CN109416181B - 用于减少排放的选择性燃烧器控制方法 - Google Patents

Abstract

一种方法，包括：操作具有布置成环形阵列的多个燃烧器筒（100）的工业燃气涡轮发动机，每个筒具有燃烧器级（122,124,132）和具有预混合先导燃烧器（108）和扩散先导燃烧器（106）的先导燃烧器布置（104）；以不对称燃烧操作，其中至少一个筒是温筒，其中相应的燃烧器级关闭，并且其余筒作为热筒操作，其中相应的燃烧器级工作；以及在将给温筒的先导燃烧器布置的燃料流速率保持为恒定的同时，改变温筒的先导燃烧器布置内的燃料分数。

Description

用于减少排放的选择性燃烧器控制方法

技术领域

本发明涉及在筒环形工业燃气涡轮机中的燃烧器筒布置内的不对称燃烧，以在小于基本负荷操作期间控制排放。

背景技术

工业燃气涡轮发动机的操作受制于排放法规，该排放法规尤其限制一氧化碳（CO）水平。常规的燃气涡轮发动机通常能够在低至取决于机器的可变化阈值的部分负荷操作期间满足这些要求。在阈值之下，难以（如果不是不可能的话）满足排放要求。此外，过去已经降低了排放限制，并且将来还会被降低。

在授权给Little的第7107773号美国专利中描述了用于在部分负荷操作期间减少排放的一种方法。其中描述的一种筒环形工业燃气涡轮发动机包括布置成环形阵列的多个燃烧器筒，其中各燃烧器筒包括一个或多个燃烧器级（burner stage）以及单个先导燃烧器。为了减少排放，在部分负荷期间操作一个或多个燃烧器筒，使得到先导燃烧器的燃料流动，而到其他一个或多个级的燃料基本上被限制。

不断降低的氮氧化物（NOx）排放限制已经引起燃烧器技术的改变，导致具有两个先导燃烧器的燃烧器筒设计，其中，先导燃烧器中的一个是类似于Little专利中的扩散先导燃烧器，而另一个是预混合先导燃烧器。如果在没有额外控制步骤的情况下直接应用Little的教导，在诸如这样的燃烧器中获得并保持燃烧是具有挑战性的，甚至燃烧可以是不可能的。因此，在部分负荷燃烧期间减少装备有预混合先导燃烧器的燃烧系统中的CO排放有关的改进方面仍然存在空间。

附图说明

在下面的描述中结合附图来解释本发明，附图示出了：

图1是现有技术的筒环形工业燃气涡轮发动机的燃烧器筒的局部截面图。

图2是示出各种操作模式下的燃料参数的表。

图3是示出示例实施例中的流速率逻辑的表。

具体实施方式

本发明的发明人已经设计了一种操作筒环形工业燃气涡轮发动机的方法，其能够在部分负荷下比在均匀燃烧期间更减少CO排放。该发动机包括具有围绕转子轴布置成环形阵列的多个燃烧器筒的燃烧布置。各燃烧器筒包括具有扩散先导燃烧器和预混合先导燃烧器的先导燃烧器布置，以及至少一个其他燃烧器级。该方法包括以不对称燃烧模式操作，其中一个或多个选择燃烧器筒以温模式（warm mode）操作，其余燃烧器筒以热模式（hotmode）操作。

如本文所使用的，均匀燃烧（例如对称燃烧）是指各燃烧器筒在与其他筒相同的操作条件下操作的燃烧布置。操作条件是指特定筒内的火焰特性（温度、尺寸、压降等）和相关的燃料特性（例如，燃料分流、燃料流速率）。在均匀的操作条件下，扩散先导燃烧器、预混合先导燃烧器和至少一个其他级接收燃料并有助于其中的燃烧火焰。在示例实施例中，其他级包括A级、B级和C级。典型地，在均匀操作条件下，A级、B级和C级从基本负荷向下操作到基本负荷的第一百分比。从大约第一百分比下降到A级和B级可操作的第二百分比，而C级将关闭。从第二百分比下降至A级可操作的第三百分比，而B级和C级将关闭。发动机彼此间以及一发动机内，基于其他因素，这些百分比是变化的。

