CN109072783B - 用于控制发电设备的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于控制发电设备的一个或多个方面的系统和方法。更特别地，本公开涉及一种发电设备、起动发电设备的方法、以及用发电设备发电的方法，其中一个或多个控制路径用于自动控制至少一个动作。本公开更特别地涉及一种发电设备、用于发电设备的控制系统、以及用于起动发电设备的方法。

Description

用于控制发电设备的系统和方法
技术领域
当前公开的主题涉及一种用于控制发电设备的各个方面的系统和方法。更具体地，该系统和方法可以在发电设备的起动、运行和关闭的多个阶段期间利用各种信号和功能来控制压力、温度、流体流量、开关、阀等。
背景技术
随着全世界对发电的需求增加，仍然需要额外的发电设备来满足这些需要。由于市场需求，希望以尽可能高的效率实现这样的发电；然而，对碳捕获的不断增长的要求需要技术进步。例如，Allam等人的美国专利No.8,596,075(其公开内容通过引用并入本文)提供了利用再循环CO2流的氧燃料燃烧系统的期望效率，其中CO2在高压下被捕获为相对纯的流。这样的先进发电系统需要迄今尚未提供的控制考虑。因此，需要适合于控制发电设备的多个方面的其他系统和方法，特别是配置用于具有基本完全的碳捕获的高效发电的发电设备。
发明内容
本公开提供了一种用于发电的系统和方法，其中一个或多个控制路径用于自动控制一个或多个动作。自动控制可以基于各种信号输入、计算值、预设值、测量值、逻辑函数、计算机算法或计算机程序输入。
在一个或多个实施例中，本公开可以涉及一种用于发电设备的控制系统。例如，所述控制系统可以包括流量控制逻辑序列，其适于选择用于燃料流动到燃烧器的FUEL FLOWDEMAND(燃料流量需求)信号和用于涡轮机的入口的温度的TURBINE INLET TEMPERATURE(涡轮机入口温度)信号中的较低者，以及适于调节从燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量和压力中的一者或两者。在另外的实施例中，可以关于以下陈述中的任何一个或多个来描述用于发电设备的控制系统，其可以以任何数量或顺序组合。
所述控制系统可以包括：POWER ACTUAL(功率实际)信号，其在给定时间中继所述发电设备的实际发电；以及POWER DEMAND(功率需求)信号，其在相同给定时间中继所述设备的期望发电；其中所述控制系统配置成计算所述POWER DEMAND信号和所述POWER ACTUAL信号之间的差分并将所述差分转换成FUEL FLOW DEMAND(燃料流量需求)信号。
所述控制系统可以生成所述TURBINE INLET TEMPERATURE(涡轮机入口温度)信号作为多个计算的温度信号中的最高者的选择，每个计算的温度信号相应地从用于计算所述涡轮机的入口处的温度的不同计算例程导出。
所述控制系统可以适于调节通过两个或更多个不同燃料管线从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量或体积的比率。
所述控制系统可以适于打开/关闭所述两个或更多个不同燃料管线的每一个中的流量控制阀。
所述控制系统可以适于打开/关闭所述两个或更多个不同燃料管线的每一个中的至少一个压力控制阀。
所述控制系统可以适于调节通过两个或更多个不同氧化剂管线从氧化剂供应系统流动到所述燃烧器的氧化剂的质量或体积的比率。
所述发电设备可以至少包括初级燃料管线和初级氧化剂管线组以及次级燃料管线和初级氧化剂管线组，并且其中所述控制系统适于与所述次级燃料管线和次级氧化剂管线组中的燃料与氧化剂的比率无关地调节所述初级燃料管线和初级氧化剂管线组中的燃料与氧化剂的比率。
所述发电设备可以包括提供再循环CO2流的管线，其中再循环CO2流的一部分加入到所述氧化剂管线中的一个或多个，并且其中所述控制系统适于通过调节加入到所述氧化剂管线的再循环CO2的量而调节所述氧化剂管线的一个或多个中的氧浓度。
可以与剩余的氧化剂管线无关地调节所述一个或多个氧化剂管线的每一个中的氧浓度。
所述控制系统可以适于调节流动通过所述初级氧化剂管线和所述次级氧化剂管线的氧化剂的质量或体积之间的当量比。
所述控制系统可以适于关闭从所述燃料供应系统到所述燃烧器的初级燃料管线中的流量控制阀，使得基本上没有燃料流动通过所述初级燃料管线；并且适于打开从所述燃料供应系统到所述燃烧器的次级燃料管线中的流量控制阀，使得流动到所述燃烧器的基本上所有燃料都流动通过所述次级燃料管线。
所述控制系统可以适于调节流动通过所述初级燃料管线和所述次级燃料管线的燃料的质量或体积之间的当量比。
所述控制系统可以适于在所述发电设备的起动期间提供所述初级燃料管线中的流量控制阀和所述次级燃料管线中的流量控制阀的配置，并且配置成使所述初级燃料管线中的阀的打开与所述涡轮机和压缩流动到所述燃烧器的再循环CO2流的压缩机中的一者或两者的工作状态同步。
所述控制系统可以适于响应指示热交换器的操作温度接近或超过预定的最大操作温度或热增加速率的输入信号，而保持或降低通过所述两个或更多个不同燃料管线中的至少一个从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量或体积。
在一个或多个实施例中，本公开还可以涉及一种发电系统。例如，根据本公开的发电设备可以包括：燃烧器；涡轮机；发电机；燃料供应系统；氧化剂供应系统；控制系统，其具有多个控制路径，用于自动控制所述发电设备的操作中的至少一个动作，所述控制系统包括：适于生成控制信号的控制路径，所述控制信号是用于燃料流动到所述燃烧器的FUELFLOW DEMAND信号和用于所述涡轮机的入口的温度的TURBINE INLET TEMPERATURE信号的比较的函数，所述燃料流量控制路径包括适于选择所述FUEL FLOW DEMAND信号和所述TURBINE INLET TEMPERATURE信号中的较低者的逻辑序列，并且所述生成的控制信号有效地调节从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量和压力中的一者或两者。在另外的实施例中，可以关于以下陈述中的任何一个或多个来描述发电系统，其可以以任何数量或顺序组合。
所述FUEL FLOW DEMAND信号可以是在给定时间中继所述发电设备的实际发电的POWER ACTUAL信号和在相同给定时间中继所述设备的期望发电的POWER DEMAND信号的比较的函数。
所述控制系统可以配置成生成所述TURBINE INLET TEMPERATURE信号作为多个计算温度信号中的最高者的选择，每个计算温度信号相应地从用于计算所述涡轮机的入口处的温度的不同计算例程导出。
所述燃料供应系统可以包括配置用于将燃料传送到所述燃烧器的至少两个独立控制的燃料管线。
所述燃料供应系统可以包括在所述至少两个独立控制的燃料管线的每一个中的至少一个流量控制阀和至少一个压力控制阀。
所述氧化剂供应系统可以包括配置用于将氧化剂传送到所述燃烧器的至少两个独立控制的氧化剂管线。
所述氧化剂供应系统可以包括在所述至少两个独立控制的氧化剂管线的每一个中的至少一个流量控制阀。
所述氧化剂供应系统可以包括当量比控制元件，其配置成调节流动通过所述至少两个独立控制的氧化剂管线的氧化剂的质量或体积之间的当量比。
所述发电设备可以配置成使得所述至少两个独立控制的氧化剂管线中的一个是包括流量传感器的次级氧化剂流动管线，其中所述至少两个独立控制的燃料管线中的一个是包括流量传感器的次级燃料流动管线，并且其中所述控制系统包括比率控制元件，其配置成基于通过所述次级燃料流动管线的燃料的质量或体积流量打开或关闭所述次级氧化剂流动管线中的流量控制阀。
在附加的实施例中，本公开也可以涉及用于起动发电设备的方法。例如，这样的方法可以包括执行一系列控制信号，其中：至少部分地打开次级燃料流动管线中的流量阀，使得来自燃料源的燃料开始流动到燃烧器，同时基本上没有燃料在初级燃料流动管线中从所述燃料源流动到所述燃烧器；至少部分地打开次级氧化剂流动管线中的流量阀，使得来自氧化剂源的氧化剂开始流动到所述燃烧器，同时基本上没有氧化剂在初级氧化剂流动管线中从所述氧化剂源流动到所述燃烧器；将涡轮机从第一速度斜升到第二、更高的速度；在所述涡轮机斜变到至少所述第二速度之后，调节所述初级燃料流动管线中的燃料流量与所述次级燃料流动管线中的燃料流量的当量比，使得所述初级燃料流动管线中的阀打开，并且来自所述燃料源的燃料在所述初级燃料流动管线中流动到所述燃烧器；以及在所述涡轮机斜变到至少所述第二速度之后，调节所述初级氧化剂流动管线中的氧化剂流量与所述次级氧化剂流动管线中的氧化剂流量的当量比，使得所述初级氧化剂流动管线中的阀打开，并且来自所述氧化剂源的氧化剂在所述初级氧化剂流动管线中流动到所述燃烧器。
本发明包括但不限于以下实施例：
实施例1：一种用于发电设备的控制系统，所述控制系统包括：流量控制逻辑序列，其适于选择用于燃料流动到燃烧器的FUEL FLOW DEMAND信号和用于涡轮机的入口的温度的TURBINE INLET TEMPERATURE信号中的较低者，以及调节从燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量和压力中的一者或两者。
实施例2：根据任一先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统包括：POWER ACTUAL信号，其在给定时间中继所述发电设备的实际发电；以及POWERDEMAND信号，其在相同给定时间中继所述设备的期望发电；其中所述控制系统配置成计算所述POWER DEMAND信号和所述POWER ACTUAL信号之间的差分并将所述差分转换成FUELFLOW DEMAND信号。
实施例3：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统产生所述TURBINE INLET TEMPERATURE信号作为多个计算的温度信号中的最高者的选择，每个计算的温度信号分别从用于计算所述涡轮机的入口处的温度的不同计算例程导出。
实施例4：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于调节通过两个或更多个不同燃料管线从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量或体积的比率。
实施例5：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于打开/关闭所述两个或更多个不同燃料管线的每一个中的流量控制阀。
实施例6：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于打开/关闭所述两个或更多个不同燃料管线的每一个中的至少一个压力控制阀。
