專利名稱：用于控制低能量燃料的熱值的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及用于控制在諸如燃?xì)廨啓C的各種應(yīng)用中的燃料(諸如低能量燃
料)的熱值的系統(tǒng)和布置。 3日匕割安x 某些燃料具有低能量值，例如低英國熱量單位(低BTU或LBTU)，低能量值使這些 燃料對于在某些發(fā)動機(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機)中的使用不合乎需要。例如，LBTU燃料每 體積燃料可產(chǎn)生較低的熱量。因此，LBTU燃料可能會導(dǎo)致不合需要的燃燒工況，例如自燃和 早期火焰穩(wěn)定。這些工況可在發(fā)動機(例如燃?xì)鉁u輪發(fā)動機)內(nèi)造成減少的控制和功率。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機通常燃燒高BTU (HBTU)燃料，高BTU燃料每體積燃料可產(chǎn)生相對 較高的熱量。因此，高BTU燃料大體確保燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的合適的運行、性能和效率。不幸 的是，這些高BTU燃料可能難以獲得、昂貴或者由于其它原因而不合需要。在某些設(shè)施中， 可獲得LBTU燃料，但由于它們的不合需要的特性而可能無法使用。例如，LBTU燃料可以是 精煉廠或其它設(shè)施的副產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種方法包括確定低BTU燃料的第一熱值，基于渦輪機系統(tǒng)的 狀態(tài)來確定目標(biāo)燃料質(zhì)量水平，控制高BTU燃料的第二熱值，以及將高BTU燃料注射到低 BTU燃料中，以實現(xiàn)目標(biāo)燃料質(zhì)量水平。在一個實施例中，一種渦輪機系統(tǒng)包括控制器，該 控制器配置成以便對低BTU燃料與高BTU燃料的混合進行控制，以產(chǎn)生混合燃料。另外，控 制器基于渦輪機系統(tǒng)的狀態(tài)確定混合燃料的目標(biāo)第一熱值，且該控制器配置成以便控制低 BTU燃料與高BTU燃料的比率，以實現(xiàn)混合燃料的第一熱值。在另一個實施例中，一種渦輪 機系統(tǒng)包括控制器，該控制器配置成以便對低BTU燃料與高BTU燃料的混合進行控制，以產(chǎn) 生混合燃料，其中控制器基于渦輪機系統(tǒng)的狀態(tài)來確定混合燃料的目標(biāo)第一熱值。另外，控 制器構(gòu)造成以便控制低BTU燃料對高BTU燃料的比率，以實現(xiàn)混合燃料的第一熱值。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得 更好理解，在附圖中，相同字符在所有圖中代表相同部件，其中 圖1是具有燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機、熱回收蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和燃料混合系統(tǒng)的發(fā)電系 統(tǒng)的一個實施例的示意性簡圖； 圖2是具有混合器、燃料供應(yīng)、LBTU氣體供應(yīng)和燃燒器的渦輪機系統(tǒng)的一個實施 例的簡圖； 圖3是如圖2所示的渦輪機系統(tǒng)的一個實施例的剖面?zhèn)纫晥D； 圖4是包括系統(tǒng)控制器和構(gòu)造成以便使能燃料混合過程的其它構(gòu)件的渦輪機系
統(tǒng)的一個實施例的簡圖；以及
圖5是用于監(jiān)測和控制渦輪機系統(tǒng)的燃料混合過程的一種示例性方法的流程圖。 具休實施方式 下面將對本發(fā)明的一個或多個具體實施例進行描述。在致力于提供對這些實施例
