TWI516672B - 多個燃料燃氣輪機燃燒系統之自動調整 - Google Patents

多個燃料燃氣輪機燃燒系統之自動調整 Download PDF

Info

Publication number
TWI516672B
TWI516672B TW102106081A TW102106081A TWI516672B TW I516672 B TWI516672 B TW I516672B TW 102106081 A TW102106081 A TW 102106081A TW 102106081 A TW102106081 A TW 102106081A TW I516672 B TWI516672 B TW I516672B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
adjustment
fuel
turbine
operational
controller
Prior art date
Application number
TW102106081A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201344040A (zh
Inventor
克里斯多夫 嘉德
Original Assignee
燃氣渦輪效率瑞典公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/542,222 external-priority patent/US9267443B2/en
Priority claimed from US13/767,920 external-priority patent/US9354618B2/en
Application filed by 燃氣渦輪效率瑞典公司 filed Critical 燃氣渦輪效率瑞典公司
Publication of TW201344040A publication Critical patent/TW201344040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI516672B publication Critical patent/TWI516672B/zh

Links

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
    • F02C9/28—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
    • F02C9/40—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
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner

Description

多個燃料燃氣輪機燃燒系統之自動調整 相關申請案之交叉參考
本申請案係於2012年7月5日提出申請之第13/542,222號美國申請案之一部分接續案，第13/542,222號美國申請案係於2009年5月8日提出申請之第12/463,060號美國申請案之一部分接續案。本申請案亦主張於2012年2月22日提出申請之第61/601,871號美國申請案之權益。第12/463,060號美國申請案、第13/542,222號美國申請案及第61/601,871號美國申請案之內容皆以引用方式整體併入本文中。
本發明係關於一種用於感測一燃燒系統之操作條件並做出自動預設定調節以達成輪機之所期望操作條件之自動系統。本發明亦係關於使用具有變化熱物理性質之燃料而操作之輪機。
貧油預混燃燒系統已部署於路基及海用燃料輪機引擎上以減少排放，諸如NOx及CO。此等系統已成功且在某些情形中，產生在量測能力之下限處之排放位準，約百萬分之1至百萬分之3之NOx及CO。儘管自排放生產之立場來看，此等系統係一大益處，但當與較多習用燃燒系統相比時，該等系統之操作包絡實質上減少。作為一結果，對燃料條件、分配及注入至燃燒區帶中之控制已變為一臨界操作參數且當周圍大氣條件(諸如溫度、濕度及壓力)改變時，需要頻繁調 節。除周圍條件改變之外，燃料之熱物理性質之變化亦將改變操作條件，從而導致需要調節燃料輪機操作設定之另一變化源。對燃燒燃料條件、分配及注入之重新調節稱作調整。
一燃燒系統之受控操作通常採用一燃燒器之操作控制設定之一手動設定以產生一平均操作條件。此等設定可透過一控制器來輸入，如本文中所使用之控制器應指代用於控制一系統之操作之任何裝置。實例包含一分散式控制系統(DCS)、一燃料輪機控制器、一可程式化邏輯控制器(PLC)、與另一控制器通信及/或直接通信至一系統之一獨立電腦。
此等設定在設置時係令人滿意的，但在幾小時或幾天中，條件可在出現調整問題時改變且導致不可接受操作。調整問題係藉此一系統之任何操作參數超過可接受極限之任何情況。實例包含可允許極限外之排放偏差、可允許極限外之燃燒器動力學特性偏差或需要調節一輪機之操作控制元素之任何其他調整事件。其他方法基於燃料輪機之操作設定而使用一公式來預測排放且在不修改其他控制元素(諸如燃料溫度)之情況下針對燃料分配及/或總體機器燃料/空氣比選擇一設定點。此等方法不允許及時變化、不利用實際動力學特性及排放資料或不修改燃料分配、燃料溫度及/或其他輪機操作參數。
影響貧油預混燃燒系統之另一變量係燃料組合物。燃料組合物之充分變化將導致貧油預混燃燒系統之廢熱釋放中之一改變。此改變可導致排放偏差、不穩定燃燒程序或甚至燃燒系統之熄火。在過去之二十年內，已發生諸多經濟及技術改變，該等改變已導致至燃料輪機燃燒系統中之關鍵操作輸入(即燃料組合物要求)之典範移位。在此領域中具有重要意義之一燃料之一項實例係液化天然氣(LNG)之使用。
LNG在美國、亞洲及南美洲中正變得越來越較突出。LNG之一固有特徵係隨著消耗一「批」LNG而變之可變燃氣組合物。由於具有不 同揮發性之燃氣成份(甲烷、乙烷、丙烷等)以不同速率汽化(甲烷為最快速揮發中之一者)，因此甲烷濃度通常隨著汽化且隨後消耗一「批」LNG而持續降低。
另外，燃料生產商持續面臨將「非管線品質」燃料遞送至其消費者之經濟及操作壓力。為此，某些供應商已甚至藉由提供每百萬BTU之價格($/MMBTU)之一降低來激勵其客戶燒「不合格」燃料。如本文中所使用，將就「管線品質」燃料及「非管線品質」燃料論述燒多種燃料之燃燒輪機之概念。然而，應理解，雖然「管線品質」燃料及「非管線品質」燃料係用以指代一主要燃料源及一辅助燃料源或多個辅助燃料源之共同術語，但其意欲僅定義可皆係為管線品質或可不含有任何管線品質燃料之第一及第二燃料源。在諸多情形中，「管線品質」燃料可比「非管線品質」昂貴，但此不係必須的。
關於海基設備，取決於燃料之源及等級，液體燃料之每一更換換料係其物理性質之一改變之一機會。此等改變頻繁地影響燃氣燃燒輪機之排放位準且亦可影響推進設備或發電廠之基本負載點。
此等上述準則已對燃氣輪機操作者使用「非管線品質」燃料或非標準餾出物來操作其設備造成經增加壓力。然而，大量此「不合格」燃料之消耗可對燃燒輪機系統具有有害效應。
另外，燃燒系統之誤操作自身表現為擴增之壓力脈動或燃燒動力學特性(在下文中，燃燒動力學特性可由符號「δP」來指示)之一增加。脈動可具有足以破壞燃燒系統之力且顯著減少燃燒硬體之壽命。另外，燃燒系統之不適當調整可導致排放偏差且違反排放許可。因此，用以在一規律或週期性基礎上於適當操作包絡內維持貧油預混燃燒系統之穩定性之一手段具有巨大價值且為工業所關注。另外，藉由利用自輪機感測器所獲得之接近即時資料而操作之一系統對於協調燃料組合物之調變、燃料分配、燃料或餾出物入口溫度及/或總體機器 燃料/空氣比將具有顯著價值。
雖然一燃燒系統之即時調整可提供輪機硬體之極大操作靈活性及保護，但一燃燒系統可同時經歷若干不同操作問題。舉例而言，貧油預混燃燒系統之大部分輪機操作者關注廢氣排放(NOx及CO)以及燃燒器動力學特性。高NOx排放及高燃燒器動力學特性兩者共同存在於一輪機上並不罕見。另外，回應於一個關注點之調整可使得其他約束更差，舉例而言，針對低NOx之調整可使得燃燒器動力學特性更差，針對高CO之調整可使得NOx更差等。提供藉此使用一演算法來進行以下各項之一系統將係有利的：比較所有調整關注點之當前狀態、按重要性之次序將每一關注點分級、判定所最關注之操作關注點且隨後開始自動調整以修復此支配性操作關注點。
由於諸多操作者被激勵在混合非管線品質燃料與管線品質天然燃料(且將所得混合物發送至其燃料輪機燃燒系統)時儘可能多地消耗不昂貴「非管線品質」燃料，因此亦期望使非管線品質與管線品質燃料之比即時最佳化之一手段。
