RU2557819C2 - Способ работы газотурбинного двигателя и газотурбинная установка для осуществления указанного способа - Google Patents
Способ работы газотурбинного двигателя и газотурбинная установка для осуществления указанного способа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2557819C2 RU2557819C2 RU2012134070/06A RU2012134070A RU2557819C2 RU 2557819 C2 RU2557819 C2 RU 2557819C2 RU 2012134070/06 A RU2012134070/06 A RU 2012134070/06A RU 2012134070 A RU2012134070 A RU 2012134070A RU 2557819 C2 RU2557819 C2 RU 2557819C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- gas
- turbine engine
- gas turbine
- burners
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 106
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M chlormequat chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCCl UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 99
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 17
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/40—Control of fuel supply specially adapted to the use of a special fuel or a plurality of fuels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/32—Control of fuel supply characterised by throttling of fuel
- F02C9/34—Joint control of separate flows to main and auxiliary burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки, содержащей компрессор, турбину и камеру сгорания с группой пусковых горелок, группой горелок с предварительным смешением, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой горелок с предварительным смешением, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, в условиях изменения состава поступающего газового топлива, при этом указанный способ включает стадии: непрерывного измерения в реальном времени состава газового топлива, регулирования работы указанного газотурбинного двигателя и сжигание топлива в указанных горелках с использованием указанных измерений состава газового топлива в реальном времени. Также представлена газотурбинная установка для осуществления способа согласно изобретению. Изобретение позволяет обеспечить работу установки в оптимальном диапазоне, а также обеспечить оптимальный эффект сокращения вредных выбросов, оптимальные пульсационные характеристики и надежность работы газотурбинного двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к технологии газотурбинных двигателей. Оно относится к способу работы газотурбинного двигателя в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. В частности, изобретение относится к способу надежной работы газотурбинного двигателя при изменении составов топливного газа. Кроме того, оно относится к газотурбинной установке для осуществления указанного способа.
Уровень техники
Обычно газотурбинные двигатели приводятся в действие с использованием сжигаемого природного газа. Природный газ состоит, главным образом, из СНЦ (метан). Кроме того, природный газ содержит также так называемые неметановые компоненты, которыми могут быть разбавляющие или обогащающие вещества. Примерами разбавляющих веществ являются азот (N2) и CO2 (диоксид углерода). Обогащающими веществами обычно являются предельные углеводороды (C2+), такие как C2H6 (этан), C3H8 (пропан), бутан и т.п.
В настоящее время принято характеризовать качество, т.е. состав природного газа, с использованием двух показателей. Этими показателями являются теплотворная способность топлива, с одной стороны, и индекс Воббе, с другой стороны. Помимо этого, до настоящего момента установилась общепринятая практика работы газотурбинного двигателя на природном газе стабильного качества. В настоящее время компании, обеспечивающие поставку газа, еще не способны гарантировать стабильность качества природного газа, которым они снабжают потребителя.
В ходе либерализации рынка природного газа поставщики природного газа все в большей степени пытаются оптимизировать требования к природному газу и цены на природный газ. В результате природный газ получают из различных источников, смешивают его и подают потребителю. Это, в свою очередь, приводит к высокой степени непостоянства, изменчивости качества и/или состава природного газа.
Ясно, что эти переменные свойства природного газа оказывают влияние на процесс сжигания в камере сгорания газотурбинного двигателя и, соответственно, значительное влияние на работу газотурбинного двигателя. Замена топливного газа (газового топлива) приводит к выходу газотурбинного двигателя за пределы его оптимального рабочего диапазона. Это оказывает воздействие на эффект сокращения вредных выбросов и пульсационные характеристики и снижает надежность работы. Поэтому фирмы-владельцы энергетической установки в перспективе должны быть готовы к изменению качества природного газа.
Ранее уже было предложено измерять содержание алкана C2+ в газовом топливе и изменение распределения массовых расходов газового топлива между различными камерами сгорания и форсунками в соответствии с изменениями состава газового топлива (см, например, US 7216486 или US 7516608). В патентном документе US 7854110 описан процесс регулирования рабочих параметров газотурбинного двигателя, исходя из величины изменения энергосодержания газового топлива.
