KR100481653B1 - 아산화질소방출을최소화시키는방법 - Google Patents
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Abstract
가스 터빈 엔진에서 아산화질소의 방출을 최소화시키기 위한 방법은 가스 터빈 엔진 연소기내의 압력 변동을 감시하는 단계와, 그내의 압력 변동이 사전결정된 문턱값을 초과하는 경우 연소기로의 연료 유량을 조절하는 단계를 포함한다. 이 연소기는 연소기 불안정 및/또는 파열의 개시가 쉽게 식별되기 때문에 그러한 바람직하지 않은 사건이 방지되도록 보정 작용을 할 수 있어서 최저의 아산화질소 방출 레벨에서 동작될 수 있다.
Description
본 발명은 가스 터빈 엔진에 관한 것으로, 특히 연소기내에 연소기의 불안정 상태 또는 파열을 일으키지 않고 아산화질소(nitrous oxide)의 방출을 최소화시키는 방법에 과한 것이다.
가스 터빈 엔진은 보통 대기에 유해한 아산화질소(NOx)를 연소의 부산물로서 방출한다. 일반적으로 연소 과정 중에 아산화질소가 형성되는 이유는 연료와 공기가 고온에서 반응을 일으키기 때문이다. 아산화질소의 방출 레벨은 연소 과정 중에 화염 온도를 제어함으로써 감소시킬 수 있다. 연소 온도를 제어하고 그에 따라서 아산화질소 방출을 최소화시키기 위한 공지된 접근법은, 연료와 공기를 연소 전에 균일하게 미리 혼합하여, 국부적으로 높은 연소 온도를 발생시키는 연료가 풍부한 혼합영역을 제거하는 것이다. 연료가 균일하게 미리 혼합되고 나면, 가스 터빈 엔진을 소정의 연소 온도보다 낮은 협소한 연료 희박 영역(fuel-lean region)내에서 동작시킴으로써 아산화질소가 허용가능하게 낮은 레벨로 방출되도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 연소 불안정 및/또는 희박 파열(lean blowout)을 방지하려면 연소기가 희박 파열 온도 이상에서 동작하여야 한다.
가장 낮은 레벨의 아산화질소의 방출은 가스 터빈 엔진이 가급적 희박 파열선의 근방에서 동작할 때 일어난다. 그러나, 가스 터빈 엔진이 이미 연료 희박 상태에서 동작하고 엔진의 동력이 감소되는 경우, 연료의 유량이 감소되고 화염온도가 낮아지며 가스 터빈 엔진 연소기가 불안정 영역에 진입하여 희박 파열선을 초월한다. 가스 터빈 엔진이 불안정 영역에서 동작할 경우에는, 화염이 상류로 이동하여 노즐을 손상시킬 수 있다. 엔진이 희박 파열선을 횡단하는 경우에는 연소과정이 중단된다. 따라서 가스 터빈 엔진을 희박 파열선을 초월함이 없이 그리고 오랜기간동안 불안정 영역 내에서 동작함이 없이 가급적 희박 파열선에 가깝게 동작시키는 것이 소망된다.
현재, 당해 업계는 가스 터빈 엔진의 안전성, 내구성 및 성능을 저하시킴이 없이 가장 낮은 아산화질소의 방출을 달성하기 위하여 고군분투하고 있다.
