DE102014101974A1

DE102014101974A1 - Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Erfassen des Wobbeindexes von Brennstoff

Info

Publication number: DE102014101974A1
Application number: DE102014101974.1A
Authority: DE
Inventors: Russell Paul Fitzgerald; Patrick Edward Pastecki; Danielle Marie Kalitan; Gary Lee Leonard
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-08-28
Also published as: CH707614A2; JP2014163383A; US9249737B2; US20140238032A1

Abstract

Vorgesehen sind eine Sensorvorrichtung und Verfahren zum Ermöglichen der Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs. Die Sensorvorrichtung weist eine Verbrennungsvorrichtung auf, die in ihr eine Brennkammer definiert. Die Verbrennungsvorrichtung ist zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer gestaltet, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt zu erzeugen. Mit der Verbrennungsvorrichtung ist wenigstens eine optische Diagnosevorrichtung zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts in der Brennkammer gekoppelt. Eine Steuereinheit ist mit der wenigstens einen optischen Diagnosevorrichtung gekoppelt und ist zur Ermittlung des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf der Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts und von in der Steuereinheit gespeicherten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten konfiguriert.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die hier beschriebene Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet der Überwachung von Gasturbinenmaschinensystemen und betrifft speziell Verfahren und Systeme zum Messen des Wobbeindexes von Brennstoff.
Industrieturbinen sind oft gasbefeuert und werden gewöhnlich zum Antreiben von elektrischen Generatoren in Kraftwerken verwendet. Derartige Gasturbinen sind zur Verbrennung einer spezifischen Reihe von Brennstoffen bestimmt, wobei der Brennstoffverbrauch von der chemischen Zusammensetzung des Brennstoffs abhängen kann. Allerdings ist die genaue chemische Zusammensetzung des verbrannten Brennstoffs aufgrund von Pipelinevariabilität und Brenngasverarbeitung (z. B. die Vergasung von verflüssigtem Erdgas (LNG)) nicht unmittelbar bekannt. Die Verbrennung von Brennstoff unbekannter Zusammensetzung kann zu einer herabgesetzten Gasturbinensystemleistung führen. Viele mit der Verbrennung eines unbekannten Brennstoffs verbundene Probleme können durch eine robuste Steuerung der Gasturbine verringert werden, wenn Brennstoffeigenschaften vor der Verbrennung gemessen werden, besonders, wenn diese Eigenschaften rasch variieren. Zusätzlich zu Konzentrationen von Brennstoffbestandteilen sind der Brennstoffheizwert und das spezifische Gewicht für den Gasturbinenbetrieb entscheidende Brennstoffeigenschaften. Beide werden von der Wobbezahl des Brennstoffs repräsentiert.
Die Wobbezahl oder der Wobbeindex ist der Quotient des auf dem Volumen basierenden unteren Heizwerts und der Quadratwurzel der spezifischen Dichte des Gases. Der Wobbeindex wird in der Industrie zum Regeln oder Aufrechterhalten der Brenngasverbrauchern zugeführten Energiemenge verwendet. Der Betrieb einer Turbinenmaschine bei einem Wobbeindex außerhalb des vorgesehenen Sollbereichs kann zu unerwünschter Brennkammerdynamik in der Gasturbine führen, wie z. B. Flammenrückschlag, niedriges Äquivalenzverhältnis (das zum Ausblasen der Flamme führt) und hohes Äquivalenzverhältnis oder Überzünden. Diese unerwünschte Dynamik kann zu Hardwarebelastung oder möglicherweise einer Verringerung der Bauteillebensdauer des Verbrennungssystems und/oder einem Potenzial für Energieerzeugungsausfälle führen.
Eines der gewöhnlich verwendeten Systeme zur Ermittlung des Wobbeindexes ist ein Gaschromatographiesystem. Das GD-System beinhaltet ein Glaskapillarröhrchensystem zum Trennen von Brennstoffbestandteilen und einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor oder einen Flammenionisationsdetektor (FID) zur quantitativen Bestimmung der Brennstoffzusammensetzung. Das Gaschromatographiesystem stellt Messungen bereit, die im Vergleich zu den mit Brennstoffvariabilitätsproblemen verbundenen Zeiträumen langsam sind. Des Weiteren ist das System relativ kostspielig und schwierig zu betreiben. Ein weiteres häufig benutztes System zur Ermittlung der Brennstoffqualität ist ein Kalorimeter, bei dem die Brennstoffverbrennungsenergie direkt gemessen wird. Kalorimeter sind gegenüber der Brennstoffzusammensetzung und der Umgebungstemperatur empfindlich, so dass große Messfehler häufig sind, speziell wenn die Umgebungstemperatur beträchtlich schwankt.
Bekannte Verfahren zum Messen des Wobbeindexes von Brennstoff sind kostspielig, mühsam und langsam – d. h. ihnen fehlt für viele Industrieanwendungen eine ausreichende Reaktionszeit – besonders, wenn robuste Regelung und Brennstoffregulierung erforderlich sind. Es wird ein verbessertes System zur Ermittlung des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit benötigt, das eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme bewältigen kann.
KURZDARSTELLUNG
In einem Aspekt ist ein Verfahren zum Ermöglichen der Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs vorgesehen. Das Verfahren weist das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs in einer Verbrennungsvorrichtung auf, die eine Brennkammer definiert, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt zu ergeben. Wenigstens eine Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts wird dann mithilfe von wenigstens einer optischen Diagnosevorrichtung gemessen. Das Verfahren weist ferner das Ermitteln des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts auf.
In einem weiteren Aspekt ist eine Sensorvorrichtung zum Ermöglichen der Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs vorgesehen. Die Sensorvorrichtung weist eine Verbrennungsvorrichtung auf, die in ihr eine Brennkammer definiert. Die Verbrennungsvorrichtung ist zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer gestaltet, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt zu erzeugen. Wenigstens eine mit der Verbrennungsvorrichtung gekoppelte optische Diagnosevorrichtung ist zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts in der Brennkammer konfiguriert. Eine Steuereinheit, die mit der wenigstens einen optischen Diagnosevorrichtung gekoppelt ist, ist zur Ermittlung des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf der Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts und von in der Steuereinheit gespeicherten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten konfiguriert.
In noch einem weiteren Aspekt ist ein Gasturbinenmaschinensystem vorgesehen. Das Gasturbinenmaschinensystem weist eine Brennstoffquelle auf, die zum Versorgen des Gasturbinenmaschinensystems durch eine Hauptbrennstoffzuleitung mit einem Brennstoff gestaltet ist. Eine Sensorvorrichtung ist in Fluidkommunikation mit der Brennstoffquelle gekoppelt. Die Sensorvorrichtung weist eine Verbrennungsvorrichtung auf, die in ihr eine Brennkammer definiert. Die Verbrennungsvorrichtung ist zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer gestaltet, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt zu erzeugen. Wenigstens eine mit der Verbrennungsvorrichtung gekoppelte optische Diagnosevorrichtung ist zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts in der Brennkammer gestaltet. Das Gasturbinenmaschinensystem weist ferner eine Steuereinheit auf, die mit der Sensorvorrichtung gekoppelt ist und zur Ermittlung des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf der Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts und von in der Steuereinheit gespeicherten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten konfiguriert ist.
ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die Begleitzeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen durchgehend gleiche Teile bezeichnen, wobei:
1 eine Prinzipdarstellung eines beispielhaften Gasturbinenmaschinensystems ist,
2 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Rechenvorrichtung ist,
3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Temperatur einer Referenzflamme und dem Wobbeindex des verbrannten Brennstoffs veranschaulicht,
4 eine Ausführungsform einer beispielhaften Sensorvorrichtung zur Verwendung in einem Gasturbinenmaschinensystem ist,
5 eine alternative Ausführungsform einer beispielhaften Sensorvorrichtung zur Verwendung in einem Gasturbinenmaschinensystem ist,
6 eine weitere alternative Ausführungsform einer beispielhaften Sensorvorrichtung zur Verwendung in einem Gasturbinenmaschinensystem ist und
7 noch eine weitere Ausführungsform einer beispielhaften Sensorvorrichtung zur Verwendung in einem Gasturbinenmaschinensystem ist.
Sofern nicht anders angegeben, sollen die hierin bereitgestellten Zeichnungen Merkmale von Ausführungsformen der Offenbarung veranschaulichen. Diese Merkmale gelten als in einer breiten Vielfalt von Systemen, die eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenbarung aufweisen, anwendbar. Von daher ist nicht beabsichtigt, dass die Zeichnungen alle konventionellen Merkmale beinhalten, von denen der Durchschnittsfachmann weiß, dass sie für die Ausführung der hierin offenbarten Ausführungsformen erforderlich sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Patentbeschreibung und den Ansprüchen wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die definitionsgemäß die folgende Bedeutung haben.