С другой стороны, было предложено (см., например, патентные документы US 7484352, или US 2006/0040225, или US 2009/0037029) изменять распределение массовых расходов топлива между различными камерами сгорания и форсунками в зависимости от пульсаций, возбуждаемых в камере сгорания.
Однако все еще существует необходимость в лучшей адаптации работы газотурбинного двигателя к быстрому изменению составов газового топлива в целях повышения стабильности работы и надежности газотурбинного двигателя.
Сущность изобретения
В связи с изложенным задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы даже в широком интервале быстрого изменения составов газового топлива газотурбинная установка всегда работала в оптимальном диапазоне.
Задача настоящего изобретения заключается также в обеспечении оптимального эффекта сокращения вредных выбросов, оптимальных пульсационных характеристик, а также надежности работы газотурбинного двигателя.
Эти и другие задачи решаются с помощью способа работы газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, турбину и камеру сгорания с группой пусковых горелок, группой горелок с предварительным смешением, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, и группой горелок с предварительным смешением, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, в условиях изменения состава поступающего газового топлива, при этом предложенный способ включает следующие стадии:
непрерывное измерение в реальном времени состава газового топлива; и регулирование работы указанного газотурбинного двигателя и сжигание топлива в указанных горелках с использованием указанных измерений состава газового топлива в реальном времени.
В соответствии с одним воплощением изобретения способ распределения топлива между группой пусковых горелок, группой горелок с предварительным смешением, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, и группой горелок с предварительным смешением, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, оптимизируют в зависимости от измеренного фактического состава газового топлива.
Согласно другому воплощению изобретения способ регулирования горения в зависимости от трех указанных составов топлива комбинируют с регулированием горения в зависимости от пульсаций.
В соответствии со следующим воплощением способа согласно изобретению в соответствии с новыми условиями изменяют в реальном времени низшую теплотворную способность (LHV) и молекулярный вес (MR) газообразного топлива для повышения стабильности регулирования двигателя во время переходного режима его работы.
В соответствии с еще одним воплощением предложенного способа состав газового топлива измеряют с помощью быстродействующих ИК-газоанализаторов (FIRGAs).
Согласно другому воплощению изобретения измеряют общую концентрацию углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (C2+), и полученные результаты используют в качестве входного сигнала для регулирования газотурбинного двигателя.
В соответствии со следующим воплощением изобретения дополнительно в качестве входного сигнала для регулирования газотурбинного двигателя используют величины концентраций CH4, C2H6, C3H8 и CO2.
Еще одно воплощение изобретения характеризуется тем, что выше по ходу течения потока размещено устройство для смешения топлива.
Газотурбинная установка в соответствии с изобретением содержит газотурбинный двигатель, состоящий из компрессора, турбины и камеры сгорания с группой пусковых горелок, группой горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, и группой горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, при этом указанные группы горелок снабжаются газовым топливом под контролем системы регулирования газотурбинного двигателя; газотурбинная установка отличается тем, что она снабжена средствами для анализа состава газообразного топлива, а также тем, что выход указанных средств анализа соединен с указанной системой регулирования газотурбинного двигателя посредством входной линии анализатора состава.
Одно воплощение газотурбинного двигателя отличается тем, что каждая из указанных групп горелок обеспечена регулирующим клапаном, и указанные регулирующие клапаны регулируются с помощью указанной системы регулирования газотурбинного двигателя посредством линии передачи команд.
В соответствии с другим воплощением предложенной газотурбинной установки система фильтрации и непрерывного контроля пульсаций в процессе горения непрерывно контролирует указанную камеру сгорания и соединена с указанной системой регулирования газотурбинного двигателя посредством линии передачи команд из системы непрерывного контроля.
Согласно другому воплощению предложенной газотурбинной установки выше по потоку от камеры сгорания установлено устройство для смешения топлива.
Краткое описание чертежей.
Настоящее изобретение более подробно будет раскрыто ниже с помощью различных воплощений и со ссылками на приложенные чертежи.
Фиг.1 - принципиальная схема газотурбинной установки в соответствии с одним воплощением изобретения, в котором используются быстродействующий ИК-газоанализатор и определенная система регулирования газотурбинного двигателя.
