[发明专利]用于闭环排放物控制的系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及涡轮机的排放物控制，并且更具体地涉及用于闭环排放物控制的系统和方法。

背景技术

工业燃气涡轮机通常需要复杂的控制系统来高效地转换能量，同时最大限度地减小污染排放物。诸如氮氧化物的污染物可通过降低最高气体温度来减少，这可通过在燃烧室中保持贫燃料空气比(leanfuel-to-air ratio)而实现。然而，如果燃料/空气混合物过于贫乏，则不完全燃烧会产生过多的一氧化碳和未燃烃。当以贫燃料燃烧操作时，还会出现其它操作问题，包括不稳定的负载转移以及燃烧不稳定。因此，燃料/空气混合物和反应区内的温度必须受到控制以支持完全燃烧。

已经提出了一些系统，用于通过测量各种燃烧参数以及通过将该测量结果(measurement)用作输入以控制燃料系统来控制燃料/空气混合物。例如，一种常规系统包括控制系统，其中，燃料流动速率、压力水平以及排出排气的温度分布作为输入用于设置燃料调节(trim)控制阀。

用于控制燃烧动力(动态特性)的其它技术包括测量来自燃烧喷燃器火焰的光发射，以及使用测得的信号来控制一些燃烧参数。例如，一种常规系统使用闭环反馈系统，利用碳化硅光电二极管，通过测量紫外线辐射强度来感测燃烧火焰温度。感测到的紫外线辐射用于控制燃料混合物的燃料/空气比，以便将火焰温度保持在与期望的低水平氮氧化物相关的预定水平以下。

其它常规系统可使用光学纤维来收集光以及将光从燃烧区域传输至检测器。另一些常规系统可使用摄像机来采集火焰图像，主要用于监测存在或不存在火焰。

质量通量感测技术已经提出在涡轮机中采用。例如，基于激光器的多普勒频移测量系统可用于确定涡轮机空气入口管路中的空气流，且已经提出了类似系统用于通过比较频率不同的两个光生成器(激光器)的吸收特征来测量静态温度。仍然需要用于闭环排放物控制的改进系统和方法。

发明内容

上述需求中的一些或全部可通过本发明的一些实施例而予以解决。本发明的一些实施例可包括用于闭环排放物控制的系统和方法。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器相关联的燃烧排放物参数的方法。该方法可包括提供穿过燃气涡轮机排气管路的光学通路、使光沿光学通路传播、测量燃气涡轮机排气管路内的光的排气物种吸收，以及至少部分地基于测得的排气物种吸收来控制燃烧参数中的至少一个。

根据另一示例性实施例，提供了一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器相关联的燃烧排放物参数的系统。该系统可包括与穿过燃气涡轮机排气管路的光学通路连通的一个或多个光检测器(photodetector)、可操作成以将光沿光学通路传播至一个或多个光检测器的一个或多个光源，以及可操作成至少部分地基于来自一个或多个光检测器的一个或多个信号来控制燃烧排放物参数中的至少一个的控制装置。

根据另一示例性实施例，提供了一种燃气涡轮机。该燃烧涡轮机可包括燃烧器、排气管路、穿过排气管路的光学通路、与光学通路连通的一个或多个光检测器，以及可操作成以将光沿光学通路传播至一个或多个光检测器的一个或多个光源。

本发明的其它实施例和方面在本文中进行了详细描述，且认作是要求得到专利保护的本发明的一部分。其它的实施例和方面可参照以下详细描述、附图和所附权利要求进行理解。

附图说明

现在将参照附表和附图，附图不必按比例绘制，且在其中：

表1列出了根据本发明示例性实施例的可测量的排气物种和光吸收波长的实例。

图1为根据本发明示例性实施例的与涡轮机燃烧器排气管路连通的示范性光学探询系统的示图。

图2为根据本发明示例性实施例的示范性光学探询探针的示图。

图3为根据本发明示例性实施例的示例性方法的流程图。

零件清单

100闭环排放物控制系统

102压缩机

104燃烧器

106涡轮

108排气

110排气管路

112排气管

114光源

116输入端口

118与排气相互作用的部分光

120输出端口

122光检测器

123检测器信号

124控制器

126燃料

128空气

202壳体(enclosure)

204光学探询探针

206镜子

208入射光

210反射光

具体实施方式