KR20170053681A

KR20170053681A - 건식 저공해 기관을 위한 벌크 화염 온도 조정기

Info

Publication number: KR20170053681A
Application number: KR1020177009351A
Authority: KR
Inventors: 윌리암 란돌프 신클; 제임스 아써 시몬스
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-05-16
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: WO2016039943A1; CN107076032B; EP3191699A1; JP2017530293A; CN107076032A; KR102324007B1; BR112017004257A2; US20160069271A1; JP6612329B2; US9599028B2; EP3191699B1

Abstract

건식 저공해 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 방법은, 배기 가스 온도(EGT)를 측정하는 것 및 목표 EGT를 결정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 목표 EGT는, 적어도 부분적으로 압축기 공기 유동 비율 및 연소기 연소 모드에 기초하여 결정된다. 방법은, EGT 및 목표 EGT에 적어도 부분적으로 기초하여 편차를 계산하는 것 및 편차를 벌크 화염 온도 스케줄에 적용하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 방법은, 적어도 부분적으로 벌크 화염 온도 스케줄에 기초하여, DLE 기관의 하나 이상의 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드를 조정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 벌크 화염 온도 스케줄은, 질소 산화물, 이산화질소 및 일산화탄소 배출량을 감소시키기 위해, 단 밸브 및 압축기 블리드의 파라미터들에 대해 작성된다.

Description

건식 저공해 기관을 위한 벌크 화염 온도 조정기{BULK FLAME TEMPERATURE REGULATOR FOR DRY LOW EMISSION ENGINES}

본 개시는 개괄적으로, 연소 기관을 위한 컨트롤러에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 건식 저공해 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

건식 저공해(Dry low emission: DLE) 기관들은, 질소 산화물 및 이산화질소(NOx) 그리고 일산화탄소(CO) 배출량을, 특정 규제 당국의 요건을 만족시키기 위한 특정 레벨 아래로 유지할 필요가 있을 것이다. 이러한 한계 아래에서 배출량을 유지하는 것에 대한 실패는, 벌금을 초래할 수 있으며 또는 심지어 운영자가 DLE 기관을 사용하지 못하도록 강제할 수 있을 것이다. 컨트롤러들이, 화염 온도 스케줄들의 함수로서, DLE 기관의 단 밸브들(staging valves) 및 압축기 블리드들(compressor bleeds)을 조절할 수 있다. 이러한 화염 온도 스케줄들은, 규제 요건에 만족되는 배출량을 보장하도록 작성되고(map) 저장될 수 있다.

그러나, 대기 상태의 변화, 연료 소스, 및/또는 기관 부품들에서의 사소한 손상으로 인해, 화염 온도 스케줄들이, DLE 기관의 허용 가능한 거동을 야기하지 않을 수 있을 것이다. 화염 온도 스케줄들과 작동 조건들의 부조화가, 연소기 연소 중단 및 기관 정지(engine trip)를 야기할 수 있을 것이다.

본 개시는, 건식 저공해 기관들에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 개시의 일 실시예에 따라, 방법이 제공된다. 방법은, 배기 가스 온도(exhaust gas temperature: EGT)를 측정하는 것 및 목표 EGT를 결정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 방법은, EGT 및 목표 EGT에 적어도 부분적으로 기초하여 편차(bias)를 계산하는 것 및 편차를 벌크 화염 온도 스케줄에 적용하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 편차는, DLE 기관이 블리드 조절 모드(bleed modulation mode)에서 작동 중일 때, 벌크 화염 온도 스케줄에 적용될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 방법은, 적어도 부분적으로 벌크 화염 온도 스케줄에 기초하여, DLE 기관의 하나 이상의 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드를 조정하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다. 벌크 화염 온도 스케줄은, 질소 산화물, NOx 및 CO 배출량을 감소시키기 위해, 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드의 파라미터들에 대해 작성될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 목표 EGT는, 적어도 부분적으로 압축기 공기 유동 비율 및 연소기 연소 모드에 기초하여 결정될 수 있다.

일부 실시예에서, 편차를 벌크 화염 온도 스케줄에 적용하는 것 이전에, 정정된 코어 속도가 측정될 수 있을 것이다. 방법은, 추가적 편차를 결정하기 위해 정정된 코어 속도를 코어 속도 한계와 비교하는 것을 계속할 수 있을 것이다. 추가적 편차는, 정정된 코어 속도가 코어 속도 한계에 도달하는 것을 방지하도록 결정될 수 있다. 방법은, 적어도 부분적으로 추가적 편차에 기초하여 편차를 조절하는 것을 진행할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 편차를 조절하는 것은, 편차 및 추가적 편차로부터 최소값을 선택하는 것을 포함할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 정정된 코어 속도 한계가, 적어도 부분적으로 연소기 연소 모드에 기초하여 결정될 수 있을 것이다. 방법은, 정정된 코어 속도가 코어 속도 한계와 동등하다고 또는 그보다 더 크다고 결정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 결정에 기초하여, DLE 기관은, 선택적으로 더 낮은 연소기 연소 모드로 전환될 수 있을 것이다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, DLE 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은, 프로세서 및 프로세서에 통신 가능하게 결합되는 메모리를 포함할 수 있을 것이다. 메모리는, 프로세서에 의해 실행될 때 다양한 작동을 실행하는 명령들을 저장하도록 작동할 수 있을 것이다. 작동들은, EGT를 측정하는 것 및 목표 EGT를 결정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 작동들은, EGT 및 목표 EGT에 적어도 부분적으로 기초하여 편차를 계산하는 것 및 편차를 벌크 화염 온도 스케줄에 적용하는 것을 더 포함할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 프로세서는, 적어도 부분적으로 벌크 화염 온도 스케줄에 기초하여, DLE 기관과 연관되는 하나 이상의 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드를 제어하도록 작동할 수 있을 것이다. 벌크 화염 온도 스케줄은, 질소 산화물, NOx 및 CO 배출량을 감소시키기 위해, 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드의 파라미터들에 대해 작성될 수 있다.