本發明包含用於使非管線品質與管線品質燃料之比或海用餾出物(燃料摻合比)最佳化以用於一燃料輪機消耗系統中之後續消耗之一方法，該方法包括提供一第一燃料源及一第二燃料源。該方法進一步包含以來自該第一源及該第二源之燃料之一摻合來將燃料供應至一燃燒輪機。該方法亦包含感測燃氣輪機之操作參數及判定該等操作參數是否在預設定操作極限內。仍進一步，該方法包含基於該等操作參數是否在該等預設定操作極限內來調節該第一燃料源與該第二燃料源之摻合。
本發明亦包含用於透過自動修改一燃料燃氣比來自動控制一燃氣輪機燃料組合物之一調整系統。該調整系統包括該輪機之操作控制 元素之操作輪機控制件，該等輪機控制件控制輪機燃料分配或燃料溫度中之至少一者。此外，該系統包含一調整控制器，其與經組態以根據關於該輪機的接收之操作資料來調整該輪機之操作之該等控制件通信、提供一調整問題階層、判定所感測操作資料是否在預定操作極限內且若該操作資料不在預定操作極限內，則產生一或多個指示符。該系統進一步包含將該一或多個指示符分級以判定支配性調整關注點。仍進一步，該系統包含將燃料之一摻合提供至一位準摻合比控制器，該摻合具有來自一第一及第二燃料源比控制器中之至少一者之燃料，該燃料摻合比控制器根據該摻合來調節該第一燃料源與該第二燃料源之比。
在本發明之一進一步態樣中，該系統執行用於透過使用布林(Boolean)階層式邏輯及多個位準之控制設定來判定該支配性燃料輪機燃燒系統調整情景之一方法。
在本發明之另一態樣中，所執行之該方法係關於透過自動修改一分散式控制系統(DCS)內之該燃料溫度控制設定點來自動控制該燃料輪機入口燃料溫度。
在本發明之又一態樣中，藉由在該燃料溫度控制器內自動修改該燃料溫度控制設定點來定義用於自動控制一燃料輪機入口燃料溫度之一方法。在本發明之另一態樣中，透過使用具有一外部控制裝置(諸如，舉例而言，存在於該輪機控制器上以用於與該分散式控制系統(DCS)通信之一MODBUS串列或乙太網路通信協定埠)之一現有燃料輪機通信鏈路來達成用於將輪機控制信號傳遞至一燃料輪機控制器之一方法。
在本發明之又一態樣中，由一系列自動調整設定經由一使用者介面顯示器來定義用於修改一燃料輪機燃燒系統之一方法，該使用者介面顯示器利用布林邏輯雙態切換開關來選擇使用者所期望最佳化準 則。該方法較佳由基於最佳燃燒動力學特性、最佳NOx排放、最佳功率、最佳廢熱率、最佳CO排放、最佳廢熱回收蒸汽產生器(HRSG)壽命、最佳燃氣輪機燃料摻合比或最佳燃氣輪機調節比能力之最佳化準則來定義，藉此此開關之雙態切換改變該(等)燃燒器動力學特性控制設定之量值。
在本發明之又一態樣中，且連同上文所概述之控制方案一起，該控制器可經引導以使非管線品質燃料摻合比持續最大化。相反地，若出現調整問題，該等調整問題無法藉由對上文所概述之輪機參數進行調節來解決，則可更改/減小該燃料摻合比。
10‧‧‧調整控制器/輪機控制器/控制器
12‧‧‧主使用者介面/介面顯示器/介面/主使用者介面顯示器/使用者介面/調整介面/使用者介面顯示器
14‧‧‧最佳NOx排放/最佳NOx排放開關/最佳NOx/開關/使用者開關/使用者介面雙態切換開關/對應雙態切換開關/競爭性雙態切換開關/雙態切換開關/最佳NOx開關
16‧‧‧最佳功率/最佳功率開關/開關/使用者開關/使用者介面雙態切換開關/對應雙態切換開關/競爭性雙態切換開關/雙態切換開關/最佳動力學特性開關
18‧‧‧最佳燃燒器動力學特性/最佳動力學特性/開關/使用者開關/使用者介面雙態切換開關/對應雙態切換開關/競爭性雙態切換開關/雙態切換開關/最佳動力學特性雙態切換
19‧‧‧最佳燃料摻合比/最佳燃料摻合比開關/使用者開關/最佳燃料摻合比雙態切換開關/使用者介面雙態切換開關/對應雙態切換開關/競爭性雙態切換開關/雙態切換開關
20‧‧‧分散式控制系統
30‧‧‧輪機控制器/控制器/相關聯控制器構件
40‧‧‧連續排放監視系統/控制器/元件/感測器構件
50‧‧‧連續動力學特性監視系統/控制器/元件/感測器構件
60‧‧‧控制器/燃料加熱控制器/燃料加熱單元/燃料溫度控制器/元件/感測器構件/相關聯控制器構件
70‧‧‧燃料摻合比控制器/控制器/燃料比控制器/相關聯控制器構件
100‧‧‧排放是否合規
102‧‧‧燃燒器動力學特性是否在可接受位準下
104‧‧‧步驟
106‧‧‧支配性調整關注點/支配性調整準則/調整關注點/「真」支配性調整關注點
108‧‧‧輪機燃燒器燃料分股/燃料分股/步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧總體燃料/空氣比/燃料/空氣比
114‧‧‧調整問題
116‧‧‧燃料摻合比/步驟
118‧‧‧充分邊限/邊限/充分操作邊限(對照警報條件)/步驟
120‧‧‧相關排放參數/所感測操作資料/操作資料
122‧‧‧燃燒器動力學特性/所感測操作資料/操作資料
124‧‧‧可允許調整極限/調整極限/步驟/可允許極限
126‧‧‧「真」警報/「真」邏輯警報
130‧‧‧步驟/經分級「真」警報/「真」警報/「真」調整警報
132‧‧‧經定義緩衝區/邊限
134‧‧‧最佳NOx之預設定極限之一集合/最佳NOx/調整極限
136‧‧‧最佳功率之預設定極限之一集合/調整極限/最佳功率
138‧‧‧最佳動力學特性之預設定極限之一集合/最佳動力學特性/調整極限/高2級δP's
140‧‧‧預設極限/預設調整極限/調整極限/無最佳設定
142‧‧‧可能支配性調整問題
144‧‧‧重要性/最重要支配性調整關注點/支配性調整關注點/使用者所定義階層/支配性調整問題
148‧‧‧特定布林邏輯階層/布林邏輯階層/硬編碼布林邏輯階層
150‧‧‧步驟
152‧‧‧方塊/最佳NOx/高高NOx
154‧‧‧方塊/最佳功率
156‧‧‧方塊/最佳動力學特性/高2級δP's
158‧‧‧方塊
160‧‧‧燃料摻合調整極限/燃料摻合比極限
162‧‧‧方塊/高2級δP's
164‧‧‧方塊/高-高2級δP's
166‧‧‧高-高-高2級δP's
168‧‧‧NOx
170‧‧‧1級δP's
172‧‧‧支配性調整關注點
200‧‧‧實際燃燒器動力學特性資料/燃燒器動力學特性
202‧‧‧燃燒器動力學特性之移動平均值/平均燃燒器動力學特性
204‧‧‧動力學特性警報極限值/動力學特性警報極限/動力學特性極限
206‧‧‧燃燒器燃料分股調整參數
210‧‧‧NOx排放資料/NOx排放/NOx排放位準
212‧‧‧調整極限/預設定調整極限/預設定極限/極限/NOx資料
214‧‧‧燃料分股/燃料分股值
220‧‧‧NOx調整極限/預設定警報位準/警報位準/預設定極限
222‧‧‧NOx位準資料/額外NOx排放資料/NOx排放
230‧‧‧NOx排放資料/NOx排放
232‧‧‧較低排放極限/下限/極限/最小值
234‧‧‧燃料分股值
236‧‧‧負載控制曲線/負載控制曲線值
280‧‧‧可允許操作空間
E1‧‧‧燃燒器燃料分股/事件/第一事件/第一調整事件
E2‧‧‧第二事件/事件/第二調整事件
E3‧‧‧進一步事件/事件
TA‧‧‧所設定時間週期/時間
TB‧‧‧時間週期/時間
TC‧‧‧時間
出於圖解說明本發明之目的，圖式展示當前較佳之形式。應理解，本發明不限於本發明之圖式中所展示之確切配置及工具。
圖1展示利用一DCS作為一中心控制集線器的囊括燃料輪機引擎系統且併入有一燃料輪機調整控制器之一操作電廠通信系統之一示意性表示之一例示性實施例。
圖2展示囊括燃料輪機引擎系統、併入有一燃料輪機調整控制器之一操作電廠通信系統之一替代實施例之一示意性表示，其中該調整控制器係中心通信集線器。
圖3展示囊括燃料輪機引擎系統、併入有一燃料輪機調整控制器之一操作電廠通信系統之一進一步替代實施例之一示意性表示，其中該燃料輪機調整控制器係中心通信集線器。
圖4展示根據本發明之一調整控制器之操作之一功能性流程圖之一例示性實施例。
圖5展示用於選擇本發明內之最佳化模式之一使用者介面顯示器之一例示性實施例。
圖6展示各種最佳化模式設定之相互聯繫之一例示性示意圖。
圖7展示根據本發明之用於判定所觸發之警報信號之程序步驟之一例示性概述示意圖。
圖8展示用以判定可允許輪機調整參數之步驟之一例示性程序概述。
圖9展示根據圖8中所展示之步驟之一進一步詳細例示性程序。
圖10展示根據本發明之用於判定支配性調整關注點之步驟之一詳細例示性示意圖。
圖11在給出至本發明中之各種警報輸入之情形下展示系統之支配性調整關注點之判定之一第一實例性示意圖。
圖12在給出至本發明中之各種警報輸入之情形下展示系統之支配性調整關注點之判定之一第二實例性示意圖。
圖13在給出至本發明中之各種警報輸入之情形下展示系統之支配性調整關注點之判定之一第三實例性示意圖。
圖14在給出至本發明中之各種警報輸入之情形下展示系統之支配性調整關注點之判定之一第四實例性示意圖。
圖15在給出至本發明中之各種警報輸入之情形下展示系統之支配性調整關注點之判定之一第四實例性示意圖。
圖16展示如本發明所涵蓋之一燃料輪機引擎系統之操作調整之一第一操作實例。
圖17展示如本發明所涵蓋之一燃料輪機引擎系統之操作調整之一第二操作實例。