본 발명의 일 목적은 가스 터빈 엔진내의 아산화질소 방출을 최소화시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스 터빈 엔진을 연소기 불안정 또는 희박 파열을 야기시킴이 없이 가급적 최적의 연료 희박 상태에서 동작시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 연소기를 희박 파열선에 가급적 가깝게 동작시킴에 의하여 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법은, 연소기내의 압력 변동을 모니터링하는 단계와, 상기 연소기내로 진입하는 연료의 유량을 조정하여 상기 연소기를 안정화시키는 단계를 구비한다. 연소기내의 압력 변동을 모니터링하고 그 후에 신호 해석수단에 의하여 압력 변동을 해석함으로써 연소기 불안정 상태와 희박 파열의 발생 전에 그의 징후를 검출할 수 있다. 파열의 개시가 검출되면, 연료 공정 제어기에 신호가 전송되어 연소기내로 진입하는 연료의 유량을 조정한다. 연료 조절의 예로서는, 파일롯 연료(Pilot fuel)의 유량을 증가시키거나 또는 주 연료 또는 파일롯 연료의 스테이지를 제어함으로써 연소기내의 연소 온도를 국부적으로 증가시키는 것을 들 수 있다. 증가된 유량의 파일롯 연료가 연소기내로 흐르면 연소기내의 화염 온도가 증가되고 연소가 안정화된다. 주 연료나 파일롯 연료중 하나의 스테이지는, 일부 노즐로의 연료 유량을 감소시키고 다른 노즐로의 연료 유량을 증가시킴으로써 제어시킬 수 있다. 그렇게 스테이지를 제어하면 노즐 둘레의 연료 희박 구역이 강화되어 연료 유량이 증가하며, 그에 따라서 연소 공정이 유지되고 희박 파열의 위험이 최소화된다. 해석수단이 연소기가 안정되었다는 것을 판단하면, 그 즉시 연료 유량이 재차 조정되어 연소기를 연료 희박 연소 동작으로 복귀시킨다. 따라서, 본 발명은 연소기의 동작이 희박 파열선에 아주 가까운 곳에서 일어나는 것을 허용하여, 연소기의 불안정 또는 희박 파열을 야기시킴이 없이 아산화질소의 방출 레벨을 최저로 만든다.
본 발명의 주 이점은, 연소기의 불안정 및/또는 희박 파열을 방지하기 위한 보정 동작을 행한 후에, 연소기가 연료희박 동작으로 복귀하여 아산화질소 방출 레벨을 낮춘다는 것이다. 따라서, 연소기는 그것을 안정화시키기에 충분한 시간 동안만 강화된 연료 희박 레벨에서 동작한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 장점은 첨부 도면에 도시한 바와 같은 이하의 본 발명의 예시적인 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도1을 참조하면, 환상 연기소(10)가 내부 엔진 케이스(14)와 외부 엔진 케이스(16) 사이의 환상체(12)내에 배치되어 있다. 디퓨저(18)는 압축부(도시하지 않음)로부터 환상체(12)내로 축방향으로 뻗어있다. 각 연소기로부터는 터빈부(도시하지 않음)로의 방출이 이루어진다. 환상체(12) 내에는 복수의 주 연료 노즐(20)이 원주방향으로 이격 배치되어, 주 연료를 디퓨저로부터 방출된 공기의 일부와 예비혼합하고 그 연료와 공기의 혼합물을 연소기(10)로 공급한다. 복수의 주 연료 공급수단(22)이 주 연료를 주 연료 노즐(20)로 공급한다. 복수의 파일롯 연료 노즐(26)이 파일롯 연료를 연소기(10)로 공급하고, 복수의 파일롯 연료 공급수단(28)이 파일롯 연료 노즐(26)에 연료를 분배한다. 파일롯 연료 노즐(26)의 근방에는 복수의 점화수단(도시하지 않음)이 배치되어, 파일롯 연료노즐(26)로 공급된 연료를 점화시킨다.
고 압력반응 탐침(30)이 연소기(10)내에 배치되어, 연소기 내의 압력 변동을 모니터링한다. 압력반응 탐침(30)은 온라인 신호 해석을 위한 압력 신호를 신호 해석 수단(32)으로 전송한다. 신호 해석수단(32)은 연소기(10)로의 파일롯 연료 및 주 연료 유량을 조정하는 연료 공정 제어기(34)와 접속되어 있다.
도2에는, 소정 당량비에 대하여 산정된 화염 온도의 그래프를, X축은 당량비를 나타내고 Y축은 연소기내의 화염 온도를 나타내도록 도시하고 있다. 이 당량비는 2개의 비율의 비율로서, 분모는 소정의 연료에 대한 화학양론적인 연료 대 공기의 비이고, 분자는 연소기내에서의 실제적이 연료 대 공기의 비이며, 다음의 식과 같이 표현할 수 있다.