일부 실시예에서, 편차를 벌크 화염 온도 스케줄에 적용하는 것 이전에, 프로세서에 의해 실행되는 작동들이 추가로, 정정된 코어 속도를 측정할 수 있을 것이다. 정정된 코어 속도는, 추가적 편차를 결정하기 위해, 코어 속도 한계와 비교될 수 있을 것이다. 추가적 편차는, 정정된 코어 속도가 코어 속도 한계에 도달하는 것을 최소화하도록 또는 그렇지 않으면 이를 방지하도록 결정될 수 있다. 편차는, 적어도 부분적으로 추가적 편차에 기초하여 조절될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 정정된 코어 속도 한계가, 적어도 부분적으로 연소기 연소 모드에 기초하여 결정될 수 있을 것이다.

다른 실시예들, 특징들, 및 양태들이, 뒤따르는 도면과 함께 취해지는 뒤따르는 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은, 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 방법 및 시스템이 본 개시의 실시예에 따라 구현될 수 있는, 예시적 환경을 도시하는 블록도이다.
도 2는, 본 개시의 실시예에 따른 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 컨트롤러를 예시하는 블록도를 도시한다.
도 3은, 본 개시의 실시예에 따른 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 4는, 본 개시의 실시예에 따른, DLE 기관을 제어하기 위한 예시적 컨트롤러를 도시하는 블록도이다.

뒤따르는 상세한 설명은, 상세한 설명의 일부를 형성하는, 첨부 도면들에 대한 참조를 포함한다. 도면들은, 예시적 실시예들에 따른 예시들을 묘사한다. 또한 여기에서 “예들”로서 지칭되는, 이러한 예시적 실시예들은, 당업자가 본 대상을 실행하는 것을 가능하게 하기 위해 충분히 상세하게 설명된다. 예시적 실시예들은 조합될 수 있고, 다른 실시예들이 활용될 수 있으며, 또는 구조적, 논리적 그리고 전기적 변화들이. 청구되는 대상의 범위로부터 벗어남 없이, 이루어질 수 있을 것이다. 뒤따르는 상세한 설명은, 따라서, 제한하는 의미로 취해지지 않아야 하며, 그리고 범위는, 첨부 청구항들 및 그들의 균등물들에 의해 한정된다.

본 명세서에서 설명되는 특정 실시예들은, 건식 저공해(DLE) 기관들에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특정 실시예들은, 주변 조건이 변화되었을 때, 연소 중단 및 기관 정지의 발생을 최소화하거나 또는 그렇지 않으면 이를 방지하기 위해, 벌크 화염 온도 스케줄을 정정하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 뒤따르는 것은, DLE 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한, 다양한 예시적 실시예에 대한 상세한 설명을 제공한다.

지금부터 도 1을 참조하면, 블록도가, 하나 이상의 예시적 실시예에 따른, DLE 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 방법 및 시스템을 구현하는데 적당한, 예시적 시스템 환경(100)을 도시한다. 특히, 시스템 환경(100)은, 결과적으로 압축기(120), 연소기(130), 압축기(120)에 결합되는 터빈(140), 및 컨트롤러(400)를 포함할 수 있는, 가스 터빈 기관(110)을 포함할 수 있을 것이다. 기관(110)은, 전력을 생산하며 그리고 차단기를 경유하여 전력망에 전력을 공급하는, 발전기를 구동할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 연소기(130)는, 연소 화염 온도를 감소시키기 위한 희석제로서 공기를 사용할 수 있는, 희박 사전 혼합 연소기 또는 초 저공해 연소기를 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 연소기로 진입하기 이전에 연료와 공기를 사전 혼합하는 것이, NOx 배출량을 감소시킬 수 있을 것이다. 예시적인 초 저공해 연소기가, 건식 저 NOx(dry low NOx: DLN) 연소기를 포함할 수 있을 것이다.