实施例7：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于调节通过两个或更多个不同氧化剂管线从氧化剂供应系统流动到所述燃烧器的氧化剂的质量或体积的比率。
实施例8：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述发电设备至少包括初级燃料管线和初级氧化剂管线组和次级燃料管线和次级氧化剂管线组，并且其中所述控制系统适于与所述次级燃料管线和次级氧化剂管线组中的燃料与氧化剂的比率无关地调节所述初级燃料管线和初级氧化剂管线组中的燃料与氧化剂的比率。
实施例9：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述发电设备包括提供再循环CO2流的管线，其中再循环CO2流的一部分加入到所述氧化剂管线中的一个或多个，并且其中所述控制系统适于通过调节加入到所述氧化剂管线的再循环CO2的量而调节所述氧化剂管线的一个或多个中的氧浓度。
实施例10：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中与剩余的氧化剂管线无关地调节所述一个或多个氧化剂管线的每一个中的氧浓度。
实施例11：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于调节流动通过所述初级氧化剂管线和所述次级氧化剂管线的氧化剂的质量或体积之间的当量比。
实施例12：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于关闭从所述燃料供应系统到所述燃烧器的初级燃料管线中的流量控制阀，使得基本上没有燃料流动通过所述初级燃料管线；并且适于打开从所述燃料供应系统到所述燃烧器的次级燃料管线中的流量控制阀，使得流动到所述燃烧器的基本上所有燃料都流动通过所述次级燃料管线。
实施例13：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于调节流动通过所述初级燃料管线和所述次级燃料管线的燃料的质量或体积之间的当量比。
实施例14：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于在所述发电设备的起动期间提供所述初级燃料管线中的流量控制阀和所述次级燃料管线中的流量控制阀的配置，并且配置成使所述初级燃料管线中的阀的打开与所述涡轮机和压缩流动到所述燃烧器的再循环CO2流的压缩机中的一者或两者的工作状态同步。
实施例15：根据任何先前或后续实施例的用于发电设备的控制系统，其中所述控制系统适于响应指示热交换器的操作温度接近或超过预定的最大操作温度或热增加速率的输入信号，而保持或降低通过所述两个或更多个不同燃料管线中的至少一个从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量或体积。
实施例16：一种发电设备，其包括：燃烧器；涡轮机；发电机；燃料供应系统；氧化剂供应系统；控制系统，其具有多个控制路径，用于自动控制所述发电设备的操作中的至少一个动作，所述控制系统包括：适于生成控制信号的控制路径，所述控制信号是用于燃料流动到所述燃烧器的FUEL FLOW DEMAND信号和用于所述涡轮机的入口的温度的TURBINE INLETTEMPERATURE信号的比较的函数，所述控制路径包括适于选择所述FUEL FLOW DEMAND信号和所述TURBINE INLET TEMPERATURE信号中的较低者的逻辑序列，并且所述生成的控制信号有效地调节从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量和压力中的一者或两者。
实施例17：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述FUEL FLOW DEMAND信号是在给定时间中继所述发电设备的实际发电的POWER ACTUAL信号和在相同给定时间中继所述设备的期望发电的POWER DEMAND信号的比较的函数。
实施例18：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述控制系统配置成生成所述TURBINE INLET TEMPERATURE信号作为多个计算的温度信号中的最高者的选择，每个计算温度信号相应地从用于计算所述涡轮机的入口处的温度的不同计算例程导出。
实施例19：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述燃料供应系统包括配置用于将燃料传送到所述燃烧器的至少两个独立控制的燃料管线。
实施例20：根据先前或后续实施例的发电设备，其中所述燃料供应系统包括在所述至少两个独立控制的燃料管线的每一个中的至少一个流量控制阀和至少一个压力控制阀。
实施例21：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述氧化剂供应系统包括配置用于将氧化剂传送到所述燃烧器的至少两个独立控制的氧化剂管线。
实施例22：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述氧化剂供应系统包括在所述至少两个独立控制的氧化剂管线的每一个中的至少一个流量控制阀。
实施例23：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述氧化剂供应系统包括当量比控制元件，其配置成调节流动通过所述至少两个独立控制的氧化剂管线的氧化剂的质量或体积之间的当量比。
实施例24：根据任何先前或后续实施例的发电设备，其中所述至少两个独立控制的氧化剂管线中的一个是包括流量传感器的次级氧化剂流动管线，其中所述至少两个独立控制的燃料管线中的一个是包括流量传感器的次级燃料流动管线，并且其中所述控制系统包括比率控制元件，其配置成基于通过所述次级燃料流动管线的燃料的质量或体积流量打开或关闭所述次级氧化剂流动管线中的流量控制阀。
实施例25：一种用于起动发电设备的方法，所述方法包括执行一系列控制信号，其中：至少部分地打开次级燃料流动管线中的流量阀，使得来自燃料源的燃料开始流动到燃烧器，同时基本上没有燃料在初级燃料流动管线中从所述燃料源流动到所述燃烧器；至少部分地打开次级氧化剂流动管线中的流量阀，使得来自氧化剂源的氧化剂开始流动到所述燃烧器，同时基本上没有氧化剂在初级氧化剂流动管线中从所述氧化剂源流动到所述燃烧器；将涡轮机从第一速度斜升到第二、更高的速度；在所述涡轮机斜变到至少所述第二速度之后，调节所述初级燃料流动管线中的燃料流量与所述次级燃料流动管线中的燃料流量的当量比，使得所述初级燃料流动管线中的阀打开，并且来自所述燃料源的燃料在所述初级燃料流动管线中流动到所述燃烧器；以及在所述涡轮机斜变到至少所述第二速度之后，调节所述初级氧化剂流动管线中的氧化剂流量与所述次级氧化剂流动管线中的氧化剂流量的当量比，使得所述初级氧化剂流动管线中的阀打开，并且来自所述氧化剂源的氧化剂在所述初级氧化剂流动管线中流动到所述燃烧器。
通过阅读以下详细描述以及附图，本公开的这些和其他特征，方面和优点将变得显而易见，所述附图在下面简要描述。本发明包括上述实施例中的两个，三个，四个或更多个的任何组合以及本公开中阐述的任何两个，三个，四个或更多个特征或元件的组合，而不管这样的特征或元件是否在本文的具体实施例描述中明确地组合。本公开旨在从整体上进行阅读，使得任何可分离的特征或元件在其各种方面和实施例的任何一个中应当被视为可组合，除非上下文另有明确说明。
附图说明
现在将参考附图，所述附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1是根据本公开的实施例的发电设备的流程图。
图2是功能框图，示出了根据本公开的实施例的在发电设备的操作中由控制系统执行的控制路径；
图3是根据本公开的实施例的在发电设备中使用的燃料气体系统及其某些控制元件的流程图；
图4a是一系列功能框图的图纸1，图4a示出了根据本公开的实施例的有用于例如发电设备的稳态和功率控制需求的控制路径；
图4b是一系列功能框图的图纸2，图4b示出了根据本公开的实施例的有用于例如开始发电设备的起动的控制路径；
图4c是一系列功能框图的图纸3，图4c示出了根据本公开的实施例的有用于例如在发电设备的起动期间启动涡轮机曲轴和负载换向逆变器(LCI)参考的控制路径；
图4d是一系列功能框图的图纸4，图4d示出了根据本公开的实施例的有用于例如在发电设备的起动期间曲轴摇动和点火的控制路径；
图4e是一系列功能框图的图纸5，图4e示出了根据本公开的实施例的有用于例如在发电设备的起动期间点火的控制路径；
图4f是一系列功能框图的图纸6，图4f示出了根据本公开的实施例的有用于例如在发电设备的起动期间满足燃料需求的控制路径；
图4g是一系列功能框图的图纸7，图4g示出了根据本公开的实施例的有用于例如热交换器保护和计算发电设备的燃烧比的控制路径；
图4h是一系列功能框图的图纸8，图4h示出了根据本公开的实施例的有用于例如发电设备的发电机同步的控制路径；
图4i是一系列功能框图的图纸9，图4i示出了根据本公开的实施例的有用于例如计算发电设备中的涡轮机入口温度的控制路径；
图4j是一系列功能框图的图纸10，图4j示出了根据本公开的实施例的有用于例如控制发电设备中的燃料压力控制阀和排放压力设定点的控制路径；
图4k是一系列功能框图的图纸11，图4k示出了根据本公开的实施例的有用于例如建立发电设备中的氧化剂排放压力设定点的控制路径；
图4l是一系列功能框图的图纸12，图4l示出了根据本公开的实施例的有用于例如配置发电设备中的涡轮机叶片冷却温度和流量设定点的控制路径；
图4m是一系列功能框图的图纸13，图4m示出了根据本公开的实施例的有用于例如发电设备中的涡轮机推力控制的控制路径；
图4n是一系列功能框图的图纸14，图4n示出了根据本公开的实施例的有用于例如控制发电设备中的燃料管线吹扫流量的控制路径；以及
图5示出了包括根据本公开的实施例的发电设备的多个功能部件和控制元件的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考其示例性实施例更全面地描述本主题。描述这些示例性实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达主题的范围。实际上，主题可以以许多不同的形式体现，并且不应当被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。如说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”，“一个”，“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确说明。