Die singulären Formen „ein”, „eine” und „der/die/das” beinhalten die Mehrzahl, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig Anderes vorschreibt.
„Fakultativ” als Adjektiv oder Adverb bedeutet, dass das/der anschließend beschriebene Ereignis oder Umstand stattfinden kann oder auch nicht und dass die Beschreibung Fälle aufweist, in denen das Ereignis stattfindet, und Fälle, in denen es nicht stattfindet.
Zur Modifikation einer quantitativen Darstellung, die zulässig variieren könnte, ohne zu einer Änderung der grundlegenden Funktion, auf die sie sich bezieht, zu führen, kann annähernde Sprache angewendet werden, wie sie hierin in der Beschreibung und den Ansprüchen durchgehend verwendet wird. Dementsprechend darf ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa” und „im Wesentlichen” modifiziert wird, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt werden. In wenigstens einigen Fällen kann die annähernde Sprache der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Wertes entsprechen. Hier und durchgehend in der Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsbeschränkungen kombiniert und/oder untereinander ausgetauscht werden. Derartige Bereiche sind gekennzeichnet und beinhalten alle darin enthaltenen Unterbereiche, sofern der Zusammenhang oder die Sprache nicht Anderes andeutet.
Ausführungsformen der vorliegenden Verfahren und Vorrichtungen ermitteln in Echtzeit schnell den Wobbeindex eines gasförmigen Brennstoffs, der eine unbekannte Zusammensetzung hat, indem sie wenigstens eine Eigenschaft von wenigstens einem Verbrennungsprodukt und/oder Zwischenprodukt messen, das in einer Referenz-Verbrennungsvorrichtung erzeugt wird. Der Begriff „Verbrennungsprodukt”, wie hierin verwendet, ist nicht nur auf Produkte beschränkt, die nach Abschluss der Verbrennung infolge der Verbrennung des Brennstoffs vorhanden sind, sondern schließt auch Zwischenprodukte ein, die während des Verbrennungsprozesses vorhanden sind, während der Verbrennung aber vollständig verbraucht werden, so dass sie nach Abschluss der Verbrennung fehlen. Durch Messen von wenigstens einer Eigenschaft von wenigstens einem Verbrennungsprodukt wie der Temperatur einer Referenzflamme, der Temperatur von Abgasen oder anderen Verbrennungsparametern und wenigstens einer assoziierten Stofftransporteigenschaft wie Druckabfall an einer Durchflussdrosselung oder Massendurchsatz des Brennstoffs kann der Wobbeindex des Brennstoffs ermittelt werden.
1 ist eine Prinzipdarstellung eines beispielhaften Gasturbinenmaschinensystems 100. In der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Gasturbinenmaschinensystem 100 eine Gasturbinenmaschine 102, eine Brennstoffquelle 114, eine Sensorvorrichtung 120 und eine Steuereinheit 118. Die Brennstoffquelle 114 und die Gasturbinenmaschine 102 sind über eine Hauptbrennstoffleitung 122, die ein Brennstoffdosierventil 116 beinhaltet, in Strömungsverbindung gekoppelt. Eine sekundäre Brennstoffzuleitung 124 der Sensorvorrichtung 120 ist stromaufwärts des Dosierventils 116 und der Gasturbinenmaschine 102 mit der Hauptbrennstoffleitung 122 gekoppelt, so dass die Sensorvorrichtung 120 von der Gasturbinenmaschine 102 unabhängig gesteuert wird und zum Messen einer Eigenschaft eines erzeugten Verbrennungsprodukts in der Sensorvorrichtung 120 konfiguriert ist. Die Steuereinheit 118 ist mit der Sensorvorrichtung 120, dem Brennstoffdosierventil 116 und der Gasturbinenmaschine 102 gekoppelt. Die Gasturbinenmaschine beinhaltet, in Durchströmungs-Reihenanordnung gekoppelt, einen Verdichter 104, wenigstens einen primären Verbrennungsabschnitt 106 und eine Turbine 108, die über eine Welle 110 drehbar mit dem Verdichter 104 gekoppelt ist.
Während des Betriebs entnimmt die Sensorvorrichtung 120 der Hauptbrennstoffleitung 122 eine relativ kleine Brennstoffmenge und leitet den Brennstoff durch die sekundäre Brennstoffzuleitung 124 in die Sensorvorrichtung 120. Die Sensorvorrichtung 120 beinhaltet wenigstens eine mit der Steuereinheit 118 gekoppelte optische Diagnosevorrichtung (in 1 nicht gezeigt) zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft wenigstens eines in der Sensorvorrichtung 120 erzeugten Verbrennungsproduktes, wie unten beschrieben wird. Die Steuereinheit 118 ist zur Steuerung des Brennstoffdosierventils 116 zum Regulieren des Brennstoffdurchflusses durch die Hauptbrennstoffleitung 122 zur Gasturbinenmaschine 102 auf Basis der gemessenen Verbrennungsprodukteigenschaft konfiguriert.
In der beispielhaften Ausführungsform wird Umgebungsluft in Richtung auf den Verdichter 104 in die Gasturbinenmaschine 102 geleitet und Brennstoff aus der Brennstoffquelle 114 wird in Richtung auf den primären Verbrennungsabschnitt 106 in die Gasturbinenmaschine 102 geleitet. Die Umgebungsluft wird vom Verdichter 104 verdichtet, bevor sie zum primären Verbrennungsabschnitt 106 geführt wird. In der beispielhaften Ausführungsform wird verdichtete Luft mit dem Brennstoff vermischt und das resultierende Brennstoff-Luft-Gemisch wird im primären Verbrennungsabschnitt 106 zur Erzeugung von Verbrennungsgasen entzündet, die zur Turbine 108 hin geführt werden. Darüber hinaus gewinnt die Turbine 108 in der beispielhaften Ausführungsform Rotationsenergie aus den Verbrennungsgasen und dreht die Welle 110 zum Antreiben des Verdichters 104. Des Weiteren treibt die Turbinenanordnung 100 in der beispielhaften Ausführungsform eine mit der Welle 110 gekoppelte Last 112 wie einen Generator an. In der beispielhaften Ausführungsform befindet sich die Last 112 stromabwärts der Tubinenanordnung 100. Alternativ kann sich die Last 112 stromaufwärts der Turbinenanordnung 100 befinden.
2 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Rechenvorrichtung oder Steuereinheit 118, die zur Analyse von Messungen, die sie von der Sensorvorrichtung 120 erhält, und zur Regulierung der Brennstoffzufuhr zur Gasturbinenmaschine 102 verwendet werden kann. Die Steuereinheit 118 beinhaltet eine Speichereinrichtung 202 und einen Prozessor 200, der zur Ausführung von Befehlen funktionell mit der Speichereinrichtung 202 gekoppelt ist. Der Prozessor 200 kann unter anderem eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten beinhalten, z. B. in einer Mehrkernkonfiguration. In einigen Ausführungsformen werden in der Speichereinrichtung 202 ausführbare Befehle gespeichert. Die Steuereinheit 118 ist durch die Programmierung des Prozessors 200 zur Durchführung von einem oder mehreren hierin beschriebenen Vorgängen konfigurierbar. Zum Beispiel kann der Prozessor 200 durch Kodieren eines Vorgangs als einen oder mehrere ausführbare(n) Befehl(e) und Bereitstellen der ausführbaren Befehle in der Speichereinrichtung 202 programmiert werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Speichereinrichtung 202 eine oder mehrere Einrichtungen, die Speicherung und Abruf von Informationen wie z. B. ausführbare Befehle und/oder andere Daten ermöglichen. Die Speichereinrichtung 202 kann eine oder mehrere computerlesbare Speichermedien wie z. B. unter anderem einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), einen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM), ein Halbleiterlaufwerk, eine Festplatte, einen Festwertspeicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren ROM-(EPROM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren ROM-(EEPROM) und/oder einen nichtflüchtigen RAM-(NVRAM)-Speicher beinhalten. Die obigen Speichertypen sind nur beispielhaft und sind daher hinsichtlich der zur Speicherung eines Computerprogramms verwendbaren Speichertypen nicht beschränkend. Die Speichereinrichtung 202 kann zum Speichern, ohne Beschränkung, von Anwendungsquellcode, Anwendungsobjektcode, relevanten Quellcodeteilen, relevanten Objektcodeteilen, Konfigurationsdaten, Ausführungsereignissen und/oder beliebigen anderen Datentypen konfiguriert sein.