圖18展示如本發明所涵蓋之一燃料輪機引擎系統之操作調整之一第三操作實例。
圖19展示如本發明所涵蓋之一燃料輪機引擎系統之操作調整之一第四操作實例。
圖20在維持輪機系統之調整中展示本發明之調整控制器之功能 之一第一例示性示意性表示。
圖21在維持輪機系統之調整中展示本發明之調整控制器之功能之一第二例示性示意性表示。
本發明一般而言係關於用於調整燃燒輪機之操作之系統及方法。在所繪示實施例中，該等系統及方法係關於燃燒輪機(諸如用於發電之彼等燃燒輪機)之自動調整。熟習此項技術者將瞭解，本文中之教示可易於適於其他類型之燃燒輪機。因此，本文中所使用之術語並非意欲限制本發明之實施例。而是，將理解，本發明之實施例一般而言係關於燃燒輪機之領域，且特定而言，係針對用於調整燃燒輪機之系統、方法及電腦可讀媒體。
圖1係本發明之一調整控制器10在其內操作之一燃氣燃燒輪機引擎(未展示)之一通信圖。一通信鏈路或集線器經提供用於輪機系統之各種元件之間的直接通信。如所展示，一通信鏈路係由編號20識別之一分散式控制系統(DCS)且將一鏈路提供至該系統之各種元件。然而，輪機之操作元件可在不需要一DCS之情況下彼此直接鏈接。大部分輪機控制透過DCS 20來執行。一輪機控制器30直接與輪機(如所展示)及與DCS 20通信。在本發明中，將與輪機操作相關之資訊(例如，輪機動力學特性、輪機廢氣排放等)透過DCS 20引導至該系統之其他元件(諸如調整控制器10)。調整控制器10係涵蓋為用於作為一可程式化邏輯控制器(PLC)運行之一獨立PC。在本發明中，透過調整控制器10來引導與輪機操作相關之資訊。此相關資訊亦稱為輪機之操作參數，該等操作參數係藉助各種類型及數目之感測器而量測以指示輪機之各種態樣之操作狀態之參數。此等參數可作為至自動調整控制器中之輸入來饋送。操作參數之實例包含燃燒器動力學特性、輪機廢氣排放及輪機排氣溫度，該排氣溫度通常受輪機之總體燃料/空氣比影 響。
現參考圖1、圖2及圖3，調整控制器10較佳係不斷與輪機控制器30(直接或透過DCS 20)通信之遠離輪機控制器30之一單獨電腦。可藉由使用一外部控制裝置(諸如存在於系統上或添加至系統之一MODBUS串列或乙太網路通信協定埠)而將來自調整控制器10之信號傳送至輪機控制器30或系統內之其他控制件。在一替代組態中，若一電廠組態不包含一DCS系統且不使用控制器作為一分散式控制系統，則調整控制器10可嵌入於輪機控制系統中。
自與輪機相關聯之感測器構件接收相關操作參數。舉例而言，輪機廢氣排放讀數藉由一連續排放監視系統(CEMS)40而自煙囪排放獲得且發送至調整控制器10及/或輪機控制器30。燃燒動力學特性使用位於輪機燃燒器之燃燒區域內之一動力學特性壓力感測探針來感測。如所展示，一連續動力學特性監視系統(CDMS)50經提供且與DCS 20及控制器60通信。CDMS 50較佳使用經直接安裝或經波導連接壓力或光感測探針來量測燃燒動力學特性。另一相關操作參數係在燃料加熱控制器60處所感測之燃料溫度。該燃料溫度資訊透過DCS 20自燃料加熱控制器60引導至調整控制器10。由於調整操作之部分可包含調節燃料溫度，因此在調整控制器10及/或輪機控制器30與燃料加熱單元60之間可存在經由DCS 20之一雙向通信。DCS 20亦與一燃料摻合比控制器70通信以調節管線品質燃料與非管線品質燃料之比(供用於輪機內之後續消耗)。該系統亦可用於調節關於液體燃料而操作之輪機之其他燃料之摻合，諸如一海用應用或餾出物經點火發電應用中之一輪機。作為本發明之部分，在燃料摻合比控制器70與調整控制器10之間存在經由DCS 20之通信。出於本發明之目的，「管線品質」及「非管線品質」燃料或燃料應用於指代具有不同特性(諸如價格、精煉之位準或可影響偏好一種燃料而非另一種燃料之決策之其他 特性)之第一及第二類型之燃料。
圖2展示類似於圖1之一系統之一替代實施例之一通信圖，惟自通信網路移除DCS 20。在此設置中，調整控制器10直接與所有其他裝置/控制器(30、40、50、60及/或70)通信。出於本申請案之目的，將藉助如圖1中所判定之通信佈局來闡述該調整程序；然而，下文所闡述調整程序亦可適用於圖2中所識別之通信示意圖。
圖3展示類似於圖2之一系統之一第二替代實施例之一通信圖，惟自通信網路移除DCS 20。在此設置中，輪機控制器30直接與所有其他裝置/控制器(10、40、50、60及/或70)通信。出於本申請案之目的，將藉助如圖1中所判定之通信佈局來闡述該調整程序；然而，下文所闡述調整程序亦可適用於圖3中所識別之通信示意圖。
可至少每分鐘數次地收集來自輪機之相關操作資料。此資料收集頻率允許接近即時系統調整。大部分相關輪機操作資料由調整控制器接近即時地收集。然而，輪機廢氣排放資料通常由調整控制器10自CEMS 40接收，其中距當前操作條件具有一2至8分鐘時滯。此時滯使調整控制器10在做出操作調整調節之前接收並緩衝相關資訊達一類似時滯之需要成為必需。調整調節時滯之此調整控制器10確保所有操作(包含廢氣排放)資料表示在做出任何調節之前及之後的一穩定輪機操作。一旦資料被認為穩定，調整控制器10便判定是否存在調節操作控制元素之一需要以使調整參數在可接受範圍中。下文將進一步詳細闡述用於判定是否需要任何調整調節之程序。若不需要調節，則調整控制器10維持當前調整且等待接收下一資料集。若期望改變，則調整開始。
在其中校正輪機之操作條件不需要調整調節之一情況中，且若輪機之關鍵操作特性(例如，廢氣排放及燃燒器動力學特性)中存在充分邊限，則調整控制器10可將一命令直接發送至燃料比控制器70(如 圖2中所展示)，或另一選擇為，透過DCS 20發送至燃料比控制器70(如圖1中所展示)，以增加非管線品質燃料與管線品質燃料之比或替代燃料(諸如餾出物)。如本文中所使用，控制元素或操作控制元素係可由調整控制器10操縱以產生一輪機之操作參數之一改變之控制輸入。此等元素可與輪機控制器10一起駐存於電廠分散式控制系統(DCS)內或駐存於控制至輪機中之輸入之性質(諸如燃料溫度)之一外部控制器內。操作控制元素之實例包含燃燒器燃料分股、輪機燃料/空氣比及入口溫度。
在調整控制器10內執行輪機調整所需之所有判定。調整操作基於一指示符而開始，諸如藉由接收預設定操作準則之可接受極限外之操作資料而形成之一「警報」條件。為使調整操作被起始，警報-且因此操作參數資料異常-必須持續達一預定時間週期。
一調整調節之一項實例係變化燃料噴嘴壓力比以調節燃燒動力學特性。在要求較高點火溫度以達成較大火焰溫度及效率之情況下，輪機燃燒器在一既定燃燒器體積中必須釋放較多能量。較佳廢氣排放通常藉由增加燃燒反應區帶之上游之燃料與空氣之混合速率而達成。該經增加混合速率通常藉由增加燃料噴嘴排出處之壓降而達成。當在燃燒器中增加混合速率時，由燃燒產生之湍流通常導致燃燒器內之噪音且可導致聲波之產生。通常，在燃燒火焰之音波與燃燒器體積或燃料系統自身之聲響特性相耦合時導致聲波。
聲波可影響室中之內部壓力。在接近一燃料噴嘴之一燃燒室內部之燃燒器壓力上升之情況下，燃料流動穿過噴嘴之速率及隨附壓降降低。另一選擇為，接近噴嘴之壓力之一降低將導致燃料流量之一增加。在其中一燃料噴嘴壓降允許燃料流量振盪之情形中，一燃燒器可經歷經放大壓力振盪。為對抗燃燒器內之壓力振盪，監視燃燒動力學特性且可修改燃料空氣比及燃料噴嘴壓力比以減小或消除燃燒器壓力 之不期望變化，藉此糾正一警報情況或使燃燒系統返回至燃燒動力學特性之一可接受位準。
如圖4中所展示，自CDMS 50、CEMS 40、燃料溫度控制器60所接收之資料及來自輪機控制器30之其他相關輪機操作參數可透過DCS 20引導至調整控制器10。然後，比較此等輸入值與輪機之標準或目標操作資料。所儲存操作標準至少部分基於以調整警報位準之形式之輪機之操作優先級設定，如下文將更詳細地闡述。該等優先級設定由調整控制器10之主使用者介面12上之使用者選定輸入來定義，如圖5中以圖表方式所展示。基於該等優先級設定，由透過DCS 20所連接之輪機控制器10對輪機之操作做出一系列調整。該等調整被引導至控制構件，包含燃料加熱單元60、燃料摻合比控制器70及輪機控制器30之各種其他操作元件。
除調節上文所闡述之調整參數之外，輪機控制器亦將判定在操作標準當中是否存在充分邊限以調節燃料摻合比。通常，如下文進一步詳細闡述，若發現系統良好地在調整極限內，則將增加非管線品質燃料量，且若啟動調整警報，則將增加管線品質燃料量。