不对称燃烧是指一个或多个筒在与其余筒不同的条件下操作的燃烧布置。术语热和温是指离开相应筒的燃烧气体与相同负荷下均匀燃烧期间离开燃烧器筒的燃烧气体的温度相比的相对温度。相应地，热/温燃烧是指多个筒中的一些筒作为热筒操作（例如在热模式下）而其余筒作为温筒操作（例如，在温模式下）的模式。热筒是指，当与相同负荷下在均匀燃烧下操作的筒中的操作条件相比时，有时在热燃烧条件（即，热模式）下操作的筒，而温筒是指，当与相同负荷下在均匀燃烧下操作的筒中的操作条件相比时，有时在温燃烧条件（即，温模式）下操作的筒。例如，在给定负荷和在均匀燃烧下，离开筒的燃烧气体呈现均匀的温度。当在相同负荷的不对称燃烧时，离开热筒的燃烧气体呈现出比均匀温度更高的温度，而离开温筒的燃烧气体呈现出比均匀温度更低的温度。当处于热操作条件（热模式）时，热筒的扩散先导燃烧器、预混合先导燃烧器和至少一个其他级接收燃料并有助于燃烧火焰。当在温操作条件（在温模式）时，温筒的扩散先导燃烧器和预混合先导燃烧器接收燃料并有助于燃烧火焰，而所有其他级不接收燃料，因此不有助于燃烧火焰。

燃烧器筒是指产生燃烧火焰并包括壳体的多个组件中的每一个，多个主燃烧器和先导燃烧器布置位于壳体内。值得注意的是，燃烧器（combustor）筒也可被本领域普通技术人员而非本文称为燃烧器（burner）。如本文所用，主燃烧器是具有旋流器和喷射器的预混合主燃烧器。主燃烧器有时可被本领域普通技术人员称为喷嘴。各先导燃烧器布置包括预混合先导燃烧器和扩散先导燃烧器。预混合先导燃烧器包括旋流器和喷射器。预混合先导燃烧器有时可被本领域普通技术人员称为引燃器。扩散先导燃烧器包括将燃料喷射到火焰中的喷射器。

当在均匀燃烧下操作时，各个筒以特定速率产生包括CO排放和NOx排放的排放。CO排放速率被称为均匀燃烧期间的筒水平CO排放，而NOx排放速率被称为均匀燃烧期间的筒水平NOx排放。尽管本文的讨论主要集中于CO排放，但NOx排放也是令人感兴趣的，并且它们的控制可影响燃料控制的调节。当相加在一起时，多个燃烧器筒以相关联的速率（在均匀燃烧期间的总CO排放速率）产生总排放（尤其是CO排放）。当以不对称燃烧操作时，热筒以比在均匀燃烧期间的筒水平CO排放低的每筒速率产生排放（尤其是CO排放）。温筒以比在均匀燃烧期间的筒水平CO排放更高的每筒速率产生排放（尤其是CO排放）。然而，当热筒和温筒的排放被相加在一起时，在不对称燃烧期间的总排放等于或小于在均匀燃烧期间的总排放。换句话说，由热筒产生的排放的减少至少抵消（如果不是克服）由温筒产生的增加排放。

已知CO排放随着负荷的降低而增加。因此，CO排放会限制发动机可操作的低端。因此，在操作中，发动机负荷仅可被降低到CO排放处于最大容许极限。在常规系统中，负荷的进一步降低是不可能的，或者发生于排放大于期望的水平。如本文所公开的，从均匀燃烧切换到不对称燃烧能够减少排放。因此，一旦在均匀燃烧期间使用常规方法达到排放限制，燃烧布置可以被切换为不对称燃烧。这减少相同负荷下的排放，这使得能够减少该负荷下的排放。减少的排放使得能够在维持排放合规的同时进一步降低发动机的负荷。因此，作为本文公开的材料的结果，发动机可在维持排放合规的同时以更低的负荷水平操作。

因此，在示例性实施例中，该方法包括以与向热筒的先导燃烧器布置输送燃料的速率不同的速率向温筒的先导燃烧器布置输送燃料，以便减少总排放。在示例性实施例中，到热筒中的先导燃烧器布置的每筒燃料流速率小于到温筒中的先导燃烧器布置的每筒燃料流速率。这使得能够减少热筒中的排放，该减少的排放抵消了温筒中的增加的排放。