本公开涉及适于控制发电设备的操作中的一个或多个动作的系统和方法。因而，本公开还涉及包括各种元件的发电设备，其包括这样的控制系统。可以包括在根据本公开的发电设备中的元件的非限制性示例在美国专利No.8,596,075，美国专利No.8,776,532，美国专利No.8,959,887，美国专利No.8,986,002，美国专利No.9,068,743，美国专利公报No.2010/0300063，美国专利公报No.2012/0067054，美国专利公报No.2012/0237881，以及美国专利公报No.2013/0213049中进行描述，上述专利的公开内容通过引用并入本文。
在一个或多个实施例中，发电设备可以包括图1中所示的元件的一些组合(但是应当理解也可以包括其他元件)。如其中所示，发电设备100可以包括燃烧器111，其配置成从燃料供给115接收燃料并从氧化剂供给120接收氧化剂。来自燃料供给115的燃料可以在初级燃料管线116和/或次级燃料管线117中流动。燃料供给115和燃料供应管线116、117可以形成燃料系统。来自氧化剂供给120的氧化剂类似地可以在初级氧化剂管线121和/或次级氧化剂管线122中流动。氧化剂供给120和氧化剂供应管线121、122可以形成氧化剂系统。尽管示出了多个燃料供应管线和氧化剂供应管线，但是应当理解，可以仅使用单个燃料供应管线和/或可以仅使用单个氧化剂供应管线。类似地，可以使用两个以上的燃料供应管线和/或可以使用两个以上的氧化剂供应管线。燃料在燃烧器111中在再循环CO2流的存在下利用氧化剂燃烧，所述再循环CO2流设置在管线160中和/或在管线121中与氧化剂混合和/或在管线122中与氧化剂混合。管线112中的燃烧产物流横穿涡轮机125膨胀以用组合发电机130产生电力。尽管燃烧器111和涡轮机125被示出为独立元件，但是应当理解，在一些实施例中，涡轮机可以配置成包括燃烧器。换句话说，单个涡轮机单元可以包括燃烧部段和膨胀部段。因此，本文对流传送到燃烧器中的讨论也可以被理解为流传送到配置用于燃烧以及膨胀的涡轮机中。
流126中的涡轮机废气在热交换器135中冷却。尽管示出了单个热交换器135，但是应当理解，热交换器可以是具有在不同温度范围内操作的多个部段的单个单元。类似地，可以使用在不同温度范围内操作的多个独立的热交换器。通过分离器140中的水管线141分离水以产生基本纯的再循环CO2流145(但是流的一部分可以从设备排出和/或转移到设备的其他部分(例如，用于冷却涡轮机)或其他管线(例如，用于与氧化剂和/或燃料组合)。在包括第一级压缩机151、第二级压缩机155和级间冷却器153的多级压缩机中压缩再循环CO2流145。可选地，可以加入一个或多个另外的压缩机或泵。此外，压缩机不需要是多级压缩机。管线160中的压缩再循环CO2流通过热交换器传送回到燃烧器。管线160中的再循环CO2流的全部或部分可以直接传送到燃烧器111。如管线161、161a和161b中所示，再循环CO2流的全部或部分可以输入到初级氧化剂管线117和次级氧化剂管线122中的一者或两者。尽管未示出，但是应当理解，管线161和161b中的一者或两者可以替代地或附加地向燃料供应管线116、117中的一者或两者提供CO2。
所示的发电设备还包括控制系统170，其具有多个控制路径(如图所示的CP1、CP2、CP3和CP4)，所述控制路径配置成提供发电设备的操作中的至少一个动作的自动控制。每个控制路径可以配置用于生成至少一个控制信号(SIG 1、SIG 2、SIG 3和SIG 4)，其有效地使一个或多个响应动作发生。这样的响应动作的非限制性示例可以包括执行计算机子例程、执行数学计算、执行逻辑功能、改变阀的状态、改变流体流的质量流量、改变流体流的压力、产生另外的控制信号等。单个控制路径可以配置成生成单个控制信号，或者可以配置成生成多个信号。而且，发电设备可以包括单个控制系统或者可以包括多个控制系统。例如，控制系统170可以是分布式控制系统(DCS)，其可以配置用于发电设备的所有部件的自上而下的控制。如果需要，发电设备的一个或多个元件可以具有独立控制系统，其可以与DCS组合或者独立于DCS基本上自主地起作用。例如，涡轮机控制系统(TCS)可以独立于DCS起作用。此外，DCS可以向TCS发送信号(反之亦然)，以便执行发电方法的各种功能。因此，发电设备可以包括单个控制系统，或者发电设备可以包括多个控制系统。此外，一个单个控制系统可以管理一个或多个子控制系统。在图1中，控制系统170可以是TCS，并且系统可以包括独立的DCS。
一个或多个控制系统可以配置成满足各种控制需求。在一些实施例中，控制系统可以特别地涉及控制发电设备的功率输出的方式。在一些实施例中，控制系统可以特别地涉及控制发电系统中的燃料流量和/或氧化剂流量的方式。在一些实施例中，控制系统可以特别涉及地用于提供基本稳态系统的控制。受特定控制路径和/或控制信号影响的稳态条件的非限制性示例包括涡轮机入口温度监测和警报、氧化剂需求信号、壳体冷却流量和温度、喷嘴冷却流量和温度、叶片冷却流量和温度、平衡活塞控制和热交换器保护。在一个或多个实施例中，可以组合使用多个控制路径和/或控制信号。例如，设备起动可以利用多个控制路径和控制信号以确保设备以安全且高效的方式从关闭状态转变到运行状态。特别地，可以利用多个路点执行起动，其中在控制系统允许起动前进到下一路点之前必须适当地实现每个路点的必要工作条件。因此，控制系统可以特别配置成确保以限定的顺序执行多个步骤以实现限定的结果。因此，本公开可以特别地提供用于控制发电燃烧循环的一个或多个方面的一种或多种方法。
如本文所述的控制功能可以特别地涉及响应于从控制元件传递到发电系统的功能部件的控制信号的发电系统的一个或多个操作条件的特定变化。例如，控制功能可以包括打开和/或关闭一个或多个阀，增加或减小特定流动管线中的压力，增加或减小通过流动管线的流速，增加或减小压缩机或泵中的压缩等。因此，可以响应于来自控制元件的控制信号导致操作变化。此外，控制信号可以由控制元件基于来自一个或多个传感器(例如压力传感器、流量传感器、液位传感器和温度传感器)的输入信号生成。
在一个或多个实施例中，可以通过利用电力需求作为控制信号来调节发电系统中的功率输出。因而，本公开可以涉及包括用于发电系统的一个或多个控制路径的控制系统以及适合于实现控制路径的系统和方法。合适的控制路径的实施例在图2中示出。图2中所示的控制路径在图4a(图纸1)中进一步示出。图2中所示的控制路径示出了实施例，其中燃料流量和/或氧化剂流量可以在两个或更多个管线之间切换(自动或手动)，例如，在初级燃料管线(或高流量燃料管线)和次级燃料管线(或低流量燃料管线)之间或在初级氧化剂管线(或高流量氧化剂管线)和次级氧化剂管线(或低流量氧化剂管线)之间。控制路径使得能够利用相应管线之间的相应流量的可变当量比。例如，控制系统可以限定特别适于控制通过初级燃料管线(图1中的116)和次级燃料管线(图1中的117)的燃料量的一个或多个控制路径和/或特别适于控制通过初级氧化剂管线(图1中的121)和次级氧化剂管线(图1中的122)的氧化剂量的一个或多个控制路径。燃料流量和/或氧化剂流量的控制可以包括响应于来自控制元件的控制信号打开和关闭一个或多个阀。此外，控制信号可以由控制元件基于来自一个或多个传感器的输入信号生成。在特定实施例中，这样的控制可以特别适用于发电设备的起动期间和/或在起动和完全操作之间的转换期间。如本文所用，“完全操作”可以指示燃烧器处于操作中，涡轮机和主压缩机同步，并且涡轮机以足以操作发电机以便发电的速度操作。
在图2中，POWER DEMAND信号202和POWER ACTUAL信号204可以相应地由DCS和发电机控制系统(GCS)输出。POWER DEMAND信号传送在给定时间所需的功率输出，并且POWERACTUAL信号传送在给定时间由发电机测量的实际功率输出。将POWER DEMAND信号与POWERACTUAL信号进行比较，并且在路点206处计算的差分可以用于生成FUEL FLOW DEMAND信号。因此控制序列配置成将POWER DEMAND信号转换为燃料流量信号，所述燃料流量信号可以将初级燃料管线和次级燃料管线中的燃料流量指示为变化的比率。在路点208处计算FUELFLOW DEMAND信号，或者替代地，功率-流量函数可以配置用于生成传统燃料冲程参考(FSR)信号。例如，函数在路点206处可以具有0％至100％的输出信号，而不是如上所述输出燃料流速。如果使用FSR模式，可以将以下控制器置于手动控制下。在路点208处由函数产生的FUEL FLOW DEMAND信号可以在路点210处用一个或多个附加要求进行修改。例如，可以用燃料需求信号，例如来自起动序列的起动燃料(SU-FUEL)信号修改FUEL FLOW DEMAND信号。在起动期间，POWER DEMAND可以基本上为零，并且因此SU-FUEL信号将指导燃料流量需求。当过程经过起动时，POWER DEMAND将增加，并且SU-FUEL信号最终将转变为零。以该方式，当POWER DEMAND信号改变时，燃料流量自动调节。
在图2中所示的控制路径的路点208处生成生的FUEL FLOW DEMAND信号可以由一个控制器或多个控制器读取。此外，FUEL FLOW DEMAND信号可以施加到多个不同的燃料管线和氧化剂管线，其可以基于发电系统中使用的燃料管线的数量而变化。如图1中所示，控制系统包括：控制通过初级管线(例如图1中的管线116)中的燃料控制阀的燃料流量所借助的路径；控制通过次级管线(例如图1中的管线117)中的燃料控制阀的燃料流量所借助的路径；控制通过次级管线(例如图1中的管线122)的氧化剂流量所借助的路径；以及计算氧化剂需求信号所借助的路径，所述信号可以用于控制通过初级管线(例如图1中的管线121)的氧化剂流量。尽管术语“初级燃料管线”，“次级燃料管线”，“初级氧化剂管线”和“次级氧化剂管线”的使用通常可以用于描绘可以使用的多个燃料管线和氧化剂管线，但是术语在实践中可以涉及管线的具体目的。例如，在某些实施例中，初级燃料管线和初级氧化剂管线可以适于在发电设备的正常操作期间向燃烧器提供大量燃料流量和/或氧化剂流量，而次级燃料管线和次级氧化剂管线可以适于主要在设备的起动期间提供燃料流量和/或氧化剂流量。尽管示出了两个燃料流动和氧化剂路径，但是应当理解，包括两个或更多个燃料流动路径和两个或更多个氧化剂流动路径(例如，三个、四个、五个或更多个流动路径)。在一些实施例中，燃料和/或氧化剂的流量需求可以基于由TCS提供的分割分数(SPLIT-FRAC)分割(其在下面进一步讨论)。
