[發(fā)明專(zhuān)利]具有燃料成分控制的燃?xì)鉁u輪

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480009576.2
• 申請(qǐng)日: 2014-02-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105339629A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·伯內(nèi)羅;F·格拉夫;G·L·貴達(dá)蒂;M·加斯納;F·古伊特
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 阿爾斯通技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F02C3/22
• 分類(lèi)號(hào): F02C3/22;F02C6/18;F02C7/22;F02C9/40;F23K5/00;F23R3/36
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;胡斌

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及用于以調(diào)節(jié)燃料成分的主動(dòng)措施操作燃?xì)鉁u輪的方法，以及此類(lèi)燃?xì)鉁u輪。

背景技術(shù)

由于由不穩(wěn)定的可再生源像風(fēng)或太陽(yáng)的增加的發(fā)電，基于現(xiàn)有燃?xì)鉁u輪的發(fā)電設(shè)備不斷增加地用于平衡功率需求和穩(wěn)定電網(wǎng)。因此，需要改進(jìn)的操作靈活性。這意味著燃?xì)鉁u輪經(jīng)常在低于基礎(chǔ)負(fù)載設(shè)計(jì)點(diǎn)的負(fù)載下操作，即在較低的燃燒器入口和點(diǎn)燃溫度下。在某些極限之下，這降低了火焰穩(wěn)定性和燒盡，具有較高的火焰損失(貧吹熄)風(fēng)險(xiǎn)、增加的脈動(dòng)(例如，作為貧吹熄前兆的燃燒器脈動(dòng))，以及增加的CO排放。

同時(shí)，排放極限值和總排放許可變得更嚴(yán)厲，使得需要在較低排放值下操作，在部分負(fù)載操作下和在瞬態(tài)期間也保持低排放，因?yàn)檫@些對(duì)累積排放極限也是有價(jià)值的。

現(xiàn)有技術(shù)的燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)成處理操作條件中的某種可變性，例如通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)入口質(zhì)量流或者控制在不同焚燒器、燃料級(jí)或燃燒器之間的燃料劃分。然而，這不足以滿足新的要求，尤其是對(duì)于已經(jīng)安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)而言。

低燃料反應(yīng)性已知具有對(duì)火焰穩(wěn)定性和燒盡的不利影響，這在低負(fù)載操作下不利。相反，高燃料反應(yīng)性可在較高負(fù)載和較高點(diǎn)燃溫度下不利，其中其可引起逆燃、過(guò)熱和增大的NOx排放。燃料反應(yīng)性由供應(yīng)管網(wǎng)或其它氣源提供的天然氣的成分給予。隨著新且多樣化的氣源的開(kāi)發(fā)，管網(wǎng)中的燃料成分經(jīng)常波動(dòng)。大量惰性氣體或低濃度C2+(即，每個(gè)分子含有一個(gè)以上的碳原子并且具有高于甲烷的反應(yīng)性的較高級(jí)烴)經(jīng)常存在。因此，經(jīng)常必須使用具有低反應(yīng)性的氣體。

低燃料反應(yīng)性的可能的消極影響驅(qū)使針對(duì)提高燃料反應(yīng)性的構(gòu)想和解決方案的開(kāi)發(fā)。這些基于甲烷重整技術(shù)，如，蒸汽重整、催化部分氧化、非催化部分氧化、自熱重整以及等離子重整。它們所有都針對(duì)提供氫來(lái)提高燃料的反應(yīng)性。

例如，在US20100300110A1和EP2206968A2中描述了用以通過(guò)抽取其至少一部分、通過(guò)重整器對(duì)其進(jìn)行處理并且接著將其供給至燃燒系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)燃料的重整技術(shù)。對(duì)于基于燃料重整的解決方案，到發(fā)電設(shè)備中的集成努力為大的，這限制了操作靈活性和對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的適用性。另外，這些解決方案中的一些包括換熱器并且因此具有大熱慣量，需要長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，并且不可在燃?xì)鉁u輪由于調(diào)度要求或管網(wǎng)支持要求而變化的情況下足夠快速地響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)的目的在于提出一種燃?xì)鉁u輪及用于操作燃?xì)鉁u輪的方法，其實(shí)現(xiàn)了寬操作范圍內(nèi)的穩(wěn)定、安全且清潔的操作。此外，其實(shí)現(xiàn)了以具有低反應(yīng)性的燃料氣體來(lái)操作。

根據(jù)第一實(shí)施例，一種具有壓縮機(jī)、燃燒器和渦輪的燃?xì)鉁u輪包括用于燃燒器的燃料系統(tǒng)，其具有用于第一燃料氣體的第一燃料分配系統(tǒng)，以及用于第二燃料氣體的第二燃料分配系統(tǒng)。第一燃料氣體具有第一燃料反應(yīng)性，而第二燃料氣體具有高于第一燃料反應(yīng)性的第二燃料反應(yīng)性。燃?xì)鉁u輪還包括控制器，其構(gòu)造成取決于操作期間燃燒器的燃燒性能來(lái)控制供應(yīng)至燃燒器的第二燃料氣體與第一燃料氣體的質(zhì)量流之比。

根據(jù)實(shí)施例，第一燃料分配系統(tǒng)包括具有第一燃燒器燃料控制閥的第一燃料氣體供應(yīng)管線。第二燃料分配系統(tǒng)包括第二燃料氣體供應(yīng)管線和用于高反應(yīng)性燃料的第一控制閥。第二燃料管線氣體供應(yīng)管線可在第一燃燒器燃料控制閥上游、第一燃燒器燃料控制閥下游連接于第一燃料氣體供應(yīng)管線，或者第二燃料氣體供應(yīng)管線可直接地連接于燃燒器用于將燃料噴射到燃燒器中。

總?cè)剂腺|(zhì)量流可取決于燃?xì)鉁u輪設(shè)備的負(fù)載需要來(lái)控制。

根據(jù)實(shí)施例，燃?xì)鉁u輪設(shè)備的燃?xì)鉁u輪為連續(xù)燃燒燃?xì)鉁u輪，其具有第一燃燒器、第一渦輪、第二燃燒器以及第二渦輪。燃?xì)鉁u輪設(shè)備包括具有用于第一燃料氣體的第一燃料分配系統(tǒng)和用于第二燃料氣體的第二燃料分配系統(tǒng)的用于第一燃燒器的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，以及具有用于第一燃料氣體的第一燃料分配系統(tǒng)和用于第二燃料氣體的第二燃料分配系統(tǒng)的用于第二燃燒器的燃料供應(yīng)系統(tǒng)。

燃?xì)鉁u輪控制器可構(gòu)造成取決于操作期間第一燃燒器中的燃燒性能來(lái)控制供應(yīng)至第一燃燒器的第二燃料氣體與第一燃料氣體的質(zhì)量流之比。此外或作為備選，燃?xì)鉁u輪控制器構(gòu)造成取決于操作期間第二燃燒器中的燃燒性能來(lái)控制供應(yīng)至第二燃燒器的第二燃料氣體與第一燃料氣體的質(zhì)量流之比。