还应当理解的是，扩散先导燃烧器提供火焰稳定性，但是比给定的先导燃烧器布置的预混合先导燃烧器产生相对更多的排放，并且是每个筒以及燃烧布置中的主排放物发生器。相反，预混合先导燃烧器提供相对较少的排放，但也相对较不稳定。具有带有两种类型的先导燃烧器的先导燃烧器布置使得能够兼顾稳定性与排放进行优化，而这是不具有两种类型的先导燃烧器的先导燃烧器布置不能够做到的。

相应地，在另一示例性实施例中，对于先导燃烧器布置内的燃料的分配（燃料分流），先导燃烧器中的一个与另一个可以是不同的。例如，对于输送给先导燃烧器布置的给定量的燃料，可以存在两种模式。在第一模式中，火焰稳定性可能是主要关注点。在第二模式中，减少的排放可能是主要关注点。在这些模式中的每一个中的两个先导燃烧器之间的燃料分流可以是不同的。在火焰稳定性模式中，与以减少排放模式可输送到扩散先导燃烧器相比，更多的燃料可被输送到扩散先导燃烧器。通过以此方式调节先导燃烧器布置内的燃料分流，可实现火焰稳定性与排放水平之间的平衡。在示例性实施例中，在火焰稳定性模式和减少排放模式之间的转换期间，到多个燃烧器筒的总流量保持相同，这使得能够在转换期间保持相同的发动机负荷。

发明人发现，启动从均匀燃烧到不对称燃烧的转换或者相反可能在温燃烧器筒转换中产生不稳定性。在某些情况下，可能期望减少或消除所引起的不稳定性。关于该事实，发明人认识到，扩散先导燃烧器和预混合先导燃烧器可以被分别控制和利用。这使得它们能够设计一种平滑转换为温模式的方案，其中该方案首先依赖于扩散先导燃烧器的主要益处，例如火焰稳定性，然后依赖于预混合先导燃烧器的主要益处，以实现对于稳定状态热/温操作而言优选的减少排放。在转移模式中，火焰稳定性是主要关注点，并且燃料分流为扩散先导燃烧器提供足够的燃料以克服和/或防止引起的不稳定性。一旦火焰稳定，先导燃烧器布置内的燃料分流就通过减少输送至扩散先导燃烧器的燃料量而变为有利于减少排放。在示例性实施例中，燃料分流的这种变化发生在给先导燃烧器布置的燃料流量保持相同时。当从稳态热/温燃烧转换到均匀燃烧时，这同样适用。

应当理解，在火焰稳定模式期间，排放甚至可以大于温燃烧期间，但这是一种瞬态，当在热/温模式下操作时发生的总排放的减少随着时间补偿了该瞬态。因此，不对称燃烧包括稳态热/温模式下的操作，以及通向和来自A、B和C级关闭的稳态热/温燃烧的任何转移模式。稳态热/温燃烧包括但不限于总排放小于相同负荷下均匀燃烧的总排放的那些状态。转移模式可包括总排放大于相同负荷下均匀燃烧的总排放的状态。

在示例性实施例中，在调节期间，到多个燃烧器筒的总流量在不对称燃烧的转移模式和稳态中与均匀燃烧保持相同。这使得能够在转换期间和稳态热/温燃烧期间与在均匀燃烧期间保持相同的负荷。

图1是现有技术的筒环形工业燃气涡轮发动机的燃烧器筒100的局部截面图。燃烧布置包括围绕发动机的转子轴布置成环形阵列的多个燃烧器筒。多个燃烧器筒可包括任何数量的筒。示例性实施例的范围从六（6）个燃烧器筒到二十四（24）个。每个燃烧器筒100将燃烧气体排放到相应的过渡管道102中，该过渡管道102通向涡轮区段的入口。每个燃烧器筒100包括预混合先导燃烧器布置104，该预混合先导燃烧器布置104包括扩散先导燃烧器106和预混合先导燃烧器108。预混合主燃烧器120围绕先导燃烧器布置104以环形阵列布置，并且被分为A级122和B级124。在示例性实施例中，A级预混合主燃烧器126与B级预混合主燃烧器128交替。标记为C级132的燃料环130相对于流入燃烧器筒100的入口136中的压缩空气流134设置在上游。

