EP2417395B1 - Procédé d'analyse de la tendance au ronflement d'une chambre de combustion et procédé de commande d'une turbine à gaz - Google Patents

Procédé d'analyse de la tendance au ronflement d'une chambre de combustion et procédé de commande d'une turbine à gaz Download PDF

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EP2417395B1
EP2417395B1 EP10713903.2A EP10713903A EP2417395B1 EP 2417395 B1 EP2417395 B1 EP 2417395B1 EP 10713903 A EP10713903 A EP 10713903A EP 2417395 B1 EP2417395 B1 EP 2417395B1
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gas turbine
tendency
humming
stability parameter
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/20—Gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing the tendency to hum of a combustion chamber and a method for controlling the operation of a gas turbine with a combustion chamber, provided that hum of the combustion chamber is prevented.
  • Generic methods are for example from the document EP 1 327 824 A1 known.
  • approaching the hum limit can be recognized by the fact that the shape of the spectrum of the parameter changes.
  • the ratio of the amplitudes of two frequency bands could be used to quantify the rumbling tendency.
  • the amplitude ratio remains constant when increasing the combustion load (despite the increase in the absolute amplitude values), there is no danger. Changes but the relation, one approaches the borderline or moves away from it.
  • the stability parameter can be used directly as a controlled variable for operating the gas turbine.
  • the instantaneous load of the gas turbine is directly correlated to the stability parameter, so that with the stability parameter, a power control of the gas turbine with regard to the avoidance of the hum of the combustion chamber can be accomplished.
  • the method of controlling the operation of the gas turbine further includes the step of: once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached a predetermined distance value to at least one of the threshold values, controlling the operation of the gas turbine to reduce the rumble tendency.
  • the method of controlling the operation of the gas turbine comprises the step of, once the quantification of the rumble tendency indicates that the stability parameter has reached a predetermined and low rumble-defining distance value to at least one of the thresholds, controlling the operation of the gas turbine such that the operation the gas turbine is optimized in particular with regard to output power, emission and / or fuel consumption.
  • FIG. 2 a coordinate system is shown, over whose abscissa 8 the time from 0 to 2 minutes is plotted.
  • the left ordinate 6 is the stability parameter and the right ordinate 7 is a turbine outlet temperature.
  • the curve 10 of the turbine outlet temperature is 579 ° C. This results in the operating state in the combustion chamber, in which the sound pressure prevails, the spectrum of 1 in FIG. 1 is shown.
  • the stability parameter 6 for the spectrum 1 is 0.6, as it is in the in FIG. 2 shown diagram with the curve 9 at the time 0 minutes.
  • the turbine outlet temperature is increased to operate the gas turbine, as in the curve 10 in FIG.
  • a threshold 16 of the stability parameter 6 is plotted at 0.1.
  • the course 9 of the stability parameter 6 falls below (in FIG. 2 17), threshold 16 at a first time 18, which is 1.55 minutes.
  • the first time 18 is advanced 15 seconds from the second point in time 19, when the acceleration peak 15 occurs. If, during operation of the gas turbine, the threshold 16 is fallen below the stability parameter 6, then it remains FIG. 2 a reaction time of 15 seconds, during which the operation of the gas turbine is to be changed in such a way to attenuate the rumbling tendency that the hum of the combustion chamber and thus the resulting rapid shutdown of the gas turbine can be avoided.
  • the lowering of the turbine outlet temperature 7 by 1 Kelvin was not sufficient to achieve a sufficiently large distance to the hum of the combustion chamber, so falls after the fifth time 22, the curve 9 of the stability parameter 6 again and falls below the threshold 16 '.
  • the curve 10 of the turbine outlet temperature 7 is now lowered again by 1 Kelvin, which in turn decelerates the course 9 of the stability parameter 6 and vice versa, until finally the curve 9 of the stability parameter 6 has exceeded the threshold value 16 ' ,

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Claims (15)