따라서, 도2의 플롯은 연료의 연소와 관련된 화염 온도를 연료/공기비의 함수로서 나타낸 그래프이다. 아산화질소를 적게 방출시키기 위해서 연소기를 연료 희박 구역(A)에서 동작시키는 것이 바람직하다. 그러나 최저의 아산화질소를 방출시키려면, 연소기를 희박 파열선(40)에 가급적 근접한 영역에서 동작시켜야 한다. 그러나, 가스 터빈 엔진의 동력이 감소되고 이에 따라서 연소기로의 연료 유량이 감소되어 온도가 저하되면, 연소기는 불안정 구역(B)[희박 파열선(40)보다 당량비가 높음]에 진입할 수도 있다.
가스 터빈 엔진의 동작중, 압력 탐침은 연소기내의 압력 변동을 연속적으로 무작위 표본 추출하여, 연소기가 불안정구역으로 진입할 때에 압력 신호 변화를 검출한다. 상기 해석수단은 다양한 방법으로 압력 신호를 해석한다. 압력 신호 해석의 하나의 기준은 압력 변동의 크기이다. 도3은 시험중 연소기로의 연료 유량을, Y축은 연료유량으로 그리고 X축은 시간으로도 도시한 플롯이다.
도3을 참조하면, 시험중 주 연료 노즐을 통해 연소기로 흐르는 연료의 유량은 변화된다. 연소기가 초기에는 도2의 연료 희박구역(A)내에서 동작한다. 연소기로 흐르는 연료의 유량은 처음 4초 동안 거의 동일 레벨로 유지된다. 4초가 경과한 후에 연료의 유량은 연속적으로 감소한다. 연소기가 불안정 구역에 진입함에 따라, 대략 19초에서 희박 파열이 발생할 때까지 압력 변동이 증가한다.
도4를 참조하면, 압력 변동의 크기는 도3에 도시한 연소기로의 연료 유량에 따라 변화된다. 압력 신호의 크기는 연소기로의 연료 유량이 거의 동일 레벨로 유지되는 0초에서 대략 4초까지 약 20psi로 거의 일정하게 유지된다. 압력 신호의 크기는, 최초 4초에서는 약 20psi(또는 양 피크간의 차이가 40psi임)이고, 대략 19초에서 희박 파열구역에 진입하기 직전에 대략 18초에서는 약 50psi까지 증대한다. 이러한 압력 변동 신호의 크기의 한계치(threshold)는 약 30psi로 설정될 수 있다. 따라서, 압력 크기 신호가 30psi를 초과하면, 해석수단(32)이 신호를 연료 공정 제어기(34)로 전송하여, 연소기 내의 연료가 국부적으로 증가되도록 연소기로의 연료유량을 조절시킨다.
본 발명에서는, 가스 터빈 엔진의 동작중 연소기 불안정 및/또는 희박 파열의 발생 전에 그것의 징후를 식별해낸다. 보정작용을 할 충분한 시간이 확보되도록 한계치를 설정한다. 압력 탐침(30)이 연소기의 압력 변동을 계속적으로 무작위 표면 추출함에 따라 해석수단은 연소기의 압력을 이전에 설정된 한계치과 비교한다. 일단 연소기 압력이 한계치를 초과하면, 해석수단은 연료 공정 제어기와 통신하여 연소기로의 연료 유량을 조정한다. 따라서 본 발명은 닥쳐올 파열을 조기에 검출할 수 있다.
압력 변동은 각종 기준을 이용하여 해석될 수 있다. 30㎐ 미만의 압력 변동의 크기는 압력 신호를 해석하기 위한 다른 기준이다. 도5는 압력 변동의 크기(Y축)를 시간(X축)의 함수로서 도시한 플롯이다. 연소기로의 연료의 유량이 도3의 예정에 의거하여 변함에 따라 압력 변동의 크기가 변화한다. 압력 변동의 크기는 연소기로의 연료 유량이 거의 동일 레벨에 있는 0초로부터 대략 4초까지(0-4초) 약3psi로 거의 일정하게 유지된다. 압력 신호의 크기는 대략 4초에서의 약 3psi로부터 시작하여, 희박 파열구역으로 진입하기 직전의 대략 19초에서의 대략 10psi까지 증대한다. 불안정을 판단하기 위하여 대략 약 5psi의 한계치가 설정될 수 있다. 300㎐ 미만의 압력 변동의 크기가 대략 11초에서 발생하는 5psi의 한계치를 초과하면, 해석수단(32)이 신호를 연료 공정 제어기(34)로 정송하여, 연소기로의 연료 유량을 조절한다.