图2是示出示例性实施例中在示例性降低的负荷下的各种操作模式下的燃料参数的表。图2中的列被标记为1-7并且行被标记为A-E，下面使用这些标记来标识各个单元。图3是示出示例实施例中的流速率逻辑的表。图3中的列被标记为1-7并且行被标记为AA-EE，下面使用这些标记来标识各个单元。下面的讨论参考图2和图3。

当降低和/或增加功率时，可以使用均匀条件和热/温条件之间的转换。当降低功率时，一旦在均匀燃烧条件下达到给定负荷时，多个燃烧器筒可在给定负荷下从均匀燃烧转换到稳态热/温燃烧。给定负荷可以是任何部分负荷。在示例中，并不意味着是限制性的，给定负荷不大于基本负荷的50%。给定负荷可被选择为排放（例如CO排放）达到最大容许水平的负荷。一旦转换为热/温模式，排放（例如CO排放）减少，从而允许功率的进一步降低。因此，在转换之后，在热/温燃烧的同时，负荷可以进一步减小。类似地，当增加功率时，一旦在热/温燃烧中达到给定负荷，多个燃烧器筒可从稳态热/温燃烧转换为均匀燃烧，此后可进一步增加功率。

在示例性实施例中，到多个燃烧器筒的总燃料流量在均匀燃烧和转换期间不对称燃烧中保持相同，并且至少直到达到稳态热/温燃烧。到温筒中的A、B和C级的燃料被停止并重新分配到热筒。在该示例性实施例中，当从均匀燃烧转换到热/温燃烧时，转移模式用于温筒。转移模式克服了流向A、B和C级的燃料流量的变化可能引起的不稳定性。如可以通过查看图2的单元A7然后C7来看到的，在从均匀燃烧到热/温燃烧的转换期间，到温筒的扩散先导燃烧器的燃料速率增加。随后，燃料速率降低，如可从查看单元C7然后E7看到的。该过程在图3的单元BB4至BB7中示出。

在图2的该示例性实施例中，在初始的增加之后，到温筒的扩散先导燃烧器的燃料速率下降，但仍然保持在均匀燃烧期间温筒中存在的水平之上。然而，如图3的单元BB1和BB7中可见，在热/温操作期间到温筒中的扩散先导燃烧器的燃料流速率可小于、等于或大于相同负荷下在均匀燃烧期间到温筒的扩散先导燃烧器的燃料流速率。例如，在非常低的负荷（例如，5-15%）下，由于可以改变/反转这些关系的各种其他因素，在热/温燃烧期间到温筒的扩散先导燃烧器的燃料流速率可以比相同负荷下均匀燃烧期间更低。然而，在转移功能期间，到温筒的扩散先导燃烧器的燃料流速率增加，然后减少一些量。当从稳态热/温燃烧转换到均匀燃烧时，相同的过程反向发生。即，在转移期间，到温筒的扩散先导燃烧器的燃料流速率增加（单元E7到C7），然后在均匀燃烧中减少（单元C7到A7）。该过程在图3的单元BB1至BB4中示出。

在转移期间到温筒的扩散先导燃烧器的该增加的燃料流量是火焰稳定性模式，其减轻或克服了当转换到热/温模式时停止到温筒的A、B和C级的燃料流引起的不稳定性。一旦条件平稳，转移模式将燃料从扩散先导燃烧器转移到温筒的预混合先导燃烧器，从而进入在稳态热/温燃烧期间在温筒中发生的减少排放模式。类似地，当从热/温到均匀燃烧时，转移模式减轻或克服因启动到温筒中的A、B和C级的燃料流引起的不稳定性。

当从均匀燃烧到不对称燃烧时，温筒中的A、B和C级可以同时关闭，当从不对称燃烧到均匀燃烧时同时打开，以最小化燃烧不稳定性（例如，高频动态）。在转移模式中，到温筒中的扩散先导燃烧器的燃料流的增加可以在停止或开始到A、B和C级的流之前发生，使得在不稳定性引起的动作开始之前建立更大的稳定性。可替代地，在转移模式中，到温筒中的扩散先导燃烧器的燃料流的增加可以与停止或开始到A、B和C级的流同时发生，使得随着不稳定性引起的动作发生，稳定性增加。