예를 들어 DLN 연소 시스템과 같은, 초 저공해 연소기를 갖는 가스 터빈 기관은, 기관 배출량이, 터빈 제조업자에 의해 그리고 가스 터빈이 특정 작동성 경계들(예를 들어, 희박 분사(lean blowout), 연소 동역학, 및 다른 파라미터들) 이내에서 작동하는 것을 보장하도록 설정되는, 한계 이내에 놓이도록, 비교적 정밀한 제어를 필요로 할 것이다. 초 저공해 연소기를 위한 제어 시스템은 일반적으로, 매우 정확한 그리고 보정된 배출 센서를 요구한다. 압축기(120), 연소기(130), 및 터빈(140)은, 컨트롤러(400)에 결합될 수 있을 것이다. 기관(110)의 작동은, 컨트롤러(400)에 의해 관리될 수 있을 것이다. 컨트롤러(400)는, 센서 입력, 전달 함수 출력, 및 작업자로부터의 지시를 사용하여, 기관(110)의 작동을 제어하도록 프로그램들을 실행하는, 프로세서(들)를 구비하는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있을 것이다. 컨트롤러(400)는, 기관 연소 제어 시스템을 포함할 수 있으며 그리고 터빈 작동 도중에 연소를 관리하도록 구성될 수 있을 것이다.

기관(110)의 작동은, 컨트롤러(400)가, 요구되는 사이클 합치 지점(cycle match point)을 달성하기 위해 (예를 들어, 작동적 경계들을 관찰하는 가운데, 요구되는 출력 및 열 생성율을 생성하기 위해), 총 연료 유량, 압축기 유입 가스 베인(inlet gas vane: IGV), 유입 블리드 열(inlet bleed heat: IBH), 및 연소기 연료 분배를 설정하는 것을 요구한다. 총 연료 유량 및 IGV 위치는, 요구되는 결과를 달성하는데 있어서 지배적인 인자로서 역할을 할 것이다. 전형적인 부분-부하 제어 모드가, 부하(발전기 출력) 요청을 만족시키도록, 그리고 배기 온도 윤곽(온도 제어 곡선)을 관찰하도록, 연료 유량 및 IGV 각도를 설정하는 것을 수반한다. 기본-부하 작동이 달성될 때, IGV는 전형적으로, 최대 물리적 한계의 각도에 놓인다. 기본-부하에서, 연료 유량만이 일반적으로, 배출 한계 및 다른 가스 터빈 작동 한계를 만족시키는데 필요한 배기 온도 윤곽을 관찰하기 위해, 조절된다.

특정 실시예에서, 기관(110)은, 연료 컨트롤러(150)를 포함할 수 있을 것이다. 연료 컨트롤러(150)는, 연료 공급원으로부터 연소기(130)로 유동하는 연료를 조정하도록 구성될 수 있을 것이다. 연료 컨트롤러는 또한, 연소기(130)를 위한 연료의 유형을 선택할 수 있을 것이다. 부가적으로, 연료 컨트롤러는 또한, 연소기(130)의 다양한 연료 회로들(고리들)로 유동하는 연료의 비율들을 결정하는 연료 분배 명령을 생성하고 실행할 수 있을 것이다. 연료 분배 명령은, 연소기(130)로 운반되는 연료의 총량의 몇 퍼센트가 특정 연료 회로를 통해 공급되는지를 규정하는, 각 연료 회로에 대한 연료 분배 비율에 대응할 수 있을 것이다. 연료 컨트롤러(150)는, 컨트롤러(400)와 별도로 또는 컨트롤러(400)의 통합 구성요소로서 설치될 수 있다는 것을 인식해야 할 것이다.

본 개시의 다른 실시예에 따르면, 기관(110)의 작동은, 기관(110)의 다양한 상태를 검출하며 그리고 환경의 파라미터들을 감지하는, 하나 이상의 센서(160)에 의해 모니터링 될 수 있을 것이다. 예를 들어, 온도 센서들이, 기관(110)을 둘러싸는 대기 온도, 압축기 방출 온도, 터빈 배기 가스 온도(EGT)를 모니터링 할 수 있으며, 그리고 다른 온도 측정들을 실행할 수 있을 것이다. 압력 센서들이, 대기 압력, 압축기 입구 및 출구, 그리고 터빈 배기구, 뿐만 아니라 가스 흐름의 다른 장소들에서의, 정적 및 동적 압력 레벨을 모니터링 할 수 있을 것이다. 더불어, 습도 센서들(예를 들어, 건습구 온도계)이, 압축기의 입구 덕트 내의 대기 습도를 측정할 수 있을 것이다. 센서들은 또한, 가스 터빈 기관(110)의 작동에 관련되는 다양한 파라미터를 감지하는, 유동 센서, 속도 센서, 화염 검출 센서, 밸브 위치 센서, 가이드 베인 각도 센서를 포함할 수 있을 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같은, 용어 “작동 상태”가, 연료 분배, 부하, 및 터빈 작동에 적용되는 다른 상태를 포함할 수 있는 가운데, “작동 데이터” 및 유사한 용어들이, 기준 상태와 기관 응답 사이의 의존성을 나타내기 위해 사용될 수 있는 기관(110) 내의 한정된 장소들에서의 온도, 압력, 및 유량과 같은, 기관(110)의 영향을 미치는 파라미터들을 규정하기 위해 사용될 수 있는 항목들을 포함할 수 있다. 특정 예시적 실시예에서, 배출 센서들이, 터빈 배기구에서의 배출 레벨을 측정하기 위해 그리고 제어 알고리즘에 의해 사용되는 피드백 데이터를 제공하기 위해, 제공될 수 있을 것이다. 예를 들어, 터빈 배기구에서 배출 센서들은, 터빈 배기 온도 요청을 결정하는데 적용될 수 있는 현재 배출 레벨에 관한 데이터를 제공한다.