압력신호를 해석하기 위한 제 3 의 기준은 약 300㎐ 미만의 지배적인 연소 주파수(dominant combustion frequency)와 관련된 에너지를 모니터링하는 것이다. 도6을 참조하면, 시간(X축) 대 주파수의 크기(Y축)의 플롯은, 교란의 크기가 4초 후의 약 1psi로부터 대략 11초 후의 5psi까지 중대한 것을 도시하고 있다. 교란은 연소 공정이 중단되고 나서 대략 21초 후에 진정된다. 절대값 5psi(또는 피크간 값이 10psi)의 한계치가 설정된다. 교란의 크기가 한계치를 초과한 때에는 해석수단이 신호를 연료 공정 제어기로 전송하여 연료의 유량을 증가시킨다.
압력 신호를 해석하는데 사용되는 제 4 의 기준은 도7에 도시한 바와 같이 시간(X축)에 대한 연소기내의 지배적인 주파수의 크기(Y축)를 모니터링하는 것이다. 초기의 4초 동안, 지배적인 주파수는 대략 230㎐이다. 연소기내로의 연료의 유량이 감소됨에 따라, 지배적인 주파수가 감소된다. 이 매개변수의 한계치은 대략 200㎐이다. 따라서 지배적인 주파수가 200㎐ 미만으로 떨어지는 것을 해석수단(32)이 모니터링하면, 그 신호는 연료 공정제어기(34)로 전송되어 연소기로의 연료 유량을 조정한다.
압력신호를 해석하는 제 5 의 기준은 감쇠 계수(damping coefficient)를 모니터링하는 것이다. 도8을 참조하면, 시간(X축)에 대한 감쇠계수의 크기(Y축)의 플롯은, 4초 후에 대략 19초에서 연소기가 불안정 영역에 접근함에 따라 감쇠계수의 크기가 감소한다는 것을 나타낸다. 따라서, 해석수단(32)으로 감쇠계수가 0 미만이 된다는 것을 검출하면, 그것은 신호를 연료 공정 제어기(34)로 전송하여 연소기로의 연료 유량을 조절해서 희박 파열을 방지한다.
압력 신호를 해석하기 위한 다섯 가지 방법의 모든 것이 건조상태를 설정한다고 하더라도, 방법들의 조합을 사용하여 보다 정확한 시스템을 실현할 수 있다. 이 매개변수중 적어도 두 가지가 한계치 한계를 초월하는 것을 해석수단(32)이 감지한다면, 해석수단(32)은 연료 공정 제어기(34)와 통신할 것이다. 해석수단(32)이 하나의 매개변수만에 의하여 또는 다섯 가지 모두에 의하여 작동 개시되도록 설정될 수도 있다.
연료 공정 제어기(34)가 해석수단(32)으로부터 신호를 수신하여 연소기로의 연료 유량을 조절하자마자, 파일롯 연료 노즐을 통한 연료의 유량을 증가시키거나 또는 주 연료 노즐 및/또는 파일롯 연료 노즐을 단계적으로 제어함에 의하여 연료 유량을 조절할 수 있다. 파일롯 연료 노즐을 통한 연료의 출력을 증가시키면, 연료 유량의 증가와 화염 온도의 증대로 인하여 파일롯 연료 노즐 둘레의 이산된 위치에서 연소공정이 증대된다. 연료의 레벨의 증가에 의해, 아산화질소의 배출량이 증가되긴 하지만 연소기가 희박 파열 구역에 진입하는 것은 방지된다. 또한 주 연료 노즐이나 파일롯 연료 노즐중 어느 하나를 단계적으로 제어함에 의하여 희박 파열이 방지될 수 있다. 노즐중 일부로의 연료의 흐름은 정지되어 보다 적은 수의 노즐로 재분배된다. 따라서, 일부 연료 노즐로의 연료 유량이 증가되고, 그 결과 이러한 이산된 위치에서 연소가 증가되어 연소기내의 연소를 유지시킨다.