在该示例性实施例中，在从均匀燃烧转移到热/温燃烧期间，到温筒的先导燃烧器布置的流速率增加，以适应到温筒的扩散先导燃烧器的流速率的增加。这可以在单元A9与单元C9和E9之间的差异中看到，后者是更大的。该过程在图3的AA5和BB5中示出。在示例性实施例中，当温筒的先导燃烧器布置内的燃料分流改变时，到温筒中的先导燃烧器布置的燃料流速率随后保持恒定。这可以在图2的单元C9和E9中看到，它们是相同的，而单元C7和C8不同于单元E7和E8。这也可以在单元C4和C5以及单元E4和E5中看到，其显示了转移模式相对于稳态热/温燃烧的不同分流。该过程在图3的单元AA6和BB6中示出。

在图2的该示例性实施例中，从均匀燃烧转移到热/温燃烧期间，到温筒的预混合先导燃烧器的燃料速率最初下降，然后增加。这可以在图2的单元A8与单元C8和E8之间的差异中看到。然而，如在图3的单元CC7中可以看到的，到以热/温燃烧操作的温筒的预混合先导燃烧器的燃料流速率可以大于、小于或等于以均匀燃烧的温筒的预混合先导燃烧器的燃料流速率。非常低的负荷（例如5-15%）可能由于各种其他因素而改变/反转这些关系。然而，在转移功能期间，在转换到热/温燃烧期间，当燃料从扩散先导燃烧器转移到预混合先导燃烧器时，到温筒的预混合先导燃烧器的燃料流速率将增加。这可以在图3的单元CC6中看到。类似地，在转移功能期间，当从热/温燃烧转换到均匀燃烧期间，当燃料从预混合先导燃烧器转移到扩散先导燃烧器时，到温筒的预混合先导燃烧器的燃料流速率将减小。这可以在图3的单元CC2中看到。

当在均匀燃烧和热/温燃烧之间转换时，热筒中的燃料流也改变。在热/温燃烧期间在温筒中未使用的A、B和C级燃料在热/温燃烧期间被重定向到热筒。当从均匀燃烧到热/温模式时，到热筒的扩散先导燃烧器的燃料流减小，如从图2的单元A7到单元B7和D7的值的减小可以看出，其中后者较小。该过程可以在图3的单元EE5/6中看到。当从热/温燃烧转换到均匀燃烧时，情况相反，这可以在图3的单元EE2/3中看到。在热/温燃烧期间，到热筒的先导燃烧器布置的燃料流也减小，以适应到热筒的扩散先导燃烧器的流的减小。这可以在单元A9与单元B9和D9之间的差异中看到，其中后者较小。该过程可以在图3的单元DD5/6中看到。当从热/温燃烧转换到均匀燃烧时，情况相反，这可以在图3的单元DD2/3中看到。

作为一般规则，在热/温燃烧期间到热筒的先导燃烧器布置的流速率将小于在均匀燃烧期间到热筒的先导燃烧器布置的流。这又意味着在热/温燃烧期间到热筒的先导燃烧器布置的流速率通常将小于在热/温燃烧期间到温筒的先导燃烧器布置的流速率，因为如上文详述，后者在转移模式和热/温燃烧期间是增加的。先导燃烧器布置是造成大部分排放的原因。以热/温燃烧操作的热筒由于热模式下减少的燃料流而减少一定量的排放，而以热/温燃烧的温筒由于温模式下增加的燃料流而增加另一数量的排放。通过确保热筒的排放的总减少超过温筒的排放的总增加，减少了多个燃烧器筒的总排放。

示例方法包括：操作包括布置成环形阵列的多个燃烧器筒的工业燃气涡轮发动机，每个筒包括燃烧器级和先导燃烧器布置，该先导燃烧器布置包括预混合先导燃烧器和扩散先导燃烧器；以及在给定负荷下从多个燃烧器筒之间的均匀燃烧模式转换到热/温燃烧，其中至少一个筒作为温燃烧下的温筒操作，并且其余筒作为热燃烧下的热筒操作。该转换包括：将到多个燃烧器筒的总燃料流保持与在均匀燃烧期间所发生的相同；停止到温筒的燃烧器级的燃料流；建立到温筒的扩散先导燃烧器的增加的燃料流速率；基于到扩散先导燃烧器的增加的燃料流速率来建立到先导燃烧器布置的增加的燃料流速率，以及在维持到温筒的先导燃烧器布置的增加的燃料流速率的同时，改变温筒的先导燃烧器布置内的燃料分数以达到在温燃烧期间使用的燃料分数。