根据本公开的控制系统还可以至少部分地基于发电涡轮机(图1中的元件125)的涡轮机入口温度(“TIT”)来计算燃料和/或氧化剂流量。在图2所示的控制路径中，计算的涡轮机入口温度(TIT CALCULATED)可以在路点212处输入并且在路点214处与输入的最大涡轮机入口温度(MAX TIT)进行比较，所述最大涡轮机入口温度(MAX TIT)可以被预设，并且可以基于例如涡轮机或发电系统的其他部件的操作限制(例如，热交换器操作限制)。路点216处的差分计算与可选地在路点210处调节的FUEL FLOW DEMAND信号进行比较，并且最低值在路点218处输出以用于图2中所示的其他控制路径。
图2中的顶部控制路径使用选择的低值218来计算通过高流量管线(即图1中的初级燃料流动管线116)的燃料控制阀的燃料流量。基于如本文中另外描述的生成的分数信号(SPLIT FRAC)来调节选择的低值218。从1减去SPLIT FRAC值，并且在路点220处将结果乘以选择的低值218。在起动模式的示例性实施例中，可以通过接收来自信号发生器的“零”信号来关闭控制路径中的自动开关-参见图2中的路点222。以该方式，控制路径可以被强制为零，使得用于高流量管线的流量控制阀(FCV-FH)232关闭，并且基本上没有燃料流动通过高流量燃料管线。因此整个燃料需求信号经由第二控制路径发送，使得基本上所有的燃料流动都通过由低流量燃料控制阀-FCV-FL246控制的低流量燃料管线。在这方面生成的控制信号可以适于打开/关闭高流量管线中的流量控制阀(FCV-FH)和/或低流量管线中的流量控制阀(FCV-FL)。燃料流动管线(例如，图1中的管线116和117)中的阀的这样的打开和关闭可以根据需要递增以提供所需的质量流量或体积流量。与操作模式无关地，燃料流量控制阀(FCV-FH和FCV-FL)优选地配置成基于图2中所示的进一步修改来响应POWER DEMAND信号。以该方式，POWER DEMAND信号最终可以用于增加和/或减少通过任何燃料流动管线进入燃烧器的燃料量。
信号发生器将保持路点222默认为0，直到接收到如本文中另外描述的生成的MODE信号。MODE信号可以是指示发电过程处于期望燃料流动通过高流量管线的条件的任何信号。例如，如上所述，在起动期间，可能期望仅通过低流量燃料管线提供燃料流量。一旦满足定义的一组操作条件，就可以生成模式(MODE)信号，并且燃料可以开始流动通过高流量管线。此时，自动开关控制路点222将使控制路径使用来自路点220的计算。然后将该计算与通过高流量管线的实际燃料流量FLOW-FH 228进行比较，所述实际燃料流量在流量传感器226中测量。然后，在路点224处计算的差分通过路点230处的自动开关。该值将用于控制FCV-FH232，除非操作条件已导致生成停止燃料(STOP FUEL)信号-例如，在发电故障的情况下。如果生成，STOP FUEL信号将使通过路点230的流量信号切换到0，使得没有燃料流动通过FCV-FH 232。否则，FCV-FH 232将自动打开/关闭以允许根据前述控制路径计算的质量或体积流量。
在类似的控制路径中，通过引导低流量管线燃料控制阀-FCV-FL 246的打开和关闭，在路点218处生成的SELECT LOW VALUE可以用于自动控制通过低流量燃料管线的燃料流量。特别地，路点234处的自动开关可以默认使用来自路点218的低值(LOW VALUE)，使得燃料流量仅通过FCV-FL 246通过低流量燃料管线。如前所述，SPLIT FRAC信号可以使自动开关交替到将LOW VALUE乘以SPLIT FRAC值的功能。将通过路点234的任何值与通过借助于流量传感器236针对FLOW-FL 238测量的低流量管线的实际燃料流量进行比较。然后在路点240处采用的差分默认通过路点242处的自动开关。然而，如果控制器生成指示燃烧器中的实际点火的信号-即燃料点火启动(FUEL IGNITION ON)信号，则自动开关可以交替到预设的流量值。预设流量可以是任何值；然而，它通常可以保持在相对低的水平，使得大部分燃料流量在正常设备操作期间-即在燃烧器点火之后-通过高流量燃料管线。如前所述，低流量燃料控制路径也包括在路点244处的自动开关，使得如果生成STOP FUEL信号则流量被强制为0。否则，FCV-FL 246将自动打开/关闭以允许根据前述控制路径计算的质量或体积流量。
通过低流量氧化剂管线(例如，图1中的管线122)到燃烧器的氧化剂流量也可以部分地基于低流量燃料管线控制路径被控制。该氧化剂流动路径初始基于生成为默认初始氧化剂流动到低流量管线的偏置信号(LOW BIAS(低偏置))和生成为指定分配到各种氧化剂流动管线的总氧化剂流量的当量(EQ-RATIO)信号。在路点248处，将LOW BIAS信号和EQ-RATIO信号相加在一起，并且该总和用作离开低流量燃料控制路径中的路点234的值的除数。在功能路点252处，计算低流量管线中的燃料与氧化剂的流量比，并且然后在路点258处与通过低流量氧化剂管线的实际氧化剂流量-LOW FLOW 256(其由流量传感器254测量)进行比较。流量比可以基于流动通过相应管线的材料的相对质量流速(例如，千克(kg)每秒)，或者可以基于流动通过相应管线的材料的相对体积流速(例如，立方米每秒)。在路点258处获得的差分被传递到路点260，其中自动开关默认使用来自路点258的差分。然而，如果控制器生成指示燃烧器中的实际氧化剂点火的信号-即OX-LF IGNITION ON(点火启动)信号，则自动开关可以交替到预设流量值。预设流量可以是任何值；然而，它通常可以保持在相对低的水平，使得大部分氧化剂流量在正常设备操作期间-即在燃烧器点火之后-通过高流量氧化剂管线。因此低流量氧化剂管线FCV-OL262中的流量控制阀将自动打开/关闭以允许根据前述控制路径计算的质量或体积流量。
通过高流量氧化剂管线的氧化剂流量可以通过类似于上面针对低流量氧化剂管线所述的专用路径来控制。然而，在一些实施例中，OXIDANT DEMAND(氧化剂需求)信号可以生成并发送到DCS以控制高流量氧化剂管线的氧化剂流量控制阀的打开和关闭。如图2中所示，来自路点218的LOW VALUE可以除以路点274处的上述EQ-RATIO。其后，可以在路点266处运行计算函数以计算通过所有燃料流动管线的总燃料流量与通过所有氧化剂流动管线的总氧化剂流量的流量比。然后将路点266处的函数的结果作为信号268发送到DCS。然后可以基于OXIDANT DEMAND信号和如上所述计算的通过FCV-OL 262的流量自动计算通过高流量氧化剂管线的氧化剂流量。流量比可以基于流动通过相应管线的材料的相对质量流速(例如，千克每秒)或者可以基于流动通过相应管线的材料的相对体积流速(例如，立方米每秒)。
除了上述之外，燃料与氧化剂的比率可以根据图4g(图纸7)中所示的功能序列基于燃料流量、涡轮机速度、系统压力等中的一个或多个来计算，其中：SPLIT-FRAC是FCV-FH和FCV-FL之间的燃料分配的燃料分数比；LO-BIAS是FCV-FL的当量比；并且EQ-RATIO是燃料与氧化剂的比率。SPLIT-FRAC、LO-BIAS和EQ-RATIO的每一个都根据由流量传感器测量的通过燃料管线的总质量或体积燃料流量计算。对于三者中的每一个，信号可以经由信号发生器偏置到定义值(“XX”)，直到生成READY TO MODE SW(备妥模式SW)信号，其指示准备从起动模式变为全功能模式。因而，所有SPLIT-FRAC、LO-BIAS和EQ-RATIO都可以具有为在发电设备的起动期间通过低流量管线的合适流量限定的起始值。图纸7也举例说明了用于防止热交换器过热的计算例程。例如，在一些实施例中，TCS可以配置成保持或降低通过高流量燃料管线和低流量燃料管线中的一者或两者到燃烧器的燃料输入。这样的控制可以至少部分地基于来自一个或多个传感器和/或来自辅助TCS的控制元件的反馈信号。这样的反馈信号可以在一些实施例中基于例如速率限制。在其他实施例中，反馈信号可以基于输入变量，例如温度、压力、应变或其他变量的绝对限制。在一些实施例中，反馈信号可以指示接近或超过预定最大值的一个或多个回流式热交换器中的热水平。在这样的情况下，控制系统可以配置成如上所述保持或降低燃料输入以控制涡轮机出口温度，并且因此控制回流式热交换器的操作温度。
LO-BIAS信号的提供可以允许起动模式下的氧化剂流具有与正常操作模式下的氧化剂流不同的当量比。而且，LO-BIAS信号允许处理彼此独立的高管线和低管线的当量比(燃料与氧化剂的比率)。尽管存在进入燃烧器的燃料与氧化剂的总比率，但是高管线的燃料与氧化剂的比率可以与低管线的燃料与氧化剂的比率不同。这允许显著增加的更精确地控制燃烧器功能的能力。除了改变燃料与氧化剂的比率之外，本公开也提供改变氧化剂流的化学性质。例如，氧化剂流可以包括用CO2稀释的O2，并且对于与高管线和低管线关联的氧化剂流，氧化剂流中包括的CO2的量可以独立地变化。因此，从高管线进入燃烧器的氧浓度可以独立于从低管线进入燃烧器的氧浓度而变化。因此，对于通向燃烧器的所有燃料/氧化剂路径，本控制系统可以允许当量比不同并且氧化剂流的化学性质也不同。鉴于前述内容，根据本公开的控制元件可以特别适于调节通过两个或更多个不同燃料管线从燃料供应系统流动到燃烧器的燃料的质量或体积的比率。类似地，根据本公开的控制元件可以特别适于调节通过两个或更多个不同氧化剂管线从氧化剂供应系统流动到燃烧器的氧化剂的质量或体积的比率。此外，根据本公开的控制元件可以特别适于调节通过氧化剂管线流动到燃烧器的氧化剂的质量或体积相对于通过燃料管线流动到燃烧器的燃料的质量或体积的比率。在所有情况下，流量比可以基于流动通过相应管线的材料的相对质量流速(例如，kg每秒)或者可以基于流动通过相应管线的材料的相对体积流速(例如，立方米每秒)。
如从前述看到的，本公开提供了在通过两个或更多个流动管线的燃料流量之间自动切换的能力。通过两个或更多个流动管线的燃料流量可以是可变的，并且可以基于限定的输入自动改变流量比。因此，在任何给定点，到燃烧器的燃料流量的0％至100％可以分配给两个或更多个燃料流动管线中的任何一个。
除了关于图2描述的控制路径之外，各种其他控制路径可以由控制系统实现以便计算用于控制到燃烧器的燃料和氧化剂流量的各种信号和值。例如，如图2中所示，可以在控制路径中使用涡轮机入口温度(TIT)来确定适当的燃料流量控制信号。
由于发电方法的高温、高压条件，涡轮机入口处的直接温度测量可能非常困难。因此，在本公开的实施例中，控制系统使用可以基于各种输入的多个计算例程来计算TIT。如图4i(图纸9)中所示，取TIT作为三个不同计算例程的最高值[>H]。如果需要，可以使用更多数量的计算例程。此外，可以仅使用单个计算例程。