Фиг.2 - подробные сведения, касающиеся особенности системы регулирования газотурбинного двигателя, показанной на фиг.1.
Фиг.3 - графический пример принципа быстродействия (по сравнению с газовыми хроматографами (GCs)) в ответ на изменения состава газового топлива, основанного на использовании быстродействующих ИК-газоанализаторов (FIRGAs) в соответствии с изобретением.
Подробное описание различных воплощений изобретения
В настоящее время на существующий во всем мире парк газотурбинных двигателей накладываются все возрастающие требования для сжигания природного газа с более высокими содержаниями C2+ (углеводороды более высокого порядка) и, кроме того, с имеющими большую величину и быстроту флуктуации содержания C2+.
Настоящее изобретение предоставляет новый принцип регулирования работы газотурбинного двигателя, который, прежде всего, может обеспечить адаптацию работы двигателя к частым и быстрым изменениям качеств газового топлива.
Настоящее изобретение основано на общей идее реализации принципа регулирования с использованием двух быстродействующих ИК-газоанализаторов (FIRGAs) для детектирования изменения содержаний C2+ и инертного газа в составе топлива.
В то время как традиционные газовые хроматографы (GCs) имеют время отклика (срабатывания) до 20 минут (см. фиг.3), время отклика быстродействующих инфракрасных датчиков (FIRGAs) составляет менее 20 секунд. Изобретение использует эту выгодную особенность инфракрасных ИК-газоанализаторов для того, чтобы в режиме, близком к режиму реального времени, вновь оптимизировать основные рабочие характеристики двигателя для текущего состава топлива.
На фиг.1 представлена принципиальная схема газотурбинной установки в соответствии с одним воплощением изобретения, в которой используются быстродействующие ИК-газоанализаторы и специальная система регулирования газотурбинного двигателя. Газотурбинная установка 10 содержит газотурбинный двигатель 11 с компрессором, камерой 13 сгорания и турбиной 14. Камера 13 сгорания содержит три различные группы 15a-c топливных горелок, а именно, группу 15a пусковых горелок, группу 15b горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группу 15c горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси. Каждая группа горелок снабжается газовым топливом 16, при этом массовый расход газового топлива регулируют с помощью соответствующих клапанов V1, V2 и V3. Для прекращения общей подачи газового топлива установлен отсечной клапан V4.
Состав подаваемого газового топлива 16 анализируют в режиме реального времени с помощью быстродействующих инфракрасных газоанализаторов 17, которые соединены с системой 18 регулирования газотурбинного двигателя с помощью входной линии 20 газоанализаторов.
Кроме того, используется система 19 непрерывного контроля и фильтрации пульсации в процессе горения и для непрерывного контроля указанной камеры сгорания и снабжения указанной системы 18 регулирования газотурбинного двигателя соответствующими данными посредством входной линии 22 системы непрерывного контроля.
Система регулирования газотурбинного двигателя регулирует клапаны V1, V2 и V3 с помощью линии 21 передачи команд в соответствии с результатами измерения, полученными с помощью 17 быстродействующих инфракрасных газоанализаторов (FIRGAs) и системы 19 непрерывного контроля и фильтрации.
Дополнительно выше по потоку от камеры 13 сгорания может быть размещено устройство 23 для перемешивания топлива.
Как показано на фиг.2, в систему регулирования газотурбинного двигателя непосредственно поступают данные по содержанию C2+. Заданные величины распределения топлива при совместной работе горелок (регулирование без обратной связи) устанавливают в зависимости от состава топлива. Для повышения стабильности работы двигателя используют фактические значения LHV и MR. Заданные значения переключения с переходом на новый режим (SWO) и переключения в обратном порядке (SWB) (при регулировании без обратной связи) устанавливают в зависимости от состава топлива. Усовершенствованная логика управления по пульсациям (APCL) также зависит от состава топлива (регулирование с обратной связью, исходя из пульсаций).
