置表面温度、和/或噪声排放、和/或所述燃烧装置(12)的振动、和/或火焰故障。
24.根据权利要求20所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述燃烧器操作条件是所述点火温度、离开所述燃烧装置(12)的所述燃烧后流体的所述离开温度、所述燃烧后流体的所述推力、或响应于所述燃烧后流体的流动而被驱动的转动机器(1)的发动机负载。
25.根据权利要求18至24之一所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述燃烧装置控制单元(36)包括控制输出接口，用于基于所确定的燃料分流设定值(101)来设定用以控制待供给至所述燃烧装置(12)的主燃料(50)的量和/或先导燃料(51)的量的控制参数。
26.根据权利要求25所述的燃烧装置控制单元(36)，
其特征在于
所述控制借助于一个或多个阀(26)来进行。
27.一种转动机器(1)，包括：
-燃烧装置(12)，
-根据权利要求18至26之一所述的燃烧装置控制单元(36)，以控制所述燃烧装置(12)的所述燃料分流设定值(101)，
-轴(2)，和
-涡轮机部(3)，在所述燃烧装置(12)的下游，用于在操作期间响应于从所述燃烧装置(12)提供至所述涡轮机部(3)的燃烧后流体而驱动所述轴(2)转动。
28.根据权利要求27所述的转动机器(1)，
其特征在于
所述转动机器(1)是燃气涡轮发动机。
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