  1. Procédé d'analyse de la tendance au ronflement d'une chambre de combustion dans un état de fonctionnement, comprenant les stades :
    on fait fonctionner la chambre de combustion dans l'état de fonctionnement;
    on relève une grandeur thermoacoustique du volume de gaz de la chambre de combustion et/ou une grandeur d'oscillation de la structure de la chambre de combustion dans l'état de fonctionnement et on détermine une grandeur caractéristique à partir de la grandeur thermoacoustique et/ou de la grandeur d'oscillation;
    on détermine le spectre (1, 1', 1") de la grandeur caractéristique dans l'état de fonctionnement sous la forme de la variation d'amplitude de la grandeur caractéristique en fonction du temps,
    on identifie une première résonance et une deuxième résonance de la grandeur caractéristique à l'aide du spectre (1, 1', 1") ;
    on détermine la valeur (2, 2', 2") d'amplitude de la première résonance et la valeur (3, 3', 3") d'amplitude de la deuxième résonance;
    on calcule un paramètre (9, 9') de stabilité sous la forme d'une fonction de la valeur (2, 2', 2") d'amplitude de la première résonance et de la valeur (3, 3', 3") d'amplitude de la deuxième résonance;
    on détermine la distance inférieure et/ou la distance supérieure, dont le paramètre (9, 9') de stabilité se trouve au-dessus d'une valeur (16) de seuil inférieure déterminée à l'avance et/ou en dessous d'une valeur de seuil supérieure déterminée à l'avance, les valeurs (16) de seuil étant choisies de manière à ce que, lorsque l'on fait fonctionner la chambre de combustion dans un état de fonctionnement ayant une tendance au ronflement grande, précisément encore admissible, le paramètre (9, 9') de stabilité se trouve dans cet état de fonctionnement à l'une des valeurs (16) de seuil;
    on quantifie la valeur au ronflement au de distance supérieure, le paramètre (9, 9') de stabilité étant amorti en fonction du temps par une fonction d'amortissement.
  2. Procédé suivant la revendication 1,
    dans lequel on calcule le paramètre (9, 9') de stabilité par le rapport obtenu par la division de la valeur (2, 2', 2") d'amplitude de la première résonance par la valeur (3, 3', 3") d'amplitude de la deuxième résonance.
  3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2,
    dans lequel on forme le paramètre (9, 9') de stabilité sous la forme du logarithme du rapport.
  4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3,
    dans lequel on mesure en même temps la grandeur caractéristique en plusieurs points et on détermine pour chaque point le spectre local, les spectres locaux ayant une enveloppe, que l'on utilise comme spectre (1, 1', 1").
  5. Procédé suivant la revendication 4,
    dans lequel la chambre de combustion est constituée sous la forme d'une chambre de combustion annulaire de révolution autour d'un axe et a plusieurs points où l'on mesure les grandeurs caractéristiques, le nombre de points de mesure étant réduit en utilisant la symétrie de formes d'oscillation.
  6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5,
    dans lequel la grandeur caractéristique est la pression acoustique dans la chambre de combustion et/ou l'accélération de la structure de la chambre de combustion.
  7. Procédé de commande d'un fonctionnement d'une turbine à gaz ayant une chambre de combustion, comprenant les stades :
    on effectue le procédé d'analyse de la tendance au ronflement de la chambre de combustion de la turbine à gaz pendant son fonctionnement suivant l'une des revendications 1 à 6;
    dès que la quantification de la tendance au ronflement indique que le paramètre (9, 9') de stabilité a atteint au moins l'une des valeurs (16) de seuil, on réduit la puissance de sortie de la turbine à gaz.
  8. Procédé suivant la revendication 7,
    dans lequel on utilise le paramètre de stabilité directement comme grandeur de réglage pour faire fonctionner la turbine à gaz.
  9. Procédé suivant la revendication 8,
    dans lequel la charge instantanée de la turbine à gaz est en corrélation directe avec le paramètre de stabilité, de sorte que, par le paramètre de stabilité, on peut obtenir une régulation de la puissance de la turbine à gaz, rapportée au changement du ronflement de la chambre de combustion.
  10. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 9, comprenant le stade :
    dès que la quantification de la tendance au ronflement indique que le paramètre (9, 9') de stabilité a atteint une distance (16') déterminée à l'avance par rapport à au moins l'une des valeurs (16) de seuil, on commande le fonctionnement de la turbine à gaz de manière à diminuer la tendance au ronflement.
  11. Procédé suivant la revendication 10,
    dans lequel, pour diminuer la tendance au ronflement comme mesure, on abaisse la température (10) de sortie de la turbine en modifiant le courant massique d'air de compresseur dans la chambre de combustion, comme grandeur de réglage par rapport à sa valeur (10') de consigne, et/ou on modifie la température du combustible dans la chambre de combustion, comme grandeur de réglage par rapport à sa valeur de consigne, et/ou on modifie la répartition dans l'espace de l'apport de combustible à la chambre de combustion, comme grandeur de réglage par rapport à sa valeur de consigne.
  12. Procédé suivant la revendication 11,
    dans lequel il y a plusieurs étages de brûleur, la répartition entre les divers étages du brûleur étant modifiée comme grandeur de réglage par rapport à sa valeur de consigne.
  13. Procédé suivant la revendication 12,
    dans lequel, après la manipulation de la grandeur (10) de réglage et dès que la quantification de la tendance au ronflement indique que la tendance au ronflement a continué à diminuer, on remet la grandeur (10) de réglage à sa valeur (10') de consigne.
  14. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 13, comprenant le stade :
    dire que la quantification de la tendance au ronflement indique que le paramètre (9, 9') de stabilité a atteint, par rapport à au moins l'une des valeurs (16) de seuil, une distance (16") déterminée auparavant et définissant une tendance petite au ronflement, on commande le fonctionnement de la turbine à gaz de manière à optimiser le fonctionnement de la turbine à gaz, notamment en ce qui concerne la puissance de sortie, l'émission et/ou la consommation de combustible.
  15. Dispositif de commande pour commander un fonctionnement d'une turbine à gaz, dans lequel le dispositif de commande est conçu pour effectuer un procédé suivant l'une des revendications 7 à 11.
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