该示例方法可以进一步包括：改变燃料分数包括减少扩散先导燃烧器的燃料分数。

该示例方法可以进一步包括：将到各温筒的相应的先导燃烧器布置的燃料流速率从在均匀燃烧期间发生的流速率增加到在温燃烧期间发生的到温筒中的各先导燃烧器布置的增加的流速率。

该示例方法可以进一步包括：将到每个热筒的相应的扩散先导燃烧器的燃料流速率从在均匀燃烧期间发生的燃料流速率减小到在热燃烧期间在热筒中发生的到每个扩散先导燃烧器的减小的燃料流速率。

该示例方法可以进一步包括：将到各热筒的相应的先导燃烧器布置的燃料流速率从在均匀燃烧期间发生的燃料流速率减小到在热燃烧期间在热筒中发生的到各先导燃烧器布置的减小的燃料流速率。

该示例方法可以进一步包括：在温燃烧期间，以转换期间建立的增加的速率将燃料流输送到温筒的先导燃烧器布置。

该示例方法可以进一步包括：在温燃烧期间在每个温筒中产生的CO排放多于在均匀燃烧期间每筒产生的CO排放；在热燃烧期间每个热筒产生的CO排放少于在均匀燃烧期间每筒产生的CO排放；以及确保在热/温燃烧期间的总CO排放小于或等于在均匀燃烧期间每筒产生的总CO排放。

该示例方法可以进一步包括：在温燃烧期间每个温筒产生的CO排放多于在均匀燃烧期间每筒产生的CO排放；以及在转换期间比在均匀燃烧期间产生更多的总CO排放。

在热/温燃烧中可以有任意数量的热筒和任意数量的温筒。在一实施例中，数量被选择，使得热/温模式下的总排放小于在相同负荷下均匀燃烧期间的总排放。在示例性实施例中，可以有一个、两个或三个温筒，其余筒是热筒。在示例实施例中，可以有一个温筒，然后两个，然后三个。以此方式，可存在复数个热/温模式，且一个热/温模式可导致另一热/温模式。这些热/温模式可在发动机负荷减小时顺序地发生，或者它们可在给定负荷下发生以减少排放，或其组合。在示例性实施例中，无论温筒的数量如何，到每个温筒的扩散先导燃烧器布置的流速率保持相同。例如，如图2的单元E9中所示，到两个温筒的每个温筒的流速率是0.3。如果第三筒进入热/温模式，则所有三个温筒将各自具有相同的0.3的流速率。

在不对称燃烧中，温筒的位置可以被选择为使得，当有两个温筒时，它们是相邻的，或者它们被至少一个热筒彼此分开。可替代地，温筒可以在燃烧器环中彼此相对地定位（例如，隔开180度），或者它们可以位于其间的任何地方。当有三个或更多个温筒时，它们可以围绕环均匀地分布，尽管这不是必需的。

不对称燃烧产生可被解决的各种其他效应。例如，在均匀燃烧下，当涡轮转子叶片移动通过其扫掠（sweep）时，随着其从可直接位于燃烧器下游的最热位置移动到可位于相邻燃烧器之间的最冷位置，其将经历温和的温度变化。然而，在热/温燃烧期间，离开热筒的燃烧气体比在均匀燃烧期间更热，而离开温筒的燃烧气体比在均匀燃烧期间更冷。因此，最热的温度比均匀燃烧期间更高，最低温度比均匀燃烧期间更低，产生更大的温度范围。这是监测值，并且在热/温操作中存在的较大范围可能需要改变警报设置点或停用相应警报。如果两个温筒彼此相邻放置，则叶片将可能在其扫掠的相关联部分经历更大的冷却。因此，将温筒分开可能是有益的，以最小化热/温操作期间的温度范围的增加。

