CN1111011A - 燃气轮机中的燃烧控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种改进的燃烧系统，其结构和布置适用于发电 的涡轮机或同类设备。包括：至少一个燃烧室；燃料 供应系统，用于将燃料送到燃烧室；空气供应系统，用 于将从加压空气源来的空气送到燃烧室；监测器，监 测燃烧室燃烧产物的性能参数；调节器，调节燃烧室 中空气与燃料的比例；控制器，与监测器、调节器连 通，用于响应从监测器接收的信息来控制调节器。根 据本发明的一个新的方面，控制器控制调节器不再用 直接机械连杆。

Description

本发明一般涉及在连续型燃料燃烧系统中用于控制燃烧过程的一种系统和方法。更明确地说，本发明涉及一种改进的系统，它在燃气轮机系统中用来调节空气/燃料的比例。
按照本发明的受让人-西层电气公司制造的燃气轮机系统，在世界各地发电厂普遍使用。
常规燃气轮机燃烧系统10示于图1。在此常规系统中，压缩机风扇14将空气送进气室16。另外，系统10包括多个燃烧箱18，每个箱有一个燃烧室20，燃烧室20依次被分成主、辅燃烧室。每个箱18依靠已知的结构和控制机构与燃料供应管22和若干固定的喷嘴24相连。燃料供应管22用于将燃料送到燃烧室20，固定喷嘴24用于将加压燃料导入燃烧室20。
为提高系统10的效率，在燃烧过程中，尽可能保持清洁且无污染燃烧，涡轮机系统10含有系统28，用来调节送到燃烧室20的空气/燃料混合物。同时，在图1中可看到，每个箱18包括转换件46，它在燃烧室20与涡轮机进气区48之间限定了一转换管道44。在图1中，涡轮机进气区48的特征在于静固定叶片11。同样，在图1中也可看出，蝴蝶阀42用来允许加压空气从气室16流入转换件46，正好位于燃烧室20的下游。当蝴蝶阀42打开，加压空气进入气室16。这样，进入燃烧室20的进口24的空气总量会减少。因此，通过打开蝴蝶阀42，燃烧室20内空气/燃料比例会降低。相反，通过关闭蝴蝶阀42，燃烧室20内空气/燃料比例会增加。
在常规系统10中提供机构控制连杆40来打开和关闭蝴蝶阀42。从图1中可看出，在壳体12外面加旋转环30在支承32上运动。将每一蝴蝶阀42联接到穿过壳体12上的孔的控制杆31上。一个连接杆34被固定到外滑环30上。第二个连接杆38固定到控制杆31的顶端。连接杆34、36通过球状支点36联接在一起。因此，当旋转环30在一个方向或其它方向移动时，将引起各垫圈38的控制杆31在一个方向或其它方向变成所希望的长度来控制操作各蝴蝶阀42。
虽然如图1所示调节系统可有效的工作，但是系统造价高，制造时间长。制造这样一个系统需要在壳体上穿很多孔，又要配置控制联杆来控制各蝴蝶阀。很明显，需要这样一个空气/燃料调节系统，结构简单，价格低廉。
因此，本发明的一个目的就是，为燃气轮机提供一个有效的调节系统，比公知的调节系统制造时间短，价格低廉，结构简单。
为了达到本发明的上述目的和其它目的，一种改进的燃烧系统，其结构和布置适用于发电的涡轮机或同类设备，包括：至少一个燃烧室20;燃料供应装置22，用于向所述至少一个燃烧室供应燃料;空气供应装置26，用于将空气从加压空气源送到所述至少一个燃烧室20;监测器110，用来监测所述燃烧系统性能参数;壳体60，其进口与所述空气供应装置联接，出口与所述至少一个燃烧室联接，使所述空气供应装置与至少一个燃烧室流体连通;流体致动活塞68装在所述壳体内，可在第一位置和第二位置间运动。在第一位置，所述活塞完全中断所述流体通路，在第二位置，其中活塞不影响所述流体流通;控制器108，与所述流体致动活塞流体连通，用于响应从所述监测器获得的信息，控制所述流体致动活塞在所述壳体中的位置。
图1是常规燃气轮机系统局部的横截面图。
图2是根据本发明第一实施例的燃气轮机系统的局部横截面图。
图3是图2所示系统实施例的一个部件具体方案的局部横截面图。
图4是图3所示部件在第二个工作位置下的局部横截面图。
图5是图3、图4所示部件第二个实施例的局部横截面图。
图6是图5所示部件在第二个工作位置下的局部横截面图。
图7是图2-4所示本发明实施例控制系统示意框图。
现在参照附图，其中与所有附图（尤其是图2）中表示相应结构的参考标号一样，根据本发明的第一个优选实施例构成的改进型燃气轮机系统50与图1所示常规系统的区别在于，它采用的改进型燃烧系统52没有控制连杆40，而用安装在壳体56内部的气压致动阀58代替。从图2中可看出，壳体56上没有象常规燃气轮机系统10中的壳体12那样，有若干的孔容纳机械连杆。
现在参照图3和图4，气压致动阀58包括气缸60，其具有由内壁62限定的腔，进口64，出口66。安装有活塞68在由内壁62限定的腔内往复运动。从图4上可清楚看到，活塞68限定了一个后气压室70和前气压室72。气压管74带有压力调节阀V1，置于后气压室70和压力源P之间，后气压室70与气压管74连通。前气压室72经过多个减压孔76与转换管46连通。
从图3和4可看出，前气压室72内的压缩弹簧78，是用于相对于气缸60使活塞68向图3所示位置向后压。在图3所示位置，活塞68封住入口64，该入口相对于出口66与加压室16连通，出口66与转换件46内的转换管道44连通。在图4所示位置，在活塞68处限定的管道80，使进口64和出口66完全连通。因此，在这个位置，按照系统52的设计，加压室16与转换管道44最大限度连通。调节系统54的运行下面将进一步详细讨论。
再次参照图3和图4，提供位置检测系统82用来检测活塞68在气缸60内的位移和阀门58打开或关闭的程度。在图3、4上可看出，位置检测系统82包括固定管84，其相对于气缸60固定，在其前端有若干孔86。空间88限定在活塞68的内部，与由活塞68在气缸60内限定的前气压室相通。位置检测器112将管84连通到有已知压力的加压空气源。由于活塞68在气缸60内的往复运动，流经固定管84的加压空气的流量是被覆盖或被打开的孔86个数的函数。例如，在图3所示位置上，所有的孔86都暴露出来，通过固定管84的加压空气的流量相对大些。在图4所示位置，相对少的孔暴露出来，通过固定管84的加压空气的流量非常小。位置检测器112检测通过管84的流量，这样可计算活塞68在气缸60内的位置。下面将进一步进行描述。
参照图5及图6，根据本发明的第二实施例的气压致动阀90将用来代替图3、图4所示气压致动阀58。阀90包括壳体92，活塞94在其内部往复运动。壳体92有在其中限定的进口104，活塞94安装有阀环97，用于封闭和打开相对于转换件46的进口104。拉伸弹簧102第一端固定在安装在活塞94上的销98上，第二端固定在安装到壳体92上的销100上。从图5、图6上可看到，气压管106与气室96连通。气压管106与压力源P连通，阀V1置于其中间，其方式见图3、图4。
参照图7，将看到系统50另外包括控制器108，监测器110，其位于燃烧室20的下游，用于监测从燃烧室20出来的燃烧产物的状态。在优选实施例中，监测器110的结构和布置，用来监测污染物，污染物的形成取决于在运行过程中燃烧室内空气/燃料的比例情况。在最佳实施例中，监测器110的结构和布置是为了监测在燃烧产物中氧化亚氮的含量。
在运行过程中，监测器110连续检测系统50中各个燃烧室20的燃烧物。同时，控制器108监测加压空气的压力，并监测流经各固定管84的空气流量，位置检测器112将加压空气供到用于各调节系统54的气压致动阀58中的各固定管84。
根据这些信息，控制器108计算和监测阀门58打开或关闭的程度。如果考虑从监测器110所获得的信息之后，控制器108测定燃烧室20内的混合物太少了，控制器108将指示各阀门V1打开一段计算出的时间，让加压空气进入各阀门58的后气压室70。这样，形成或增加进口64和出口66之间，因而，壳体56内的加压室16和转换件46内的转换管道44之间的连通程度。当增加加压室16和管道44之间的连通时，加压室16中的加压空气旁路通过燃烧室20的进口24。因此，燃烧室20中的混合物增加。在这一过程中，控制器108连续检测阀门58的位置。
如果燃烧室中的混合物太多，如由控制器108根据从监测器110得到的信息所确定的，控制器108将指示阀门V1移动位置，使从后气压室70来的加压空气释放到大气中。这样，在压缩弹簧78作用下，活塞68将在气缸60内向后移动，向关闭位置推动阀门58，这减小加压室16和转换管道44之间的连通。这样，加压空气被迫进入燃烧室20的进口24，因而减少过多的混合物。
在描绘在图5、图6中的本发明实施例中，控制系统与图7中说明的相同。所不同的是，虽然在本发明范围之内，可以提供位置检测器112，但最好不提供。控制器108通过从壳体92中的气室96中输入加压空气或将加压空气释放到气室96中可打开或关闭阀门90。当加压空气进入气室96，阀门90将趋于关闭。当加压空气从气室96中释放，阀门90打开。