Die Speichereinrichtung 202 kann zum Speichern von Betriebsmessungen konfiguriert sein, einschließlich unter anderem Echtzeit- und historische Referenzflammentemperaturen, Differenzdruckmessungen, Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch und/oder beliebige andere Datentypen. In einigen Ausführungsformen entfernt oder „löscht” der Prozessor 200 Daten aus der Speichereinrichtung 202 auf Basis des Alters der Daten. Zum Beispiel kann der Prozessor 200 früher aufgezeichnete und gespeicherte Daten, die mit einem nachfolgenden Zeitpunkt und/oder Ereignis assoziiert sind, überschreiben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Prozessor 200 Daten entfernen, die ein vorbestimmtes Zeitintervall überschreiten. Die Speichereinrichtung 202 beinhaltet auch ausreichend Daten, Algorithmen und Befehle, ohne Beschränkung, um die Ermittlung verschiedener Brennstoffeigenschaften zu ermöglichen und eine Brennstoffzufuhr zur Gasturbinenmaschine 102 zu regulieren, wie unten weiter besprochen wird.
Der Begriff „Echtzeit”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf wenigstens eines der Folgenden: die Zeit des Stattfindens der assoziierten Ereignisse, die Zeit der Messung und Erfassung vorbestimmter Daten, die Zeit zur Verarbeitung der Daten und die Zeit einer Reaktion des Systems auf die Ereignisse und das Umfeld. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen finden diese Tätigkeiten und Ereignisse im Wesentlichen verzögerungsfrei statt, so dass der Wobbeindex des gasförmigen Brennstoffs innerhalb einer Reaktionszeit von einer Sekunde ermittelt wird.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Steuereinheit 118 eine mit dem Prozessor 200 gekoppelte Präsentationsschnittstelle 206. Die Präsentationsschnittstelle 206 präsentiert einem Benutzer 210 Informationen wie eine Benutzeroberfläche und/oder einen Alarm. In einer Ausführungsform beinhaltet die Präsentationsschnittstelle 206 einen Anzeigeadapter (nicht gezeigt), der mit einer Anzeigevorrichtung (nicht gezeigt) wie einer Kathodenstrahlröhre (CRT), einer Flüssigkristallanzeige (LCD), einer OLED-Anzeige (OLED) und/oder einer „E-Papier”-Anzeige gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Präsentationsschnittstelle 206 eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Steuereinheit 118 eine Benutzereingabeschnittstelle 208. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Benutzereingabeschnittstelle 208 mit dem Prozessor 200 gekoppelt und erhält Eingaben vom Benutzer 210. Die Benutzereingabeschnittstelle 208 kann z. B. eine Tastatur, ein Zeigegerät, eine Maus, einen Eingabestift, eine berührungsempfindliche Fläche, z. B. unter anderem ein Tastfeld oder einen Touchscreen, und/oder eine Audioeingabeschnittstelle, z. B. unter anderem ein Mikrofon, beinhalten. Ein einzelnes Bauteil, wie z. B. ein Touchscreen, kann sowohl als Anzeigevorrichtung der Präsentationsschnittstelle als auch als Benutzereingabeschnittstelle 208 fungieren.
Eine Datenübertragungsschnittstelle 204 ist mit dem Prozessor 200 gekoppelt und zur Kopplung in Kommunikation mit einer oder mehreren anderen Vorrichtungen, wie einem Sensor oder einer weiteren Steuereinheit 118, und zur Durchführung von Eingabe- und Ausgabevorgängen in Bezug auf derartige Vorrichtungen konfiguriert. Zum Beispiel kann die Datenübertragungsschnittstelle 204 unter anderem einen verdrahteten Netzwerkadapter, einen drahtlosen Netzwerkadapter, einen Mobil-Telekommunikationsadapter, einen Adapter für die serielle Datenübertragung und/oder einen einen Adapter für die parallele Datenübertragung beinhalten. Die Datenübertragungsschnittstelle 204 kann Daten von einer oder mehreren fernen Vorrichtungen empfangen und/oder Daten an eine oder mehrere ferne Vorrichtungen übertragen. Zum Beispiel kann eine Datenübertragungsschnittstelle 204 von einer Steuereinheit 118 einen Alarm an die Datenübertragungsschnittstelle 204 einer anderen Steuereinheit 118 übertragen.
Die Präsentationsschnittstelle 206 und/oder die Datenübertragungsschnittstelle 204 sind beide in der Lage, z. B. dem Benutzer 210 oder einer anderen Vorrichtung Informationen bereitzustellen, die zur Verwendung mit den hierin beschriebenen Verfahren geeignet sind. Dementsprechend können die Präsentationsschnittstelle 206 und die Datenübertragungsschnittstelle 204 als Ausgabevorrichtungen bezeichnet werden. Desgleichen sind die Benutzereingabeschnittstelle 208 und die Datenübertragungsschnittstelle 204 in der Lage, Informationen zu empfangen, die zur Verwendung mit den hierin beschriebenen Verfahren geeignet sind, und können als Eingabevorrichtungen bezeichnet werden.
3 ist eine grafische Darstellung 300 eines Wobbeindexparameters im Verhältnis zu einer gemessenen Verbrennungsprodukttemperaturdifferenz. Die x-Achse 302 repräsentiert die Differenztemperatur zwischen den Verbrennungsprodukten und der Einlassluft, gemessen in Grad Fahrenheit, und die y-Achse 304 repräsentiert den Wobbeindexparameter, der als das Produkt des Wobbeindexes und der Quadratwurzel des Verhältnisses von Differenzbrennstoffdruck zu Differenzluftdruck, der durch die Sensorvorrichtung 120 geleitet wird (in 1 gezeigt), definiert ist. Die Verbrennungsprodukttemperatur wird von wenigstens einer optischen Diagnosevorrichtung (in 3 nicht gezeigt) ermittelt und der Differenzdruck der Luft und des Brennstoffs werden von der Steuereinheit 118 (in 1 gezeigt) ermittelt, wobei ΔP_Brennstoff und ΔP_Luft der gemessene Differenzbrennstoff- und Differenzluftdruck über eine Durchflussdrosselvorrichtung wie einen Venturiabschnitt oder einen Coriolis-Massendurchflussmesser (in 3 nicht gezeigt) sind. Die Verwendung von Coriolis-Durchflussmessern in Reihe mit (Luft- und Brennstoff-)Durchflussdrosselungen bieten eine redundante Anzeige der relativen Brennstoff- und Luftdurchflüsse für eine direktere Berechnung des Wobbeindexes und auch Informationen über relative Flussdichten, die nachfolgend zur direkten Berechnung des Brennstoffheizwertes verwendet werden können.
Der Wobbeindex ist ein Wert, der einen Vergleich des volumetrischen Energiegehalts verschiedener Brenngase bei verschiedenen Temperaturen ermöglicht. Von Brennstoffen mit einem ähnlichen Wobbeindex kann erwartet werden, dass sie sich ähnlich verhalten, wenn sie von einer Gasturbine verbrannt werden. Der modifizierte Wobbeindex ist allgemein als der untere Brennstoffheizwert geteilt durch die relative Dichte definiert. Abweichungen von ±1–3% von dem für jeden Brennstoff definierten Wert sind gewöhnlich ohne merkliche Beeinträchtigung des Betriebs der Gasturbine akzeptabel. Auf Basis der hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtung ist aber eine Abweichung von ±20% des definierten Wobbeindexes akzeptabel. Es ist zu erkennen, dass andere Kriterien genutzt werden könnten, um einen assoziierten Wobbeindex zu ermitteln.
Der modifizierte Wobbeindex ist wie folgt definiert: Modifizierter Wobbeindex = LHV_Brennstoff/(SG_Brennstoff T_Brennstoff)^0,5 Gl. (1) wobei LHV_Brennstoff den unteren Heizwert des gasförmigen Brennstoffs, der verbrannt wird, repräsentiert, SG_Brennstoff die spezifische Dichte des gasförmigen Brennstoffs relativ zur Luft repräsentiert und T_Brennstoff die Temperatur des gasförmigen Brennstoffs repräsentiert. Anhand der ermittelten Werte für LHV_Brennstoff, SG_Brennstoff und T_Brennstoff kann der modifizierte Wobbeindex des gasförmigen Brennstoffs ermittelt werden.