Способ работы газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением может, таким образом, включать следующие основные особенности:
регулирование работы газотурбинного двигателя и процесса горения в горелках за счет использования данных измерений концентрации газообразного топлива в режиме реального времени, при этом концентрацию газообразного топлива измеряют с помощью быстродействующих инфракрасных газоанализаторов (FIRGAs) 17;
оптимизация в реальном времени распределения топлива между группой 15a пусковых горелок, группой 15b горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой 15c горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, в зависимости от фактического состава топлива;
комбинация регулирования процесса горения, основанного на составе топлива (т.е. в зависимости от C2+), и регулирования горения в зависимости от пульсаций; и
кроме того, производимые в режиме реального времени корректировки в соответствии с новыми величинами низшей теплотворной способности топлива (LHV в МДж/кг) и молекулярного веса (MR в г/моль) для повышения стабильности контроля работы газотурбинного двигателя при работе двигателя в переходном режиме.
Предложенная идея изобретения позволяет оптимизировать процесс сжигания топлива и повысить надежность работы двигателя при изменении источников газообразного топлива во всем диапазоне нагрузок вплоть до номинальной нагрузки. Массовый расход газообразного топлива является, таким образом, функцией относительной нагрузки RL, пульсаций CP в процессе горения и состава FC топлива:
mi=f(RL, CP, FC).
При проведении процесса предварительного смешения в области выше точки переключения регулирование сжигания, осуществляемое в зависимости от пульсаций с помощью более совершенной логической схемы управления пульсациями, комбинируют с регулированием на основе состава топлива, что позволяет дополнительно повысить функциональную надежности и оптимизировать характеристиками по вредным выбросам и пульсациям даже в случае замены источника газового топлива.
В соответствии с примером воплощения изобретения работа газотурбинного двигателя характеризуется следующими особенностями:
для измерений состава газового топлива в режиме реального времени используют быстродействующие инфракрасные газоанализаторы (FIRGAs);
в качестве входного сигнала для системы (18) регулирования газотурбинного двигателя используют общую концентрацию углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (содержание C2+), а также концентрации CH4, C2H6, C3H8 и CO2;
оптимизировано распределение топлива при работе горелок предварительного смешения между группами 15b и 15с горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной и бедной топливовоздушной смеси, соответственно, в зависимости от содержания C2+;
используется комбинация регулирования с обратной связью, основанного на измерении пульсаций в камере сгорания (более совершенная логическая схема управления пульсациями), с регулированием без обратной связи на основе фактического текущего состава газового топлива;
регулировка переключения на новый режим, а также переключения в обратном направлении распределения газового топлива между пусковыми горелками и горелками предварительного смешения, работающими на обогащенной и обедненной топливовоздушной смеси, в зависимости от измеренного содержания C2+;
оптимизация распределения топлива при совместном функционировании горелок между группами 15a-c пусковых горелок и горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной и обедненной топливовоздушной смеси;
проведение оценки в реальном времени низшей теплотворной способности (LHV) и молекулярного веса (MR) природных газов и непрерывное использование этой информации для повышения эффективности регулирования переходного режима газотурбинного двигателя.
Согласно альтернативному воплощению оценку величин LHV и MR топлив на основе природного газа осуществляют без проведения анализа состава газа полностью, т.е. в режиме реального времени измеряют концентрации только CH4, C2H6, C3H8 и CO2.
В том случае, если содержание C2+ в газовом топливе превышает определенные рабочие пределы, реализуют меры защиты газотурбинного двигателя.
Размещение устройства 23 для смешивания различных видов газообразного топлива выше по потоку от камеры 13 сгорания может уменьшить очень сильные градиенты свойств газового топлива. Эта мера дополнительно обеспечивает устойчивый процесс регулирования двигателя.
Основные преимущества изобретения
Одно из преимуществ изобретения заключается в том, что газотурбинный двигатель теперь способен быстро и надежно реагировать на изменение составов газового топлива даже в широком диапазоне быстрого изменения составов газового топлива.
Следствиями этого преимущества являются улучшенная работа двигателя за счет ее оптимизации в режиме реального времени во всем интервале содержаний C2+ в топливе и бесперебойная работа двигателя благодаря его повышенной надежности при флуктуирующих содержаниях C2+ во всем интервале содержаний.