연소기 압력 표시기가 한계치 한계 내에서 이동하자마자, 연료의 양은 연소기 내에 가장 희박한 연소 공정이 유지되도록 감소된다.
본 발명의 주요한 이점 중 하나는, 연소기의 파열이나 장기간동안의 불안정 구역에 진입함이 없이 아산화질소의 레벨이 낮게 유지된다는 것이다. 아산화질소의 가장 낮은 레벨은 연소기가 연료 희박 환경, 즉 도2의 구역(A)에서 가능한 한 희박 파열선(40)의 근방에서 동작할 때 이룩된다. 그러나, 연소기가 희박 파열선을 초월하기 전에, 연소기는 불안정 구역(B)에서 동작한다. 희박 파열선을 초월하는 것이나 또는 장기간동안 불안정구역내에서 동작시키는 것은 극히 좋지 않기 때문에, 본 발명은 전조상태를 상기 사건중 하나에 대해 설정하여, 낮은 희박 파열이나 또는 불안정 상태를 회피하기 위하여 예방적 측정을 취하는 것을 허용하면서도 낮은 NOx를 달성한다. 본 발명은 연소기의 동작이 안정화된 후에 연소기가 가장 낮은 NOx의 레벨에서 동작하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 해석수단은 다수의 소프트웨어 패키지를 갖는 어떤 유형의 컴퓨팅 장치일 수도 있다. 본 발명에 적절한 상업적으로 유용한 소프트웨어 제품은 미국 매사추세츠주 내틱에 소재하는 매스 워크스(Math Works)의 등록 상표인 MATLAB 이다.
도1에 도시한 압력 탐침(30)은 다양한 위치에 배치될 수 있다. 압력 탐침(30)은 연소기의 내부 또는 연소기의 근방중 어느 한 곳에 배치될 수 있다. 주파수 매개변수를 제외한 압력신호 매개변수의 한계치은 압력 탐침(30)의 위치에 따라 변화한다. 또한 보정 작용을 충분한 시간동안 행할 수 있도록 한계치를 조절할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 그것의 바람직한 실시예와 관련하여 도시 및 기술하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어남이 없이 그 내에서 상기 실시예에 대한 다양한 변경 및 생략이 가능하다는 것을 인식할 것이다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 엔진이 연소기의 불안정 상태나 희박 파열을 야기시킴이 없이 최적의 연료 희박 상태에서 동작하는 것이 가능하며, 따라서 가스 터빈 엔진내의 아산화질소 방출이 최소화된다.
도1은 가스 터빈 엔진 연소기의 개략적인 단면도로서, 아산화질소 방출을 최소화시키기 위한 능동 연료 제어 시스템의 개략도를 포함하는 도면.
도2는 도1의 연소기내에서 소정의 당량비에 대한 화염의 온도를 도시하는 그래프.
도3은 소정 시간에서 도1의 연소기내로 진입하는 주 연료노즐을 통한 연료의 유량을 도시하는 그래프.
도4는 주 연료 노즐을 통한 연료 유량이 도3에 따라 변할 때 압력 변동을 시간의 함수로서 도시한 그래프.
도5는 주 연료노즐을 통한 연료의 유량이 도3에 따라 변할 때 300㎐ 미만의 주파수에서의 압력 변동의 진폭을 도시하는 그래프.
도6은 도3에 따라 연소기로 흐르는 연료의 유량에 따라 변하는 300㎐ 미만의 지배적인 연소기 주파수와 관련된 에너지의 진폭을 도시한 그래프.
도7은 도3에 따른 연료 유량의 변화에 따라 변하는 대략 200 내지 2550㎐의 연소기내의 지배적인 주파수를 도시한 그래프.