Abweichungen des Wobbeindexes vom vorgegebenen Wert können zu einem unannehmbaren Niveau der Verbrennungsdynamik, zu einem Schadstoffemissionsniveau, das höher als erwartet ist, zu Überzünden, Flammeninstabilität und vielen anderen Problemen führen. Folglich kann der Betrieb mit großen Abweichungen des Wobbeindexes von einem vorgegebenen Wert zu Hardwarebelastung oder möglicherweise einer Verkürzung der Bauteillebensdauer des Verbrennungssystems und/oder einem Potenzial für Energieerzeugungsausfälle führen.
Wie oben definiert, ist der Wobbeindex ein Maß der Energiemenge pro in eine Gasturbinenbrennkammer eingespritztem Volumenstrom und kann daher ein Maß für die Austauschbarkeit von Gasbrennstoff in einem bestimmten Systemdesign sein. Brennstoffe aus verschiedenen Quellen oder Brennstoffe, die aus verschiedenen gasförmigen Bestandteilen zusammengesetzt sind, können einen variablen Energiegehalt haben. Der Betrieb der Gasturbinenmaschine 102 mit einem nicht entwurfsgemäßen Wobbeindex kann unerwünschte Verbrennungseigenschaften wie Flammenrückschlag oder ein niedriges Äquivalenzverhältnis verursachen. Das Äquivalenzverhältnis ist das Verhältnis von Luft zu Brennstoff des Luft-Brennstoff-Gemischs. Damit die Gasturbinenmaschine 102 von einem ersten gasförmigen Brennstoff auf einen zweiten gasförmigen Brennstoff, wechseln oder ständig variieren kann, wobei die spezifische Zusammensetzung des zweiten gasförmigen Brennstoffs unbekannt ist, ist daher ein Verfahren zum Ermitteln des Wobbeindexes erwünscht, um die Systemleistung aufrecht zu erhalten.
Der Wobbeindexparameter, wobei wieder auf 3 Bezug genommen wird, nimmt mit steigender Temperatur zu, wie von der Kurve 306 veranschaulicht wird. Die Kurve 306 repräsentiert eine entscheidende kalibrierte Korrelation zwischen dem Produkt des Wobbeindexes und dem Quadratwurzelverhältnis des Brennstoff-Luft-Stroms mit den gemessenen Referenzflammentemperaturen. Wie der Durchschnittsfachmann sehen kann, wird der Wobbeindex des verbrannten Brennstoffs, wenn die Verbrennungsprodukttemperatur, Durchflussdrosseldruckabfälle, ΔP_fuel und ΔP_air und/oder der Brennstoffmassendurchsatz von der optischen Sensorvorrichtung 120 (in 1 gezeigt) gemessen wird, von der Kurve 306 bestimmt. Analytische und empirische Studien zeigen, dass der Wobbeindexparameter auf der y-Achse 304 für alle Brennstoffgemische und Bestandteile unabhängig von Äquivalenzverhältnissen und Durchsätzen direkt mit der Referenzflammentemperatur eines Verbrennungssystems in Beziehung steht. Diese Wobbeindexkorrelation wird dargestellt durch:
wobei T_f die Temperatur der Referenzflamme oder der Abgase repräsentiert, T_i die Temperatur der Luft an einem Lufteinlass repräsentiert, A_r,fuel die Fläche der Leitungsdurchflussdrosselung, die dem System den Brennstoff zuführt, repräsentiert, während A_r,air die Fläche der Leitungsdurchflussdrosselung repräsentiert, die dem System die Luft zuführt, SG_air die relative Dichte der Luft repräsentiert, ρ_air die Luftdichte repräsentiert, c_p,mix die spezifische Wärme des Brennstoff-Luft-Gemischs repräsentiert, W_index den Wobbeindex des gasförmigen Brennstoffs repräsentiert, der verbrannt wird, AP_fuel den gemessenen Brennstoffdifferenzdruck über eine erste Durchflussdrosselvorrichtung (in 3 nicht gezeigt) repräsentiert und ΔP_air den gemessenen Differenzdruck der Luft über eine zweite Durchflussdrosselvorrichtung (in 3 nicht gezeigt) repräsentiert.
Die obigen Variablen und Parameter sind jeweils konstant oder können gemessen werden, so dass der Wobbeindex berechnet werden kann. Die mit der Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs assoziierten konstanten Werte: c_p,mix, ρ_air A_r,fuel, A_r,air und SG_air sind vorbestimmte Verbrennungszustandsdaten und werden in der Speichereinrichtung 202 (in 2 gezeigt) gespeichert. Die übrigen Parameterwerte mit Ausnahme des Wobbeindexes werden von verschiedenen Sensoren innerhalb des Gasturbinenmaschinensystems 100 (in 1 gezeigt) gemessen. Die Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und die Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) werden als vorbestimmte Verbrennungsdatenalgorithmen in der Speichereinrichtung 202 (in 2 gezeigt) gespeichert, so dass der Prozessor 200 (in 2 gezeigt) der Steuereinheit bei Erhalt der Messungen von der Sensorvorrichtung 210 (in 1 gezeigt) wie unten beschrieben den Wobbeindex in Echtzeit berechnen kann.
In der beispielhaften Ausführungsform sind die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung ein Venturiabschnitt und/oder ein Coriolis-Durchflussmesser. Ein Venturiabschnitt ist ein verengter Querschnitt in einer Fluidleitung, der zur Erhöhung der Geschwindigkeit des durch die Leitung strömenden Fluids bestimmt ist. Wenn ein Fluid durch den Venturiabschnitt forciert wird, nimmt seine Geschwindigkeit relativ zu der in einem Bereich der Fluidleitung mit größeren Querschnitt zu und der Druck des Fluids nimmt daher ab. Die Druckdifferenz zwischen dem weiteren und dem engeren Teil der Fluidleitung wird gemessen und diese Druckdifferenz ist zum Volumenstrom des Fluids proportional. Der erste Venturiabschnitt kann zum Messen der Druckdifferenz des Brennstoffs verwendet werden und der zweite Venturiabschnitt kann zum Messen der Druckdifferenz der Luft verwendet werden. Diese Messwerte können dann zur Berechnung des Wobbeindexes des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) zur Steuereinheit 118 übertragen werden. Alternativ können die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung ein Coriolis-Durchflussmesser sein, der zum Messen des Massendurchsatzes und der relativen Dichte des Brennstoffs und/oder der Luft verwendet wird. Diese Messwerte können dann zur Berechnung des Wobbeindexes des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) an die Steuereinheit 118 übertragen werden. Die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung kann eine beliebige Kombination von Venturiabschnitten und/oder Coriolis-Durchflussmessern sein, mit der die Sensorvorrichtung 120 wie hierin beschrieben funktionieren kann.
4 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer optischen Sensorvorrichtung 400 zur Verwendung im Gasturbinenmaschinensystem 100. Die Sensorvorrichtung 400 ist mit der Steuereinheit 118 gekoppelt und stellt eine Umgebung mit geregelter Verbrennung bereit, die unabhängig von der Gasturbinenmaschine 102 (in 1 gezeigt) betrieben wird. Der über eine Schnittstelle mit der Steuereinheit 118 verbundene Prozessor 200 (in 2 gezeigt) ist zur Überwachung und Aufzeichnung von in der Sensorvorrichtung 400 erfassten Messwerten konfiguriert. In der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Sensorvorrichtung 400 eine Brennstoffzuleitung 412, eine Luftzuleitung 414 und eine Spülleitung 416. Die Brennstoffzuleitung 412 beinhaltet einen Brennstoffdruckregler 418 zur Regelung des Drucks des durch die Leitung 412 geleiteten Brennstoffs, eine erste Durchflussdrosselvorrichtung 426, die konfiguriert ist, um die Messung von Brennstoffdifferenz, Massendurchsatz oder relativer Dichte in der Brennstoffzuleitung 412 zu ermöglichen, und ein Brennstoffdosierventil oder einen Massendurchflussregler 422 zur Regelung der zur Sensorvorrichtung 400 geleiteten Brennstoffmenge. Die Brennstoffzuleitung 412 ist in Strömungsverbindung mit der Hauptbrennstoffleitung 122 gekoppelt. Die Luftzuleitung 414 beinhaltet eine zweite Durchflussdrosselvorrichtung 424, die gestaltet ist, um die Messung von Luftdruckdifferenz oder Massendurchsatz in der Luftzuleitung 414 zu ermöglichen, und einen Luftmassendurchflussregler 422 zur Regelung der zur Sensorvorrichtung 400 geleiteten Luftmenge.