Другое преимущество изобретения заключается в том, что обеспечивается работа газотурбинного двигателя с оптимальными вредными выбросами и пульсационными характеристиками. Это повышает маневренность в работе фирмы-владельца газотурбинной установки, и она может использовать в своих интересах коммерческие выгоды замены топлив, содержащих C2+, на рынке топливной продукции.
Перечень ссылочных позиций:
10 - газотурбинная установка
11 - газотурбинный двигатель
12 - компрессор
13 - камера сгорания
14 - турбина
15a, b, c - группа горелок
16 - газовое топливо 17-FIRGA
18 - система регулирования газотурбинного двигателя
19 - система фильтрации и непрерывного контроля пульсаций в процессе горения
20 - входная линия газоанализатора
21 - линия передачи команд
22 - входная линия непрерывного контроля
23 - устройство для смешения топлив
GC - газовый хроматограф
FIRGA - быстродействующий инфракрасный газовый анализатор
V1,…, V4 - клапан
Claims (9)
1. Способ работы газотурбинного двигателя (11), содержащего компрессор (12), турбину (14) и камеру сгорания (13) с группой (15a) пусковых горелок, группой (15b) горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой (15c) горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, в условиях изменения состава подаваемого газового топлива (16), включающий в себя этапы, на которых осуществляют
непрерывное измерение в реальном времени состава газового топлива (16),
регулирование работы указанного газотурбинного двигателя (11) и сжигание топлива в указанных горелках (15a-c) с использованием результатов указанных измерений состава газового топлива в реальном времени, причём указанное регулирование процесса сжигания топлива в зависимости от состава комбинируют с регулированием процесса сжигания топлива в зависимости от пульсаций,
отличающийся тем, что комбинируют регулирование с обратной связью, основанное на измерении пульсаций в камере сгорания, с регулированием без обратной связи, основанным на фактическом составе газового топлива, при этом выше по потоку от камеры сгорания (13) расположено устройство (23) смешения газового топлива для смешивания различных типов газовых топлив.
непрерывное измерение в реальном времени состава газового топлива (16),
регулирование работы указанного газотурбинного двигателя (11) и сжигание топлива в указанных горелках (15a-c) с использованием результатов указанных измерений состава газового топлива в реальном времени, причём указанное регулирование процесса сжигания топлива в зависимости от состава комбинируют с регулированием процесса сжигания топлива в зависимости от пульсаций,
отличающийся тем, что комбинируют регулирование с обратной связью, основанное на измерении пульсаций в камере сгорания, с регулированием без обратной связи, основанным на фактическом составе газового топлива, при этом выше по потоку от камеры сгорания (13) расположено устройство (23) смешения газового топлива для смешивания различных типов газовых топлив.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
распределение топлива между группой (15a) пусковых горелок, группой (15b) горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой (15c) горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, оптимизируют в зависимости от измеренного фактического состава газового топлива.
распределение топлива между группой (15a) пусковых горелок, группой (15b) горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой (15c) горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, оптимизируют в зависимости от измеренного фактического состава газового топлива.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что низшую теплотворную способность (LHV) и молекулярный вес (MR) газового топлива (16) изменяют в режиме реального времени в соответствии с новыми условиями для повышения стабильности регулирования двигателя во время переходного режима работы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав газового топлива измеряют посредством быстродействующих ИК-газоанализаторов (FIRGAs).
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют общую концентрацию углеводородов с двумя или более атомами углерода (C2+) и используют ее в качестве входного сигнала для регулирования газотурбинного двигателя.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что дополнительно в качестве входного сигнала для регулирования газотурбинного двигателя используют концентрации CH4, C2H6, C3H8 и CO2.
7. Способ по п.3, отличающийся тем, что низшую теплотворную способность (LHV) и молекулярный вес (MR) газового топлива (16) оценивают по измерениям в режиме реального времени концентраций CH4, C2H6, C3H8 и CO2.