圖5中所展示之介面顯示器12係終端使用者將操作以判定調整警報位準之主使用者介面顯示器。介面12由開關(每一開關具有一接通/關斷指示)構成。此等開關允許使用者規定輪機之操作之所期望調整優先級。在所展示之實施例中，所切換操作優先級包含最佳NOx排放14、最佳功率16、最佳燃燒器動力學特性18及最佳燃料摻合比19。此等開關中之每一者由使用者設定以調整輪機之較佳操作。將開關自「關斷」切換至「接通」操作以改變每一參數之警報極限。調整控制器10內具有基於由開關所設定之優先級來修改輪機內之操作之功能。該等優先級亦可為除使用者選定優先級之外的透過經組態以執行所需邏輯操作之硬體而實施之受控邏輯。舉例而言，在此處所闡述之實施 例中，若最佳NOx排放開關14及最佳功率開關16兩者皆設定為「接通」，則控制器10將以最佳NOx模式而非最佳功率運行。因此，為以最佳功率模式運行，最佳NOx排放開關14必須為「關斷」。在所展示之實施例中，若最佳NOx 14在關斷位置中，則可僅選擇最佳功率16。可在任何時間選擇最佳動力學特性18。最佳燃料摻合比19開關可在該等開關中之任何開關為「接通」時為「接通」且將疊加其他操作參數。明確地注意到，可使用其他使用者介面雙態切換開關(未展示)，包含諸如最佳廢熱率、最佳CO排放、最佳廢熱回收蒸汽產生器(HRSG)壽命、最佳燃氣輪機調節比能力等參數。
圖6展示介面顯示器開關之相互聯繫之一圖表表示。如所展示，切換一個參數「接通」將更改對與其「關斷」位準不同之一位準之警報極限。在圖6中所展示之實例中，警報極限展示為在「接通」位置中及在「關斷」位置中具有最佳NOx及最佳功率兩者。然後，藉由選擇「接通」或「關斷」位置中之最佳動力學特性(通篇由符號δ表示)來修改圖表上之此等點。圖6之圖表上所展示之點表示基於使用者之選定操作優先級之動力學特性之極限之一例示性設定。
啟動圖4之最佳燃料摻合比開關19將不影響控制器之總體調整參數。而是，啟動最佳燃料摻合比開關19將在由其他開關14、16、18所賦予之極限之基礎上疊加為第二組可允許極限。第二組極限係基於由最佳NOx、功率及動力學特性所設定之現有極限，但在此等極限內提供一操作包絡。若輪機正在藉由啟動最佳燃料摻合比開關19所設定之極限內操作，則控制器10將調節燃料摻合比以增加非管線品質燃料量。相反地，若輪機正在藉由啟動最佳燃料摻合比開關19所設定之極限外操作，則控制器將調節燃料摻合比以增加管線品質燃料量。在關於圖4所闡述之正常調整進展狀態期間完成對燃料摻合比之調節。
圖4展示調整控制器10內做出之判定及計算之邏輯流程之一表 示。調整控制器10透過輪機控制器30接收輪機之實際操作參數、透過CDMS 50接收燃燒器動力學特性及透過CEMS 40接收輪機廢氣排放。此感測器資料直接自上文所提及之元件40、50及60引導至調整控制器10或透過DCS 20引導至調整控制器10。比較所接收感測器資料與所儲存操作標準以判定輪機操作是否符合所期望設定。該等操作標準以警報位準之形式儲存於調整控制器10中，其中輪機之正常操作將返回在針對每一參數所設定之高警報位準與低警報位準之間的彼參數之操作資料。該等操作標準之警報位準係基於由調整控制器10之主使用者介面顯示器12上之使用者開關14、16、18、19所定義之輪機之預設定操作優先級，如上文關於圖5所論述。
基於預設定操作優先級，編碼至調整控制器10中之一硬編碼階層式布林邏輯方法判定基於操作優先級之支配性調整準則。依據此邏輯選擇，調整控制器10實施一固定遞增調節值以用於在一最大調整範圍(例如，高值及低值)內改變輪機之一操作參數。該等調整改變在一預定時間增量內沿一個一致預定方向做出且取決於當時之支配性調整準則。預期，不做出用以判定調整調節之方向、量值及間距之即時公式化或功能性計算；而是，遞增調節之量值、調節之方向、調節之間的時間跨度及針對每一控制元素之調節之最大範圍儲存於調整控制器10中且基於所返回之警報及使用者之操作優先級而選擇。此準則較佳作為調整控制約束儲存於調整控制器10中且可如使用者所期望隨時間進行修改。
如圖4中所展示，調整控制器10藉由比較分別自CDMS 50及CEMS 40所接收之操作參數與調整控制器10中所保存之操作標準及警報位準來判定排放是否合規100及燃燒器動力學特性是否在可接受位準下102，如上文所論述。若兩者皆合規所設定操作標準，則不採取進一步校正動作且調整控制器10等待來自CEMS 40或CDMS 50之下一 資料集或者等待來自輪機控制器30之其他操作資料。若自CEMS 40或CDMS 50所接收之資料不符合操作標準，亦即，高於或低於警報位準，如圖4之步驟104之情形，則調整操作移動至首先判定支配性調整關注點106之下一調整步驟。輪機操作之邏輯調節由支配性調整準則106來定義，此至少部分基於使用者介面12內所設定之預設定操作優先級，如下文關於圖10將論述。
一旦判定支配性調整關注點，調整控制器10便將試圖校正操作參數以確保該等位準在儲存於調整控制器10中之操作標準內。在一較佳操作中，為校正一調整問題，調整控制器10將首先試圖遞增地改變輪機燃燒器燃料分股108。對於燃用液體燃料之一機器，藉由霧化空氣壓力調節及燃料流量來替代燃料分股。燃料分股判定至每一燃燒器中之燃料噴嘴之燃料流量之分配。若調節燃料分股108未解決調整問題且未將操作參數資料置回而符合操作標準，則執行對一操作控制元素之一進一步調節。在所展示之實例中，下一遞增調節可係燃料溫度設定點之一改變。在此調節步驟中，調整控制器10將一經修改燃料入口溫度信號發送至經引導至燃料加熱單元60之DCS 20。
在步驟108中採取遞增步驟之後，在步驟110處，做出一檢查以查看燃燒器燃料分股及/或燃料入口溫度之修改是否解決調整問題。若需要進一步調整校正，則調整控制器10然後將更改總體燃料/空氣比112。此方法在預定時間量內利用固定遞增改變對輪機熱循環做出改變。修改燃料/空氣比112之此步驟意欲根據輪機操作之預定標準控制曲線藉由調節空氣與燃料比來調節(調高或調低)排氣溫度，該等預定標準控制曲線維持在調整控制器10之記憶體內。
若對輪機之總體燃料/空氣比所做出之改變未解決調整問題114，則調整控制器10將調節燃料摻合比116。通常，若一警報條件需要調整，則將相對於非管線品質燃料量遞增地增加管線品質燃料量。
另外，若輪機之關鍵操作參數中存在充分邊限118且最佳燃料摻合比雙態切換開關19為「接通」，則調整控制器10將把一命令發送至燃料摻合比控制器70以增加非管線品質燃料與管線品質燃料之比。基於系統之其他操作參數(諸如NOx、動力學特性或功率)來判定用於判定是否可做出或是否需要一燃料摻合調節之邊限118。在一較佳實施例中，邊限118表示針對系統之其他操作參數(諸如NOx、動力學特性或功率)所判定之操作包絡內之一緩衝區或第二組極限。因此，若系統之操作狀態在此第二組極限內，則燃料摻合比控制器70將調節燃料摻合比116以增加非管線品質燃料量。相反地，若系統在可允許極限外，則將增加管線品質燃料之比。在其中將非管線品質燃料饋送至輪機且由於(諸如)來自NOx、高或低動力學特性或功率之一警報而發生調整事件之一情況中，取決於警報之類型及使用者之操作偏好，可降低非管線品質燃料之比或可調節其他參數。
在本發明中，通信之正常模式利用由調整控制器10引導的意欲用於一既定控制元素之控制信號來提供調整改變，該等控制信號係透過DCS 20饋送至輪機控制器30、燃料溫度控制器60及/或燃料摻合比控制器70。然而，該等控制信號亦可在不使用DCS 20之情況下直接通信至輪機控制器30等。此等調節直接實施於系統內之各種控制器構件內或透過輪機控制器30而實施。當操作資料返回至所期望操作標準時，調整設定由調整控制器10保持在適當位置直至因自感測器構件40、50、60所接收之不符合資料而產生一警報。
自調整控制器10發送至輪機控制器30或相關聯控制器構件(30、60、70)之遞增調節之量值較佳係固定的。因此，該等調節不用新資料來重新計算或最佳化至一模型化值或目標。該等調節係由預選操作邊界限界之一「開環」之部分。一旦開始，該等調節便遞增地移動至預設定最大量或一所規定範圍內之最大量，除非一中間調節使操作資 料符合操作標準。在大部分情況下，當完成一個操作控制元素之可用調節之全遞增範圍時，調整控制器10繼續移動至由預設定操作優先級所定義之下一操作控制元素。調整控制器10之邏輯在一逐步基礎上驅動操作控制元素之調節，其中針對每一控制元素之調節之遞增步驟儲存於調整控制器10之記憶體內。
調整控制器10較佳一次處理一個操作控制元素。舉例而言，支配性調整準則106決定欲做出之第一調節。欲調節操作控制元素之次序不係固定的且將基於操作參數及輸入(諸如支配性調整準則106)而變化。在上文所論述之較佳實例中，在步驟108中，首先調節燃料分配/分股控制元素。如圖4中所指示，在此步驟期間，首先處理燃料迴路1之燃料分股-燃燒器中之中心噴嘴，後續接著燃料迴路2之分股-燃燒器中之外噴嘴。此系統亦可適用於不包含以一筒環形組態之一中心噴嘴但含有若干燃料迴路之其他燃燒輪機組態。類似地，此系統可適用於具有一個以上燃料迴路之一環形燃燒組態或具有一單個燃料迴路及變化燃料與空氣比之能力之一液體燃料系統。