In der beispielhaften Ausführungsform können die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 426 und 424 Venturiabschnitte sein, die zum Messen des Differenzdrucks des durch die Brennstoffzuleitung 412 strömenden Brennstoffs konfiguriert sind. Alternativ können die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 426 und 424 Coriolis-Durchflussmesser sein, die zum Messen der relativen Dichte und/oder des Massendurchsatzes des/der durch die Zuleitungen 412 und 414 strömenden Brennstoffs und Luft konfiguriert sind. Diese Messwerte können dann zur Berechnung des Wobbeindexes des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und/oder der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) zur Steuereinrichtung 118 übertragen werden. Die Leitungen 412, 414 und 416 sind in Strömungsverbindung mit einer Referenzverbrennungsvorrichtung 418 gekoppelt.
Die Referenzverbrennungsvorrichtung 428 beinhaltet einen Mischerteil 430, einen Referenzbrenner 432 und einen Flammensicherheitsbehälter 436. Der Mischerteil 430 ist zum Vermengen von Brennstoff aus der Leitung 412 und Luft 414 zu einem vollständig vorgemischten brennbaren Brennstoff-Luft-Gemisch konfiguriert. Der Referenzbrenner 432 ist stromaufwärts parallel mit dem Verbrennungsabschnitt 106 positioniert und ist zur Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischs zum Erzeugen von wenigstens einem Verbrennungsprodukt wie einer Referenzflamme 434 und/oder Abgasen 440 konfiguriert. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Referenzbrenner 432 ein McKenna-Vormisch-Referenzbrenner, der im Sicherheitsbehälter 436 eine gut definierte, geregelte Flamme liefert. Jedes der Verbrennungsprodukte beinhaltet wenigstens eine Eigenschaft, wie eine Temperatur der Referenzflamme 434, eine Temperatur der Abgase 440 und eine Sauerstoffkonzentration von Abgasen 440. Der Sicherheitsbehälter 436 definiert eine Referenzbrennkammer 438, so dass die Referenzflamme 434 in ihr untergebracht ist. Die von der Referenzflamme 434 innerhalb der Referenzbrennkammer 438 erzeugten Abgase 440 werden ab der Referenzbrennkammer 438 durch den Sicherheitsbehälter 436 und an die Atmosphäre oder in einen geeigneten Abgastrakt (nicht gezeigt) geleitet. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Sicherheitsbehälter 436 ein durchsichtiger Behälter wie ein Flammrohr aus Quarz, das für optischen Zugang ausgelegt ist, um es möglich zu machen, dass die Sensorvorrichtung 400 wie hierin beschrieben funktionieren kann. Alternativ kann der Sicherheitsbehälter 436 ein beliebiger durchsichtiger Behälter sein, der es möglich macht, dass die Sensorvorrichtung 400 wie hierin beschrieben funktioniert.
In der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Sensorvorrichtung 400 eine Absorptionsvorrichtung 402 mit durchstimmbarem Diodenlaser (TDL), die mit der Steuereinheit 118 gekoppelt ist. Die TDL-Vorrichtung 402 hat einen Lichtwellenleiter 404, der mit einem Lasersender 408 gekoppelt ist, der zum Senden eines Laserstrahls 407 quer durch die Referenzbrennkammer 438 und spezieller durch wenigstens ein Verbrennungsprodukt konfiguriert ist. Die TDL-Vorrichtung 402 beinhaltet ferner einen Laserempfänger 406, der mit dem Lichtwellenleiter 404 gekoppelt und gegenüber dem Sicherheitsbehälter 436, dem Lasertransmitter 408 entgegengesetzt, positioniert ist, so dass der Laserempfänger 406 zum Emfangen des Laserstrahls 407 vom Sender 408 konfiguriert ist. Die TDL-Vorrichtung 402 ist eine optische Diagnosevorrichtung, die zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft von wenigstens einem Verbrennungsprodukt wie der Temperatur der Referenzflamme 434 und/oder der Temperatur der Abgase 440, die in der Referenzbrennkammer 438 erzeugt werden, konfiguriert ist.
Im Betrieb wird eine Brennstoffmenge der Hauptbrennstoffleitung 122 entnommen und durch die Brennstoffzuleitung 412 der Sensorvorrichtung geleitet. Der Druckregler 418 reguliert den Brennstoffdruck in der Leitung 412, so dass der Druck des durch die Leitung 412 strömenden Brennstoffs beim Eintritt des Brennstoffs in die erste Durchflussdrosselvorrichtung 426 bekannt ist. Die erste Durchflussdrosselvorrichtung 426 verursacht eine Brennstoffdruckdifferenz, die von der Steuereinheit 118 gemessen und in der Speichereinrichtung 202 (in 2 gezeigt) gespeichert wird. Alternativ misst die erste Durchflussdrosselvorrichtung 426 den Massendurchsatz und/oder die relative Dichte des Brennstoffs und überträgt diesen Messwert an die Steuereinheit 118 zur Speicherung in der Speichereinrichtung 202. Der Brennstoff strömt dann durch das Brennstoffdosierventil 420 und in den Mischerteil 430 der Referenzverbrennungsvorrichtung 428. Desgleichen wird Luft von einer Luftversorgungsquelle (nicht gezeigt) in die Luftzuleitung 414 und durch die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 424 geleitet. Die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 424 verursacht eine Luftdruckdifferenz, die ebenfalls von der Steuereinheit 118 gemessen und in der Speichereinrichtung 202 gespeichert wird. Die Luft strömt dann durch den Luftmassendurchflussregler 422 und in den Mischerteil 430 der Referenzverbrennungsvorrichtung 428. In der beispielhaften Ausführungsform vermengt der Mischerteil 420 den Brennstoff und die Luft zum Erzeugen eines vorgemischten brennbaren Brennstoff-Luft-Gemisches, das vom Referenzbrenner 432 entzündet wird. In einer Ausführungsform sind die Brennstoff- und Luftanteile fest, so dass das Äquivalenzverhältnis kleiner als eins – d. h. ein mageres Durchflussgemisch – ist.
Der Referenzbrenner 432 entzündet das Brennstoff-Luft-Gemisch und erzeugt eine Referenzflamme 434, die in der Referenzbrennkammer 438 Abgase 440 erzeugt. Der Sender 408 der TDL-Vorrichtung 402 sendet dann einen Laserstrahl 407 quer durch die Referenzbrennkammer 438, so dass der Laserstrahl 407 vom Empfänger 406 empfangen wird. Der Laserstrahl 407 wird von den Verbrennungsprodukten in der Referenzbrennkammer 438 geändert, um mit der Temperatur von wenigstens einem der Verbrennungsprodukte in Beziehung stehende Daten zu erzeugen. Die Daten werden dann an die Steuereinheit 118 übertragen, die die erforderliche Logik zur Auswertung der Messdaten enthält, um die Temperatur von wenigstens einem der Verbrennungsprodukte, d. h. der Referenzflamme 434 und/oder der Abgase 440, zu ermitteln, so dass der Prozessor 200 (in 2 gezeigt) den Wobbeindex mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und/oder der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) in Echtzeit ermittelt. Speziell empfängt die Steuereinheit 118 in der beispielhaften Ausführungsform die Messdaten von der TDL-Vorrichtung 402 und ermittelt die Temperatur von wenigstens einem Verbrennungsprodukt.
Die Steuereinheit 118 misst den Differenzdruck von Brennstoff und Luft über die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 426 und 424. Alternativ empfängt die Steuereinheit 118 ein Signal von der ersten Durchflussdrosselvorrichtung 426, das den Massendurchsatz und/oder die relative Dichte des Brennstoffs innerhalb der Brennstoffzuleitung 412 erkennen lässt. Der Prozessor 200 (in 2 gezeigt) greift dann auf in der Speichereinrichtung (in 2 gezeigt) gespeicherte vorbestimmte Verbrennungszustandsdaten zu und berechnet den Wobbeindex des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und/oder der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) auf der Basis der gemessenen Verbrennungseigenschaft und wenigstens einem von den gemessenen Brennstoff- und Luftdifferenzdrücken, dem Massendurchsatz des Brennstoffs und der relativen Dichte des Brennstoffs. Wenn der Wobbeindex des Brennstoffs berechnet ist, kann die Steuereinheit 118 dann die Menge des durch die Hauptbrennstoffleitung 122 zur Gasturbinenmaschine 102 geleiteten Brennstoffs durch Betätigen des Brennstoffdosierventils 116 (alle in 1 gezeigt) auf der Basis des ermittelten Wobbeindexes regulieren. Die Sensorvorrichtung 400 misst den Wobbeindex in Echtzeit und erlaubt anschließend die verzögerungsfreie Regelung der Brennereinschaltdauer und der Zündtemperaturen der Gasturbinenmaschine 102. Die Verwendung der Verbrennungsprodukttemperaturen als Metrik macht die Ermittlung des Wobbeindexes für einen fast grenzenlosen Bereich von Brennstoffbestandteilen möglich.
