用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103133143 A(43)申请公布日 2013.06.05CN103133143A*CN103133143A*(21)申请号 201210481471.X(22)申请日 2012.11.2311190244.1 2011.11.23 EPF02C 7/22(2006.01)F02C 9/26(2006.01)(71)申请人阿尔斯通技术有限公司地址瑞士巴登(72)发明人 M.R.博蒂恩 M.扎贾达茨D.A.佩内尔(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人李强 严志军(54) 发明名称用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法(57) 摘要本公开涉及

2、用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法。对燃烧装置馈送至少燃料。过渡运行包括具有时段长度(T)的时段，在此期间，以小于临界量(Mc)的量馈送燃料。该方法包括限定时段长度(T)的极限值(L)，以及调整燃料馈送，以使时段长度(T)保持小于或等于极限值(L)。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图7页(10)申请公布号 CN 103133143 ACN 103133143 A1/1 页21. 一种用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法， 其中 ：对所述燃烧装置馈送至少燃料 ；所

3、述 过 渡 运 行 包 括 具 有 时 段 长 度 (T) 的 时 段， 在 此 期 间， 以 小 于 临 界 量 (Mc) 的 量 馈 送所述至少燃料 ；其特征在于 ：限定所述时段长度 (T) 的极限值 (L) ； 以及调整燃料馈送， 以使所述时段长度 (T) 保持小于或等于所述极限值 (L)。2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于 ：提 供 参 数 (Bo)， 所 述 参 数 (Bo) 是 所 述 时 段 长 度 (T) 和 馈 送 的 燃 料 ( ) 的 函 数 ； 以及将所述时段长度 (T) 的极限值 (L) 限定为所述参数的极限值。3.根据权利要求 2所述的方法， 其特征在

4、于， 调整所述时段长度 (T)包括防止所述参数(Bo) 超过所述参数的极限值。4. 根据权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 所述参数 (Bo) 由下者限定 ：其中，是所述燃料在变化 期间的平均线性增长速率 ；T 是燃料转变 的时段长度 ；是一种燃料的能含量除以总供应燃料的能含量 ；是 T 中的 的差异。5. 根据权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 由下者近似 ：其中，fosc是在所述时段期间在范围 中的平均振荡频率。6. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 所述极限值为 。7. 根 据 权 利 要 求 1 所 述 的 方 法， 其 特 征 在 于， 所 述 过 渡 运 行

5、 是 从 用 第 一 燃 料 的 运 行 转变至用第二燃料的运行。8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其特征在于， 所述第一燃料是液态燃料， 而所述第二燃料是气态燃料， 或者反之亦然。9. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述燃烧装置是燃气涡轮的一部分。权 利 要 求 书CN 103133143 A1/6 页3用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法技术领域0001 本公开涉及用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法。背景技术0002 在 以 下 对 为 燃 气 涡 轮 的 一 部 分 的 燃 烧 装 置 进 行 特 别 参 照 ； 总 之 清 楚 的 是， 也 可 在用于不同应用的燃

6、烧装置中实现该方法。0003 燃气涡轮包括压缩机、 燃烧装置和涡轮。0004 已知燃烧装置包括本体， 该本体具有 ：- 用于或者液态燃料 ( 例如油 ) 或者气态燃料 ( 例如天然气 ) 的燃料供应， 以及- 氧化剂供应 ( 通常为空气 )。0005 在 运 行 期 间， 燃 料 和 氧 化 剂 在 燃 烧 装 置 内 反 应， 并 且 产 生 高 压 和 高 温 烟 道 气， 烟 道气在涡轮中膨胀。0006 在 过 渡 运 行 期 间， 诸 如 例 如 当 燃 气 涡 轮 启 动、 关 闭 时， 在 燃 料 转 变 期 间， 或 者 也 在其它过渡运行期间， 可能出现问题。0007 实 际