일부 실시예에서, 컨트롤러(400)는, 화염 온도 스케줄의 함수로서, 단 밸브들(170) 및 압축기 블리드들(180)을 조절할 수 있을 것이다. 화염 온도 스케줄들은, 수정될 수 있으며 그리고, 예를 들어 컨트롤러(400)의 메모리 내의, 장소에 저장될 수 있다. 화염 온도 스케줄은, 기관에 대한 배출 요건을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 대기 상태의 변화, 기관의 터빈 및 기관의 압축기 내부의 변화 및/또는 사소한 손상으로 인해, 주어진 대기 상태에서 작성된 화염 온도 스케줄들은, 대기 상태 및/또는 기관의 상태가 변화될 때, 기관의 허용 가능한 거동을 생성하지 못할 수 있을 것이다. 이는, 연소기의 부분적 또는 총체적 연소 중단을 초래할 수 있으며, 그로 인해 기관 정지를 야기할 수 있을 것이다. 예를 들어, 컨트롤러(400)는, 연소기 내의 하나 이상의 고리가 고리들 사이에서 연료 유량을 변화시킴에 의해 냉각되는 것(부분적 연소 중단)을 검출하도록 작동할 수 있을 것이다. 기관이 부분적 연소 중단을 가졌다는 결정에 기초하여, 컨트롤러는, 고리들 사이에서 연료 분배를 변경함에 의해 정정 작용을 수행하도록 작동할 수 있을 것이다. 동일한 화염 온도를 유지하기 위해 그리고 기관이 동일한 양의 전력을 생산하도록 유지하기 위해, 컨트롤러(400)는, 하나 이상의 고리로의 연료 유량을 증가시킬 수 있을 것이다. 여분의 연료량을 맞추기 위해, 연소기로의 공기 유량 또한, 압축기 블리드들을 폐쇄함에 의해, 증가될 수 있을 것이다. 동일한 상황에서, 연소기로의 공기 유량을 증가시키는 것은, 부분적 연소 중단(연소기 내의 하나 또는 소수의 고리가 점화되지 않을 때)을 총체적 연소 중단(연소기 내의 모든 고리가 점화되지 않을 때)으로 전파할 수 있을 것이다.

본 개시의 다양한 실시예에서, 부분적 연소 중단을 결정하는 것에 기초하여, 컨트롤러(400)는, 상이한 정정 작용을 수행하도록 작동할 수 있을 것이다. 단지 고리들 사이에서 연료 유량을 재분배하는 것 대신에, 컨트롤러는, 벌크 화염 온도를 상승시키도록 작동할 수 있다. 벌크 화염 온도는, 연소기 내의 모든 고리에 대한, 총 연료 유량, 총 공기 유량 및 계산된 화염 온도의, 계산된 가중 평균으로서 결정될 수 있으며, 여기서 고리들은, 소형, 중형 및 대형의, 상이한 크기를 갖는다. 벌크 화염 온도를 올리는 것은, 연소기 블리드들을 폐쇄하는 대신에 개방하도록 강제할 수 있을 것이다. 연소기 링들을 개방하는 것에 대한 결과로서, 공기 유량이 감소하게 되고, 그로 인해 기관이 총체적 연소 중단을 경험하는 것을 방지하도록 하며, 그리고 심지어 기관을 부분적 연소 중단으로부터 완전히 점화된 상태로 가져갈 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 벌크 화염 온도를 유지하기 위해 그리고 모든 고리가 점화된 상태로 유지하기 위해, 컨트롤러(400)는, EGT를 모니터링 하도록 작동할 수 있을 것이다. 주어진 연소 모드에서의, 예를 들어 모든 고리가 점화되는 때의 ABC 모드에서의, 기관의 작동 도중에, 컨트롤러는, 연소기의 주어진 연소 모드에 대한 목표 EGT를 유지하기 위해 연소기 블리드들을 조절할 수 있으며 그리고 벌크 화염 온도를 치우치게 할 수 있을 것이다. 목표 EGT를 유지하기 위해 압축기 블리드들을 조절하는 것은, 기관의 배출량을 요구되는 범위 내에 유지하는 것 및 기관을 부분적 연소 중단으로부터 보호하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 이러한 접근법은 또한, 대기 상태의 계절적 변화 및/또는 기관의 터빈, 연소기 등등에서의 사소한 손상들로 인한 엔진의 상태의 변화에 따라, 연소기 화염 온도 스케줄을 재작성할 필요성을 제거할 수 있을 것이다.