應注意，燃料迴路1及2之應用本質上係普遍的且可適用於任何特定燃燒系統內之特定硬體組態。因此，此調整方法適用於具有多個燃料源之任何燃燒系統，不管該燃燒系統具有僅一個燃料分股、兩個燃料分股、兩個以上燃料分股還是不具有燃料分股。若燃燒系統具有僅一個有用燃料分股，則將此第二調整步驟或調節燃料迴路2留於調整演算法內；而非遺棄在原處。若燃燒系統具有兩個以上燃料分股，則利用2個最有效燃料分股「旋鈕」。若燃燒系統不具有燃料迴路但具有多個燃料源，則每一源之燃料量為可控制。
當需要時，燃料燃氣入口溫度調節通常緊接在燃料分股調節後。在每一步驟內，存在一遞增調節，後續接著一時滯以准許經調節輪機操作穩定化。在時滯之後，若由調整控制器10所分析之當前操作 資料指示輪機操作仍保持在操作標準外，則做出步驟內之下一遞增調節。針對每一步驟重複此型樣。在大部分情況下，僅當完成一個調節步驟時，調整控制器才繼續移動至下一操作控制元素。
當需要時，入口溫度調節通常緊接在燃料分股調節後。在每一步驟內，存在一遞增調節，後續接著一時滯以准許經調節輪機操作穩定化。在時滯之後，若由調整控制器10所分析之當前操作資料指示輪機操作仍保持在操作標準外，則做出下一遞增調節。針對每一步驟重複此型樣。在大部分情況下，僅當完成一個調節步驟時，調整控制器才繼續移動至下一操作控制元素。如上文所提及，若關鍵輪機操作特性擁有充分操作邊限(對照警報條件)118，則存在一更動控制環路，藉此調整控制器10將直接增加非管線品質燃料摻合比(透過燃料摻合比控制器70)。此更動控制環路之控制方法等同於上文針對燃料分股及輪機燃料空氣比所提及之方法-在一預定義時間量中以一預定義方向、一預定義量做出一改變。類比地，一燃用液體燃料之機器可調節具有不同熱物理性質之兩種燃料流之比或針對一個燃料源或者一較低或較高燃料源最佳化達一延長之操作週期。
調整控制器10較佳控制燃燒操作以維持周圍溫度、濕度及壓力之可變條件中之適當調整，所有可變條件隨時間而變化且對輪機操作具有一顯著影響。調整控制器10在燃料組合物之變化期間亦可維持輪機之調整。燃料組合物之變化可導致廢熱釋放之一改變，此可導致不可接受排放、不穩定燃燒或甚至熄火。在此事件中，調整控制器10將間接透過燃料摻合比116之改變來調節進入輪機之燃料組合物。調整控制器亦可用於補充燃料組合物之此調節以調整操作控制元素(諸如燃料分配、燃料入口溫度及/或輪機燃料/空氣比)以處理對燃燒輸出及排出之影響。在每一情形中，若最佳燃料摻合比開關19為「接通」且條件之變化導致輪機之操作在操作極限內，則將相對於管線品質燃料 量增加非管線品質燃料量。相反地，若操作條件之變化導致輪機操作在預設定極限外或發生一警報條件，則將增加管線品質燃料之比。
在其他調整情景中，涵蓋調節之一替代次序。舉例而言，若支配性操作優先級為最佳NOx排放(諸如選定使用圖2之開關14)，則可跳過燃料溫度調節，直接進行至操作控制曲線以調節燃料/空氣比。然而，若動力學特性為操作優先級(且最佳NOx排放開關14為「關斷」)，則可在進行至操作控制曲線之前執行遞增燃料溫度調節。另一選擇為，可基於一使用者之優先級完全避開根據操作燃料空氣比控制曲線對控制元素做出調節之步驟。
圖7提供詳述用於判定支配性調整關注點106(如圖4中所包含)之框架之一示意圖。下文關於圖8將闡述未來步驟。首先，由調整控制器10自CEMS 40及CDMS 50接收相關排放參數120及燃燒器動力學特性122，如上文所詳述。然後比較相關排放參數120及燃燒器動力學特性122與亦提供至調整控制器10之可允許調整極限124。該等可允許調整極限以可使用圖3之調整介面12來調節及根據下文關於圖6及圖7所陳述之邏輯來判定之預設定範圍之形式。此比較之輸出係各種調整關注點之一系列「真」警報126，其中若所感測操作資料120、122高於或低於調整極限124中所陳述之一既定警報範圍，則指示一警報條件。在最佳燃料摻合比開關19為「接通」之事件中，亦將作為步驟124之部分來提供針對排放、動力學特性及功率之可允許調整極限。同樣地，若存在用於增加燃料摻合比之充分操作邊限，則將存在一「真」條件，如步驟118中所展示。在步驟116中，將作為圖4中所展示之調整程序之部分來調節燃料摻合比。
警報條件可具有一個以上位準或等級。舉例而言，可存在一警報之變化嚴重性程度，諸如：高「H」；高-高「HH」；高-高-高「HHH」及低「L」；低-低「L」；低-低-低「LLL」。在步驟130中， 隨後根據其重要性位準(例如，高-高「HH」警報比高「H」警報重要等)來將「真」邏輯警報126分級。若一個以上調整關注點共用相同位準，則然後將根據使用者偏好來將調整關注點分級，如下文關於圖10所陳述。若出現僅一個「真」警報，則將選擇此警報並將其用作支配性調整關注點106以起始圖2中所陳述之調整程序。然而，將透過使用者所判定準則來處理圖7之程序之結果(即經分級「真」警報130)，如圖8中所展示，之後確認一支配性調整關注點106。
在圖8中，一流程圖經提供以闡釋如何判定可允許調整極限124。一旦經判定，便比較調整極限124與操作資料120、122，如上文所陳述及圖7中所展示。首先，利用一內部階層來彼此比較對應於圖5之介面顯示器12中之彼等使用者介面雙態切換開關之使用者介面雙態切換開關14、16、18、19以允許通過關於大部分顯著雙態切換開關之警報約束。因此，取決於哪些開關在「接通」位置中，可允許調整極限124中將包含不同調整極限。取決於對應雙態切換開關14、16、18、19是在「接通」還是「關斷」位置中，最佳NOx、最佳功率及最佳動力學特性中之每一者具有預設定極限之一集合(由圖8中之編號134、136及138所表示)。當雙態切換開關皆不在「接通」位置中時，亦存在欲使用之預設極限140之一內部設定。
內部階層將判定在競爭性雙態切換開關14、16、18或19在「接通」位置中之情況中哪些調整極限應獲得優先性。在本實例中，階層將最佳NOx分級在最佳功率之上。最佳動力學特性可在任何時間被選擇且將僅更改給出之其他選擇之調整極限，諸如圖4中所展示。若最佳NOx 14及最佳功率16兩者皆在「接通」位置中，則將使用最佳NOx 134之調整極限。另外，若啟動此雙態切換開關18，則利用最佳動力學特性138之調整極限。若使用者介面雙態切換開關14、16、18、19皆不作用，則預設調整極限140經提供為可允許調整極限124。可用於 構造調整控制器10之可允許調整極限之所有調整極限134、136、138及140可由終端使用者及程式員來開發且然後較佳針對一既定應用硬編碼至調整控制器10中。圖7中所概述之方法意欲提供用於併入若干不同使用者介面雙態切換開關(諸如上文關於圖5所陳述之彼等選項)之一例示性框架，藉此在本發明中僅特定概述一子組。
用於判定燃料摻合比之一增加是否為可允許之可允許調整極限將基於以系統之其他操作參數(諸如NOx、動力學特性或功率)為基礎之選定調整極限。因此，取決於針對其他參數之極限之內容，燃料摻合調整極限160將被建立且與輪機之操作條件進行比較以判定是否需要一燃料摻合比調節。
圖9展示既定用於判定系統之可允許調整極限之一子組之圖7之流程圖之一特定實例。在此實例中，將基於預設定調整極限及使用者之偏好來判定針對高NOx、高高NOx、高1級δP's、高2級δP's之調整極限。針對最佳NOx 134、最佳功率136、最佳動力學特性138及無最佳設定140而提供之各種例示性調整極限被賦予對應數值(方塊152、154、156及158中分別所展示)。變化既定用於每一準則之對應數值，以使得取決於選擇哪些雙態切換開關14、16、18或19，可允許極限124將不同。以實例方式，最佳NOx 134、152及最佳功率136、154給出NOx之極限，但亦在未選擇最佳動力學特性138、156之情況中提供欲使用之動力學特性之極限。然而，在選擇最佳動力學特性雙態切換18之情況中，應代替相對於最佳NOx 134、152及最佳功率136、154所列出之值而使用因此所提供之1級δP's及2級δP's值156。
如上文關於圖8所闡述，基於系統之其他操作參數(諸如NOx、動力學特性或功率)來判定燃料摻合比極限160。此處，方塊162中陳述用於判定非管線品質燃料之比之一增加是否之特定極限。針對高及低NOx之極限係基於作為最佳NOx開關14及最佳動力學特性開關18為 「接通」之結果而陳述之其他極限。因此，162處所展示之燃料摻合極限在由系統之其他操作參數所判定之操作包絡內。
在此特定實例中，選擇針對最佳NOx 14及最佳動力學特性18之雙態切換開關，其中針對最佳功率16之開關處於「關斷」位置中。因此，提供針對高NOx及高高NOx 152之最佳NOx之值。此外，由於亦選擇最佳動力學特性18，因此高1級δP's及高2級δP's 138、156之動力學特性值替換相對於最佳NOx 134、152所提供之彼等δP's值。因此，提供可允許調整極限124，如方塊164中所展示。此等可允許調整極限124對應於圖4中所使用之彼等可允許調整極限(如上文所闡述)，以判定來自CEMS 40及CDMS 50之資訊是處於一警報狀態還是正常操作。