7、上， 在 这 些 过 渡 运 行 期 间， 在 燃 烧 装 置 内 可 产 生 波 动 压 力 ； 此 波 动 压 力 会 不 利地影响燃料喷射。0008 图 1显示了燃烧装置内 的波动压力对燃料喷射的影响。 此图 1显示了其中燃料质量 流 量 降 低 的 示 例 ； 这 可 为 关 闭 的 示 例， 总 之， 同 样 的 状 况 在 启 动 开 始 或 者 转 变 开 始 和 结 束时 也 存 在， 而 且 一 般 来 说， 每 当 燃 料 质 量 流 量 供 应 减 少 且 降 到 给 定 的 质 量 流 量 之 下 时 也 存在。0009 图 1显示了通过喷射器喷射的、 为时间 t的函数

8、的燃料质量流量 M。 从图 1中至少可认出以下阶段 ：- 在 t=t1 之前 ： 以通过喷射器的基本恒定的燃料质量流量稳定运行 ( 曲线 1)，- 在 t = t1 和 t = t2 之间 ( 燃料质量流量停留在临界燃料量 Mc 之上 ) ： 喷射燃料量减少， 但燃烧装置内的波动压力未明显地影响燃料喷射 ( 曲线 2)，- 在 t=t2 之 后 ( 即， 当 燃 料 质 量 流 量 降 到 临 界 燃 料 量 Mc 之 下 时 ) ： 在 这 些 状 况 中， 由于 燃 料 量 低， 燃 烧 装 置 内 的 波 动 压 力 交 替 地 促 进 和 阻 碍 燃 料 喷 射， 从 而 引 起 有

9、波 动 的 燃 料喷射。 具体而言， 曲线 2显示了降低的燃料质量流量的理论趋势， 而曲线 3则显示了降低的燃料质量流量的可能实际 趋势的示例。0010 进入燃烧装置中的波动的燃料供应会产生大的燃烧脉动 (pulsation)。0011 燃 烧 脉 动 在 机 械 和 热 方 面 在 很 大 程 度 上 对 燃 烧 装 置 及 其 下 游 的 涡 轮 施 加 应 力， 因此必须减少它们。发明内容0012 因 而 本 公 开 的 一 方 面 包 括 提 供 一 种 方 法， 通 过 该 方 法 减 少 在 过 渡 运 行 期 间 产 生 的燃烧脉动。说 明 书CN 103133143 A2/6

10、页40013 通过提供根据所附权利要求的方法来实现这个和另外的方面。附图说明0014 根 据 方 法 的 优 选 但 非 排 他 性 实 施 例 的 描 述， 另 外 的 特 性 和 优 点 将 更 加 显 而 易 见，参照附图以非限制性示例的方式示出实施例， 其中 ：图 1 示意性地显示了喷射到燃烧装置中的、 为时间 t 的函数的质量流量 ；图 2显示了当馈送的质量流量在 Mc之下时， 脉动 (压力 )和馈送到燃烧装置中的质量流量之间的关系 ；图 3显示了当馈送的质量流量超过 Mc时， 脉动 (压力 )和馈送到燃烧装置中的质量流量之间的关系 ；图 4和 5显示了本公开的不同实施例中的脉动 (

11、压力 )、 时间与馈送到燃烧装置中的质量流量之间的关系 ；图 6 显示了 Bo 和 之间的关系 ；图 7 显示了转变的示例。0015 部件列表 ：1 稳定运行时的燃料质量流量2 在 Mc 之上的燃料质量流量3 在 Mc 之下的燃料质量流量15 指示 Bo= 的曲线16 区t、 t1、 t2 时间w 燃烧装置中的脉动的平均周期L T 的极限值A、 B 区域M、 M1、 M2 燃料质量流量Mc、 Mc1、 Mc2 临界量T 时段长度Bo 参数PL 最大可接受时段长度PR 最大可接受脉动范围燃料在变化 期间的平均线性增长速率 ( 在时段 T 中 )是 中 的 的 差 异， 其 中， 是 燃 料 的