도8은 도3에 따른 연료 유량에 따라 변하는 대략 200 내지 350㎐의 감쇠계수의 진폭을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 연소기 12 : 환상체
14 : 내부 엔진 케이스 16 : 외부 엔진 케이스
18 : 디퓨저 20 : 주 연료 노즐
22 : 주 연료 노즐 공급 수단 26 : 파일롯 연료 노즐
30 : 압력감지 탐침 32 : 신호 해석수단
34 : 연료 공정 제어기
Claims (15)
- 주 연료 노즐 및 복수의 파일롯 연료 노즐을 갖는 가스 터빈 연소기에서 연소기를 희박 파열 상태의 근방에서 동작시킴에 의하여 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법에 있어서,비펄스(unpulsed) 연료 유동으로 파일롯 연료 노즐을 점화시키는 단계와,상기 연소기 내의 정상 연소 유도 압력 변동을 모니터링하는 단계와,상기 연소기 내의 압력 변동의 진폭이 한계치를 초과하는 경우에 공기 유량에 대해 상기 연소기로의 연료 유량을 적어도 일부 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 압력 변동을 상기 한계치와 비교하는 중간단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 압력 변동을 해석하는 중간단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 압력 변동의 크기를 이전에 설정된 상기 한계치와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제3항에 있어서, 300㎐ 미만의 압력 변동의 크기를 상기 한계치와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제3항에 있어서, 대략 300㎐ 미만의 지배적인 연소 주파수와 관련된 에너지를 상기 한계치와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 연소기내의 지배적인 주파수의 크기를 상기 한계치와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제3항에 있어서, 감쇠계수의 크기를 상기 한계치와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제3항에 있어서, 신호를 연료 공정 제어수단에 전송하여 상기 연소기로 공급되는 연료를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제9항에 있어서, 파일롯 연료 노즐로의 연료의 공급량을 증가시키는 후속 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 복수의 파일롯 연료 노즐중 일부로의 연료 유량이 감소되고 나머지 상기 파일롯 연료 노즐로의 연료 유량이 증가되어 결과적으로 상기 연소기내에 연료 희박 연소가 증가되도록 복수의 파일롯 연료 노즐을 단계적으로 제어하는 후속단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 복수의 주 연료 노즐중 일부로의 연료 유량이 감소되고 나머지 상기 주 연료 노즐로의 연료 유량이 증가되어 결과적으로 상기 연소기내에 연료 희박 연소가 증가되도록 복수의 주 연료 노즐을 단계적으로 제어하는 후속 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 압력 변동을 연속적으로 모니터링하는 단계와,상기 압력 변동이 상기 한계치 미만으로 저하될 때 상기 연소기로 공급되는 연료의 유량을 조정하며 상기 연소기내에 연료희박 연소를 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화지소 방출을 최소화시키는 방법.
- 연소기를 희박 파열 사태의 근방에서 동작시킴에 의하여 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법에 있어서,상기 연소기내의 연소공정 내내 상기 연소기내의 압력 변동을 계속 모니터링하는 단계와,적어도 하나의 해석방법에 의하여 상기 압력 변동을 해석하는 단계와,상기 압력 변동의 크기가 사전 설정된 한계치를 초과하자마자 제1 신호를 연료 공정 제어 수단으로 전송하는 단계와,상기 연소기로의 연료 유량을 조절하여 연소 불안정과 희박 파열을 회피하는 단계와,상기 압력 변동을 계속 모니터링하는 단계와,상기 압력 변동의 크기가 상기 사전 설정된 한계치 미만으로 저하되자마자 제2 신호를 상기 연료 공정 제어 수단으로 전송하는 단계와,연료 유량을 재조절하여 상기 연소기를 연료희박 상태에서 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
- 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법에 있어서,적어도 하나의 안정 매개변수의 한계치를 설정하는 단계와,상기 연소기내에 배치된 압력 탐침으로 상기 연소기내의 연소공정 내내 연소기내의 압력 변동을 계속 모니터링하는 단계와,상기 감지된 압력 변동을 신호 해석수단에 전송하는 단계와,상기 감지된 압력 변동을 적어도 하나의 한계치와 비교하는 단계와,상기 감지된 압력 변동의 크기가 적어도 하나의 상기 사전 설정된 한계치를 초과하자마자 제1 신호를 연료 공정 제어 수단에 전송하는 단계와,상기 연소기로의 연료 유량을 조정하여 연소 불안정 상태와 희박 파열을 회피하는 단계와,상기 압력 변동을 계속 모니터링하는 단계와,상기 압력 변동의 크기가 상기 사전 설정된 한계치 미만으로 저하되자마자 제2 신호를 상기 연료 공정 제어 수단에 전송하는 단계와,연료 유량을 재조정하여 상기 연소기를 연료희박 상태에서 동작시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아산화질소 방출을 최소화시키는 방법.