8. Газотурбинная установка (10) для осуществления способа по любому из пп.1-7, содержащая газотурбинный двигатель (11), содержащий компрессор (12), турбину (14) и камеру сгорания (13) с группой (15a) пусковых горелок, группой (15b) горелок предварительного смешения, работающих на обогащенной топливовоздушной смеси, и группой (15c) горелок предварительного смешения, работающих на обедненной топливовоздушной смеси, при этом указанные группы (15a-c) горелок снабжаются газообразным топливом (16) под контролем системы (18) регулирования газотурбинного двигателя, отличающаяся тем, что предусмотрены средства (17) анализа состава газового топлива (16), при этом выход указанного средства (17) анализа соединен с указанной системой (18) регулирования газотурбинного двигателя посредством входной линии (20) анализатора состава с регулированием без обратной связи, а система (19) фильтрации и непрерывного контроля пульсации с регулированием с обратной связью непрерывно при сжигании топлива контролирует указанную камеру (13) сгорания и соединена с указанной системой (18) регулирования газотурбинного двигателя посредством выходной линии (22) системы непрерывного контроля, причём выше по потоку от камеры сгорания (13) расположено устройство (23) смешения топлива для смешения различных типов газового топлива.
9. Газотурбинная установка по п.8, отличающаяся тем, что предусмотрен регулирующий клапан (V1, V2, V3) для каждой из указанных групп (15a-c) горелок, при этом указанные регулирующие клапаны (V1, V2, V3) регулируют посредством линии (21) передачи команд посредством указанной системы (18) регулирования газотурбинного двигателя.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH13132011 | 2011-08-09 | ||
| CH01313/11 | 2011-08-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012134070A RU2012134070A (ru) | 2014-02-20 |
| RU2557819C2 true RU2557819C2 (ru) | 2015-07-27 |
Family
ID=46582633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012134070/06A RU2557819C2 (ru) | 2011-08-09 | 2012-08-08 | Способ работы газотурбинного двигателя и газотурбинная установка для осуществления указанного способа |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9920696B2 (ru) |
| EP (1) | EP2557297B1 (ru) |
| CN (1) | CN102953821B (ru) |
| RU (1) | RU2557819C2 (ru) |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2767699B1 (en) * | 2013-02-19 | 2018-04-18 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Gas turbine with fuel composition control and method |
| EP2770182B1 (en) * | 2013-02-25 | 2015-10-14 | Alstom Technology Ltd | Method for adjusting a natural gas temperature for a fuel supply line of a gas turbine engine and gas turbine |
| EP2993401B1 (en) * | 2014-09-02 | 2017-12-06 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Method for controlling a gas turbine |
| US20160068777A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | General Electric Company | Gas turbine fuel blending using inferred fuel compositions |
| US9771874B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Company | Power output and fuel flow based probabilistic control in gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
| US9771875B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
| US9803561B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-10-31 | General Electric Company | Power output and emissions based degraded gas turbine tuning and control systems, computer program products and related methods |
| US9771877B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Company | Power output and fuel flow based probabilistic control in part load gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
| US9784183B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-10-10 | General Electric Company | Power outlet, emissions, fuel flow and water flow based probabilistic control in liquid-fueled gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
| US9771876B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Compnay | Application of probabilistic control in gas turbine tuning with measurement error, related control systems, computer program products and methods |
| US9909507B2 (en) | 2015-01-27 | 2018-03-06 | General Electric Company | Control system for can-to-can variation in combustor system and related method |