圖10展示併入有一使用者之優先級及經接收以用於判定支配性調整關注點106之「真」警報條件之程序之一示意圖。此調整關注點106決定輪機控制器10執行之所有輪機操作改變，如圖4中所展示。
首先，對所有可能支配性調整問題142做出一判定。此等可能支配性調整問題包含但不限於：燃燒器熄火、CO排放、NOx排放、1級燃燒器動力學特性(1級δP's)、2級燃燒器動力學特性(2級δP's)。可能支配性調整問題142之清單由使用者及程式員來判定且可基於若干因素或操作準則。以實例方式，1級及2級燃燒器動力學特性δP's指代在特定聲頻範圍內發生之燃燒動力學特性，藉此該頻率範圍在1級與2級之間係不同的。實際上，諸多燃燒系統可擁有對應於1級及2級之不同聲學諧振頻率，且可利用針對每一不同輪機及/或燃燒器配置之不同輪機操作參數改變來減輕此等2個動力學特性級中之變化。亦應注意，某些燃燒系統可不具有可調整之燃燒器動力學特性之「級」(頻率範圍)、具有1個、2個或大於2個不同「級」(頻率範圍)。本發明利用藉此提及2個不同燃燒器動力學特性級之一系統。然而，本發明完全意欲可廣泛應用於任何數目個相異動力學特性頻率級(自0至大於2 個)。
在判定可能支配性調整問題142之後，根據終端使用者之需要以及每一調整關注點對環境及/或輪機性能可具有之有害效應將此等問題按重要性144之次序分級。每一可能支配性調整關注點之相對重要性可不同於每一終端使用者，且針對每一燃燒器配置而不同。舉例而言，某些燃燒系統將演示對燃燒器動力學特性之一極端敏感度，以使得正常日常操作參數變化可致使一正常良性動力學特性調整關注點在一極短時間量中變為惡性。在此情形中，支配性動力學特性調整關注點中之一者或兩者(1級及2級)可提升至優先級1(最重要)。以圖7之實例之方式，燃燒器熄火被列為最重要支配性調整關注點144。此分級用於在存在具有相等位準之嚴重性之多個警報之情況中判定支配性調整關注點。支配性調整關注點144之此分級(自最重要至最不重要)提供其中形成特定布林邏輯階層148之總體框架。舉例而言，假定1級及2級δP's燃燒器動力學特性相對於系統操作參數中之微擾遵從單調行為，一高-高「HH」2級δP's警報可比高「H」1級δP's警報重要。另外，在圖8中針對布林邏輯階層148給出之實例中，高「H」NOx排放比高「H」2級動力學特性重要。此意指若高「H」NOx及高「H」2級動力學特性兩者皆「在警報中」(邏輯=真)，則在不存在為「真」之其他警報之情況下，自動調整系統將針對高「H」NOx進行調整，此乃因高「H」NOx係支配性調整關注點。最後，可瞭解，熄火分級在NOx排放之上且熄火及NOx排放兩者皆分級在1級δP's之上。因此，若存在針對所有三種類別而返回之高「H」警報，則熄火將為支配性調整關注點，後續接著NOx排放且然後1級δP's。此布林邏輯階層148將係與藉由比較可允許調整極限124與操作資料120、122而返回之「真」警報130(如上文關於圖5所陳述)進行比較之內容。
所有「真」調整警報130經提供為按嚴重性分級(例如，HHH高於 HH等)。然後，在步驟150中，比較「真」調整警報130與硬編碼布林邏輯階層148，以判定哪一調整將成為「真」支配性調整關注點106。當此一個「真」支配性調整關注點106藉由操作改變而減輕時，支配性調整關注點106現成為自動調整演算法之其餘部分，如圖2中所詳述。
圖11至圖15提供繪示布林邏輯階層在實務上如何工作之自動調整系統介面之例示性圖表表示。圖11展示連同上文關於圖10所陳述之實例一起返回之警報。即，警報針對處於H 162、HH 164及HHH 166之位準之2級δP's而返回。另外，針對NOx 168及1級δP's 170之警報在H位準下返回。由於較極端位準勝過處於相同位準之不同警報之衝突，因此HHH 2級δP's為優先級且因此為支配性調整關注點172。
圖12至圖14展示在圖10之使用者所定義階層144下之不同「真」警報位準之支配性調整關注點之各種其他實例。圖12展示所返回之處於HH位準之一NOx警報，其中不具有此嚴重性之其他警報。因此，高NOx係支配性調整關注點。圖13展示作為僅警報條件之處於一H位準之一1級δP's，因此使得1級δP's為支配性調整關注點。最後，圖14展示2級δP's及熄火兩者皆在H位準下返回警報。參考圖8中之支配性調整問題144之使用者分級，熄火經分級為在2級δP's之上之一優先級，且因此，儘管警報之嚴重性相等，但熄火成為支配性調整關注點。
圖15展示在可需要燃料摻合比之一增加時之一操作實例。在此情形中，不存在調整極限警報，諸如圖11至圖14中所展示之彼等調整極限警報。因此，系統正在操作包絡內操作。因此，系統正在其中可增加非管線品質燃料量之操作極限內操作，諸如圖9之方塊162中所展示之彼等操作極限。在此一情形中，系統將指示需要燃料摻合比之一增加。
在圖16至圖19中，展示基於來自一運行輪機系統之操作資料之本發明之一調整控制器之一調整操作之操作結果之各種實例。在圖16中，支配性調整關注點為高2級δP's，且當燃燒器動力學特性移動至最佳動力學特性之所設定操作優先級外時，應對於所產生之一高2級δP's警報而做出燃燒器燃料分股E1之一改變。由輪機控制器10自(舉例而言)CDMS 50所接收之實際燃燒器動力學特性資料在圖表中指定為200。燃燒器動力學特性之移動平均值在圖表中識別為202。當燃燒器動力學特性超過動力學特性警報極限值204達一所設定時間週期TA時，一警報自調整控制器內發出。此警報導致第一事件E1及燃燒器燃料分股調整參數206之一所得遞增調節。如所圖解說明，燃料分股中之遞增增加導致燃燒器動力學特性200中之一對應降低，其中平均燃燒器動力學特性202降低低於動力學特性警報極限204。隨時間繼續，該調整由調整控制器保持且平均燃燒器動力學特性202使其操作位置維持低於動力學特性極限204。因此，不需要進一步調節或發出警報。
在圖17中，調整準則為NOx排放。當自調整控制器接收NOx排放資料210時，在經過時間TA之後產生一警報。該警報由NOx排放210超過操作標準或調整極限212而導致。該警報啟動導致燃料分股214中之一遞增增加之一第一事件E1。在自第一事件E1起之一時間週期TB之後，NOx警報仍由於NOx排放210超過預設定調整極限212而啟動。時間TB之後的此持續警報導致一第二事件E2及燃料分股值214中之一第二遞增增加。此第二增加在量值上等於第一遞增增加。第二事件E2致使NOx排放位準210在審查時間週期內降低低於預設定極限212且停止警報。當NOx排放210保持低於極限212時，保持燃料分股214調整且輪機之操作藉助經定義操作參數而繼續。
在圖18中，調整準則在警報由調整控制器所接收之一低讀數而 形成之情況下再次為NOx排放。如所展示，定義NOx調整極限220。在自接收NOx位準資料222起經過所設定時間週期TA後，旋即產生警報且發生一第一事件E1。在第一事件E1處，向下遞增調節燃料分股位準224。在自事件E1起設定經過時間TB之後，額外NOx排放資料222被接收且與預設定警報位準220進行比較。由於NOx仍低於警報位準220，因此發生一第二事件E2，導致燃料分股值224之一進一步遞增減少。發生自事件E2起進一步經過時間TC且接收額外資料。再次，NOx資料212為低，從而維持警報並導致一進一步事件E3。在事件E3處，再次按相同遞增量減少燃料分股值224。此第三遞增調節導致上升高於預設定極限220之NOx排放222且導致警報之移除。事件E3之後設定之燃料分股224調整值由調整控制器10保持在適當位置。
在圖19中，由調整控制器10所接收之NOx排放資料230再次沿較低排放極限232追蹤。在第一調整事件E1處，遞增地降低燃料分股值234以導致在下限232內之NOx排放230之一對應增加。在此第一遞增調節之後，在一時間週期內之NOx排放保持高於極限232且然後再次開始下降。在第二調整事件E2處，再次藉由所指定固定遞增值來調節燃料分股值234。然後，此第二調節將燃料分股值234放置在可允許值(經判定為調整控制器10內之一硬編碼極限)之預設定範圍內之其所定義最小值處。由於達到此極限，因此調整操作移動至通常為第二燃料迴路調節之下一操作參數。在所提供之實例中，此第二迴路值(未展示)已在其所設定最大值/最小值處且因此未調節。因此，調整操作繼續移動至下一操作參數，即負載控制曲線236。如所展示，在事件E2處，在負載控制曲線值236中做出一遞增調節。負載控制曲線值236之增加導致至高於最小值232之一值之NOx排放230之一對應增加且移除警報。在移除警報後，旋即保持調整設定且不做出進一步調節。然後，調整控制器10繼續進行至透過DCS自感測器構件接收資料且繼續 與所設定操作標準(包含最小NOx排放極限EL)做出比較。
圖20及圖21係所涵蓋本發明內之調整控制器之操作之典型示意性表示。輪機之操作由輪機之排放輸出(NOx及CO兩者)、輪機動力學特性及火焰穩定性來定義。在圖19中，一經調整系統由操作稜形之中心中之一較佳操作包絡來定義。此較佳操作包絡通常基於輪機系統之一優先啟動或操作而手動設定。然而，輪機系統內之氣候改變(熱及冷兩者)及機械改變導致操作稜形內之一偏移。因此，期望一調整以在較佳範圍內維持輪機操作。