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Families Citing this family (47)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19636093B4 (de) * | 1996-09-05 | 2004-07-29 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur akustischen Modulation einer von einem Hybridbrenner erzeugten Flamme |
US6560967B1 (en) | 1998-05-29 | 2003-05-13 | Jeffrey Mark Cohen | Method and apparatus for use with a gas fueled combustor |
US6094904A (en) * | 1998-07-16 | 2000-08-01 | United Technologies Corporation | Fuel injector with a replaceable sensor |
US6354071B2 (en) * | 1998-09-25 | 2002-03-12 | General Electric Company | Measurement method for detecting and quantifying combustor dynamic pressures |
US6530228B2 (en) * | 2001-05-07 | 2003-03-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and device for modulation of a flame |
US7017415B2 (en) * | 2001-09-27 | 2006-03-28 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Apparatus for sensing pressure fluctuations in a hostile environment |
EP1327824A1 (de) * | 2001-12-24 | 2003-07-16 | ABB Schweiz AG | Bestimmung und Regelung des Betriebszustandes einer Gasturbinenbrennkammer bei Annäherung an die Löschgrenze |
US6843061B2 (en) | 2002-02-15 | 2005-01-18 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Gas turbine with flexible combustion sensor connection |
US7089746B2 (en) | 2002-06-26 | 2006-08-15 | Georgia Tech Reasearch Corporation | Systems and methods for detection of blowout precursors in combustors |
US6742341B2 (en) * | 2002-07-16 | 2004-06-01 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Automatic combustion control for a gas turbine |
US7454892B2 (en) * | 2002-10-30 | 2008-11-25 | Georgia Tech Research Corporation | Systems and methods for detection and control of blowout precursors in combustors using acoustical and optical sensing |
US6640549B1 (en) * | 2002-12-03 | 2003-11-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and device for modulation of a flame |
US6694832B1 (en) | 2003-02-27 | 2004-02-24 | General Electric Company | Kit and method for setting probe depth |
US6978680B2 (en) * | 2003-02-27 | 2005-12-27 | General Electric Company | Dynamic pressure probe holder and method of obtaining a dynamic pressure signal |
US6976351B2 (en) * | 2003-04-04 | 2005-12-20 | General Electric Company | Methods and apparatus for monitoring gas turbine combustion dynamics |
US7284378B2 (en) | 2004-06-04 | 2007-10-23 | General Electric Company | Methods and apparatus for low emission gas turbine energy generation |
US7194382B2 (en) * | 2004-02-06 | 2007-03-20 | Georgia Tech Research Corporation | Systems and methods for detection of combustor stability margin |
US7337057B2 (en) * | 2004-05-28 | 2008-02-26 | General Electric Company | Methods and apparatus for predicting and/or for avoiding lean blow-outs |
US7278266B2 (en) * | 2004-08-31 | 2007-10-09 | General Electric Company | Methods and apparatus for gas turbine engine lean blowout avoidance |
EP1937950B1 (de) * | 2005-10-18 | 2015-04-08 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum schutz einer gasturbinenanlage vor überhitzung der heissgasführenden teile sowie zur detektion des flammenlöschens in der brennkammer |
KR100729049B1 (ko) * | 2005-10-31 | 2007-06-14 | 한국전력공사 | 가스터빈의 연소감시 및 연소튜닝 장치와 그 방법 |
EP1971804B1 (de) * | 2006-01-11 | 2017-01-04 | General Electric Technology GmbH | Verfahren zum betreiben einer feuerungsanlage |
DE102006015230A1 (de) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Alstom Technology Ltd. | Brennkammer |
DE102006015529A1 (de) * | 2006-03-31 | 2007-10-04 | Alstom Technology Ltd. | Brennersystem mit gestufter Brennstoff-Eindüsung |
US8166763B2 (en) * | 2006-09-14 | 2012-05-01 | Solar Turbines Inc. | Gas turbine fuel injector with a removable pilot assembly |
US7966801B2 (en) * | 2006-12-07 | 2011-06-28 | General Electric Company | Apparatus and method for gas turbine active combustion control system |
JP4995657B2 (ja) * | 2007-07-23 | 2012-08-08 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ガスタービンエンジン燃焼器のミキサ組立体への燃料流量を能動的に制御するための装置 |
US8286433B2 (en) * | 2007-10-26 | 2012-10-16 | Solar Turbines Inc. | Gas turbine fuel injector with removable pilot liquid tube |
