[发明专利]用于燃烧控制的光学探询传感器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及传感器，并且更特别地涉及用于燃烧控制的光学探询(interrogation)传感器。

背景技术

现代工业燃气涡轮机要求高效地转换能量同时产生最少的污染排放物。但这两个要求是互相对立的，因为更高的效率一般通过升高燃烧室中的整体气体温度实现，而诸如氮氧化物的污染物典型地通过降低最高气体温度而减少。最高气体温度可通过在燃烧室中保持稀空燃比而降低，但如果燃料/空气混合物过稀，则不完全的燃料燃烧可产生过量的一氧化碳和未燃烧的烃。因此，反应区中的温度必须足够支持完全燃烧。

为了平衡对于增加的效率和减少的排放的相冲突的需要，要求极端精确的控制来调节燃烧器的反应区中的燃料/空气混合物。已提出这种系统：其用于通过监视各种燃烧参数来控制燃料/空气混合物，并且使用测得参数作为输入来控制燃料系统。例如，一种常规的系统包括控制系统，其中利用燃料流率、压力水平和排气温度分布作为用于设定燃料平稳控制阀的输入。

用于控制燃烧动态变化的其它技术包括测量来自燃烧器火焰的光发射，并且使用测得信号来控制特定燃烧参数。例如，一个常规系统使用采用碳化硅二极管以通过紫外线辐射强度的测量感测燃烧火焰温度的闭环反馈系统。感测到的紫外线辐射用来控制燃料混合物的空燃比，以将火焰的温度保持在与氮氧化物的期望低级别相关的预定级别以下。

其它常规系统可使用用于从燃烧区域至探测器聚集和传输光的光纤。又其它常规系统可使用摄像机来捕捉火焰的图像，其主要用于监视火焰的存在或缺失。

已提出用于涡轮机中的质量流量感测技术。例如，基于激光的多普勒频移测量系统可用于确定涡轮机进气管道中的空气流量，并且已提出类似系统，其用于通过对比来自不同频率的两个光发生器(激光器)的吸收特征而测量静态温度。依然需要用于提供光学传感器的改进的系统和方法。

发明内容

可通过本发明的特定实施例来解决部分或全部以上需要。本发明的特定实施例可包括用来提供用于燃烧控制的光学探询传感器的系统和方法。

根据本发明的一个示例实施例，提供了一种用于控制与燃气涡轮机燃烧器相关的燃烧参数的方法。该方法可包括：提供穿过燃气涡轮机燃烧器的光路；使光沿着该光路传播；测量燃气涡轮机燃烧器内光的吸收；以及至少部分地基于测得的吸收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的燃烧参数的系统。该系统可包括：至少一个光电探测器，其与穿过燃气涡轮机燃烧器的光路通讯；光源，其可操作以使光沿着该光路传播到该至少一个光电探测器；以及控制装置，其可操作以至少部分地基于来自该一个或多个光电探测器的一个或多个信号控制燃烧参数中的至少一个。

根据另一示例性实施例，提供一种燃气涡轮机。该燃气涡轮机可包括：燃烧器；至少一个光电探测器，其与穿过燃烧器的光路通讯；光源，其可操作以使光沿着光路传播到该至少一个光电探测器；以及至少一个控制装置，其可操作以至少部分地基于来自该至少一个光电探测器的一个或多个信号控制一个或多个燃烧参数，其中该一个或多个信号至少包括吸收信号。

本发明的其它实施例和方面在文中详细描述并视为要求保护的发明的一部分。参考说明书和附图可理解其它实施例和方面。

附图说明

现将参照附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1描绘了根据本发明的一个示例性实施例的与涡轮机燃烧器通讯的说明性光学探询传感器。

图2a图示了按照本发明的一个示例性实施例的燃烧器和光学探询系统的端视图。

图2b图示了根据本发明的一个示例性实施例的用于在探测前在空间上分隔波长的透射衍射光栅和探测器阵列。

图2c图示了根据本发明的一个示例性实施例的用于在探测前在空间上分隔波长的反射衍射光栅和探测器阵列。

图3是根据本发明的一个示例性实施例的用于测量涡轮机燃烧器内的吸收参数的示例性方法流程图。

部件清单

100具有探询传感器和控制系统的管式燃烧器

102管式燃烧器

104火焰

106火焰区域

108空气/燃料区域

110后火焰区域

111光源

112光源控制器

114波导

116输入准直镜头

117发散光束

118输入光学端口

119准直光束

120输出光学端口

122聚焦镜头

123汇聚光束

124聚焦镜