在图4i(图纸9)中，用于计算TIT的第一路由是来自整个发电系统的各种流量的直接计算。例如，这可以包括接收与温度、压力、质量流量、基于流动条件的比热和基于产品的形成热的燃料的热值相关的输入。在相应的流量感测元件(“FE”)处测量以下流量的每一个(作为质量流量或体积流量)：通过高流量燃料管线的燃料的流量(HF FUEL)；通过低流量燃料管线的燃料的流量(LF FUEL)；通过低流量氧化剂管线的氧化剂的流量(LF-OXIDANT)；通过高流量氧化剂管线的氧化剂的流量(HF-OXIDANT)；用于输入燃烧器的再循环CO2(例如，离开循环压缩机)的流量(RECYCLE)；和用于喷嘴冷却流的CO2的流量(NOZZLE COOLING)。在相应的压力传感器(“PT”)处测量以下压力的每一个：低流量氧化剂管线的压力(LF-OXIDANT)；高流量氧化剂管线的压力(HF-OXIDANT)；和用于输入燃烧器的再循环CO2流的压力(RECYCLE)。在相应的温度传感器(“TT”)处测量以下温度的每一个：通过低流量氧化剂管线的流动的温度(LF-OXIDANT)；通过高流量氧化剂管线的流动的温度(HF-OXIDANT)；和用于输入燃烧器的再循环CO2流的温度(RECYCLE)。这样的直接计算可以利用进入燃烧室的总能量和质量并计算理论TIT。
用于计算TIT的第二例程是可以基于涡轮机压力比的涡轮机性能计算。用于输入燃烧器的再循环CO2流的压力(RECYCLE)除以由相应的压力传感器(“PT”)测量的离开涡轮机的涡轮机流的压力(EXHAUST)。根据该压力比和涡轮机排气从其流出的涡轮机出口处的温度(EXHAUST)计算涡轮机性能。用温度传感器(“TT”)测量该涡轮机出口温度(“TOT”)。可以根据需要修改这样的例程以考虑到涡轮机的冷却流动和来自这样的流动的TOT的降低，从而避免显著低估TIT。
用于计算TIT的第三例程可以基于涡轮机壳体或轮空间的测量温度进行估计。这样的例程可以包括使用BIAS或偏移以允许经由温度传感器(“TT”)直接测量涡轮机中的金属温度(INNER CASING(内部壳体))。
当执行上述三个例程时，控制系统取三个计算中的较高者[>H]并使用它来形成输出信号TIT-CALC。该输出根据需要被发送到另外的控制路径，例如在图2中，如上所述。
在一些实施例中，TIT可以不直接被控制，而是可以取决于涡轮机出口温度(TOT)和实际涡轮机功率的组合。特别地，DCS可以配置成通过控制进入涡轮机的质量流量来控制TOT。这可以适用于控制初级热交换器中的温度曲线，限制管道和热交换器中的热机械疲劳，以及控制起动和关闭期间的温度变化率。因此TCS可以通过控制燃料流量来控制涡轮机功率输出。由于TIT可能不直接被控制，因此出于安全目的可能必须监测TIT。
在一些实施例中，燃料控制路径可以适于提供对流量变化的基本线性响应。因而，可以使用多阀配置，其中燃料控制路径包括一个或多个燃料流量控制阀以及一个或多个燃料压力控制阀。压力控制阀可以用于控制下游燃料流量控制阀上的压降，或者可以用于控制下游燃料流量控制阀前部的压力。这些(和其他控制点)可以用于线性化燃料流量控制阀响应以实现更线性和可预测的控制，并且也使燃料流量控制阀与燃料供应系统中的上游压力的压力波动分离。
包括如上所述的燃料压力控制阀的控制路径在图4j(图纸10)中示出。如图所示，信号发生器可以包括在高流量的流量控制阀FCV-FH(图2中的元件232)和低流量的流量控制阀FCV-FL(图2中的元件246)两者的控制路径中。在每种情况下，可以建立压力设定点，使得相应FCV上的压降保持在限定压力，所述限定压力可以是最小压力设定点(即“XX巴”)。对于高流量和低流量也可以设定对应的阀行程百分比(其中“XX％”指示可变阀行程百分比)，使得当达到阀行程设定点时，压降的设定点上升以便增加燃料输送。这可以通过每个管线中的％bar f(x)函数和高选择(>H)函数看到。与发电设备模式(例如，起动对完全操作)无关，这样的控制路径配置可以提供自动操作。
除了上述之外，一个或多个压力传感器可以包括在控制路径中，以便将压力控制阀上的最低压降保持在固定值。在图4j(图纸10)中，使用三个压力传感器来提供与PRESSURE UPSTREAM OF FCV-FH(FCV-FH上游压力)、燃料气体压缩机排放压力、或FG COMPDISCHARGE(FG COMP排放)、以及PRESSURE UPSTREAM OF FCV-FL(FCV-FL上游压力)相关的压力信号。可以使用逻辑序列以选择三个测量压力中的最低者[>L]。其后控制器基于该最低压降生成燃料气体压缩机排气压力值(FG PRES SET POINT(FG压力设定点))并将该信号传递到DCS。通过PCV-FH和PCV-FL的流量的计算也相应地考虑PRESSURE DOWNSTREAM OFFCV-FH(FCV-FH下游压力)和PRESSURE DOWNSTREAM OF FCV-FL(FCV-FL下游压力)，其每一个由相应的压力传感器测量。这些提供了与如上所述的最小值进行比较的实际流流动压力值。
在一些实施例中，可以仅使用单个压降。例如，在起动期间，可以仅使用PCV-FL上的压降。优选地，基于最小压缩机性能分级来使用最小设置。该最小压力(例如，“最小巴(bar)”)通过信号发生器输入，并且选择最高压力，如高选择函数[>H]所述。在一些实施例中，在燃料流量控制阀上游的一个或多个压力控制阀的使用可以仅通过改变来自燃料气体压缩机的压力输出来保持恒定的燃料气体压力控制。再次，在起动模式期间可以提供特殊考虑。例如可以在起动期间使用信号发生器将压力控制阀强制为0％，以确保阀保持关闭并且在PCV和FCV之间的高燃料管线中没有压力。在适当的时间，READY TO MODE SW信号可以指示从起动模式到全功能模式的变化，并且该信号可以使信号发生器将PCV-FH阀打开到预定设置(Y％)。使用自动开关(“ASW”)执行必要的切换。当发生从起动模式到正常操作模式的改变时，如上所述正常控制阀上的压降。
在图3中示出了根据本公开的用于发电设备的燃料气体系统的简化图。如图所示，离开燃料气体压缩机300的主燃料管线301分成初级或高管线310和次级或低管线320。高燃料管线310包括压力控制阀312、流量控制阀314、和流量感测元件315。压力传感器313位于压力控制阀312和流量控制阀314之间，并且压力传感器315位于流量控制阀314和流量感测元件316之间。低燃料管线320类似地包括压力控制阀322、流量控制阀324、和流量感测元件325。压力传感器323位于压力控制阀322和流量控制阀324之间，并且压力传感器325位于流量控制阀324和流量感测元件326之间。压力传感器305也在主燃料管线301中位于高管线310和低管线320之间的分流的上游。在某些实施例中，阀312可以对应于PCV-FH，阀314可以对应于FCV-FH，阀322可以对应于PCV-FL，并且阀324可以对应于FCV-FL。参考图3和图4j(图纸10)，PT 305可以测量FG COMP DISCHARGE，PT 313可以测量PRESSURE UPSTREAM OF FCV-FH，PT 315可以测量PRESSURE DOWNSTREAM OF FCV-FH，PT323可以测量PRESSURE UPSTREAMOF FCV-FL，并且PT 325可以测量PRESSURE DOWNSTREAM OF PCV-FH(PCV-FH下游压力)。
除了提供到燃烧器的燃料流量的特定控制之外，本公开的控制系统可以配置成控制到燃烧器的氧化剂流量的各个方面。如图4k(图纸11)中所示，控制系统可以包括适于将通过氧低流量控制阀(FCV-OL POSITION)的压降保持在限定值的路径。可以经由信号发生器提供预设百分比(SG-XX％)，并且可以选择任何百分比作为最大百分比。将该最大值与通过FCV-OL的实际流量进行比较，作为TCS的输入。控制路径也包括信号发生器，用于输入可以根据需要预设的最小流动压力(SG-BB巴)，并且高选择(>H)函数用于将所需值发送到下一个控制器路径。控制系统可以配置成增加通过FCV-OL的压降的设定点。设定点的该变化可以表示发送到DCS的氧化剂压力设定点(OX PRES SET POINT)的变化，所述信号用于与发电设备中使用的压缩机和/或泵相关的控制路径。这允许在各种操作模式下的平稳和连续控制。满足氧化剂压力设定点的能力取决于氧化剂压缩机和氧化剂泵相对于来自压力传感器PT的COMBUSTOR PRESSURE(燃烧器压力)值和来自压力传感器PT的OXIDANT DELIVERYPRESSURE(氧化剂输送压力)值的协调。当泵要联机时，DCS可以适于通知TCS保持燃料信号，原因是氧化剂流量取决于燃料信号。以该方式，氧化剂压力控制系统被简化，与燃料流对准，并变为自动。
从前述内容可以看出，本控制系统可以配置成使得功率需求由燃料输入控制。特别是，TCS可以控制燃料输入以便满足POWER DEMAND信号。流量控制阀和压力控制阀的组合可以被自动控制，并且在涡轮机操作所需的控制范围内提供平稳的控制和操作。因此，所产生的功率循环对常规燃气轮机中的燃料输入变化的响应较小。根据本公开，由于需要较低的精度，燃料控制变化更宽容，并且较慢的响应时间可以提高操作安全性。
在一些实施例中，可以利用与涡轮机的冷却相关的各种控制路径。例如，可以提供自动控制，使得一个或多个冷却流(例如循环CO2流的一部分)可以被引导到涡轮机以用于冷却，并且控制路径可以用于控制质量流量、压力、温度和冷却流的来源中的一个或多个。在一些实施例中，CO2流可以从再加热路径中的一个或多个位置通过回流式热交换器(例如，图1中的元件35)排出。参考图4l(图纸12)，示出了两个替代控制路径：上部路径中的温度偏置流量控制和下部路径中的单独控制方案。在上部控制路径中，叶片冷却流量的质量流量设定点(BLD COOL FLOW SP)可以由TCS设定，并且用于基于与BLADE COOLING FLOW流量传感器(“FT”)提供的实际测量的BLADE COOLING FLOW(叶片冷却流量)的差分(Δ)控制两个不同温度范围的两个冷却阀-BLADE COOLING COLD VALVE(叶片冷却冷阀)和BLADECOOLING HOT VALVE(叶片冷却热阀)(尽管可以使用更多或更少的阀)。“冷”和“热”之间的差异是指从热交换器排出的CO2流的相对温度。例如，BLADE COOLING HOT VALVE在图5中示出为阀553，并且BLADE COOLING COLD VALVE在图5中示出为阀552。作为示例，可以包括与阀552连通的流量控制元件，并且可以包括与阀553连通的温度控制元件。温度控制元件可以配置成偏置控制信号，所述控制信号发送到BLADE COOLING(叶片冷却)流量控制阀以保持温度控制。在控制路径中，叶片冷却温度设定点(BLD COOL TEMP SP)可以经由TCS被提供，并且与由温度传感器(“TT”)测量的实际BLADE COOLING TEMP(叶片冷却温度)进行比较。为了设定限定公差，可以经由信号发生器输入最大允许温度(SG MAX℃)，并且可以使用低选择(>L)函数将最大温度与BLD COOL TEMP SP进行比较。选择的值传递到高选择(>H)函数以与经由信号发生器输入的最小允许温度(SG MIN℃)进行比较。最终值在微分函数(Δ)中与BLADE COOLING TEMP进行比较。