5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform einer optischen Sensorvorrichtung 500 zur Verwendung im Gasturbinenmaschinensystem 100 (in 1 gezeigt). Die Sensorvorrichtung 500 ist bezüglich Betrieb und Zusammensetzung der Sensorvorrichtung 400 (in 4 gezeigt) im Wesentlichen ähnlich, ausgenommen dessen, dass die Sensorvorrichtung 500 eine Emissionsspektroskopievorrichtung 502 anstatt einer TDL-Vorrichtung 402 (in 4 gezeigt) beinhaltet. Von daher sind in 5 gezeigte Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in 4 verwendet gekennzeichnet. Die Emissionsspektroskopievorrichtung 502 kann anstelle der TDL-Vorrichtung 402 in der Sensorvorrichtung 400 verwendet werden oder sie kann in Kombination mit der TDL-Vorrichtung 402 verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Emissionsspektroskopievorrichtung 502 eine mit der Steuereinheit 118 gekoppelte optische Diagnosevorrichtung, die einen Lichtwellenleiter 504 und eine Sammellinse 506, die gestaltet ist, um von der Referenzflamme 434 abgestrahltes ultraviolettes Licht zu bündeln, beinhaltet. Im Betrieb ist die Emissionspektroskopievorrichtung 502 neben dem Sicherheitsbehälter 436 positioniert, so dass die Sammellinse 506 auf die Referenzflamme 434 in der Referenzbrennkammer 438 gerichtet ist. Die Sammellinse 506 bündelt von der Referenzflamme 434 abgestrahltes ultraviolettes Licht in den Lichtwellenleiter 504, der dann das abgestrahlte ultraviolette Licht zur weiteren Auswertung an ein mit der Steuereinheit 118 gekoppeltes Spektrometer (nicht gezeigt) überträgt. Die Integration von Teilen des resultierenden Intensitätsspektrums ermöglicht es der Steuereinheit 118, ein Spektralbandverhältnis zu erzeugen, das zur Ermittlung der Temperatur der Referenzflamme 434 verwendet wird. Die Steuereinheit 118 empfängt diese Messdaten von der Emissionsspektroskopievorrichtung 502 und ermittelt die Temperatur von wenigstens einem Verbrennungsprodukt, der Referenzflamme 434 und/oder der Abgase 440. Die Steuereinheit 118 misst ferner den Differenzdruck von Brennstoff und Luft über die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 426 und 424. Alternativ empfängt die Steuereinheit 118 ein Signal von der ersten Durchflussdrosselvorrichtung 426, das den Massendurchsatz und/oder die relative Dichte des Brennstoffs in der Brennstoffzuleitung 412 erkennen lässt.
Der Prozessor 200 (in 2 gezeigt) greift dann auf vorbestimmte, in der Speichereinrichtung (in 2 gezeigt) gespeicherte Verbrennungszustandsdaten zu und berechnet den Wobbeindex des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und/oder der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) auf der Basis der gemessenen Verbrennungseigenschaft und wenigstens einem von den gemessenen Brennstoff- und Luftdifferenzdrücken, dem Massendurchsatz des Brennstoffs und der relativen Dichte des Brennstoffs. Sobald der Wobbeindex des Brennstoffs berechnet worden ist, kann die Steuereinheit 118 dann die Brennstoffmenge zuregeln, die durch die Hauptbrennstoffleitung 122 zur Gasturbinenmaschine 102 geleitet wird, indem sie das Brennstoffdosierventil 116 (alle in 1 gezeigt) auf Basis des ermittelten Wobbeindexes betätigt. Die Sensorvorrichtung 500 misst den Wobbeindex in Echtzeit und erlaubt anschließend die verzögerungsfreie Regelung der Brennereinschaltzeit und der Zündungstemperaturen der Gasturbinenmaschine 102. Die Verwendung der Verbrennungsprodukttemperaturen als Metrik macht die Ermittlung des Wobbeindexes für einen fast grenzenlosen Bereich von Brennstoffbestandteilen möglich.
6 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform einer optischen Sensorvorrichtung 600 zur Verwendung im Gasturbinenmaschinensystem 100 (in 1 gezeigt). Die Sensorvorrichtung 600 ist den Sensorvorrichtungen 400 und 500 (in 4 bzw. 5 gezeigt) im Wesentlichen ähnlich, außer dass die Sensorvorrichtung 600 eine Faser-Pyrometrievorrichtung 602 anstatt der TDL-Vorrichtung 402 oder der Emissionsspektroskopievorrichtung 502 (in 4 bzw. 5 gezeigt) beinhaltet. Von daher sind in 6 gezeigte Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet wie den in 4 und 5 verwendeten. Die Faser-Pyrometrievorrichtung 602 kann die TDL-Vorrichtung 402 oder die Emissionsspektroskopievorrichtung 502 in der Sensorvorrichtung 400 ersetzen oder in Kombination mit der TDL-Vorrichtung 402 und/oder der Emissionsspektroskopievorrichtung 502 verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Faser-Pyrometrievorrichtung 602 eine optische Diagnosevorrichtung, die mit der Steuereinheit 118 gekoppelt ist und einen Infrarotsensor 604 und eine Faser 606 beinhaltet. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Faser 606 eine Siliziumkarbidfaser. Alternativ kann die Faser 606 eine beliebige Faser sein, die es der Faser-Pyrometrievorrichtung 602 ermöglicht, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Die Faser 606 ist innerhalb der Referenzbrennkammer 438 positioniert, so dass die Referenzflamme 434 Wärme auf die Faser 606 überträgt. Der Infrarotsensor 604 ist zur Erkennung von Infrarotemissionen aus der Faser 606 konfiguriert. Im Betrieb ist die Faser-Pyrometrievorrichtung 602 neben dem Sicherheitsbehälter 436 positioniert, so dass der Infrarotsensor 604 auf die Referenzflamme 434 in der Referenzbrennkammer 438 gerichtet ist. Die Faser 606 erreicht ein Quasigleichgewicht mit der Umgebungsgastemperatur und strahlt ein infrarotes Strahlungsspektrum aus, Teile dessen vom Infrarotdetektor 604 erfasst werden und zur weiteren Auswertung zur Ermittlung der Temperatur der Referenzflamme 434 an die Steuereinheit 118 übertragen werden. Die Steuereinheit 118 empfängt diese Messdaten von der Faser-Pyrometrievorrichtung 602 und ermittelt die Temperatur des wenigstens einen Verbrennungsprodukts, der Referenzflamme 434. Die Steuereinheit 118 misst ferner den Differenzdruck von Brennstoff und Luft über die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 426 und 424. Alternativ empfängt die Steuereinheit 118 von der ersten Durchflussdrosselvorrichtung 426 ein Signal, das den Massendurchsatz und/oder die relative Dichte des Brennstoffs in der Brennstoffzuleitung 412 erkennen lässt.
Der Prozessor 200 (in 2 gezeigt), greift dann auf vorbestimmte, in der Speichereinrichtung (in 2 gezeigt) gespeicherte Verbrennungszustandsdaten zu und berechnet den Wobbeindex des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und/oder der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) auf der Basis der gemessenen Verbrennungseigenschaft und wenigstens einem von den gemessenen Brennstoff- und Luftdifferenzdrücken, dem Massendurchsatz des Brennstoffs und der relativen Dichte des Brennstoffs. Wenn der Wobbeindex des Brennstoffs berechnet worden ist, kann die Steuereinheit 118 dann die Menge des durch die Hauptbrennstoffleitung 122 zur Gasturbinenmaschine 102 geleiteten Brennstoffs durch Betätigen des Brennstoffdosierventils 116 (alle in 1 gezeigt) auf der Basis des ermittelten Wobbeindexes regeln. Die Sensorvorrichtung 600 misst den Wobbeindex in Echtzeit und erlaubt anschließend die verzögerungsfreie Regelung der Brennereinschaltdauer und der Zündtemperaturen der Gasturbinenmaschine 102. Die Verwendung der Verbrennungsprodukttemperaturen als Metrik macht die Ermittlung des Wobbeindexes für einen fast grenzenlosen Bereich von Brennstoffbestandteilen möglich.
