[发明专利]气体涡轮燃烧的控制和调谐

说明书

本发明题为“气体涡轮燃烧的控制和调谐”。本发明公开了一种系统，所述系统包括：具有燃烧系统的气体涡轮；控制系统；以及可通信地联结到所述控制系统的燃烧自动调谐器，所述燃烧自动调谐器包括：具有所述燃烧系统的经验模型和优化器的优化系统；被配置为测量所述燃烧系统的所述输入和所述输出的传感器。所述调谐过程包括以下步骤：从所述传感器接收当前测量结果；根据从所述传感器接收的所述当前测量结果，使用所述优化系统来计算优化控制方案；以及将所述优化的控制方案传送到所述控制系统。

背景技术

本发明涉及一种用于感测气体涡轮的燃烧系统内的操作条件并调整或调谐该燃烧系统以实现期望的操作或性能的自动化系统。

工业燃烧或气体涡轮常常用于许多应用中，例如用于驱动发电站中的发电机。这些气体涡轮中有许多通过采用贫油预混燃烧实现低排放水平，诸如NOx排放。在贫油预混燃烧中，燃料和过量空气在燃烧之前混合以控制和限制热NOx产生。这类燃烧系统或燃烧器(通常称为干式低NOx燃烧器)需要对燃烧条件进行精细管理，以实现稳定的操作和可接受的NOx及CO排放，同时保持没有压力振荡(称为“燃烧器动态”或简称为“动态”)，燃烧器动态通常包括在燃烧过程中声音和不稳定能量释放的组合。此类系统通常需要由一个或多个并联燃烧器中的每一个中的多个燃料回路或燃料喷嘴提供的多个独立控制的燃料喷射点，以在操作模式的范围内(例如在启动和满载之间)实现期望的燃烧性能。虽然从排放的角度来看这些燃烧系统显示出了很大的益处，但与更常规的燃烧系统相比，这些系统的操作范围大大减小。因此，对燃料条件和输送的控制(诸如如何通过各种喷嘴将燃料分配并喷射到燃烧区域中，也称为“燃料分流”)已成为关键的操作参数，并且在以下情况下通常需要频繁进行调整：例如，当环境大气条件(诸如温度、湿度和压力)改变时，当气体涡轮随着使用而退化时，当燃料成分改变时，或者当引入其他变量时。考虑到这些变化而对燃烧燃料条件、分配和喷射进行调整称为“燃烧调谐”或简称为“调谐”。

燃烧系统的受控操作通常采用在若干预期或标准操作条件下手动设定与气体涡轮的燃烧系统相关的操作参数。对燃烧系统的此类调整或调谐通常需要技术人员使用专门仪器花上一天或更长时间来完成。然而，虽然调节的设置在设定时可能会令人满意，但是变化的条件(例如环境条件的变化、设备条件的变化和意料不到的操作条件)可能在几天或几周内造成不可接受的性能，这可能需要再次进行代价高昂的手动调谐。这些常规方法中的一些可采用算法和/或基于物理的模型来根据当前的气体涡轮操作参数预测排放和其他输出，并且由此选择或修改设定点，例如与燃料分配或总燃料/空气比率相关的设定点。然而，这些方法未利用与燃烧器动态和排放相关的实时数据，这导致由预测生成的控制方案造成燃烧系统内的动态增加和意外的排放偏移。与此类动态相关的压力脉动可具有足够的力来损害燃烧系统或使其退化，并显著减少燃烧硬件的寿命，而这种排放偏移可导致代价高昂的许可违反。

因此，促进燃烧稳定性、降低动态以及/或者改进排放水平的系统和方法仍然是业内需要且高度关注的技术领域。此外，通过利用从涡轮传感器获取的近实时数据进行操作以调整燃料分流、燃料温度、总燃料/空气比和/或其他变量进而优化燃烧系统性能的系统和方法将具有显著的价值。

发明内容

因此，本申请描述了一种系统，其包括：具有燃烧系统的气体涡轮；可操作地连接至气体涡轮以控制涡轮操作的控制系统；以及可通信地联结到控制系统的燃烧自动调谐器，该燃烧自动调谐器包括：具有燃烧系统的经验模型和优化器的优化系统；被配置为测量燃烧系统的输入和输出的传感器；硬件处理器；以及机器可读存储介质，其上存储有指令，这些指令使硬件处理器执行调谐程序以调谐燃烧系统的操作。调谐程序包括以下步骤：从传感器接收输入和输出的当前测量结果；鉴于从传感器接收的当前测量结果，使用优化系统计算燃烧系统的优化控制方案；以及将优化的控制方案传递至控制系统。

在结合附图和所附权利要求书评阅以下优选实施方式的详细描述时，本申请的这些及其他特征将变得显而易见。

附图说明

通过仔细研究以下结合附图对本发明示例性实施方案的更详细描述，将更全面地理解和体会本发明的这些及其他特征，其中：