여기에서 설명되는 기술은 또한, 특히 연료가 상이한 발열량을 가질 때, 기관에 의해 사용되는 연료의 상이한 소스로의 전환으로 인해 화염 온도 스케줄을 재작성할 필요성을 제거할 수 있을 것이다. 통상적으로, 컨트롤러(400)가 가스 크로마토그래피로부터 연료의 발열량에 관한 업데이트된 정보를 수신할 수 있기 이전에, (예를 들어, 약 6분의) 시간 기간이 존재한다. 이러한 시간 기간 도중에, 연료의 발열량이 더 높은 값으로부터 더 낮은 값으로 변화되는 경우 그리고 컨트롤러가 연료의 이러한 변화를 인지하지 못하는 경우, 기관은, 부분적 연소 중단 및 연소기 음향을 경험할 수 있을 것이다. 컨트롤러는, EGT를 모니터링 할 수 있으며 그리고, EGT가 연료 품질의 변화로 인해 표적 값으로부터 떨어질 때, 컨트롤러는 벌크 화염 온도 스케줄을 높일 수 있으며, 그로 인해 연소기 블리드들을 개방하도록 강제할 수 있을 것이다. 이는, 기관이 연료 품질이 변화되는 순간부터 컨트롤러가 연료의 업데이트된 발열량을 수신하는 순간까지의 시간 기간 도중에 정상적으로 작동하는 것을 허용할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 컨트롤러(400)는, 터빈 스풀의 물리적 코어 속도를 모니터링 하도록 그리고 코어 속도가 사전 결정된 코어 속도 한계에 도달할 때 더 높은 연소 모드로부터 더 낮은 연소 모드로 기관을 전환하도록, 구성될 수 있을 것이다. 코어 속도 한계는, 연소 모드에 기초하여 결정될 수 있으며 그리고 고압 압축기 온도에 대해 정정될 수 있다. 통상적으로, 코어 속도는, 예를 들어 대기 온도가 대략 화씨 0도 아래로 떨어질 때인, 차가운 대기 상태에서 코어 속도 한계까지 증가할 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 코어 속도가 코어 속도 한계에 도달하려고 할 때, 컨트롤러는, 코어 속도가 코어 속도 한계를 초과하지 않는 것을 보장하기 위해 연료 유량을 신속하게 감소시키도록 작동할 수 있다. 이는, 다음 연소 모드로, 예를 들어, 3개의 고리 모두가 점화되는, ABC 모드로부터, 단지 2개의 고리만 점화되는, AB 모드로, 기관을 낮출 수 있을 것이다. 코어 속도가 코어 속도 한계에서 지속되는 것을 방지하기 위해, 컨트롤러(400)는, 벌크 화염 온도를 감소시키도록 그리고 결과적으로 압축기 블리드들을 폐쇄하도록 구성될 수 있을 것이다. 블리드들을 폐쇄하는 것은, 코어 속도를 낮추는 것 및, 결과적으로, 코어 속도가 코어 속도 한계에서 지속되는 것을 방지하는 것을 야기할 수 있을 것이다.

도 2는, 예시적 실시예에 따른, 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 컨트롤러(200)를 도시한다. 예시적 컨트롤러(200)는, 목표 스케줄 모듈(210), 가산 모듈들(235 및 245), 이득 및 불감대 한계 모듈들(220, 230), 최소 선택 모듈(240), 적분기 모듈(250), 및 권한 한계 모듈(authority limits module)(260)을 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(200)는, 컨트롤러(200)의 작동에 필요한 더 적은 개수의 또는 상이한 모듈들을 구비할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모듈들(245 및 230)은 선택적일 수 있으며, 그리고 컨트롤러(200)는, 단지 EGT 입력에만 기초하여 벌크 화염 온도를 조정하도록 작동할 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 모듈들(210, 235 및 220)은 선택적일 수 있으며, 그리고 컨트롤러(200)는, 단지 코어 속도에만 기초하여 벌크 화염 온도를 조정하도록 작동할 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 컨트롤러(200)는, EGT 및 코어 속도 양자 모두에 기초하여, 벌크 화염 온도를 조정하도록 작동할 수 있다. 일부 실시예에서, 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 컨트롤러(200)는, 컨트롤러(400)와 통신 가능하게 결합될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(200)의 모듈들이, 컨트롤러(400) 내에 통합될 수 있을 것이다.

목표 스케줄 모듈(210)은, 현재 연소 모드 요청(demand) 및 압축기 블리드 비율에 대해 목표 EGT 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 연소기 요청은, 3개의 고리 중 어느 것이 연소 중인지를 설명하는, 0 내지 15의 숫자를 포함한다. 연소기 요청 15는, 3개의 고리가 모두 점화될 때의, 탑 연소기 모드를 포함할 수 있을 것이다. 압축기 블리드 비율은, 0 내지 100%의 정규화된 숫자이다. 허용되는 공기 유동의 총량은, 연소 모드 요청에 의존할 수 있다.

가산 모듈(235)은 탐침으로부터 실제 (피드백) EGT를, 모듈(210)로부터 목표 EGT를 수신하도록, 그리고 목표 EGT와 실제 EGT 사이의 차이를 계산하도록 구성될 수 있다. 차이는, 이득 및 불감대 한계 모듈(220)에 제공될 수 있다. 모듈(220)은, 목표 EGT와 실제 EGT 사이의 차이 및 사전 결정된 불감대 한계들 및 이득에 기초하여, 벌크 화염 온도에 대한 제1 오류값을 결정하도록 구성될 수 있다.