7 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Sensorvorrichtung 700 zur Verwendung im Gasturbinenmaschinensystem 100 (in 1 gezeigt). Die Sensorvorrichtung 700 ist im Wesentlichen der Sensorvorrichtung 400, 500 und 600 (in 4 bis 6 gezeigt) ähnlich, ausgenommen dessen, dass die Sensorvorrichtung 700 eine Sauerstoffmessvorrichtung 702 anstatt einer TDL-Vorrichtung 402 (in 4 gezeigt), einer Emissionsspektroskopievorrichtung 502 (in 5 gezeigt) oder einer Faser-Pyrometrievorrichtung 602 (in 6 gezeigt) beinhaltet. Von daher sind in 7 gezeigte Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in 4 bis 6 verwendet gekennzeichnet. Die Sauerstoffmessvorrichtung 702 kann anstelle der TDL-Vorrichtung 402, der Emissionsspektroskopievorrichtung 502 oder der Faser-Pyrometrievorrichtung 602 in der Sensorvorrichtung 400 verwendet werden oder sie kann in Kombination mit der TDL-Vorrichtung 402 und/oder der Emissionsspektroskopievorrichtung 501 und/oder der Faser-Pyrometrievorrichtung 602 verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Sauerstoffmessvorrichtung 702 eine optische Diagnosevorrichtung, die mit der Steuereinheit 118 gekoppelt ist und einen Sauerstoffsensor 704 beinhaltet, der zur Probenahme von Abgas 440 und zum Messen der Sauerstoffkonzentration anhand von Infrarotabsorption konfiguriert ist. Im Betrieb ist die Sauerstoffmessvorrichtung 702 so positioniert, dass der Sauerstoffsensor 704 mit Abgasen 440 in der Referenzbrennkammer 438 in Strömungsverbindung ist. Der Sauerstoffsensor 704 erfasst wenigstens einen Teil der von der Referenzverbrennungsvorrichtung 428 erzeugten Abgase und die vom Sauerstoffsensor 704 gemessenen Sauerstoffkonzentrationsdaten werden an die Steuereinheit 118 übertragen. Die Steuereinheit 118 empfängt die Messdaten von der Sauerstoffmessvorrichtung 702 und ermittelt auf Basis des Sauerstoffgehalts der Abgase 440 die Temperatur von wenigstens einem Verbrennungsprodukt, der Referenzflamme 434 und/oder den Abgasen 440. Die Steuereinheit 118 misst ferner die Brennstoff- und Luftdifferenzdrücke über die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung 426 und 424. Alternativ empfängt die Steuereinheit 118 ein Signal von der ersten Durchflussdrosselvorrichtung 426, das den Massendurchsatz und/oder die relative Dichte des Brennstoffs in der Brennstoffzuleitung 412 erkennen lässt.
Der Prozessor 200 (in 2 gezeigt) greift dann auf in der Speichereinrichtung (in 2 gezeigt) gespeicherte vorbestimmte Verbrennungszustandsdaten zu und berechnet den Wobbeindex des Brennstoffs mithilfe der Wobbeindexgleichung (Gl. 1) und/oder der Wobbeindexkorrelationsgleichung (Gl. 2) auf der Basis des gemessenen Sauerstoffgehalts und von wenigstens einem von den gemessenen Brennstoff- und Luftdifferenzdrücken, dem Massendurchsatz des Brennstoffs und der relativen Dichte des Brennstoffs. Wenn der Wobbeindex des Brennstoffs berechnet worden ist, kann die Steuereinheit 118 dann die Menge des durch die Hauptbrennstoffleitung 122 zur Gasturbinenmaschine 102 geleiteten Brennstoffs durch Betätigen des Brennstoffdosierventils 116 (alle in 1 gezeigt) auf der Basis des ermittelten Wobbeindexes regeln. Die Sensorvorrichtung 500 misst den Wobbeindex in Echtzeit und erlaubt anschließend die verzögerungsfreie Regelung der Brennereinschaltdauer und der Zündtemperaturen der Gasturbinenmaschine 102. Die Verwendung der Verbrennungsprodukttemperaturen als Metrik macht die Ermittlung des Wobbeindexes für einen fast grenzenlosen Bereich von Brennstoffbestandteilen möglich.
Die hierin beschriebene optische Sensorvorrichtung ermöglicht die Erfassung und Überwachung des Energieanteils von Gasturbinenbrennstoff durch Verbrennen eines vorgemischten Brennstoff-Luft-Gemischs in der Referenzverbrennungsvorrichtung zur Erzeugung wenigstens eines Verbrennungsproduktes. Die Sensorvorrichtung misst wenigstens eine Eigenschaft von wenigstens einem Verbrennungsprodukt in der Referenzverbrennungsvorrichtung, die unabhängig von der Gasturbinenmaschine betrieben wird. Die Eigenschaft der Verbrennungsprodukte wie die Referenzflammentemperatur und/oder die Abgastemperatur wird mithilfe einer oder mehrerer optischer Diagnosevorrichtungen in der geregelten Verbrennungsumgebung gemessen. Brennstoff- und Luftdruckdifferenzmessungen über die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung wie Venturiabschnitte ermöglichen die Korrektur relativer Schwankungen des Brennstoff/Luft-Verhältnisses, so dass die Wobbeindexkorrelation nicht durch das Äquivalenzverhältnis durcheinandergebracht wird. Eine allgemeine Korrelation zwischen der gemessenen Temperatur des Verbrennungsprodukts und des Produkts des Wobbeindexes und des Quadratwurzelverhältnisses von Brennstoff- und Luftstromdruckdifferenzen macht es möglich, dass die Sensorvorrichtung den Wobbeindex für einen grenzenlosen Bereich von Brennstoffbestandteilen in Echtzeit ermitteln kann und anschließend die verzögerungsfreie Regelung der Einschaltzeit des Brenners der Gasturbinenmaschine erlaubt. Alternativ kann der Massendurchsatz und/oder die relative Dichte des Brennstoffs von der ersten Durchflussdrosselvorrichtung wie einem Coriolis-Durchflussmesser gemessen werden, um eine vereinfachte Berechnung des Wobbeindexes in Echtzeit für einen grenzenlosen Bereich von Brennstoffbestandteilen zu ermöglichen, was anschließend die verzögerungsfreie Regelung der Einschaltzeit des Brenners der Gasturbinenmaschine erlaubt.
Ein beispielhafter technischer Effekt der hierin beschriebenen Verfahren, Systeme und Vorrichtung beinhaltet wenigstens eines der Folgenden: (a) Messen einer Eigenschaft eines Verbrennungsprodukts mithilfe von wenigstens einer optischen Diagnosevorrichtung, bestehend aus (i) einer Absorptionsspektroskopievorrichtung mit durchstimmbarem Diodenlaser, die einen Lasersender aufweist, der zum Senden eines Laserstrahls quer durch die Brennkammer durch das Verbrennungsprodukt konfiguriert ist, und die einen Laserempfänger aufweist, der zum Empfangen des Laserstrahls konfiguriert ist, und/oder (ii) einer Emissionsspektroskopievorrichtung, die eine zum Bündeln von ultravioletten Emissionen aus dem Verbrennungsprodukt gestaltete Sammellinse aufweist, und/oder (iii) eine Faser-Pyrometrievorrichtung, die einen Infrarotsensor aufweist, der zum Erkennen von Infrarotemissionen aus einer in der Brennkammer positionierten Faser konfiguriert ist, und/oder (iv) einer Sauerstoffmessvorrichtung, die einen zum Messen des Sauerstoffgehalts des Verbrennungsproduktes mit einem Sauerstoffsensor konfigurierten Sauerstoffsensor aufweist, und (b) Ermitteln des Wobbeindexes eines Brennstoffs in Echtzeit auf der Basis einer gemessenen Eigenschaft eines Verbrennungsprodukts.
Oben werden beispielhafte Ausführungsformen der Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Wobbeindexes eines Brennstoffs ausführlich beschrieben. Die Sensorvorrichtung und das Verfahren zur Ermöglichung der Verbrennung sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen begrenzt, es können vielmehr Systembauteile und/oder Schritte des Verfahrens unabhängig und separat von anderen hierin beschriebenen Bauteilen und/oder Schritten genutzt werden. Die vorliegende Besprechung konzentriert sich zwar auf eine Sensorvorrichtung für eine Gasturbinenmaschine in einem industriellen Umfeld, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Gasturbinen beschränkt, sondern ist auch auf andere Anwendungen wie die Messung der Brennstoffqualität in einem Strahltriebwerk oder die Messung der Brennstoffzusammensetzung in einer Rohrleitung anwendbar. Zum Beispiel können die Verfahren auch in Kombination mit anderen Gasturbinensystemanwendungen verwendet werden, die gasbefeuerte Brennkammern einsetzen, und sind nicht auf die Ausführung nur mit den hierin beschriebenen Gasturbinenmaschinensystemen und Verfahren beschränkt. Des Weiteren sind die hierin dargelegten Grundsätze und Lehren auf Gasturbinenmaschinen anwendbar, die verschiedene Brenngasbrennstoffe wie unter anderem beispielsweise Erdgas, LPG (Flüssiggas), LNG (verflüssigtes Erdgas), Abgase von industriellen Prozessen und andere Synthesegase verwenden.