| US9599032B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for emissions-fuel flow parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599025B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for power output-exhaust energy parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599026B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for exhaust energy-power output parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599024B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for exhaust energy-emissions parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599033B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for fuel flow-exhaust energy parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599027B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for emissions-exhaust energy parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9611791B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-04-04 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for fuel flow-power output parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599030B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for exhaust energy-fuel flow parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599029B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for fuel flow-emissions parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599031B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9856796B2 (en) | 2015-12-07 | 2018-01-02 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters with scaling factor, related control systems, computer program products and methods |
| US9856797B2 (en) | 2015-12-16 | 2018-01-02 | General Electric Company | Application of combined probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters with scaling factor, related control systems, computer program products and methods |
| US9879612B2 (en) | 2015-12-16 | 2018-01-30 | General Electric Company | Combined probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters with scaling factor, related control systems, computer program products and methods |
| US9879613B2 (en) | 2015-12-16 | 2018-01-30 | General Electric Company | Application of combined probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters with scaling factor, related control systems, computer program products and methods |
| US9797315B2 (en) | 2015-12-16 | 2017-10-24 | General Electric Company | Probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9790865B2 (en) | 2015-12-16 | 2017-10-17 | General Electric Company | Modelling probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9882454B2 (en) | 2015-12-16 | 2018-01-30 | General Electric Company | Application of combined probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters with scaling factor, related control systems, computer program products and methods |
| US9879614B2 (en) | 2015-12-16 | 2018-01-30 | General Electric Company | Machine-specific combined probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters with scaling factor, related control systems, computer program products and methods |
| US9879615B2 (en) | 2015-12-16 | 2018-01-30 | General Electric Company | Machine-specific probabilistic control in gas turbine tuning for power output-emissions parameters, related control systems, computer program products and methods |
| WO2017204779A1 (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | Siemens Energy, Inc. | Gas turbine having fuel gas monitoring system |
| DE102019204422A1 (de) | 2019-03-29 | 2020-10-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorhersage einer Verbrennungsdynamik einer Gasturbine |
| US11156164B2 (en) | 2019-05-21 | 2021-10-26 | General Electric Company | System and method for high frequency accoustic dampers with caps |
| US11174792B2 (en) | 2019-05-21 | 2021-11-16 | General Electric Company | System and method for high frequency acoustic dampers with baffles |
| CN110925793A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-27 | 广州智光节能有限公司 | 一种多气源燃气轮机的燃料热值控制装置及控制方法 |
| CN111734537B (zh) * | 2020-06-12 | 2021-04-06 | 上海尚实能源科技有限公司 | 燃油控制系统及控制方法 |
| CN115686082B (zh) * | 2022-10-11 | 2024-05-07 | 中国航发燃气轮机有限公司 | 用于燃气轮机的非稳定热值可燃气体智能配气系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU240391A1 (ru) * | 1963-09-09 | 1983-01-30 | Kuznetsov N D | Головка кольцевой камеры сгорани ГТД |
| RU2146769C1 (ru) * | 1998-11-23 | 2000-03-20 | Кубанский государственный технологический университет | Газотурбинная установка |
| RU2249152C1 (ru) * | 2004-04-14 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" | Установка для сжигания газообразного топлива в каталитическом водогрейном котле с кипящим слоем |
| US7216486B2 (en) * | 2002-01-25 | 2007-05-15 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a turbine group |
| US7516608B2 (en) * | 2003-02-27 | 2009-04-14 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4201923A (en) * | 1974-08-08 | 1980-05-06 | Westinghouse Electric Corp. | Combined cycle electric power plant and a gas turbine having improved megawatt load control |
| US6813875B2 (en) * | 2000-01-07 | 2004-11-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control system for gas-turbine engine |
| DE10059701A1 (de) | 2000-12-01 | 2002-06-06 | Alstom Switzerland Ltd | Sonde zur Messung von Druckschwingungen |
| US6694743B2 (en) | 2001-07-23 | 2004-02-24 | Ramgen Power Systems, Inc. | Rotary ramjet engine with flameholder extending to running clearance at engine casing interior wall |