在下部控制路径中，基于来自TCS的BLD COOL FLOW SP输入和来自流量传感器(“FT”)的BLADE COOLING FLOW之间的比较例程，使用热冷却阀(BLADE COOLING HOTVALVE)来控制进入叶片冷却管线的流量。如前所述，冷却温度设定点(BLD COOL TEMP SP)与从温度传感器(“TT”)测量的BLADE COOLING TEMP(包括公差校验)进行比较，并且差分用于控制BLADE COOLING COLD VALVE。从前述内容可以看出，控制系统可以特别适于保持或降低通过燃料流动管线中的至少一个从燃料供应系统流动到燃烧器的燃料的质量或体积，以便保护热交换器中的一个或多个免于过热。控制功能可以响应于指示热交换器的操作温度接近或超过预定操作最大温度或热增加速率的输入信号。
在发电设备的起动中特别可以使用各种控制路径，包括使用TCS和DCS之间的协调例程。因而，本公开特别可以涉及用于发电设备的起动的方法和控制。当燃烧器和涡轮机联机时，起动程序特别可以依赖于燃料流量和氧化剂流量的协调控制。与设备起动的启动相关的示例性控制路径在图4b(图纸2)中示出。在这样的实施例中，DCS将在确保设备范围的系统准备好之后发送PREPARE TO START(准备启动)信号。TCS将启用和开始起动和点火所需的任何必要子系统-START EHC(电动液压控制)；START LUBEOIL(启动润滑油)；STARTLCI(负载换向逆变器)；START OTHERS(启动其他)。这些启动信号与准备信号关联，其可以启动主轴的转动(START TURN GEAR(启动转动齿轮))并且启动FUEL PURGE(燃料吹扫)SEQ(序列)以确保在启动燃烧器的点火之前从管线吹扫任何燃料。在这些启动之前可能需要附加的READY(备妥)信号作为许可-LUBEOIL READY(润滑油备妥)；LCI READY(LCI备妥)；OTHERS READY(其他备妥)；EHC READY(EHC备妥)。作为具体示例，可以从压力传感器(PT)读取LUBE OIL(润滑油)压力以确认已实现最小压力(“min P”)。接下来的控制路径可以包括来自TCS的所需输入，其指示用于从系统吹扫燃料的动作完成(PURGE COMPLETE(吹扫完成)信号)，以及SHAFT SPEED(轴速度)已达到最小范围(“min rpm”)的所需读数。此时，DCS可以启动READY TO START(备妥启动)信号。
有用于控制发电设备的起动的附加控制路径在图4c(图纸3)中示出。如图所示，起动控制可以包括对填充信号的要求，所述填充信号指示必要的管线填充有工作流体(例如，CO2)。来自DCS的SYSTEM FILLED(系统填充)信号必须与READY TO START信号组合，所述READY TO START信号可以如上所述生成以便继续起动。也可能需要其他许可信号。如图所示，由压力传感器(PT)测量的CO2 COMPRESSOR SUCTION(CO2压缩机抽吸)必须满足可变最小压力要求(“XX巴”)。满足这些要求可以指示TCS将主轴从转动齿轮取下(STOP TURN GEAR(停止转动齿轮)信号)并将其置于LCI控制下(START LCI信号)。可以根据设定为0rpm或可变rpm(示出为“ZZ”rpm，“XX”rpm，“YY”rpm和“QQ”rpm)的多个信号发生器(SG)和自动开关(ASW)来控制LCI以确保涡轮机根据预定设定点斜升，所述设定点可以包括基于确认压缩机和涡轮机之间的速度同步的信号(SYNC SPEED(同步速度))，确认满足燃烧器点火的必要速度的信号(IGNITION SPD(点火速度))，以及确认某些系统部件的同步的信号(SYNCCOMPLETE(同步完成)8)的转速的自动调节。各种涡轮机速度设定点的确认提示LC SPEEDREF.(LC速度参考)信号输送到TCS。当主轴以预定速度(ZZ rpm)转动时，启动计时器。在时间推移完成并且已满足涡轮机速度设定点之后，READY TO CRANK(备妥曲轴)信号生成并发送到DCS并且在其他路径中使用以继续切换到发电设备的完全操作。
有用于控制发电设备的起动的更进一步的控制路径在图4d(图纸4)中示出。如图所示，起动控制路径需要接收上面讨论的READY TO CRANK(备妥曲轴)信号和来自DCS的OKTO CRANK(曲轴成功)信号以便涡轮机加速到点火速度。当测量的轴速度仍然低于点火速度时，TCS向DCS发送IGNITION PREPARE(点火准备)信号，并且DCS通过在点火预设中启动发电设备的其他元件来响应。接下来从DCS接收OXYGEN READY(氧气备妥)信号，并且TCS通过向DCS发送START OXYGEN(启动氧气)信号来响应，只要满足其他要求：1)轴速度处于点火值，其可以根据需要预设(YY rpm)；2)在IGNITION PREPARE信号之后，DCS以点火准备信号(IGPREPARE READY(点火准备备妥))响应；3)存在任何其他许可信号(OTHER PERMISSIVES)；4)确认不需要系统吹扫-即SYSTEM PURGE REQ为否；5)确认点火序列尚未完成-即IGNITIONFINISHED(点火完成)为否。在收到来自DCS的OXYGEN READY(氧气备妥)信号和STARTOXYGEN信号之后，DCS启动点火序列。接下来启动燃料延迟计时器，并且低流量燃料阀(FCV-FL)打开到预定位置。这允许氧化剂管线填充的时间，使得燃料和氧化剂基本上同时被引入燃烧器。其后控制系统输送多个信号以用于其他控制路径。当点火序列开始时，点火系统的信号到达TCS(IGNITOR ON(点火启动))，并且开始用于燃料启动的计时器。燃料启动开始用于点火检测的第二计时器。可以包括回路，使得点火失败将重置点火序列。如果在计时器信号到期之前未检测到点火，则发送IGNITION FAILURE(点火失败)信号。信号可以保持在高值持续设定时间以允许DCS处理和设定SYSTEM PURGE REQ(系统吹扫REQ)信号所需的时间，并在需要时暂停重新点火尝试。在点火信号将通过之前，FLAME DETECTION(框架检测)必须持续预设计时器的持续时间以消除火焰溅射。当检测到点火时，点火检测系统将停用点火器，并且IGNITION SUCCESS(点火成功)信号被发送到另外的控制路径。
如图4e(图纸5)中所示，IGNITION SUCCESS信号用于控制路径，所述控制路径适于在从起动转换到完全操作的同时控制通过系统的压力。例如，控制路径可以适应以在起动期间将系统中的压力保持在低水平。例如，发送到DCS的AT POINT 1(处于1点)信号可以与压缩机处于约10巴的压力相关。一旦压缩机全速运转，控制系统就会加压。例如，AT POINT2(处于2点)信号可以与压缩机处于约30巴的压力相关。
图4f(图纸6)和图4h(图纸8)示出了另外的控制路径，其示出了沿着起动例程的路点。例如，在图纸6中，控制系统利用各种信号，除了其他动作之外，所述信号可以与涡轮机加速到完全操作速度相关地改变燃料流量。图纸8示出了在从起动转变到完全操作的同时与各种系统同步的发电机控制系统(GCS)的相互作用。图4m(图纸13)示出了通过将测量值与从TCS接收的ALLOWABLE THRUST(可允许的推挤)信号进行比较来控制涡轮机推力的控制路径。可以提供附加的控制路径以确保安全操作，如图4n(图纸14)中所示。例如，控制系统可以适于响应于接收到指示点火失败和/或先前点火已遇到熄火的其他信号-即，UNSYNCFLAMEOUT(未同步熄火)；IGNITION FAILURE(点火失败)；和SYNC FLAMEOUT(同步熄火)信号而启动STOP FUEL(停止燃料)信号。STOP FUEL信号的启动也可以启动各种阀和口的打开，使得可以安全地排出管线中的燃料和/或氧化剂。
进一步对于前面的描述，参考图4a至图4n中的图纸1至图纸14，示出根据本公开的实施例可以使用的示例性控制路径，并且为了便于参考源自一个流动路径中的信号，其用作另一个流动路径中的输入。可以单独地查看相应流动图的每一个，并且因此，可以关于所述图纸中的一个的单个流动图的全部或部分来定义本公开的方面。在其他实施例中，可以组合地读取相应的流动图，并且因此，可以关于所述图纸中的两个或更多个的全部或部分的组合来定义本公开的方面。换句话说，来自图纸1至图纸14(图4a至图4n)中的任何一个的一个或多个元件可以与图纸1至图纸14(图4a至图4n)中的任何其他的一个或多个元件组合。基于本文提供的进一步公开，各种流动图的可能组合将是显而易见的。
在图4a至图4n中，各种符号具有普遍含义。带有单个尖端的横幅框表示输入到控制路径或由控制路径输出的信号。各种函数计算框具有本领域公认的含义。带有“Δ”信号的框指示基于输入计算差分。带有“f(x)”的框指示正在执行计算函数。带有“P”或“I”的框分别指示“比例”和“积分”。尽管仅示出“P”和“I”框，但是应当理解，所示的控制路径可以利用典型的控制回路反馈机制，其中“PID”控制器(比例、积分、微分)计算误差值作为期望设定点和测量过程变量之间的差值，并且基于比例、积分和微分项应用校正。因此，根据本公开可以使用P、I和D中的任何一个或全部。带有“+”，“-”，“X”或“÷”符号的框分别指示值的加法、值的减法、值的乘法和值的除法。带有“ASW”的框指示存在自动开关。带有“SG”的框指示生成预定义输入值的信号发生器，所述信号可以具有特定值(由框中的数字表示)或者可以具有变量值(由通用值指示符表示-例如，“xx”，“nn”等)。带有“AM”的框指示存储在模拟存储器部件中的值。带有>H或>L的框分别指示选择输入值的最高者或输入值的最低者。输入编号为“1”和“2”的框指示使用“1”输入直到收到第三个(非编号)输入，此时编号“1”输入由编号“2”输入代替。带有“*H”的框指示高通，其中仅在实际输入超过设定值时才存在信号。带有“*L”的框指示低通，其中仅在实际输入小于设定值时才存在信号。使用圆代替框指示来自传感器的输入。
在图5中示出了各种控制路径在根据本公开的发电系统和方法的控制中的应用。如图所示，发电系统500包括多个部件，其配置用于在高压下用氧燃烧燃料以形成燃烧流，所述燃烧流在涡轮机上膨胀、冷却、净化并再循环回到燃烧器作为工作流体。发电系统500包括主控制系统501，其通过通信线路501a与多个另外的通信线路处于工作连接，如下面更详细所述。如图所示，单个控制系统501可以是这里另外描述的DCS，如本文中另外描述的TCS，如本文中另外描述的GCS，或适合于读取输入和提供输出以便控制用如图所示的发电系统500执行的发电方法的任何其他通用控制系统。应当理解，可以使用多个控制系统，并且为了简单起见仅示出了单个控制系统501。控制系统501还可以被认为包含多个独立控制系统，例如DCS、TCS和GCS的任何组合。
