[发明专利]用于监测尤其在燃气轮机的燃料管道以及燃料阀中固体颗粒沉积情况的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于监测在带有阀的燃料通过的管道中形成固体颗粒沉积的方法。本发明还涉及一种监测这种沉积的装置。所述方法和装置可以应用在燃气轮机设备和其它的燃烧设备中，如锅炉燃烧设备。

燃气轮机装置至少包括一压缩机，一燃烧室以及一透平。在压缩机中压缩吸入的空气，接着在压缩空气中加入燃料。在燃烧室中进行混合物的燃烧。然后，燃烧的废气被输送至透平用于产生能量。

如今的燃气轮机设备装备有多级燃烧室，其中，存在多个相互平行工作的燃烧器级。这些燃烧器级可以根据燃气轮机设备的载荷单独或一起工作。典型的是，这些平行的燃烧器级除至少一个主燃烧器级外还包括至少一个引燃燃烧器级，其中，大部分燃料被送入主燃烧器级。

在主燃烧器级和引燃燃烧器级中输送的燃料量的波动引起不稳定的燃烧状态，从而导致功率的波动并且增大NO_x-排放。保持功率恒定或减少NO_x-排放通常通过调节输送至主燃烧器级的燃料量和引燃-燃料输送量实现，出于此目的，该管道设置有可调整大小的阀。通常燃料是气态的。除了已经在燃料中包括的固体颗粒外，例如还可以由燃料尤其是包含在燃料中的硫的升华形成固体颗粒。这种固体颗粒会粘在管道的内部。

然而，固体颗粒在燃料管道中的沉积导致阀的特性的移动，并因此导致在燃料分配方面，也就是说燃料在各燃烧器级的相对分配量方面的变化。此外，存在这样的危险，即，向各级或各燃烧器供应的燃料比燃烧所需要的要少。这就导致增加排放和燃烧的不稳定性。为了确定沉积程度，并且在严重的沉积时采取清洁措施，迄今为止的燃气轮机必须关闭，这是非常不利的。

因此，本发明所要解决的技术问题是，给出一种利于保养的、用于监测固体颗粒和与之相关的沉积情况的方法，然而，必须考虑尽可能没有设备的停机时间。本发明所要解决的另一问题是提供一种装置，该装置尤其使这种监测成为可能。所述方法和装置应可以应用在燃气轮机中。

涉及方法的技术问题按本发明通过一种用于监测在带有阀的燃料管道中形成固体颗粒沉积的方法解决，其中，通过确定阀通流的开度和流过所述阀的燃料量，并且与事先测定的、表征管道没有沉积物的参考值比较，确定所述燃料输送管道中所述固体颗粒的沉积程度。

本发明从这样的经验出发，即，流过阀的燃料量在管道中必须一直进行调节。然而，沉积物使得管道的有效流通横截面积减小。与之相关的是燃料通过管道的流量更少或受到干扰。然而，燃料量应该对于一定的工作状态尽可能保持恒定。为了实现所述燃料量的恒定，阀必须比管道没有沉积物时打开的更宽。通过使阀相比于管道没有沉积物时有更宽的开度，使得现在流过阀的燃料量更大，以便在管道本身中的燃料量保持恒定。但在管道没有沉积物时，更宽的开度意味着增大流过的燃料量。

本发明从这样的方式出发，即，通过额外必需的阀的开度，也就是说，比较管道有沉积物时阀的开度和管道没有沉积物时的开度，来确定沉积程度。

现在通过阀的开度确定沉积程度。为此，事先确定不同的参考值，这些参考值表征没有沉积物时的干净的管道。这些参考值分别根据情况，例如燃料的类型确定。现在测量在有沉积物时所需要通过阀的燃料量。这被用作参考值。由此可以确定在该燃料量流过理论上没有沉积物管道时阀的理论开度。现比较所计算出来的开度和当前的阀的开度。开度在管道没有沉积物时和管道有沉积物时的变化与管道没有沉积物和管道有沉积物时燃料流量的变化相互关联。因此，如果开度的变化非常大，那么将有比原本所需要的燃料量多出很多的燃料通过假定为没有沉积物的管道，以保持管道中的燃料量恒定。由此可推断出，大量的固体颗粒沉积物在管道中，反之亦然。

沉积程度的确定在没有在例如燃气轮机中进行可视检查的情况下实现，也就是说，没有设备的停机和停机时间。这种方法使得现场监测沉积情况成为可能，因此，可以及时地引入预防管道堵塞的措施，同时仍可以使用设备。

在优选的设计中，阀门通流的开度通过阀行程给出。它的优点是可以简单地确定。在最简单的情形下，阀行程通过阀上的滑动装置形成，该移动装置根据位置部分密封阀门通流。通过插入或抽出滑动孔确定阀通流的开口。

优选检测并存储管道没有沉积物时的运行数据。在沉积过程中，所述装置的不同参数会变化。接下来这些数据被用于确定沉积程度。这些运行数据描述了比例如由工厂给出的运行数据更好的初始基础，因为也可以考虑设备的特点。