的簡明描述時，可能不會在說明書中對實際實現(xiàn)的所有特征進行描述。應(yīng)當(dāng)理解，在例如在 任何工程或設(shè)計項目中開發(fā)任何這種實際實現(xiàn)時，必須作出許多對于實現(xiàn)而言具體的決定 來實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)有關(guān)和商業(yè)有關(guān)的限制，開發(fā)人員的具體目標(biāo) 可根據(jù)不同的實現(xiàn)而改變。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時的，但盡管如 此，對具有本公開的益處的普通技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作將是設(shè)計、生產(chǎn)和制造的例行工作。 當(dāng)介紹本發(fā)明的各實施例的元件時，冠詞"一個"、"一種"、"該"和"所述"意圖表 示存在一個或多個該元件。用語"包括"、"包含"和"具有"意圖為包括性的，且表示除了列 出的元件之外可存在另外的元件。 在某些實施例中，本文所述的系統(tǒng)和方法包括通過混合具有不同水平的每體積 能量和/或熱輸出的燃料來控制燃料的熱值或能量值。例如，所公開的實施例可混合具有 高能量和低能量(BTU水平)、高和低熱輸出值或者它們的組合的不同燃料。因此，所公開 的實施例可通過添加一定量的更合乎需要的燃料(例如HBTU燃料)以產(chǎn)生具有改進的熱 值或能量值的混合物，來使得能夠使用較不合乎需要的燃料或副產(chǎn)品(例如LBTU燃料)。 因此，所公開的實施例可通過在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機和發(fā)電裝備中使用否則將會被浪費掉的燃 料副產(chǎn)品，來提高設(shè)施或精煉廠的整體效率。LBTU燃料的實例為焦?fàn)t氣(C0G)或高爐氣 (BFG)?？墒褂玫腍BTU燃料為生物燃料、重燃油、煤油和柴油燃料。這些是實例，且不意圖 限制將落在本發(fā)明的范圍下的LBTU或HBTU燃料的范圍。 可使用熱值來定義燃料的能量特性。例如，燃料的熱值可定義為通過燃燒給定量 的燃料而釋放的熱量。特別地，較低的熱值(LHV)可定義為通過燃燒給定量(例如，最初在 25t:處或者另外的基準(zhǔn)狀態(tài))且使燃燒產(chǎn)物的溫度返回到目標(biāo)溫度(例如150°C )而釋放 的熱量。LHV的一個實例是每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(scf)的英國熱量單位(BTU)，例如BTU/scf。 標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(scf)可定義為氣體的量的量度，等于在60華氏度下和每平方英寸14.696 磅(latm)或者14.73PSI(30英寸水銀柱)的壓力下的立方英尺體積。通過另外的實例，較 高的熱值(HHV)可定義為燃燒產(chǎn)物中的水的冷凝的熱。在下列論述中，可使用LHV和/或 BTU水平(例如低或高)來指示各種燃料的熱值，但無論如何不意圖為限制性的?？墒褂萌?何其它值來表現(xiàn)在所公開的實施例的范圍內(nèi)的燃料的能量和/或熱輸出的特性。
在某些實施例中，所公開的實施例可包括控制器、控制邏輯，以及/或者具有燃燒 控制器的系統(tǒng)，該燃燒控制器配置成以便有利于LBTU和HBTU燃料的期望混合，以便為應(yīng)用 實現(xiàn)適當(dāng)?shù)臒嶂?例如LHV)。例如， 一個實施例可將LBTU氣體燃料用作主燃料源，且添加 少量的HBTU液體燃料，以產(chǎn)生具有比初始LBTU燃料相對更高的熱值(例如更高的LHV)的 混合物。因此，所公開的實施例還可包括聯(lián)接到各種控制器上的燃料混合系統(tǒng)。另外，所公 開的實施例可描述為，響應(yīng)于系統(tǒng)工況，在將燃料輸送到燃燒區(qū)域時，實時地或動態(tài)地(on the fly)執(zhí)行HBTU和LBTU燃料的燃料流的混合。這是在效率方面超過本身使用預(yù)混合燃 料或HBTU燃料的改進。