在根据本公开的发电方法的实践中，燃料(例如，来自燃料源的甲烷、合成气或其他气体燃料-参见图1中的元件115)在燃料气体压缩机502中被压缩，并且压缩燃料可以通过初级燃料管线503(或高流量燃料管线)和次级燃料管线504(或低流量燃料管线)中的一个或两者到达燃烧器511。通过初级燃料管线503和次级燃料管线504的流量可以相应地通过自动打开和关闭高流量燃料控制阀505(例如，FCV-FH)和低流量燃料控制阀506(例如，FCV-FL)来控制。初级燃料管线503可以是相对于次级燃料管线504的大容量管线，并且在发电系统500的完全操作期间到燃烧器的大部分燃料流量可以通过初级燃料管线。尽管燃料也可以在完全操作期间流动通过次级燃料管线504，但是该管线可以主要在发电系统500的起动期间被使用，如本文中另外描述。
来自氧化剂供给(例如，图1中的元件120)的氧化剂可以流动通过初级氧化剂管线507，其可以经由阀508控制。氧化剂(例如，其可以是来自空气分离单元的基本纯氧流)与来自流546的再循环CO2组合以形成管线509中的稀释氧化剂流，其通过热交换器510并且然后在氧化剂压缩机512中压缩。然后压缩的稀释氧化剂流在热交换器513中冷却并且泵送通过泵514和阀515。然后压缩的氧化剂流在初级氧化剂管线516中传送到燃烧器511之前通过穿过回流式热交换器519、528、527和526顺序加热。压缩的稀释氧化剂流的一部分可以被排出以在次级氧化剂管线517中通过阀571传送到燃烧器511。在氧化剂压缩机512和热交换器513之间，稀释氧化剂的一部分可以通过管线565中的阀566被排出以便再循环到管线离开阀564并最终返回管线509中。可选地，泵514和阀515之间的稀释氧化剂流的一部分可以通过管线567中的阀568排出，以便再循环到压缩机512和热交换器513之间的管线509。也可选地，阀515和回流式热交换器529之间的稀释氧化剂流的一部分可以通过管线569中的阀570排出，以便再循环到热交换器513和泵514之间的管线509。
来自初级燃料管线503和/或次级燃料管线504的燃料在燃烧器511中与通过初级氧化剂管线516和/或次级氧化剂管线517的氧化剂燃烧以产生高压(例如，在约100巴至约500巴的范围内，优选约150巴至约400巴)和高温(例如，在约400℃至约1500℃的范围内，优选约600℃，优选约600℃至约1200℃)燃烧产物流，其在涡轮机525中膨胀至小于燃烧压力并且优选地小于CO2的超临界压力(例如，约1巴至约75巴)的压力。CO2流也可以通过管线518中的阀519引入，以便通过管线521(其以虚线示出以指示可选的流动)传送到压盖密封压缩机520。涡轮机排气的一部分通过压盖密封522。其后流在传送到压盖密封压缩机520之前在热交换器523中冷却。离开压盖密封压缩机520的流可以通过管线524排出或者可以在管线530中再循环到热交换器523上游的点。通过管线524由阀531和532控制，而通过再循环管线530由阀533控制。与发电系统中的压盖密封和相关部件有关的其他配置在Fetvedt等人的美国专利公报No.2016/0363009中被描述，其公开内容通过引用并入本文。
主涡轮机排气流在管线534中离开涡轮机525以顺序地通过回流式热交换器526、527、528和529。侧流可以从管线534通过阀535排出并且在与管线534重接之前在管线536中通过回流式热交换器526。可选地，管线536中的流的部分或全部可以通过阀537排出以与回流式热交换器529下游的管线534中的涡轮机排气重接。此外，流534中的涡轮机排气的一部分可以通过管线538传送到排气管线524。可选地，来自管线524中的压盖密封压缩机520的涡轮机排气的一部分可以在阀531的上游排出并且通过阀539以与回流式热交换器529下游的管线534中的涡轮机排气重接。
然后管线534中的涡轮机排气流通过冷凝器540以从涡轮机排气流去除水。通过管线541中的阀542排出冷凝水。冷凝水的一部分可以通过泵544和热交换器545再循环回到管线543中的冷凝器。随着水被分离，基本纯净的再循环CO2流从冷凝器540通过管线546被输送。再循环CO2可以通过各种管线以用于稀释各种流，用于再循环回到燃烧器作为工作流体，用作冷却剂，以及用于可选的通气。再循环CO2的一部分可以作为隔离产物被捕获，用于EOR或其他用途。
管线546中的再循环CO2特别通过管线547传送到CO2再循环压缩机548。压缩的再循环CO2在CO2泵550中泵送到用于输入燃烧器511的压力之前通过热交换器549以增加再循环CO2的密度。然后高压再循环CO2流在管线551中顺序通过回流式热交换器529、528、527和526传回以再加热到用于输入燃烧器511的温度。高压再循环CO2的一部分可以在不同温度下排出以用作组合燃烧器511和涡轮机525中的冷却剂。特别地，它可以在回流式热交换器527和528之间的中间温度下通过阀552排出，并且可以在回流式热交换器526和527之间的较高温度下通过阀553排出以通过管线554。尽管对于阀552和553的每一个示出单个阀，但是可以理解在每种情况下可以使用一系列阀(例如，两个、三个或更多个)。在可选的实施例中，再循环的CO2流的一部分可以从热交换器549和泵550之间的管线547取出，并通过管线556中的阀555传送到泵550和回流式热交换器529之间的管线551。除了上述之外，管线534中的涡轮机排气的一部分可以在通过冷凝器540之前排出并且与管线547中的再循环CO2流组合。特别地，涡轮机排气通过管线558中的阀557排出并且在热气体压缩机559中被压缩。离开热气体压缩机559的气体的一部分可以通过热交换器561在管线560中再循环。气体的剩余部分在管线562中通过以在通过阀563并与压缩机548和热交换器549之间的管线547中的再循环CO2流组合之前在回流式热交换器528和529中冷却。在该点的上游，再循环CO2流的一部分可以在管线573中通过阀574传送到回流式热交换器529和冷凝器540之间的涡轮机排气流534。
同样在压缩机548和热交换器549之间，再循环的CO2流的一部分在管线572中排出以便输入到氧化剂压缩机512。这是从阀564传送以加入在主氧化剂管线507中流动的氧的再循环CO2流的部分的附加。此外，管线572中的流的一部分可以被排出以便输入阀531和压缩机520之间的管线524。
如图5中所示，发电系统500包括与上述工作部件互连的多个控制元件(阴影圆圈)和相关传感器(阴影矩形)，如虚线所示。这样的传感器、控制元件和控制线的网络可以限定一个或多个流量控制逻辑序列，由此控制通过发电设备的一个或多个部件的一种或多种流体的流量。例如，如本文先前所述，本控制系统可以包括功率控制元件10，其配置成接收需要由涡轮机525输送的当前功率的POWER DEMAND信号。功率控制元件10可以配置成指示初级燃料管线503和次级燃料管线504中的相应的阀505和506中的一者或两者根据需要打开和/或关闭，以将适当量的燃料输送到燃烧器511以满足功率需求。尽管未在图5中示出，如已经关于图3所述，功率控制元件10还可以接收来自与初级燃料管线503和次级燃料管线504连通的压力传感器和流量传感器的信号。
如图5中进一步所示，可以经由压力控制元件12至少部分地基于从压盖密封压缩机上游的管线524中的压力传感器14接收的压力数据来控制通过再循环管线530返回压盖密封压缩机520的流量。压力控制元件12特别可以配置成在打开和关闭管线530中的阀533以允许或阻止通过其中的流动。可以通过压力控制元件16至少部分地基于从压力传感器18接收的压力数据来控制通过排气管线524离开压盖密封压缩机520的流的流动。压力控制元件16特别可以配置成打开和关闭管线524中的阀531以允许或阻止通过其中的流动。管线524中的阀532可以基于从压力控制元件20接收的控制信号打开和关闭，所述压力控制元件本身从压力传感器22接收关于回流式热交换器529下游的涡轮机排气管线534中的压力的数据。压力控制元件20还可以配置成关于CO2流入压盖密封压缩机520控制阀519的打开和关闭。
液位控制元件24可以配置成控制从来自管线534的涡轮机排气流分离的液体水从冷凝器540的流出。液位控制元件24可以至少部分地基于从液位传感器26接收的数据打开和关闭管线541中的阀542。
再循环的CO2回流到燃烧器511和发电系统的各种其他部件可以依赖于配置成实现不同目的若干不同的控制元件。例如，可以通过压力控制元件28至少部分地基于从热交换器549和压缩再循环CO2流泵550之间的管线547中的压力传感器30接收的数据来控制离开压缩机548的压缩再循环CO2流的一部分转移回到紧邻压缩机540上游的涡轮机排气管线534。压缩再循环CO2流压缩机550和回流式热交换器529之间的管线551中的压缩再循环CO2流的可选再循环可以由控制元件32利用来自流量传感器34的数据来控制以确定何时打开和关闭流动管线576中的阀575，使得泵550和阀577之间的管线551中的压缩再循环CO2流的一部分再循环回到压缩机548和热交换器549之间的管线547。可以使用温度控制元件36利用从提供涡轮机525和回流式热交换器526之间的管线534中的涡轮机排气管线的温度的温度传感器38接收的数据来控制再循环CO2流压缩机550的流出。温度控制元件36可以配置成打开和关闭管线551中的阀577以改变传送到燃烧器511的再循环CO2流的量。温度控制元件36也可以配置成打开和关闭管线556中的阀555以使压缩机550和回流式热交换器529之间的管线551中的再循环CO2流的至少一部分再循环回到热交换器549和压缩机550之间的管线547。
如上所述，管线546中的再循环CO2流的一部分可以通过阀564以与氧化剂管线507中的氧组合。阀564的打开和关闭可以通过压力控制元件38至少部分地基于从热交换器510和氧化剂压缩机512之间的管线509中的压力传感器40接收的数据来控制。压力控制元件38可以进一步控制阀578的打开和关闭以允许管线509中的稀释氧化剂的一部分通过管线579排出。另外的压力控制元件42可以至少部分地基于从压力传感器44接收的数据来控制来自阀566从氧化剂压缩机512和热交换器513之间的管线509的再循环管线565中的打开和关闭。温度控制元件46配置成使用温度传感器48监测离开热交换器513的管线509中的流的温度。流量控制元件50可以配置成打开和关闭在管线567中的阀568以至少部分地基于从紧邻泵514的上游的流量传感器52接收的数据来控制管线509中的压缩稀释氧化剂从泵514和阀515之间的点的再循环。