Claims (11)

1、一种改进的燃烧系统，其结构和布置适用于发电的涡轮机或者同类设备。包括：
至少一个燃烧室(20)；
燃料供应装置(22)，用于向所述至少一个燃烧室提供燃料；
空气供应装置(26)，用于将从加压空气源来的空气送到所述至少一个燃烧室(20)；
监测器(110)，用来监测所述燃烧系统的性能参数；
壳体(60)，带有一个与所述空气供应装置相联的入口和一个与所述至少一个燃烧室相联的出口，用于使所述空气供应装置与所述至少一个燃烧室流体连通；
流体致动活塞(68)，位于所述壳体内，并可在第一位置和第二位置间移动，其中在第一位置，所述活塞完全阻断所述流体流通，在第二位置，所述活塞对所述流体流通没有影响；
控制器(108)，与所述流体致动活塞流体连通，用于响应从所述监测器接收的信息控制所述流体致动活塞在所述壳体内的位置。
2、根据权利要求1的系统，其中所述监测器（110）的结构和布置是为了监测作为燃烧副产物的污染物。
3、根据权利要求1的系统，其中所述监测器（110）的结构和布置是为了监测氧化亚氮。
4、根据权利要求1的系统，其特征还在于，给在所述第一位置或第二位置之一的所述活塞加偏压的装置。
5、根据权利要求4的系统，其中所述活塞包括当所述活塞在所述第一位置时，连接所述进口和所述出口的通道。
6、根据权利要求4的系统，其中所述偏压装置（78）对所述活塞向所述第一阀门位置的方向加偏压。
7、根据权利要求4的系统，其中所述偏压装置包括弹簧（78）。
8、根据权利要求7的系统，其中所述弹簧包括压缩弹簧（78）。
9、根据权利要求7的系统，其中所述弹簧包括拉伸弹簧（102）。
10、根据权利要求1的系统，另外包括与所述控制器连通的装置，来检测所述流体致动活塞的位置。
11、根据权利要求10的系统，其中所述检测装置是气压型。
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