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取決于系統(tǒng)工況，可按照不同的量注射高BTU(HBTU)液體燃料，以及使之與LBTU 氣體燃料流混合。例如，在低功率需求期期間，例如在穩(wěn)態(tài)渦輪運行期間，小量的HBTU液體 燃料流可與LBTU氣體燃料流混合。然后，在高功率需求期期間，例如在啟動或高負(fù)載期間， 較大量的HBTU液體燃料流可與LBTU氣體燃料系統(tǒng)混合。此外，可根據(jù)幾個因素來調(diào)節(jié)混 合過程，包括渦輪機系統(tǒng)的狀態(tài)，例如啟動工況、重負(fù)載工況、瞬變工況、穩(wěn)態(tài)工況、低負(fù)載 工況或者它們的組合。另外，可能會影響混合過程的系統(tǒng)工況的其它實施例可包括海拔、壓 力或溫度。通過更加高效地使用由混合過程產(chǎn)生的HBTU燃料和LBTU燃料流混合物，燃料 控制系統(tǒng)可變得更柔性、更高效以及更加可控。此外，在燃料控制過程中使用的混合系統(tǒng)可 在各種工況下在幾種類型的渦輪機系統(tǒng)中使用，從而導(dǎo)致整體成本降低。
圖1是具有燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機和熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系 統(tǒng)10的一個實施例的示意性簡圖。系統(tǒng)10可包括用于驅(qū)動第一負(fù)載14的燃?xì)廨啓C12。 第一負(fù)載14例如可為用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機。燃?xì)廨啓C12可包括渦輪16、燃燒器或燃 燒室18和壓縮機20。系統(tǒng)10還可包括用于驅(qū)動第二負(fù)載24的蒸汽輪機22。第二負(fù)載24 也可為用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機。但是，第一負(fù)載14和第二負(fù)載24兩者可為能夠由燃?xì)?輪機12和蒸汽輪機22驅(qū)動的其它類型的負(fù)載。另外，雖然燃?xì)廨啓C12和蒸汽輪機22可 驅(qū)動單獨的負(fù)載14和24，如圖示的實施例中所示，但是也可以一前一后地使用燃?xì)廨啓C12 和蒸汽輪機22，以通過單個軸驅(qū)動單個負(fù)載。在所示實施例中，蒸汽輪機22可包括一個低 壓區(qū)26(LP ST)、一個中壓區(qū)28(IP ST)，以及一個高壓區(qū)30(HP ST)。但是，蒸汽輪機22以 及燃?xì)廨啓C12的具體構(gòu)造可為針對實現(xiàn)而言特定的，且可包括區(qū)的任何組合。
系統(tǒng)IO還可包括多級HRSG 32。所示實施例中的HRSG 32的構(gòu)件是對HRSG 32 的簡要描繪，且不意圖為限制性的。相反，顯示所示的HRSG 32，以便表達這種HRSG系統(tǒng)的 一般運行。來自燃?xì)廨啓C12的經(jīng)加熱的排氣34可傳輸?shù)紿RSG 32中，且用來加熱用于為 蒸汽輪機22提供動力的蒸汽?？蓪碜哉羝啓C22的低壓區(qū)26的排氣引導(dǎo)到冷凝器36 中。又可借助于冷凝泵38將來自冷凝器36的冷凝物引導(dǎo)到HRSG 32的低壓區(qū)中。
然后冷凝物可流過低壓節(jié)熱器40 (LPECON)，低壓節(jié)熱器40例如是構(gòu)造成用氣體 加熱給水的裝置，其可用來加熱冷凝物?？蓪碜缘蛪汗?jié)熱器40的冷凝物引導(dǎo)到低壓蒸發(fā) 器42(LPEVAP)中，或者朝中壓節(jié)熱器44(IPEC0N)引導(dǎo)該冷凝物。來自低壓蒸發(fā)器42的蒸 汽可返回到蒸汽輪機22的低壓區(qū)26。同樣，可將來自中壓節(jié)熱器44的冷凝物引導(dǎo)到中壓 蒸發(fā)器46(IPEVAP)中，或者朝高壓節(jié)熱器48(HPEC0N)引導(dǎo)該冷凝物。另外，可將來自中壓 節(jié)熱器44的蒸汽輸送到燃?xì)饧訜崞?未示出)，在燃?xì)饧訜崞髦?，可使用蒸汽來加熱用于?燃?xì)廨啓C12的燃燒室18中使用的燃?xì)狻？蓪碜灾袎赫舭l(fā)器46的蒸汽輸送到蒸汽輪機 22的中壓區(qū)28。再次，節(jié)熱器、蒸發(fā)器和蒸汽輪機22之間的連接可根據(jù)(不同的)實現(xiàn)而 改變，因為所示實施例僅是可采用本實施例的獨特方面的HRSG系統(tǒng)的一般運行的說明。