压力控制元件54可以对在初级氧化剂流动管线516和次级氧化剂流动管线517中流动的氧化剂的量提供显著的控制。特别地，压力控制元件54可以控制管线509中的阀515和管线569中的阀570的打开和关闭以确定管线509中的多少稀释氧化剂流动到燃烧器和再循环到泵514上游的点。压力控制元件54进一步控制阀580，这特别可以确定多少稀释氧化剂通过初级氧化剂管线516或强制到达次级氧化剂管线517。这样的控制可以至少部分地基于从压力传感器56和压力传感器58接收的数据。压力控制元件54还可以配置成控制起动期间的氧化剂系统的上游压力以确保阀可以控制氧化剂的流量，直到泵514操作并控制流量。
比率控制元件60可以配置成控制氧化剂管线509中的氧气与CO2的比率。特别地，比率控制元件60可以从流量传感器62接收关于管线546中的CO2流量的数据，并且可以接收关于来自管线507中的流量传感器64的氧流量的数据。此外，阀115和回流式热交换器529之间的管线509中的氧浓度可以从氧传感器66提供。基于接收的数据，比率控制元件60可以打开和关闭管线507中的阀508以调节加入到管线509中的CO2流量的氧量，以提供所需的氧气与CO2的比率。例如，在一些实施例中，氧气与CO2的比率可以优选为约10:90至约90:10，更优选约10:90至约50:50，或约15:85至约30:70。
另外，当量控制元件68和流量控制元件70可以配置成基于进入次级燃料流动管线504的燃料的量来控制进入次级氧化剂管线517的氧化剂的量。为此，可以从次级燃料流动管线504中的流量传感器72，从初级燃料流动管线503中的流量传感器74，以及从次级氧化剂管线517中的流量传感器76接收数据。基于这样的数据，可以打开或关闭阀571以调节通过次级氧化剂管线517进入燃烧器511的氧化剂的量。
流量控制元件78可以配置成控制通过管线581和582的可选的CO2吹扫流量。当在这样的管线中没有氧化剂流量时，高流量氧化剂管线516可能需要吹扫流量。这确保燃烧产物不会回流到回流式热交换器526、527、528和529中。这也可以在需要时提供吹扫初级燃料流动管线503的能力。
本主题所属领域的技术人员利用前述描述和相关附图中提供的教导将会想到本公开主题的许多修改和其他实施例。所以，应当理解本公开不限于本文描述的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅用于一般性和描述性意义，而不是用于限制的目的。

Claims (21)

1.一种用于发电设备的控制系统，所述控制系统包括流量控制逻辑序列，所述流量控制逻辑序列适于：
接收功率实际信号，所述功率实际信号在给定时间中继所述发电设备的实际发电；以及
接收功率需求信号，所述功率需求信号在相同的给定时间中继所述设备的期望发电；
计算所述功率需求信号和所述功率实际信号之间的第一差分，并将所述第一差分转换成用于指示燃料到燃烧器的期望流量的燃料流量需求信号；
产生表示涡轮机的入口的温度的涡轮机入口温度信号，所述涡轮机入口温度信号作为多个计算的温度信号中的最高温度信号的选择，每个计算的温度信号分别从用于计算所述涡轮机的入口处的温度的不同计算例程导出；
计算所述涡轮机入口温度信号和最大涡轮机入口温度之间的第二差分；以及
基于所述燃料流量需求信号和所述第二差分的较低者的选择，调节从燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量和压力中的一者或两者。
2.根据权利要求1所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于调节通过两个或更多个不同燃料管线从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量或体积的比率。
3.根据权利要求2所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于打开/关闭所述两个或更多个不同燃料管线的每一个中的流量控制阀。
4.根据权利要求3所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于打开/关闭所述两个或更多个不同燃料管线的每一个中的至少一个压力控制阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于调节通过两个或更多个不同氧化剂管线从氧化剂供应系统流动到所述燃烧器的氧化剂的质量或体积的比率。
6.根据权利要求5所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于与两个或更多个不同燃料管线中的一个和两个或更多个不同氧化剂管线中的一个中的燃料与氧化剂的比率无关地调节所述两个或更多个不同燃料管线中的另一个和所述两个或更多个不同氧化剂管线中的另一个中的燃料与氧化剂的比率。
7.根据权利要求5所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述发电设备包括提供再循环CO2流的管线，其中，再循环CO2流的一部分加入到所述两个或更多个不同氧化剂管线中的一个或多个，并且其中，所述控制系统适于通过调节加入到所述氧化剂管线的再循环CO2的量而调节所述两个或更多个不同氧化剂管线的一个或多个中的氧浓度。
8.根据权利要求7所述的用于发电设备的控制系统，其中，与剩余的氧化剂管线无关地调节一个或多个氧化剂管线的每一个中的氧浓度。
9.根据权利要求7所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于调节流动通过所述两个或更多个不同氧化剂管线中的一个和所述两个或更多个不同氧化剂管线中的另一个的氧化剂的质量或体积之间的当量比。
10.根据权利要求2所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于关闭从所述两个或更多个不同燃料管线到所述燃烧器的初级燃料管线中的流量控制阀，使得基本上没有燃料流动通过所述初级燃料管线；并且适于打开从所述两个或更多个不同燃料管线到所述燃烧器的次级燃料管线中的流量控制阀，使得流动到所述燃烧器的基本上所有燃料都流动通过所述次级燃料管线。
11.根据权利要求10所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于调节流动通过所述初级燃料管线和所述次级燃料管线的燃料的质量或体积之间的当量比。
12.根据权利要求10所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于在所述发电设备的起动期间提供所述初级燃料管线中的流量控制阀和所述次级燃料管线中的流量控制阀的配置，并且配置成使所述初级燃料管线中的阀的打开与所述涡轮机和压缩流动到所述燃烧器的再循环CO2流的压缩机中的一者或两者的工作状态同步。
13.根据权利要求2所述的用于发电设备的控制系统，其中，所述控制系统适于响应指示热交换器的操作温度接近或超过预定的最大操作温度或热增加速率的输入信号，而保持或降低通过所述两个或更多个不同燃料管线中的至少一个从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量或体积。
14.一种发电设备，其包括：
燃烧器；
涡轮机；
发电机；
燃料供应系统；
氧化剂供应系统；
具有多个控制路径的控制系统，所述控制系统用于自动控制所述发电设备的操作中的至少一个动作，所述控制系统包括适于生成控制信号的控制路径，所述控制信号取决于以下：
比较在给定时间中继所述发电设备的实际发电的功率实际信号和在相同的给定时间中继所述设备的期望发电的功率需求信号，以生成用于燃料流动到所述燃烧器的燃料流量需求信号；
通过多个计算的温度信号中的最高温度信号的选择生成针对所述涡轮机的入口的温度的涡轮机入口温度信号，每个计算的温度信号分别从用于计算所述涡轮机的入口处的温度的不同计算例程导出；以及
计算所述涡轮机入口温度信号和最大涡轮机入口温度之间的差分；
所述控制路径包括适于选择所述燃料流量需求信号和所述差分中的较低者的逻辑序列，并且生成的控制信号有效于调节从所述燃料供应系统流动到所述燃烧器的燃料的质量和压力中的一者或两者。
15.根据权利要求14所述的发电设备，其中，所述燃料供应系统包括配置用于将燃料传送到所述燃烧器的至少两个独立控制的燃料管线。
16.根据权利要求15所述的发电设备，其中，所述燃料供应系统包括在所述至少两个独立控制的燃料管线的每一个中的至少一个流量控制阀和至少一个压力控制阀。
17.根据权利要求15所述的发电设备，其中，所述氧化剂供应系统包括配置用于将氧化剂传送到所述燃烧器的至少两个独立控制的氧化剂管线。
18.根据权利要求17所述的发电设备，其中，所述氧化剂供应系统包括在所述至少两个独立控制的氧化剂管线的每一个中的至少一个流量控制阀。
19.根据权利要求18所述的发电设备，其中，所述控制系统进一步配置成输出一个或多个另外的控制信号到至少两个独立控制的氧化剂管线中的每一个中的至少一个流量控制值中的一个或多个，以便于调节流动通过所述至少两个独立控制的氧化剂管线的氧化剂的质量或体积，并且从而调节流动通过所述至少两个独立控制的氧化剂管线的氧化剂的质量或体积之间的当量比。
20.根据权利要求19所述的发电设备，其中，所述至少两个独立控制的氧化剂管线中的一个是包括流量传感器的次级氧化剂流动管线，其中，所述至少两个独立控制的燃料管线中的一个是包括流量传感器的次级燃料流动管线，并且其中，所述控制系统进一步配置成基于通过所述次级燃料流动管线的燃料的质量或体积流量，输出一个或多个另外的控制信号以打开或关闭所述次级氧化剂流动管线中的流量控制阀。
21.一种用于起动发电设备的方法，所述方法包括执行一系列控制信号，其中：
至少部分地打开次级燃料流动管线中的流量阀，使得来自燃料源的燃料开始流动到燃烧器，同时基本上没有燃料在初级燃料流动管线中从所述燃料源流动到所述燃烧器；
至少部分地打开次级氧化剂流动管线中的流量阀，使得来自氧化剂源的氧化剂开始流动到所述燃烧器，同时基本上没有氧化剂在初级氧化剂流动管线中从所述氧化剂源流动到所述燃烧器；
将涡轮机从第一速度斜升到更高的第二速度；
在所述涡轮机斜变到至少所述第二速度之后，调节所述初级燃料流动管线中的燃料流量与所述次级燃料流动管线中的燃料流量的当量比，使得所述初级燃料流动管线中的阀打开，并且来自所述燃料源的燃料在所述初级燃料流动管线中流动到所述燃烧器；以及
在所述涡轮机斜变到至少所述第二速度之后，调节所述初级氧化剂流动管线中的氧化剂流量与所述次级氧化剂流动管线中的氧化剂流量的当量比，使得所述初级氧化剂流动管线中的阀打开，并且来自所述氧化剂源的氧化剂在所述初级氧化剂流动管线中流动到所述燃烧器。
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