此外，在均匀燃烧期间，压缩空气通常在燃烧器之间均匀地分配。然而，在不对称燃烧期间，存在于热筒和温筒中的不同静压可能导致进入的压缩空气不对称地流到筒中。例如，更多的压缩空气可能流向温筒。这将使温筒中的比率降低，这将降低离开温筒的燃烧气体的温度。类似地，这将增加热筒中的比率，这将进一步增加离开热筒的燃烧气体的温度。该效应可以进一步增加上面讨论的温度跨度，并且随着温筒的数量增加，该效应更大。在某些情况下，离开热筒的燃烧气体的温度可接近或甚至超过最大容许温度。在这种情况下，平均排气温度可能需要减小以确保发动机材料在可接受的极限内操作。降低平均燃烧温度的一种方式包括打开入口导叶。

常规燃烧布置可包括用于A、B和C级中的每一个的一个燃料供应歧管（环）、用于扩散先导燃烧器的歧管、以及用于预混合先导燃烧器的歧管。为了使得执行上述控制所必需的级和先导燃烧器的单独控制成为可能，可以安装另外的管道。这可以达到并包括用于每个筒的每个级和每个先导燃烧器的可控制的阀，这将使得燃料分配的每个方面的完全控制成为可能。可替代地，管线和控制阀可以被优化以仅提供启用预期方案所必需的控制量。例如，如果仅设想三个温筒，则停止给A、B和C级的流所需的管线和阀可安装用于三个温筒。

虽然本文已经示出和描述了本发明的各种实施例，但是显而易见的是，这样的实施例仅以示例的方式提供。在不脱离本文的发明的情况下，可以做出许多变化、改变和替换。因此，本发明仅受所附权利要求书的精神和范围的限制。

Claims (20)

1.一种选择性燃烧器控制方法，包括：

操作包括布置成环形阵列的多个燃烧器筒（100）的工业燃气涡轮发动机，每个筒（100）包括燃烧器级和包括预混合先导燃烧器（108）和扩散先导燃烧器（106）的先导燃烧器布置（104）；

以不对称燃烧操作，其中至少一个筒是温筒，其中相应的燃烧器级（122，124，132）关闭，并且其余筒作为热筒操作，其中相应的燃烧器级（122，124，132）工作；以及

在将给所述温筒的先导燃烧器布置（104）的燃料流速率保持为恒定的同时，改变所述温筒的先导燃烧器布置（104）内被输送到所述预混合先导燃烧器（108）和所述扩散先导燃烧器（106）的燃料分数。

2.根据权利要求1所述的选择性燃烧器控制方法，其中，改变燃料分数包括在减小给所述热筒的扩散先导燃烧器（106）的每燃烧器燃料流速率的同时增加给所述温筒的扩散先导燃烧器（106）的每燃烧器燃料流速率。

3.根据权利要求2所述的选择性燃烧器控制方法，还包括改变到所述热筒的先导燃烧器布置（104）的每先导燃烧器布置的燃料流速率。

4.一种选择性燃烧器控制方法，包括：

操作包括布置成环形阵列的多个燃烧器筒（100）的工业燃气涡轮发动机，每个筒（100）包括燃烧器级（122，124，132）和包括预混合先导燃烧器（108）和扩散先导燃烧器（106）的先导燃烧器布置（104）；

以不对称燃烧操作，其中至少一个筒（100）是温筒，其中相应的燃烧器级（122，124，132）关闭，并且其余筒作为热筒操作，其中相应的燃烧器级（122，124，132）工作；以及

以不同于向所述热筒的先导燃烧器布置（104）输送燃料的每筒速率向所述温筒的先导燃烧器布置（104）输送燃料。

5.根据权利要求4所述的选择性燃烧器控制方法，其中，向所述温筒的先导燃烧器布置（104）输送燃料的每筒速率大于向所述热筒的先导燃烧器布置（104）输送燃料的每筒速率。