最后，可將來自高壓節(jié)熱器48的冷凝物引導(dǎo)到高壓蒸發(fā)器50(HPEVAP)中?？蓪?離開高壓蒸發(fā)器50的蒸汽引導(dǎo)到一級高壓過熱器52和最終高壓過熱器54中，在一級高壓 過熱器52和最終高壓過熱器54中，使蒸汽過熱，且最終將蒸汽輸送到蒸汽輪機22的高壓 區(qū)30。又可將來自蒸汽輪機22的高壓區(qū)30的排氣引導(dǎo)到蒸汽輪機22的中壓區(qū)28中，且 可將來自蒸汽輪機22的中壓區(qū)28的排氣引導(dǎo)到蒸汽輪機22的低壓區(qū)26中。
級間減溫器56可位于一級高壓過熱器52和最終高壓過熱器54之間中。級間減
5溫器56可允許對來自最終高壓過熱器54的蒸汽的排氣溫度進行更穩(wěn)定可靠的控制。特別地，級間減溫器56可構(gòu)造成以便通過在離開最終高壓過熱器54的蒸汽的排氣溫度超過預(yù)定值的任何時候，將較冷的給水噴霧注射到最終高壓過熱器54的上游的過熱蒸汽中，來控制離開最終高壓過熱器54的蒸汽的溫度。 另外，可將來自蒸汽輪機22的高壓區(qū)30的排氣引導(dǎo)到一級再熱器58和二級再熱器60中，在一級再熱器58和二級再熱器60中，排氣可在被弓I導(dǎo)到蒸汽輪機22的中壓區(qū)28中之前被重新加熱。 一級再熱器58和二級再熱器60還可與級間減溫器62相關(guān)聯(lián)，以控制來自再熱器的排氣蒸汽溫度。特別地，級間減溫器62可構(gòu)造成以便通過在離開二級再熱器60的蒸汽的排氣溫度超過預(yù)定值的任何時候，將較冷的給水噴霧注射到二級再熱器60的上游的過熱蒸汽中，來控制離開二級再熱器60的蒸汽的溫度。 在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)(例如系統(tǒng)10)中，熱排氣可從燃?xì)廨啓C12流出，通過HRSG 32，而且可用來產(chǎn)生高壓、高溫蒸汽。然后，由HRSG 32產(chǎn)生的蒸汽可通過蒸汽輪機22，以進行發(fā)電。另外，所產(chǎn)生的蒸汽也可供應(yīng)給其中可使用過熱蒸汽的任何其它過程。燃?xì)廨啓C12發(fā)電循環(huán)通常被稱為"頂層循環(huán)"，而蒸汽輪機22發(fā)電循環(huán)通常被稱為"底層循環(huán)"。通過如圖1所示結(jié)合這兩個循環(huán)，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10可在這兩個循環(huán)中引起更高的效率。特別地，可捕獲來自頂層循環(huán)的廢熱，且可使用該廢熱來產(chǎn)生在底層循環(huán)中使用的蒸汽。
圖1所示的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)10可通過將氣化器/氣體燃料源64引入系統(tǒng)10中而轉(zhuǎn)變成IGCC發(fā)電系統(tǒng)10。在氣化器/氣體燃料源64內(nèi)執(zhí)行的煤氣化過程中，并不燃燒煤，(而是)氣化器/氣體燃料源64可能會由于與蒸汽進行交互以及在氣化器/氣體燃料源64內(nèi)的高壓和高溫，而以化學(xué)的方式使煤破裂。由于此過程，氣化器/氣體燃料源64可產(chǎn)生主要為C0和H2的燃料或氣體混合物66。另外，燃料供應(yīng)68可提供待與燃料或氣體混合物66混合的具有高熱值的液體燃料70。液體燃料70可為HBTU燃料，例如生物燃料、重燃油、煤油和柴油燃料。這些實例不意圖限制將落在本實施例的范圍下的HBTU燃料。氣體混合物66可被稱為合成氣體(例如合成氣)，且可在汽化器/混合器72內(nèi)部與液體燃料70混合之后在燃燒器18中燃燒?？赏ㄟ^使得燃燒過程能夠驅(qū)動渦輪16的一個或多個燃料噴嘴將混合燃料74注射到燃燒器18中。如在下面詳細(xì)地描述的，燃料或氣體混合物66可為具有低熱值(例如低LHV值)的LBTU燃料源，其可能難以高效地燃燒。燃燒供應(yīng)流70可為具有高熱值(例如高LHV值)的液體HBTU燃料，從而使得能夠在燃燒器18內(nèi)更加高效地燃燒混合燃料74。如所理解的，也可在簡單循環(huán)應(yīng)用中使用所公開的實施例。在這樣的情況下，可在不使用蒸汽輪機的情況下應(yīng)用所公開的技術(shù)和系統(tǒng)。