| JP2005528571A (ja) * | 2001-10-19 | 2005-09-22 | アルストム テクノロジー リミテッド | 合成ガス用のバーナー |
| EP1524423A1 (de) * | 2003-10-13 | 2005-04-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichung zum Ausgleichen von Schwankungen der Brennstoffzusammensetzung in einer Gasturbinenanlage |
| DE102004015187A1 (de) | 2004-03-29 | 2005-10-20 | Alstom Technology Ltd Baden | Brennkammer für eine Gasturbine und zugehöriges Betriebsverfahren |
| DE102004036911A1 (de) | 2004-07-29 | 2006-03-23 | Alstom Technology Ltd | Betriebsverfahren für eine Feuerungsanlage |
| US7690204B2 (en) * | 2005-10-12 | 2010-04-06 | Praxair Technology, Inc. | Method of maintaining a fuel Wobbe index in an IGCC installation |
| CA2636412C (en) | 2006-01-11 | 2014-03-11 | Mauricio Garay | Method for operating a firing plant |
| US7854110B2 (en) * | 2006-11-16 | 2010-12-21 | Siemens Energy, Inc. | Integrated fuel gas characterization system |
| US7653497B2 (en) | 2007-05-15 | 2010-01-26 | Spectrasensors, Inc. | Energy flow measurement in gas pipelines |
| US20100205976A1 (en) * | 2008-08-26 | 2010-08-19 | Pratyush Nag | Integrated fuel gas characterization system |
| US8437941B2 (en) * | 2009-05-08 | 2013-05-07 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Automated tuning of gas turbine combustion systems |
| US20120036863A1 (en) * | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Joseph Kirzhner | Method, apparatus and system for delivery of wide range of turbine fuels for combustion |
| US20120102967A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | General Electric Company | Method and system for preventing combustion instabilities during transient operations |
-
2012
- 2012-07-23 US US13/555,331 patent/US9920696B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-08-03 EP EP12179320.2A patent/EP2557297B1/en active Active
- 2012-08-08 RU RU2012134070/06A patent/RU2557819C2/ru active
- 2012-08-08 CN CN201210279929.3A patent/CN102953821B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU240391A1 (ru) * | 1963-09-09 | 1983-01-30 | Kuznetsov N D | Головка кольцевой камеры сгорани ГТД |
| RU2146769C1 (ru) * | 1998-11-23 | 2000-03-20 | Кубанский государственный технологический университет | Газотурбинная установка |
| US7216486B2 (en) * | 2002-01-25 | 2007-05-15 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a turbine group |
| US7516608B2 (en) * | 2003-02-27 | 2009-04-14 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a gas turbine |
| RU2249152C1 (ru) * | 2004-04-14 | 2005-03-27 | Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" | Установка для сжигания газообразного топлива в каталитическом водогрейном котле с кипящим слоем |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012134070A (ru) | 2014-02-20 |
| EP2557297B1 (en) | 2015-11-04 |
| US9920696B2 (en) | 2018-03-20 |
| CN102953821B (zh) | 2017-11-07 |
| CN102953821A (zh) | 2013-03-06 |
| EP2557297A1 (en) | 2013-02-13 |
| US20130036744A1 (en) | 2013-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2557819C2 (ru) | Способ работы газотурбинного двигателя и газотурбинная установка для осуществления указанного способа | |
| RU2641981C2 (ru) | Интеллектуальный способ управления с прогнозирующей способностью контроля выбросов | |
| CN101793196B (zh) | 用于燃气涡轮的自动化燃料混合和控制的系统和方法 | |
| CA2244716C (en) | Method and apparatus for supplying fuel to an internal combustion engine | |
| CA2737133C (en) | Methods and systems for controlling the products of combustion | |
| US9170023B2 (en) | Operation of a gas turbine | |
| US9181901B2 (en) | Producer gas carburettor | |
| RU2749287C1 (ru) | Способ управления газовой турбиной и считываемый компьютером носитель хранения для выполнения такого способа | |
| SK284947B6 (sk) | Spôsob regulácie toku vykurovacích plynov a zariadenie na jeho vykonávanie | |
| US11261802B2 (en) | Controller and method | |
| Feng et al. | Experimental Study on Fuel-Switching of Dual-Fuel Gas Turbine Combustor | |
| RU2516773C2 (ru) | Газотурбинный двигатель | |
| Carlos et al. | Formaldehyde Emissions from Dry Low Emissions Industrial Gas Turbines | |
| Hack et al. | Impact of Ethane, Propane, and Diluent Content in Natural Gas on the Performance of a Commercial Microturbine Generator | |
| Ichikawa et al. | Effects of gas composition on combustion, emission and knocking characteristics of marine lean burn gas engine | |
| van Dijk et al. | A Feed-Forward Fuel-Adaptive Gas Engine Control Approach Based on a Knock-Prediction Algorithm | |
| AU2017291844A1 (en) | Internal combustion engine fuel gas blending system | |
| Nag et al. | LNG Interchangeability in Land Based Gas Turbines: The Siemens Approach | |
| WM et al. | Effects of diesel displacement on the emissions characteristics of a diesel derivative dual fuel engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170426 |