6.根据权利要求4所述的选择性燃烧器控制方法，还包括以小于向所述温筒的扩散先导燃烧器（106）输送燃料的每筒速率向所述热筒的扩散先导燃烧器（106）输送燃料。

7.根据权利要求4所述的选择性燃烧器控制方法，还包括以大于向热筒的预混合先导燃烧器（108）输送燃料的每筒速率向温筒的预混合先导燃烧器（108）输送燃料。

8.根据权利要求4所述的选择性燃烧器控制方法，还包括改变温筒的先导燃烧器布置（104）内的燃料分流。

9.根据权利要求8所述的选择性燃烧器控制方法，还包括在改变所述燃料分流的同时将给所述先导燃烧器布置（104）的燃料流速率保持恒定。

10.根据权利要求4所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将给所述多个燃烧器筒的总燃料保持为与均匀燃烧期间给相同负荷下操作的所述多个燃烧器筒的总燃料相同。

11.一种选择性燃烧器控制方法，包括：

操作包括布置成环形阵列的多个燃烧器筒（100）的工业燃气涡轮发动机，每个筒包括燃烧器级（122，124，132）和包括预混合先导燃烧器（108）和扩散先导燃烧器（106）的先导燃烧器布置（104）；以及

在给定负荷下在均匀燃烧和热/温燃烧之间的转换期间以转移模式操作，其中在热/温燃烧中，至少一个筒是以温燃烧操作的温筒，其中相应的燃烧器级（122，124，132）关闭，其余筒是以热燃烧操作的热筒，其中相应的燃烧器级（122，124，132）工作，所述转移包括：

最初增加到所述温筒中的扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率；

随后降低到所述温筒中的扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率；以及

改变到所述温筒中的预混合先导燃烧器（108）的燃料流速率，以便能够增加燃料流速率或降低燃料流速率。

12.根据权利要求11所述的选择性燃烧器控制方法，其中所述转换是从均匀燃烧到热/温燃烧，所述方法进一步包括：

最初将到所述温筒中的扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率从在均匀燃烧时发生的到所述扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率增加；以及

当随后通过增加到所述预混合先导燃烧器（108）的燃料流速率来减小到所述扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率时，将到所述温筒中的先导燃烧器布置（104）的总燃料流保持为相同。

13.根据权利要求12所述的选择性燃烧器控制方法，所述方法还包括将给所述热筒中的每个扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率从在均匀燃烧期间发生的燃料流速率减小到在热燃烧期间在所述热筒中发生的到每个扩散先导燃烧器（106）的减小的燃料流速率。

14.根据权利要求12所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将给所述温筒中的每个先导燃烧器布置（104）的燃料流速率从在均匀燃烧期间发生的燃料流速率增加到在温燃烧期间在所述温筒中发生的到每个先导燃烧器布置（104）的增加的燃料流速率。

15.根据权利要求12所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将给所述热筒的每个先导燃烧器布置（104）的燃料流速率从在均匀燃烧期间发生的燃料流速率减小到在热燃烧期间在所述热筒中发生的到每个先导燃烧器布置（104）的减小的燃料流速率。

16.根据权利要求11所述的选择性燃烧器控制方法，其中所述转换是从热/温燃烧到均匀燃烧，所述方法进一步包括：

最初将到所述温筒中的扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率从在温操作期间发生的到所述扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率增加；以及

当初始通过降低到所述预混合先导燃烧器（108）的燃料流速率来增加到所述扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率时，将到所述温筒中的先导燃烧器布置（104）的总燃料流保持为相同。

17.根据权利要求16所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将给所述热筒的每个扩散先导燃烧器（106）的燃料流速率从在热燃烧期间发生的燃料流速率增加到均匀燃烧期间发生的到每个扩散先导燃烧器（106）的增加的燃料流速率。

18.根据权利要求16所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将给所述温筒的每个先导燃烧器布置（104）的燃料流速率从在温燃烧期间发生的燃料流速率减小到均匀燃烧期间发生的到每个先导燃烧器布置（104）的减小的燃料流速率。

19.根据权利要求16所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将给所述热筒的每个先导燃烧器布置（104）的燃料流速率从在热燃烧期间发生的燃料流速率增加到均匀燃烧期间在所述热筒中发生的到每个先导燃烧器布置（104）的增加的燃料流速率。

20.根据权利要求11所述的选择性燃烧器控制方法，还包括将到所述多个燃烧器筒的总燃料流保持为与相同负荷下均匀燃烧期间所发生的相同。

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