12、当 前 质 量 流 量 除 以 满 负 载 时 的 总 质量流量。具体实施方式0016 可 用 例 如 适 于 产 生 预 混 合 火 焰、 扩 散 火 焰、 混 合 火 焰 等 的 任 何 种 类 的 燃 烧 装 置 来实现用于在过渡运行期间运行燃烧装置的方法 ； 对燃烧装置馈送一种或多种燃料。0017 图 2显示了当馈送到燃烧装置中的燃料质量流量 M提高 (从 0向前 )但其小于临说 明 书CN 103133143 A3/6 页5界量 Mc时， 在燃烧装置中产生的脉动 ； 在这种情况下， 脉动具有提高的强度。 脉动和极限值燃料量的趋势是各个燃烧装置的特性， 并且在运行状况改变时基本无变化。

13、 换句话说， 临界量 Mc是开始出现显著脉动 (即， 高于用于持续运行的运行极限且可危及发动机的安全运行的脉动 ) 时的量。0018 如 图 3 中 显 示 的 那 样， 当 燃 料 质 量 流 量 M 达 到 临 界 燃 料 量 Mc 时， 脉 动 强 度 开 始 降低达最小值。根据燃料馈送状况， 可较快或较慢地达到临界量 Mc。0019 参 照 图 4， 过 渡 运 行 包 括 具 有 时 段 长 度 T 的 时 段， 在 此 期 间， 以 小 于 临 界 燃 料 量 Mc的量馈送燃料。0020 方法包括限定时段长度 T 的极限值 L， 以及调整燃料馈送， 以使时段长度 T 保持小于或等于

14、极限值 L。0021 就此而言， 图 4显示了其中时段长度 T等于 L的示例， 而图 5则显示了其中时段长度 T 小于 L 的示例。0022 可基于在燃烧装置中可接受的最大脉动强度和或脉动最大时段长度来限 定 L。 例如 ：- 最大可接受脉动强度可限制在脉动范围 PR内， 并且可相应地限定极限值 L(图 4)， 以及 / 或者- 可给定在燃烧装置中产生脉动的最大可接受时段长度 PL， 并且可相应地限定极限值( 图 5)。0023 优选地， 提供为时段长度 T和馈送的燃料的函数的参数， 并且将时段长度 T的极限值 L 限 定 为 这 个 参 数 的 极 限 值。 在 这 种 情 况 下， 调 整

15、 燃 料 馈 送 包 括 防 止 参 数 超 过 参 数 的 极限值。0024 在方法的实施例中， 参数由下者限定 ：其中，是 时 段 长 度 T 中 的 平 均 线 性 增 长 速 率 ( 这 取 决 于 燃 烧 装 置 的 特 性、 运 行 状 况、 燃料、 环境状况 )， 并且可通过下者来计算 ：以及因而例如， 在图 2 处显示 ；T 是时段长度 ；是 燃 料 ( 或 者 燃 料 中 的 一 种， 如 果 喷 射 了 不 止 一 种 燃 料 的 话 ) 的 能 含 量 除 以 总 供 应燃料 ( 或者多种燃料， 如果喷射了不止一种燃料的话 ) 的能含量 ； 燃料的能含量为燃料的能含量 =

16、 质量流量 较低的发热值是 T 中的 的差异。0025 在一些情况下， 可能难以计算 ， 为此， 可由下者近似 ：说 明 书CN 103133143 A4/6 页6其中fosc是在时段长度 T 期间在范围 中的平均振荡频率，fosc=1/w，其中 ：w 是燃烧装置中的脉动的平均周期 ( 图 2)。0026 在以上实施例中， 极限值是 。0027 因 而， 在 或 者 是 平 均 线 性 增 长 速 率， 或 者 由 近 似 的 情 况下 计 算 出 的 Bo 必 须 小 于 极 限 值 ( 诸 如 )， 而 且， 如 果 可 在 两 种 情 况 下 计 算 出 ， 则的两个值都必须小于极限值