圖20亦提供其中可准許非管線品質燃料量之一增加之可允許操作空間280之一實例性影像。如上文所闡述，此操作空間在由可允許調整極限所定義之範圍內。
在圖21中，在操作稜形內設定一經定義緩衝區/邊限132以充當較佳操作包絡外之輪機操作之一偏移之一警告。一旦所感測操作值中之一者達到所定義緩衝區線或極限，便產生一警報，導致一調整事件。基於偏移之方向，調整控制器形成一預設定反應以滿足調整需要之規範。此預設定反應係作為用於將輪機操作包絡移動回至所期望範圍中且遠離緩衝區極限之一手段之輪機之一操作參數之一經定義遞增移位。圖20及圖21上亦展示藉由選擇總體輪機燃燒器操作包絡內之圖5之使用者介面顯示器12之最佳NOx 14、最佳功率16及最佳燃燒器動力學特性18雙態切換開關而採用之操作空間之表示。應注意，圖20未展示最佳燃料摻合比19最佳化模式之一圖片表示。此操作模式在不具有朝向操作之任何邊緣之明顯偏置之情況下疊加於整個燃燒操作包絡之「頂部上」，且因此，未展示。應注意，每一參數可具有一個以上警報，諸如高「H」；高-高「HH」及高-高-高「HHH」。此等警報可圍繞經展示以警示操作者輪機操作將多靠近所期望操作極限外之稜形而順序地定位。
已關於若干本發明之例示性實施例闡述及圖解說明本發明。熟習此項技術者自前述內容應理解，在不背離本發明之精神及範疇之情況下，其中可做出各種其他改變、省略及添加，其中下述申請專利範圍闡述本發明之範疇。
10‧‧‧調整控制器/輪機控制器/控制器
20‧‧‧分散式控制系統
30‧‧‧輪機控制器/控制器/相關聯控制器構件
40‧‧‧連續排放監視系統/控制器/元件/感測器構件
50‧‧‧連續動力學特性監視系統/控制器/元件/感測器構件
60‧‧‧控制器/燃料加熱控制器/燃料加熱單元/燃料溫度控制器/元件/感測器構件/相關聯控制器構件
70‧‧‧燃料摻合比控制器/控制器/燃料比控制器/相關聯控制器構件

Claims (43)

  1. 一種用於透過自動修改一燃料燃氣比來自動控制一燃燒輪機燃料組合物之方法，其包括：提供一第一燃料源；提供一第二燃料源；以來自該第一源及該第二源之燃料之一摻合來將燃料供應至一燃燒輪機；規定一個或多個第一調整優先級，其中該規定包括選擇或取消選擇該一個或多個第一調整優先級或為該一個或多個第一調整優先級在一範圍中選擇一數值，且其中該規定操作以改變一第一組之預定操作極限；規定一個或多個第二調整優先級，其中該規定包括選擇或取消選擇該一個或多個第二調整優先級，且其中該一個或多個第二調整優先級之該規定操作以在該第一組之預定操作極限上疊加一第二組之預定操作極限；感測燃氣輪機之操作參數；判定該等操作參數是否在該第一組之預定操作極限或該第二組之預定操作極限內；及基於該等操作參數是否在該第二組之預定操作極限內來調節該第一燃料源及該第二燃料源之該摻合。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括：提供該等第一調整優先級之一階層；及基於該等第一調整優先級之該階層來設定該第一組之預定操作極限。
  3. 如請求項2之方法，其中提供該等第一調整優先級之一階層包 括：根據一終端使用者之偏好而將該等第一調整優先級分級。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括：做出該輪機之至少一個操作參數之遞增調節。
  5. 如請求項4之方法，其中做出該輪機之至少一個操作參數之遞增調節包括：做出該輪機之一或多個操作參數之遞增調節，其中該一或多個操作參數選自包括以下各項之群組：燃燒器之噴嘴內之燃燒器燃料分配分股、燃料燃氣入口溫度及該輪機內之燃料/空氣比。
  6. 如請求項1之方法，其中調節該等第一燃料源與該第二燃料源之該比之步驟包括：做出該輪機之至少一個操作參數之遞增調節。
  7. 如請求項1之方法，進一步包括若該等操作參數不在該第一組之預定操作極限或該第二組之預定操作極限內，產生一個或多個指示符，其中基於該一或多個指示符之嚴重性來將該等指示符分級。
  8. 如請求項7之方法，其中基於該等第一調整優先級或該等第二調整優先級來將該一或多個指示符進一步分級，以使得基於該等調整優先級來將相同量值之指示符分級。
  9. 如請求項1之方法，其中調節該第一燃料源與該第二燃料源之該摻合包括：做出該輪機之一或多個操作參數中之該第一燃料源與第二燃料源之該比之遞增調節。
  10. 如請求項1之方法，其中根據用於該輪機之該等第一調整優先級來判定該第一組之預定操作極限，其中該等第一調整優先級包含選自包括以下各項之群組之一或多個：NOx位準、功率位準及燃燒動力學特性，且其中該等第二調整優先級包含燃料摻合比。
  11. 如請求項1之方法，其中該等操作參數定義規定該等操作極限之一操作包絡。
  12. 如請求項1之方法，其中該第一燃料源係管線品質燃料。
  13. 如請求項1之方法，其中該第二燃料源係非管線品質燃料。
  14. 如請求項1之方法，其中該摻合包括該第一燃料源之0-100%。
  15. 如請求項1之方法，其中該摻合包括該第二燃料源之0-100%。
  16. 如請求項1之方法，其中該摻合係該第一燃料源之反比。
  17. 如請求項1之方法，其中該摻合係該第二燃料源之反比。
  18. 如請求項1之方法，其中遞增地完成燃料摻合調節。
  19. 一種用於透過自動修改一燃料燃氣比來自動控制一燃氣輪機燃料組合物之調整系統，其包括：輪機之操作控制元素之操作輪機控制件，該等輪機控制件控制輪機燃料分配或燃料溫度中之至少一者，一調整控制器，其與該等控制件通信，該控制器經組態以根據以下各項來調整該輪機之操作：規定一個或多個第一調整優先級，其中該規定包括選擇或取消選擇該一個或多個第一調整優先級或為該一個或多個第一調整優先級在一範圍中選擇一數值，且其中該規定操作以改變一第一組之預定操作極限；規定一個或多個第二調整優先級，其中該規定包括選擇或取消選擇該一個或多個第二調整優先級，且其中該一個或多個第二調整優先級之該規定操作以在該第一組之預定操作極限上疊加一第二組之預定操作極限；接收關於該輪機之操作資料，提供該等第一調整優先級之一階層，判定所感測操作資料是否在該第一組之預定操作極限或該 第二組之預定操作極限內，且若該操作資料不在該第一組之預定操作極限或該第二組之預定操作極限內，則產生一或多個指示符，將該一或多個指示符分級以判定支配性調整關注點，及將燃料之一摻合提供至一位準摻合比控制器，該摻合具有來自一第一及第二燃料源比控制器中之至少一者之燃料，該燃料摻合比控制器基於該等操作參數是否在該第二組之預定操作極限內根據該摻合來調節該第一燃料源與該第二燃料源之比。
  20. 如請求項19之調整系統，其中調整該輪機之該操作包括：做出該輪機之至少一個操作控制元素之遞增調節。
  21. 如請求項19之調整系統，其進一步包括用於感測燃燒器動力學特性或輪機廢氣排放中之至少一者之至少一個感測器。
  22. 如請求項19之調整系統，其中該一或多個指示符係基於每一指示符之嚴重性而分級。
  23. 如請求項22之調整系統，其中該一或多個指示符係基於該等第一調整優先級而進一步分級，以使得相同量值之指示符係基於該等第一調整優先級而分級。
  24. 如請求項19之調整系統，其中提供該第一燃料源與該第二燃料源之該摻合包括：做出該輪機之一或多個操作參數中之該第一燃料源與第二燃料源之該比之遞增調節。
  25. 如請求項19之調整系統，其中基於支配性調整關注點來調整該輪機之該操作包括：做出該輪機之一或多個操作控制元素中之遞增調節，其中該一或多個操作控制元素選自包括以下各項之群組：燃燒器之噴嘴內之燃燒器燃料分配分股、燃料燃氣入口溫度及該輪機內之燃料/空氣比。
  26. 如請求項19之調整系統，其中該一或多個指示符包括指示該輪機之該操作資料在該輪機之可允許極限外之一或多個警報位準。
  27. 如請求項19之調整系統，其中用於輪機之該等第一調整優先級包含選自包括以下各項之群組之一或多個：NOx位準、功率位準及燃燒動力學特性，且其中該等第二調整優先級包含燃料摻合比。
  28. 如請求項19之調整系統，其中該調整控制器透過一分散式控制系統(DCS)與該等操作輪機控制件通信。
  29. 如請求項19之調整系統，其中該調整控制器直接與該輪機控制器通信。
  30. 如請求項19之調整系統，其中該第一燃料源係管線品質燃料。
  31. 如請求項19之調整系統，其中該第二燃料源係非管線品質燃料。
  32. 如請求項19之調整系統，其中該摻合包括該第一燃料源之0-100%。
  33. 如請求項19之調整系統，其中該摻合包括該第二燃料源之0-100%。
  34. 如請求項19之調整系統，其中該摻合係該第一燃料源之反比。