가산 모듈(245)은, 정정된 코어 속도, 정정된 코어 속도 한계를 수신하도록 그리고, 정정된 코어 속도 한계와 정정된 코어 속도 사이의 차이를 계산하도록 구성될 수 있다. 차이는, 코어 속도와 코어 속도 한계 사이의 차이에 기초하여 벌크 화염 온도에 대한 제2 오류값을 결정하기 위해, 이득 및 불감대 한계 모듈(230)에 제공될 수 있다. 제2 오류값은, 벌크 화염 온도에 편차를 적용할 때, 코어 속도가 코어 속도 한계에 도달하는 것을 방지하는 여유를 제공할 수 있다.

최소 선택 모듈(240)은, 모듈(220)로부터 제1 오류값을 그리고 모듈(230)로부터 제2 오류값을 수신하도록, 그리고 수신된 값에 기초하여, 벌크 화염 온도를 정정하는데 허용 가능한 최소 오류값을 결정하도록 구성될 수 있다. 최소 오류값의 선택은, 벌크 화염 온도에 너무 큰 편차를 적용하여, 정정된 코어 속도를 정정된 코어 속도 한계에 도달하도록 야기하며 그리고 그 결과 기관을 더 낮은 연소 모드로 전환하도록 하는 것을 방지하기 위해, 수행될 수 있다.

적분기(250)는, 최소 선택 모듈(240)로부터 최소 오류값을 수신하도록 그리고 이를 벌크 화염 온도에 대한 편차에 통합하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 최소 오류값은, 단지 기관이 블리드 조절 모드에서 작동 중일 때에만, 편차에 통합될 수 있다. 벌크 화염 온도에 대한 편차는, 벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하기 위해, 권한 한계 모듈(260)을 경유하여, 컨트롤러(400)의 다른 모듈들로 제공될 수 있다.

도 3은, 예시적 실시예에 따른, 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 방법(300)을 도시한다. 예시적 방법(300)은, 이상에서 도 2를 참조하여 설명되는 컨트롤러(200)를 사용하는, 이상에서 도 1을 참조하여 설명되는 기관(110)에서 구현될 수 있을 것이다. 방법(300)은, 작업(302)에서, EGT를 측정하는 것과 더불어 개시될 수 있을 것이다. 작업(304)에서, 방법(300)은, 목표 EGT를 결정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 목표 EGT는, 기관의 현대 연소 모드 및 압축기 블리드 비율에 기초하여, 결정될 수 있다. 작업(306)에서, 방법(300)은, 적어도 EGT 및 목표 ETG에 기초하여, 벌크 화염 온도에 대한 편차를 계산하는 것을 진행할 수 있을 것이다.

선택적 작업들(308-312)에서, 편차는, 적어도 정정된 코어 속도에 기초하여 조절될 수 있다. 작업(308)에서, 방법(300)은, 정정된 코어 속도를 측정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 작업(310)에서, 방법(300)은, 추가적 편차를 결정하기 위해 정정된 코어 속도를 정정된 코어 속도 한계와 비교하는 것을 진행할 수 있을 것이다. 정정된 코어 속도 한계는, 적어도 현재 연소 모드 및 고압 압축기 온도에 기초하게 될 수 있다. 작업(312)에서, 방법(300)은, 추가적 편차에 기초하여 편차를 조절하는 것을 계속할 수 있을 것이다. 작업(314)에서, 방법(300)은, 벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하는 것으로 종결될 수 있다.

도 4는, 본 개시의 실시예에 따른, 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 예시적 컨트롤러(400)를 예시하는 블록도를 도시한다. 더욱 구체적으로, 컨트롤러(400)의 요소들은, 사전 결정된 연소 작동적 경계들 이내에서, 가스 터빈이 작동 중인 동안에, 가스 터빈과 연관되는 작동 데이터를 자동으로 수집하며, 작동 데이터를 저장하고, 작동 데이터에 기초하여 하나 이상의 사전 결정된 연소 전달 함수들에 대한 상수들의 세트를 생성하며, 그리고 가스 터빈의 시운전 도중에 사용되도록 가스 터빈 연소 제어 시스템 내에 상수들의 세트를 저장하는 가운데, 복수의 작동 상태 하에서 가스 터빈을 작동시키기 위해 사용될 수 있을 것이다. 컨트롤러(400)는, 프로그램된 논리(420)(예를 들어, 소프트웨어)를 저장하며 그리고 가스 터빈과 연관되는 작동 데이터, 상수들의 세트 및 이와 유사한 것과 같은 데이터(430)를 저장할 수 있는, 메모리(410)를 포함할 수 있을 것이다. 메모리(410)는 또한 운영 체계(440)를 포함할 수 있을 것이다.

프로세서(450)가, 프로그램된 논리(420)를 실행하기 위해 운영 체계(440)를 활용할 수 있으며, 그리고 그렇게 함에 있어서, 데이터(430)를 또한 활용할 수 있을 것이다. 데이터 버스(460)가, 메모리(410)와 프로세서(450) 사이에 통신을 제공할 수 있을 것이다. 사용자들은, 키보드, 마우스, 제어 패널, 또는 컨트롤러(400)로 그리고 컨트롤러(400)로부터 데이터를 통신할 수 있는 임의의 다른 디바이스와 같은, 적어도 하나의 사용자 인터페이스 디바이스(470)를 통해 컨트롤러(400)에 접근할 수 있을 것이다. 컨트롤러(400)는, 입력/출력(I/O) 인터페이스(480)를 경유하여, 작동되지 않는 동안에 오프라인으로 가스 터빈 연소 제어 시스템과 통신상태에, 뿐만 아니라 작동하는 동안에 온라인으로, 가스 터빈 연소 제어 시스템과 통신 상태에 놓일 수 있을 것이다. 부가적으로, 다른 외부 디바이스들 또는 복수의 다른 가스 터빈 또는 연소기가, I/O 인터페이스(480)를 경유하여, 컨트롤러(400)와 통신 상태에 놓일 수 있을 것이다. 예시된 실시예에서, 컨트롤러(400)는 가스 터빈에 대해 원격으로 위치하게 될 수 있지만; 컨트롤러는 가스 터빈과 함께 위치하게 되거나 또는 심지어 통합될 수도 있을 것이다. 더불어, 컨트롤러(400) 및 그에 의해 구현되는 프로그램된 논리(420)는, 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있을 것이다. 복수의 컨트롤러(400)가 사용될 수 있으며, 그로 인해 본 명세서에서 설명되는 상이한 특징들이, 하나 이상의 상이한 컨트롤러(400) 상에서 실행될 수 있다는 것이, 또한 인식되어야 한다.

예시적 실시예들에 따른 시스템, 방법, 장치, 및 컴퓨터 프로그램 제품의 블록도들에 대한 참조가 이루어진다. 블록도의 적어도 일부의 블록, 및 블록도의 블록들의 조합이 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다는 것이, 이해될 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령은, 기계를 생성하기 위해, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 특수 목적 하드웨어 기반 컴퓨터, 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 상으로 로딩될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 상에서 실행되는 명령들이, 논의되는 블록도의 적어도 일부의 블록 또는 블록도의 블록들의 조합의 기능을 구현하기 위한 수단을 생성하도록 한다.

이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치를 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터-판독가능 메모리 내에 저장될 수 있어서, 컴퓨터-판독가능 메모리 내에 저장되는 명령들이, 블록 또는 블록들에서 구체화되는 기능을 구현하는 명령 수단을 포함하는 제품을 생성하도록 한다. 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한, 일련의 작업 단계들이 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 실행되는 것을 야기하도록, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 상으로 로딩될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 실행되는 명령들이, 블록 또는 블록들에서 구체화되는 기능들을 구현하기 위한 단계들을 제공하도록 한다.

여기에서 설명되는 시스템의 하나 이상의 구성요소 및 방법의 하나 이상의 요소는, 컴퓨터의 운영 체계 상에서 구동되는 응용 프로그램을 통해 구현될 수 있을 것이다. 이들은 또한, 휴대 디바이스들, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 또는 프로그램 가능 가전제품, 미니-컴퓨터, 메인 프레임 컴퓨터, 및 이와 유사한 것을 포함하는, 다른 컴퓨터 시스템 구성들에 의해 실행될 수 있을 것이다.

여기에서 설명되는 시스템 및 방법의 구성요소들인 응용 프로그램들이, 특정 추상 데이터 유형들을 구현하며 그리고 특정 작업 또는 작용을 실행하는, 루틴들, 프로그램들, 구성요소들, 데이터 구조들, 등등을 포함할 수 있을 것이다. 분산된 컴퓨팅 환경에서, 응용 프로그램은 (전체적으로 또는 부분적으로), 로컬 메모리 또는 다른 저장 매체 내에 위치하게 될 수 있을 것이다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 응용 프로그램은 (전체적으로 또는 부분적으로), 작업들이 통신 네트워크를 통해 연결되는 원격 처리 디바이스들에 의해 실행되는 환경을 허용하기 위해, 원격 메모리 또는 저장 매체에 위치하게 될 수 있을 것이다.

이러한 설명이 그에 어울리는, 여기에서 기술되는 예시적 설명에 대한 많은 수정 및 다른 실시예들이, 앞선 설명 및 연관된 도면에서 제시되는 교시의 이익을 구비하는 것으로 생각될 것이다. 따라서, 본 개시는, 많은 형태로 실시될 수 있으며 그리고 이상에 설명된 예시적 실시예들로 제한되지 않아야 한다는 것을 인식하게 될 것이다.

따라서, 본 개시는 개시되는 특정 실시예들로 제한되지 않아야 한다는 점 및 수정들 및 다른 실시예들이 첨부 청구항들의 범위 이내에 포함되는 것으로 의도된다는 점이 이해되어야 한다. 비록 특정 용어들이 여기에서 사용되지만, 이들은 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되며 그리고 제한의 목적으로 사용되지 않는다.

