[發明專利]用于將燃料供應給燃氣輪機的系統和方法

有效

• 申請號: 201110330837.9
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102454485A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: T·R·比爾頓;D·M·莫斯;K·F·任多;C·威爾克斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C9/28
• 分類號: F02C9/28;F02C7/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;譚祐祥

技術領域

本發明的實施例大體涉及燃氣輪機，并且更具體而言涉及燃氣輪機燃料系統。

背景技術

燃氣輪機廣泛地用于各種各樣的商業操作中，例如功率發生操作。燃氣輪機一般包括壓縮機、一個或多個燃燒器和渦輪構件。典型地，壓縮機逐漸地壓縮工作流體，并且將經壓縮的工作流體排給燃燒器。燃燒器將燃料噴到經壓縮的工作流體流中，并且點燃混合物而產生具有較高溫度、壓力和速度的燃燒氣體。燃燒氣體會離開燃燒器，并且流到渦輪構件，它們在渦輪構件中膨脹而產生可轉化成電功率的功。

形成于冷凝的燃料氣體內的液體可在燃燒器中產生嚴重的有害作用，從而導致硬件損害。因此，傳統的燃料供應器典型地提供了較嚴格的控制，以減少燃料的濕氣含量。但是，這些傳統的燃料供應典型地需要額外的處理構件來確保提供給燃燒器的燃料基本上沒有液體。

圖1顯示了用于將燃料供應給燃氣輪機12的傳統的燃料系統10的簡化圖。燃料系統10一般包括具有大約400磅每平方英寸-700磅每平方英寸的壓力的燃料供應14。在給定壓力處，燃料可為濕飽和的(定義為具有低于烴露點的溫度)、干飽和的(定義為具有等于烴露點的溫度)，或過熱的(定義為具有高于烴露點的溫度)。燃料流過分離器16，而分離器16從燃料中移除任何冷凝的流體(例如，水、冷凝的烴等)。流控制閥18對通往燃氣輪機12的燃燒器的燃料流進行節流。在燃料通過流控制閥18而膨脹時，焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)效應會導致燃料的溫度的降低。燃料的膨脹可導致燃料溫度落在烴露點以下，從而允許形成冷凝物。為了防止燃料溫度落在烴露點以下，傳統的燃料系統10典型地包括在流控制閥18的上游的一個或多個熱交換器20、22。熱交換器20、22對燃料添加熱，以使燃料過熱以及確保燃料溫度在膨脹期間一直保持高于烴露點。

圖2提供了在燃料運動通過圖1的傳統的燃料系統10時燃料的溫度和壓力變化的曲線圖。為了說明的目的，圖2將進入燃料系統的燃料示出為過熱燃料，其由點A指示。熱交換器20、22加熱燃料，以使燃料溫度升高到點B。在燃料通過流控制閥18而膨脹時，焦耳-湯姆遜效應會使燃料的溫度從點B降低到點C。值得注意地，從點B到點C的氣體膨脹路徑一直都保持高于烴露點，從而防止燃料中的冷凝。點A和B之間的距離表示熱交換器20、22提供來確保燃料溫度一直保持高于烴露點以防止冷凝的過熱量。

在傳統的燃料系統內，多個熱交換器典型地是必要的，以確保在所有水平的運行期間可獲得足夠的熱源。例如，在正常運行期間，燃氣輪機12可供應必要的熱。來自壓縮機的熱的經壓縮的工作流體或來自渦輪的高溫排氣可被抽取和供應給一個熱交換器22，以使燃料充分地過熱。但是，在啟動運行期間，不能容易地從燃氣輪機12獲得熱，從而需要具有獨立熱源24的第二熱交換器20。

對具有用以在啟動運行期間供應熱的獨立熱源的第二熱交換器的需要在構建燃氣輪機系統時需要額外的資金成本。另外，第二熱交換器典型地使用加熱線圈、間接燃燒式加熱器、熱泵，或用于在啟動(其典型地缺乏供應)期間提供會消耗額外的功率或燃料的熱的類似裝置。此外，第二熱交換器消耗來使燃料過熱的功率會降低燃氣輪機裝置的整體效率。

發明內容

上面的需要和/或問題中的一些或所有可通過本發明的某些實施例來解決。本發明的實施例可包括用于將燃料供應給燃氣輪機的系統和方法。根據本發明的一個實施例，公開了一種用于將燃料供應給燃氣輪機的系統。該系統可包括：構造成提供燃料的至少一個流道；構造成確定與燃料相關聯的一個或多個參數的一個或多個感測裝置；構造成接收來自該至少一個流道的燃料以及將燃料的壓力降低到期望壓力的壓力改變裝置；以及分離器，其連接在壓力改變裝置的下游，并且構造成從燃料中移除液體。另外，該系統可包括至少一個控制器，其構造成(i)接收來自該一個或多個感測裝置的所確定的一個或多個參數，(ii)至少部分地基于該一個或多個參數來計算出期望壓力，以及(iii)指引壓力改變裝置的操作，以實現期望壓力。

根據本發明的另一個實施例，公開了一種用于將燃料供應給燃氣輪機的方法。可接收燃料，并且可確定與所接收的燃料相關聯的一個或多個參數。至少部分地基于所確定的一個或多個參數，可計算出用于使用分離器來從燃料中移除一種或多種液體的期望壓力。然后可控制壓力改變裝置的操作，以便實現期望壓力。在某些實施例中，該方法的運行可通過包括一個或多個計算機的控制器來執行。