  35. 如請求項19之調整系統，其中該摻合係該第二燃料源之反比。
  36. 如請求項19之調整系統，其中燃料摻合調節係遞增地完成。
  37. 如請求項10之方法，其中該等第一調整優先級包含選自包括以下各項之群組之一或多個：廢熱率、CO位準、廢熱回收蒸汽產生器壽命、燃氣輪機燃料摻合比及調節比能力。
  38. 如請求項27之調整系統，其中該等第一調整優先級包含選自包括以下各項之群組之一或多個：廢熱率、CO位準、廢熱回收蒸 汽產生器壽命、燃氣輪機燃料摻合比及調節比能力。
  39. 一種用於透過自動修改一燃料燃氣比來自動控制一燃燒輪機燃料組合物之方法，其包括：提供一第一燃料源；提供一第二燃料源；以來自該第一源及該第二源之燃料之一摻合來將燃料供應至一燃燒輪機；規定一個或多個調整優先級，其中該規定包括選擇或取消選擇該一個或多個調整優先級或為該一個或多個調整優先級在一範圍中選擇一數值，且其中該規定操作以改變預定操作極限；感測該燃氣輪機之操作參數；判定該等操作參數是否在該等預定操作極限內；及基於該等操作參數是否在該等預定操作極限內來反應式調節該第一燃料源及該第二燃料源之該摻合。
  40. 如請求項10之方法，其中該功率位準及該燃料摻合調整優先級之該規定包含選擇或取消選擇該調整優先級，且其中該NOx位準或該燃燒動力學調整優先級之該規定包含在一範圍中選擇一數值。
  41. 如請求項27之調整系統，其中該功率位準及該燃料摻合調整優先級之該規定包含選擇或取消選擇該調整優先級，且其中該NOx位準或該燃燒動力學調整優先級之該規定包含在一範圍中選擇一數值。
  42. 如請求項10之方法，其中該功率位準及該燃料摻合調整優先級之該規定包含切換接通或切換關斷該調整優先級，且其中該NOx位準調整優先級或該燃燒動力學調整優先級之該規定包含在一範圍中選擇一數值。
  43. 如請求項27之調整系統，其中該功率位準及該燃料摻合調整優先級之該規定包含切換接通或切換關斷該調整優先級，且其中該NOx位準調整優先級或該燃燒動力學調整優先級之該規定包含在一範圍中選擇一數值。
TW102106081A 2012-02-22 2013-02-21 多個燃料燃氣輪機燃燒系統之自動調整 TWI516672B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261601871P 2012-02-22 2012-02-22
US13/542,222 US9267443B2 (en) 2009-05-08 2012-07-05 Automated tuning of gas turbine combustion systems
US13/767,920 US9354618B2 (en) 2009-05-08 2013-02-15 Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201344040A TW201344040A (zh) 2013-11-01
TWI516672B true TWI516672B (zh) 2016-01-11

Family

ID=47827438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102106081A TWI516672B (zh) 2012-02-22 2013-02-21 多個燃料燃氣輪機燃燒系統之自動調整

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TWI516672B (zh)
WO (1) WO2013126278A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20131539A1 (it) * 2013-09-18 2015-03-19 Ansaldo Energia Spa Metodo per il controllo di emissioni di un impianto a turbina a gas e impianto a turbina a gas
US10393712B2 (en) 2016-03-22 2019-08-27 Cummins Inc. Systems and methods using a gas quality sensor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4761948A (en) * 1987-04-09 1988-08-09 Solar Turbines Incorporated Wide range gaseous fuel combustion system for gas turbine engines
US6640548B2 (en) * 2001-09-26 2003-11-04 Siemens Westinghouse Power Corporation Apparatus and method for combusting low quality fuel
US7565805B2 (en) * 2005-11-22 2009-07-28 General Electric Company Method for operating gas turbine engine systems
US7895821B2 (en) * 2008-12-31 2011-03-01 General Electric Company System and method for automatic fuel blending and control for combustion gas turbine
US8437941B2 (en) * 2009-05-08 2013-05-07 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
US8833052B2 (en) * 2009-11-30 2014-09-16 General Electric Company Systems and methods for controlling fuel mixing

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013126278A1 (en) 2013-08-29
TW201344040A (zh) 2013-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11199818B2 (en) Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems
US11028783B2 (en) Automated tuning of gas turbine combustion systems
EP2249007B1 (en) Automated tuning of gas turbine combustion systems
US9671797B2 (en) Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications
US9927818B2 (en) Stabilizing a gas turbine engine via incremental tuning during transients
JP5540141B2 (ja) ガスタービン燃焼システムの自動調整
KR102086202B1 (ko) 가스화플랜트 열부하 자동제어 시스템
TWI516672B (zh) 多個燃料燃氣輪機燃燒系統之自動調整
TWI516671B (zh) 燃氣輪機燃燒系統在簡單循環及廢熱回收蒸汽產生器應用時低負載性能之最佳化
EP2959138B1 (en) Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems
CA2901077A1 (en) Automated tuning of multiple fuel gas turbine combustion systems
EP3855006A1 (en) Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications
CA2901080C (en) Optimization of gas turbine combustion systems low load performance on simple cycle and heat recovery steam generator applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees