[发明专利]燃烧器熄火恢复方法和系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于燃气涡轮机的燃烧系统的控制器。更具体地，本发明涉及一种用于通过执行控制算法使满负荷操作的涡轮机燃烧器重新点火的方法。

背景技术

工业和发电燃气涡轮机具有监测和控制燃气涡轮机的操作的控制系统或控制器。这些控制器管理燃气涡轮机的燃烧系统。燃气涡轮机需要精确的燃烧输送，以在每个局部燃烧区中实现燃料和空气的贫燃料均匀混合(fuel-lean homogenous mixing)，这是以所需要的低排放水平进行操作所必要的。燃气涡轮机必须保持高于贫油熄火限制(lean blowout limit)的操作裕度。需要对局部燃烧进行精细调节控制以保持涡轮机燃烧器中的火焰稳定，而不损害先进涡轮机中的性能。

在当前的燃气涡轮机中，如果一个燃烧器或燃烧罐失去火焰，则排气热电偶识别出熄火的燃烧罐和其他燃烧罐之间的升高温度差，控制系统通过关闭涡轮机而做出反应。这种控制会导致延长中断、和操作时间和收益的损失。在当前的燃气涡轮机控制系统中，某些信号可以用于检测熄火的燃烧罐，这比排气热电偶(thermocouple)信号更快，因为从燃烧罐到排气热电偶的传送延迟时间相对慢的特性、以及热电偶中的后续热传递和温度变化。

当在燃气涡轮机中检测到负荷下降时，在当前的控制系统下，控制系统将更多的燃料传送到该系统中以试图增加负荷。当燃烧罐熄火或者燃烧罐的火焰熄灭时，最靠近联焰(cross-fire)管的燃料喷嘴进行贫燃料操作(operating fuel lean)，并且它们的火焰为弱、并定位在联焰管的更下游处。以这种状态将更多的燃料传送到燃烧罐中会不足以促进联焰进入熄火的燃烧罐中。但是，调节燃料的分配、并使燃料喷嘴中的燃料混合物丰富将促进联焰进入未点燃(unlit)的燃烧罐中。

需要算法使得控制系统可以非常快速地执行燃料调节，以使得发生联焰从而点燃熄火的燃烧罐，同时持续时间足够短以使对燃气涡轮机的操作或排放的影响最小化。

所需要的是一种控制器，该控制器在传送延迟时间内使用更快速的信号(例如负荷)检测熄火的燃烧罐，调节每个燃烧罐中燃烧燃料喷嘴之间的燃料分配并保持直到控制器检测到负荷恢复。

发明内容

在一个实施例中，本发明公开一种响应于燃烧罐的贫油熄火(lean blowout)而控制燃气涡轮机操作的方法。燃气涡轮机包括至少两个燃烧罐，该方法包括如下步骤：感测在燃气涡轮机的满负荷操作期间第一燃烧罐熄火；调节燃料喷嘴之间的燃料比率；使最接近联焰管的燃料喷嘴中的燃料比率(fuel ratio)更富集，其中所述第二燃料喷嘴是最靠近联焰管的燃料喷嘴；产生从第二燃烧罐到第一燃烧罐的联焰；检测涡轮机负荷的恢复；和将燃料比率调节到第一燃烧罐和第二燃烧罐之间的正常平衡燃料分配。

调节所述燃料比率的步骤还包括：应于感测到操作负荷的紊乱，开始重新点火。调节所述燃料比率的步骤还包括由控制器产生命令以调节燃料喷嘴之间的燃料分配。产生联焰的步骤还包括：使来自所述第二燃烧罐的火焰跨越到所述第一燃烧罐以使所述第一燃烧罐重新点火。所述方法还包括等待短暂间隔，并且感测负荷恢复。将燃料分配调节到燃烧燃料喷嘴之间的正常平衡燃料分配的步骤还包括由控制器产生信号以使燃料分配返回到正常平衡的燃料分配。自动地执行每个步骤。

在另一实施例中，本发明公开一种用于燃气涡轮机的控制系统。该控制系统包括压缩机、两个或多个燃烧罐、驱动连接到压缩机的涡轮机、和控制系统。控制系统还包括控制器。控制器经编程以感测在燃气涡轮机的满负荷操作期间熄火的第一燃烧罐；调节燃料喷嘴之间的燃料比率，以将更富集的燃料混合物传送到最靠近联焰管的喷嘴，所述第二燃烧罐与所述第一燃烧罐相邻；产生从第二燃烧罐到第一燃烧罐的联焰；检测涡轮机负荷的恢复；将燃料比率调节到燃料喷嘴之间的正常平衡燃料分配；和响应于感测到操作负荷的不平衡，开始重新点火。