控制用于燃气涡轮的燃料共混物的系统和方法与流程

背景技术：

1、本发明的领域整体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及控制用于燃气涡轮的燃料共混物的系统和方法。

2、已知的燃气涡轮发动机在燃烧器部分中燃烧燃料和氧化剂(例如，空气)的混合物以生成热的燃烧气体。热的燃烧气体流过涡轮以使一个或多个涡轮级旋转以驱动发电机，从而产生电力。燃烧气体包括各种燃烧副产物，诸如氮氧化物(nox)、一氧化碳(co)和未燃烧的烃。降低此类排放可能是困难的，因为在燃烧期间降低工作温度和可利用的氧以减少nox的产生可能会增加co和未燃烧的烃的水平。为了进一步降低此类排放，一些已知的燃气涡轮装备有干式低排放(dle)燃烧系统。在dle系统中，燃料和燃烧空气在燃烧区处或之前混合以产生稀的预混合燃烧燃料，这会限制燃烧期间nox气体的形成。然而，此类涡轮通常在相对窄的操作边界范围内操作，因为燃料-空气比需要足够高以防止贫油熄火事件，但又需要足够低以防止不期望的燃烧动力学(例如，发动机爆震)。

3、在一些已知的涡轮中，确定合适的燃料-空气比可能由于减少使用更高成本但更有效的燃料(诸如天然气)的趋势而更困难。成本需求通常决定了通过与成本较低但效率较低的较高烃类燃料共混来减少这些燃料的消耗。此类燃料共混物改变了燃料的加热特性，这影响燃烧动力学，并且因此影响燃气涡轮的操作和寿命。为了确保dle燃烧系统在可接受的操作边界内操作，可能需要通过使用燃料调度来调节燃料消耗。然而，燃料调度可能是低效的，并且随着时间的推移，继续使用燃料调度可能实际上增加操作成本，因为不同的燃料可能导致设备停机。

4、此外，由于不可预见的功率输出，可再生能源(例如，风能或太阳能)的增加引入了额外的挑战。因此，需要更大的燃料灵活性。近来，在努力实现更大的燃料灵活性方面，人们对碳中性氢基燃料的兴趣与日俱增。然而，当氢掺杂燃料与空气混合以促进较低的nox排放时，氢气的高反应性可导致回火风险增加和不期望的燃烧动力学。因此，将氢气整合到dle燃烧系统中仍存在挑战。

5、因此，存在对用于燃气涡轮的燃料共混物进行改进控制的需要。特别地，期望在不对现有涡轮发动机硬件进行大量重新配置或重新设计的情况下促进对燃料共混物的改进控制。

技术实现思路

1、在一个方面，提供了一种控制用于涡轮发动机的燃料共混物的方法。该方法包括：将第一燃料和第二燃料供应到混合器；以及在混合器中将第一燃料和第二燃料混合在一起以获得燃料共混物。该方法还包括在混合器下游的燃料共混物分析器处接收指示燃料共混物的组成的测量结果。该方法还包括在燃烧器中燃烧该燃料共混物。该方法还包括接收指示燃烧行为的燃烧信号。该方法还包括基于燃料共混物测量结果和燃烧信号中的至少一者，由控制器控制第一燃料的流量和第二燃料的流量中的至少一者。

2、在另一方面，提供了一种用于涡轮发动机的燃料控制系统。该燃料控制系统包括燃料供应系统，该燃料供应系统包括混合器，该混合器用于将第一燃料和第二燃料混合在一起以获得燃料共混物。该燃料控制系统还包括：燃料共混物分析器，该燃料共混物分析器位于混合器的下游；燃烧器，该燃烧器位于燃料共混物分析器的下游；和爆震传感器，该爆震传感器联接到燃烧器。燃烧器可与燃料共混物一起操作。该燃料控制系统还包括控制器，该控制器通信地耦接到爆震传感器和燃料共混物分析器。该控制器包括与至少一个存储器设备通信的至少一个处理器。该至少一个处理器被配置为：(i)从爆震传感器接收指示燃烧行为的燃烧信号；(ii)从燃料共混物分析器接收指示燃料共混物的组成的测量结果；以及(iii)基于燃烧信号和燃料共混物测量结果中的至少一者来调节第一燃料的流量和第二燃料的流量中的至少一者。

技术特征：

1.一种控制用于涡轮发动机(12)的燃料共混物(26)的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧信号是由联接到所述燃烧器(16)的爆震传感器(44)接收的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述燃料共混物测量结果和所述燃烧信号中的至少一者由所述控制器(42)进行的控制包括由所述控制器(42)向所述混合器(34)上游的至少一个控制阀(36,38)传送输出信号(56)。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一燃料(30)是天然气或液化石油气并且所述第二燃料(32)是氢气。

10.一种用于涡轮发动机(12)的燃料控制系统，所述系统包括：

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述燃料共混物分析器(40)包括比重传感器或密度计。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一燃料(30)是天然气或液化石油气并且所述第二燃料(32)是氢气。

13.根据权利要求10所述的系统，所述系统还包括光学火焰传感器(50)、第一燃料组成传感器(46)和第二燃料组成传感器(48)中的至少一者。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述燃烧器(16)是包括第一级(58)和第二级(60)的分级燃烧器(16)。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一燃料(30)的第一部分(62)被供应到所述第一级(58)，并且所述第一燃料(30)的第二部分(64)被供应到所述混合器(34)，以用于将所述第一燃料(30)的所述第二部分(64)与所述第二燃料(32)混合在一起以获得所述燃料共混物(26)。

技术总结提供了一种控制用于涡轮发动机(12)的燃料共混物(26)的方法。该方法包括：将第一燃料(30)和第二燃料(32)供应到混合器(34)；以及在该混合器(34)中将该第一燃料和该第二燃料(30,32)混合在一起以获得燃料共混物(26)。该方法还包括在混合器(34)下游的燃料共混物分析器(40)处接收指示燃料共混物(26)的组成的测量结果。该方法还包括在燃烧器(16)中燃烧燃料共混物(26)。该方法还包括接收指示燃烧行为的燃烧信号。该方法还包括基于燃料共混物测量结果和燃烧信号中的至少一者，由控制器(42)控制第一燃料(30)的流量和第二燃料(32)的流量中的至少一者。技术研发人员：G·F·弗雷,J·E·帕斯提受保护的技术使用者：通用电气技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15