Es kann zwar sein, dass spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung in einigen Zeichnungen gezeigt werden und in anderen nicht, dies ist aber nur aus praktischen Gründen der Fall. Gemäß den Grundsätzen der Offenbarung kann jedes beliebige Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal einer anderen Zeichnung referenziert und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der besten Art der Ausführung der Erfindung, und auch, um einer Fachperson die Ausübung der verschiedenen Ausführungsformen zu ermöglichen, einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die der Fachperson einfallen werden. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Sprachen der Ansprüche beinhalten.
Vorgesehen sind eine Sensorvorrichtung und Verfahren zum Ermöglichen der Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs. Die Sensorvorrichtung weist eine Verbrennungsvorrichtung auf, die in ihr eine Brennkammer definiert. Die Verbrennungsvorrichtung ist zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer gestaltet, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt zu erzeugen. Mit der Verbrennungsvorrichtung ist wenigstens eine optische Diagnosevorrichtung zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts in der Brennkammer gekoppelt. Eine Steuereinheit ist mit der wenigstens einen optischen Diagnosevorrichtung gekoppelt und ist zur Ermittlung des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf der Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts und von in der Steuereinheit gespeicherten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten konfiguriert.
Bezugszeichenliste

100: Gasturbinenmaschinensystem
102: Gasturbinenmaschine
104: Verdichter
106: Primärer Verbrennungsabschnitt
108: Turbine
110: Welle
112: Last
114: Brennstoffquelle
116: Brennstoffdosierventil
118: Steuereinheit
120: Sensorvorrichtung
122: Hauptbrennstoffleitung
124: Sekundäre Brennstoffzuleitung
200: Prozessor
202: Speichereinrichtung
204: Datenübertragungsschnittstelle
206: Präsentationsschnittstelle
208: Benutzereingabeschnittstelle
210: Benutzer
300: Grafische Darstellung
302e: x-Achs
304: y-Achse
306: Kurve
400: Sensorvorrichtung
402: Vorrichtung mit durchstimmbarem Diodenlaser
404: Lichtwellenleiter
406: Laserempfänger
407: Laserstrahl
408: Lasersender
412: Brennstoffzuleitung
414: Luftzuleitung
416: Spülleitung
418: Brennstoffdruckregler
420: Brennstoffdosierventil
422: Luftmassendurchflussregler
424: Zweite Durchflussdrosselvorrichtung
426: Erste Durchflussdrosselvorrichtung
428: Referenzverbrennungsvorrichtung
430: Mischerteil
432: Referenzbrenner
434: Referenzflamme
436: Sicherheitsbehälter
438: ReferenzBrennkammer
440: Abgase
500: Sensorvorrichtung
502: Emissionsspektroskopievorrichtung
504: Lichtwellenleiter
506: Sammellinse
600: Sensorvorrichtung
602: Faser-Pyrometrievorrichtung
604: Infrarotsensor
606: Faser
700: Sensorvorrichtung
702: Sauerstoffmessvorrichtung
704: Sauerstoffsensor

Claims

Verfahren zum Ermöglichen der Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs, wobei das genannte Verfahren Folgendes beinhaltet: Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs in einer Verbrennungsvorrichtung (428) auf, die eine Brennkammer (438) definiert, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt (434, 440) zu ergeben, Messen wenigstens einer Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts mithilfe von wenigstens einer optischen Diagnose-Sensorvorrichtung (400, 500, 600, 700), und Ermitteln des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Verbrennungsprodukt (434, 440) eine von der Verbrennungsvorrichtung (428) erzeugte Flamme (343) und/oder in der Brennkammer (438) erzeugtes Abgas (440) ist, wobei die wenigstens eine Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts eine Temperatur der Flamme oder eine Temperatur der Abgase oder ein Sauerstoffgehalt des Abgases ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Steuern der Verbrennungsvorrichtung (428) auf Basis des ermittelten Wobbeindexes beinhaltet, wobei die Verbrennungsvorrichtung eine erste Verbrennungsvorrichtung ist, die parallel mit einer zweiten Verbrennungsvorrichtung (106) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Leiten des Brennstoffs durch eine erste Durchflussdrosselvorrichtung (426) und das Leiten von Luft durch eine zweite Durchflussdrosselvorrichtung (424) beinhaltet, wobei die erste Durchflussdrosselvorrichtung die relative Dichte des Brennstoffs und/oder den Massendurchsatz des Brennstoffs und/oder den Differenzdruck des Brennstoffs über die erste Durchflussdrosselvorrichtung misst und wobei die zweite Durchflussdrosselvorrichtung den Differenzdruck der Luft über die zweite Durchflussdrosselvorrichtung misst.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner Folgendes beinhaltet: Speichern von mit der Verbrennung des Brennstoffs assoziierten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten in einer Steuereinheit (118), Nutzen der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts (434, 440), der in der Steuereinheit gespeicherten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten und von wenigstens einem von der gemessenen relativen Dichte des Brennstoffs, dem Massendurchsatz des Brennstoffs und den Differenzdrücken des Brennstoffs und der Luft über die erste und die zweite Durchflussdrosselvorrichtung (426, 424) zum Ermitteln des Wobbeindexes des Brennstoffs.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600, 700) zum Ermöglichen der Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs, wobei die genannte Sensorvorrichtung Folgendes aufweist: eine Verbrennungsvorrichtung (428), die in ihr eine Brennkammer (438) definiert, wobei die genannte Verbrennungsvorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs in der genannten Brennkammer gestaltet ist, um wenigstens ein Verbrennungsprodukt (434, 440) zu erzeugen, wenigstens eine mit der genannten Verbrennungsvorrichtung gekoppelte optische Diagnosevorrichtung (402, 502, 602, 702), wobei die genannte wenigstens eine Diagnosevorrichtung zum Messen von wenigstens einer Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts in der genannten Brennkammer konfiguriert ist, und eine Steuereinheit (118), die mit der genannten wenigstens einen optischen Diagnosevorrichtung gekoppelt ist, wobei die genannte Steuereinheit zur Ermittlung des Wobbeindexes des Brennstoffs in Echtzeit auf der Basis der gemessenen wenigstens einen Eigenschaft des wenigstens einen Verbrennungsprodukts und von in der genannten Steuereinheit gespeicherten vorbestimmten Verbrennungszustandsdaten konfiguriert ist.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600, 700) nach Anspruch 6, wobei die genannte wenigstens eine optische Diagnosevorrichtung (402, 502, 602, 702) eine Absorptionsspektroskopievorrichtung (402) mit durchstimmbarem Diodenlaser ist, die einen Sender (408) aufweist, der zum Senden eines Laserstrahls (407) quer durch die genannte Brennkammer (438) durch das wenigstens eine Verbrennungsprodukt (434, 440) konfiguriert ist, wobei die genannte Absorptionsspektroskopievorrichtung mit durchstimmbarem Diodenlaser ferner einen Empfänger (406) aufweist, der zum Empfangen des Laserstrahls konfiguriert ist.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600, 700) nach Anspruch 6, wobei die genannte wenigstens eine optische Diagnosevorrichtung (402, 502, 602, 702) eine Emissionsspektroskopievorrichtung (502) ist, die eine Sammellinse (506) aufweist, wobei die genannte Emissionsspektroskopievorrichtung zum Bündeln von ultravioletten Emissionen aus dem wenigstens einen Verbrennungsprodukt (434, 440) mithilfe der genannten Sammellinse konfiguriert ist.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600, 700) nach Anspruch 6, wobei die genannte wenigstens eine optische Diagnosevorrichtung (402, 502, 602, 702) eine Faser-Pyrometrievorrichtung (602) ist, die einen Infrarotsensor (604) aufweist, wobei die genannte Faser-Pyrometrievorrichtung zur Erkennung von Infrarotemissionen aus einer in der genannten Brennkammer (438) positionierte Faser (606) mithilfe des genannten Infrarotsensors konfiguriert ist.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600, 700) nach Anspruch 6, wobei die genannte wenigstens eine optische Diagnosevorrichtung (402, 502, 602, 702) eine Sauerstoffmessvorrichtung (702) ist, die einen Sauerstoffsensor (704) aufweist, wobei die genannte Sauerstoffmessvorrichtung zum Messen der Sauerstoffkonzentration des wenigstens einen Verbrennungsprodukts (434, 440) mithilfe des genannten Sauerstoffsensors konfiguriert ist.