US8028512B2 (en) | 2007-11-28 | 2011-10-04 | Solar Turbines Inc. | Active combustion control for a turbine engine |
US20090183492A1 (en) * | 2008-01-22 | 2009-07-23 | General Electric Company | Combustion lean-blowout protection via nozzle equivalence ratio control |
EP2239505A1 (de) * | 2009-04-08 | 2010-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Analyse der Brummneigung einer Brennkammer und Verfahren zur Steuerung einer Gasturbine |
US9354618B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-05-31 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems |
US9671797B2 (en) | 2009-05-08 | 2017-06-06 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications |
US9267443B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-02-23 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
US8437941B2 (en) * | 2009-05-08 | 2013-05-07 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
US8370044B2 (en) * | 2009-06-26 | 2013-02-05 | General Electric Company | NOX compliant peak for gas turbine |
US20120102967A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | General Electric Company | Method and system for preventing combustion instabilities during transient operations |
JP5649949B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2015-01-07 | 川崎重工業株式会社 | 燃焼装置 |
CH705179A1 (de) | 2011-06-20 | 2012-12-31 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsvorrichtung sowie Verbrennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. |
US9438656B2 (en) | 2012-01-11 | 2016-09-06 | International Business Machines Corporation | Triggering window conditions by streaming features of an operator graph |
US9430117B2 (en) * | 2012-01-11 | 2016-08-30 | International Business Machines Corporation | Triggering window conditions using exception handling |
US9366189B2 (en) * | 2012-06-29 | 2016-06-14 | General Electric Company | System and method for reducing pressure oscillations within a gas turbine engine |
US9376963B2 (en) * | 2013-01-16 | 2016-06-28 | Alstom Technology Ltd. | Detecting flashback by monitoring engine-dynamic spikes |
US20150075170A1 (en) * | 2013-09-17 | 2015-03-19 | General Electric Company | Method and system for augmenting the detection reliability of secondary flame detectors in a gas turbine |
US10180107B2 (en) * | 2017-03-08 | 2019-01-15 | General Electric Company | System and method for adjusting combustor fuel split |
US20190002117A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | General Electric Company | Propulsion system for an aircraft |
US11713725B2 (en) * | 2020-05-28 | 2023-08-01 | Electric Power Research Institute, Inc. | Lean blowout precursor detection for gas turbines |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5321947A (en) * | 1992-11-10 | 1994-06-21 | Solar Turbines Incorporated | Lean premix combustion system having reduced combustion pressure oscillation |
US5428951A (en) * | 1993-08-16 | 1995-07-04 | Wilson; Kenneth | Method and apparatus for active control of combustion devices |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4041694A (en) * | 1975-08-25 | 1977-08-16 | United Technologies Corporation | Combustion temperature control |
US5544478A (en) * | 1994-11-15 | 1996-08-13 | General Electric Company | Optical sensing of combustion dynamics |
US5575144A (en) * | 1994-11-28 | 1996-11-19 | General Electric Company | System and method for actively controlling pressure pulses in a gas turbine engine combustor |
-
1995
- 1995-11-14 US US08/557,267 patent/US5706643A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-11-13 CA CA002190217A patent/CA2190217C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1996-11-14 EP EP96308233A patent/EP0774573B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5321947A (en) * | 1992-11-10 | 1994-06-21 | Solar Turbines Incorporated | Lean premix combustion system having reduced combustion pressure oscillation |
US5428951A (en) * | 1993-08-16 | 1995-07-04 | Wilson; Kenneth | Method and apparatus for active control of combustion devices |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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