17、( 诸如 )。0028 使 用 为 时 段 长 度 T 和 馈 送 的 燃 料 两 者 的 函 数 的 参 数 ( 诸 如 Bo) 是 有 利 的， 因 为 它允许不仅考虑时段长度 T， 而且还考虑达到临界质量流量 Mc 的速度。换句话说， Bo 对燃料的馈送速度提供最小极限， 使得较高的速度为可接受的， 但较慢的速度不可接受。0029 图 6 显示了 Bo( 根据上面提供的任何公式计算出 ) 和 ( 其指示燃料的馈送速度 ) 之间的关系。在图 6 中， 曲线 15 与极限值 Bo= 有关 ； 曲线 15 限定两个区域， 即 ：- 与可接受的 的值 ( 因而燃料的馈送速度的值 ) 有关的区域

18、A， 以及- 与无法接受 的值 ( 因而燃料的馈送速度的值 ) 有关的区域 B。0030 在 不 同 的 示 例 中， 过 渡 运 行 可 为 燃 烧 装 置 的 启 动、 燃 烧 装 置 的 关 闭， 或 者 燃 烧 装 置从用第一燃料运行转变到用第二燃料运行。 在这种情况下， 第一燃料可为液态燃料， 而第二燃料可为气态燃料， 或者反之亦然。0031 图 7显示了其中过渡运行是从用第一燃料运行转变到用第二燃料运行的示例。 在此图中， M1表示第一燃料的质量流量， 而 M2则表示第二燃料的质量流量， 并且 Mc1和 Mc2表示第一燃料和第二燃料的临界量。0032 从此图中可看到， 仅在下者中出

19、现令人困扰的运行 ：- 在转变开始时， 这时第二燃料的质量流量 M2 低于其临界量 Mc2， 以及- 在转变结束时， 这时第一燃料的质量流量 M1 降到其临界量 Mc1 之下。0033 在 这 种 情 况 下， 必 须 仅 在 转 变 开 始 和 结 束 时 提 供 时 段 长 度 T 和 / 或 Bo 的 极 限， 并且必须因此调整燃料馈送。0034 相比之下， 当第一燃料和第二燃料的质量 流量大于临界量 Mc1、 Mc2 时 ( 即， 在图 7的 区 16 中 )， 可 基 于 不 同 的 要 求 ( 诸 如 例 如 负 载 调 整 ( 例 如 以 使 其 保 持 恒 定 ) 来 控 制

20、调整。0035 优选地， 燃烧装置是燃气涡轮的一部分。0036 由于参数 Bo 的极限的原因 ：- 可降低脉动的最大峰值， 因为过渡运行时间长度越短， 脉动峰值就越小 ；- 减少脉动对燃烧装置施加应力的时间。0037 启动的数值示例说 明 书CN 103133143 A5/6 页7在下面， 例如描述了燃气涡轮以气体流启动。0038 以下数据适用于 ：( 在时段 T 开始时的燃料的能含量除以总供应燃料的能含量 ) ： 0(在时段 T结束时供应的燃料的能含量除以总供应燃料的能含量， 假设在时段 T结束时， 喷射了 10% 的气体燃料 ) ： 0.1时段 T ： 1.5 秒在这些值的情况下，由于 B

21、o =2.39， 这 个 燃 料 喷 射 速 度 是 不 可 接 受 的 ； 因 而， 必 须 因 此 提 高 燃 料 喷 射 速说 明 书CN 103133143 A6/6 页8度。0041 如果例如 T减小 (即， 燃料喷射速度提高， 或者换句话说， 以更高的流率喷射燃料 )到 0.1 秒Bo=(8 0.1)/(2 0.05)=2.55由于 Bo =2.55， 这个燃料喷射速度是可接受的。0042 当然， 可独立于彼此来提供所描述的特征。0043 在实践中， 所使用的材料和尺寸可根据要求和现有技术按需要选择。说 明 书CN 103133143 A1/7 页9图 1说 明 书 附 图CN 103133143 A2/7 页10图 2说 明 书 附 图CN 103133143 A10