Claims

건식 저공해(DLE) 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 방법으로서,
배기 가스 온도(EGT)를 측정하는 것;
목표 EGT를 결정하는 것;
적어도 부분적으로 EGT 및 목표 EGT에 기초하여 편차를 계산하는 것; 및
벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하는 것
을 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 1항에 있어서,
적어도 부분적으로 벌크 화염 온도 스케줄에 기초하여, DLE 기관과 연관되는 하나 이상의 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드를 조정하는 것을 더 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 2항에 있어서,
벌크 화염 온도 스케줄은, 질소 산화물 및 이산화질소(NOx), 그리고 일산화탄소(CO) 배출량을 감소시키기 위해, 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드의 파라미터들에 대해 작성되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 1항에 있어서,
목표 EGT는, 적어도 부분적으로 압축기 공기 유동 비율 및 연소기 연소 모드에 기초하여 결정되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 1항에 있어서,
편차는, DLE 기관이 블리드 조절 모드에서 작동 중일 때, 벌크 화염 온도 스케줄에 적용되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 1항에 있어서,
벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하는 것 이전에,
정정된 코어 속도를 측정하는 것;
추가적 편차를 결정하기 위해 정정된 코어 속도를 코어 속도 한계와 비교하는 것; 및
적어도 부분적으로 추가적 편차에 기초하여 편차를 조절하는 것
을 더 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 6항에 있어서,
정정된 코어 속도 한계가 적어도 부분적으로 연소기 연소 모드에 기초하여 결정되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 7항에 있어서,
정정된 코어 속도가 코어 속도 한계와 동등하다고 또는 그보다 더 크다고 결정하는 것; 및
상기 결정에 기초하여, 선택적으로 DLE를 더 낮은 연소기 연소 모드로 전환하는 것
을 더 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 6항에 있어서,
추가적 편차는, 정정된 코어 속도가 코어 속도 한계에 도달하는 것을 방지하도록 결정되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
제 6항에 있어서,
편차를 조절하는 것은, 편차 및 추가적 편차로부터 최소값을 선택하는 것을 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
건식 저공해(DLE) 기관에서 벌크 화염 온도를 조정하기 위한 시스템으로서,
프로세서;
프로세서에 통신 가능하게 결합되며, 프로세서에 의해 실행될 때,
배기 가스 온도(EGT)를 측정하는 것;
목표 EGT를 결정하는 것;
적어도 부분적으로 EGT 및 목표 EGT에 기초하여 편차를 계산하는 것; 및
벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하는 것
을 포함하는 작업들을 실행하는, 명령들을 저장하는 것인, 메모리
를 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 11항에 있어서,
프로세서는, 적어도 부분적으로 벌크 화염 온도 스케줄에 기초하여, DLE 기관과 연관되는 하나 이상의 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드를 제어하도록 작동할 수 있는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 12항에 있어서,
벌크 화염 온도 스케줄은, 질소 산화물 및 이산화질소(NOx), 그리고 일산화탄소(CO) 배출량을 감소시키기 위해, 하나 이상의 단 밸브 및 압축기 블리드의 파라미터들에 대해 작성되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 11항에 있어서,
목표 EGT는, 적어도 부분적으로 압축기 공기 유동 비율 및 연소기 연소 모드에 기초하여 결정되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 11항에 있어서,
편차는, DLE 기관이 블리드 조절 모드에서 작동 중일 때, 벌크 화염 온도 스케줄에 적용되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 11항에 있어서,
벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하는 것 이전에,
정정된 코어 속도를 측정하는 것;
추가적 편차를 결정하기 위해 정정된 코어 속도를 코어 속도 한계와 비교하는 것; 및
적어도 부분적으로 추가적 편차에 기초하여 편차를 조절하는 것
을 더 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 16항에 있어서,
정정된 코어 속도 한계가 적어도 부분적으로 연소기 연소 모드에 기초하여 결정되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 17항에 있어서,
정정된 코어 속도가 코어 속도 한계와 동등하다고 또는 그보다 더 크다고 결정하는 것; 및
상기 결정에 기초하여, 선택적으로 DLE를 더 낮은 연소기 연소 모드로 전환하는 것
을 더 포함하는 것인, 벌크 화염 온도 조정 시스템.
제 16항에 있어서,
추가적 편차는, 정정된 코어 속도가 코어 속도 한계에 도달하는 것을 방지하도록 결정되는 것인, 벌크 화염 온도 조정 방법.
비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체로서,
하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,
배기 가스 온도(EGT)를 측정하는 것;
목표 EGT를 결정하는 것;
적어도 실제 EGT 및 목표 EGT에 기초하여 편차를 계산하는 것;
정정된 코어 속도를 측정하는 것;
추가적 편차를 결정하기 위해 정정된 코어 속도를 코어 속도 한계와 비교하는 것;
적어도 부분적으로 추가적 편차에 기초하여 편차를 조절하는 것; 및
벌크 화염 온도 스케줄에 편차를 적용하는 것
을 포함하는 작업들을 실행하는, 명령들을 저장한 것인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.