雖然燃料66、70和74的熱值可取決于應(yīng)用、運行工況和其它因素而變化，但是下面提供的幾個實例僅是要說明所公開的實施例。在某些實施例中，LBTU氣體燃料66可具有小于約200BTU/scf的LHV，而HBTU液體燃料70可具有大于約200BTU/scf的LHV。在此實施例中，燃料66和70的混合物可產(chǎn)生具有至少大于約200BTU/scf或者至少介于200-300BTU/scf之間或者更大的LHV的燃料74。但是，這僅是燃料66、70和74的一個可行實例。 在某些實施例中，LBTU氣體燃料66可具有約(或小于)50、75、 100、 125、 150、 175、200、225或250BTU/scf的LHV。在此實施例中，液體燃料70可具有至少大于LBTU氣體燃料66的LHV。例如，燃料70的LHV可為約(或大于)200、250、300、350、400、450或500BTU/scf或更大。在此實施例中，燃料混合物74可具有至少大于LBTU氣體燃料66的LHV。例如，燃料混合物74的LHV可為約(或大于)200、250、300、350、400、450或500BTU/scf或更大。 如下面所論述的，燃?xì)廨啓C或渦輪機系統(tǒng)12可包括聯(lián)接到混合器72上的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)液體燃料70、氣體混合物66和混合燃料74的比率、流率、溫度和其它工況。特別地，運送到混合器72的液體燃料70的流率和總量可在重渦輪負(fù)載工況期間增加。重渦輪負(fù)載工況可在系統(tǒng)啟動期間或者高峰需求期期間出現(xiàn)。在系統(tǒng)啟動期間，燃?xì)廨啓C12可能需要高功率輸出，以使渦輪循環(huán)開始，且使在啟動之前通常靜止的構(gòu)件(例如渦輪葉片)運動。另外，對用于產(chǎn)生功率的渦輪而言，在高峰功率使用時間，渦輪負(fù)載可能較高。在啟動和其它重負(fù)載渦輪機系統(tǒng)工況中，控制系統(tǒng)可使液體燃料70的流率增大，從而使得混合器72中的HBTU燃料對LBTU燃料的比率增加，而且還使得供應(yīng)給燃燒器18的混合燃料74的整體質(zhì)量提高。另外，混合燃料74具有較高的熱值(例如較高的LHV值)，從而使得能夠較好地控制燃料在燃燒器中燃燒的時間和位置。在這樣的實施例中，渦輪12、混合器72和控制器提供對燃燒過程更好的控制。 在圖2中，示出了渦輪機系統(tǒng)12的一個實施例的簡圖。渦輪機系統(tǒng)12可使用液體或氣體燃料(例如天然氣和/或富氫合成氣)來使渦輪機系統(tǒng)10運行。在所示實施例中，汽化器/混合器74構(gòu)造成以便接收不同能量或熱值(例如LBTU氣體燃料66和HBTU液體燃料70)的多種燃料，且將混合物74輸送到燃料噴嘴76。例如，汽化器/混合器74可將HBTU液體燃料70霧化和/或汽化，并且使其與LBTU氣體燃料66混合，以產(chǎn)生具有比初始LBTU氣體燃料66相對更高的LHV的燃料混合物74。在一個實施例中，HBTU液體燃料70可在混合期間通過某個過程(例如霧化、供熱或者它們的組合)而汽化。如所描繪的，燃料噴嘴76吸入燃料混合物74，使燃料與來自進口 78的空氣混合，以及將空氣-燃料混合物分配到燃燒器18中?？諝?燃料混合物在燃燒器18內(nèi)的室中燃燒，從而產(chǎn)生熱的加壓排氣。燃燒器18通過渦輪16朝排氣出口80引導(dǎo)排氣。當(dāng)排氣通過渦輪16時，氣體強制渦輪葉片沿著系統(tǒng)12的軸線使軸82旋轉(zhuǎn)。如圖所示，軸82連接到渦輪機系統(tǒng)12的各種構(gòu)件上，包括壓縮機20。壓縮機20還包括聯(lián)接到軸82上的葉片。因此，壓縮機20內(nèi)的葉片隨著軸82旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，從而壓縮自進氣口 78通過壓縮機20進入燃料噴嘴76和/或燃燒器18中的空氣。軸82還連接到負(fù)載14上，負(fù)載14可為運載工具或靜止的負(fù)載，例如發(fā)電廠中的發(fā)電機或者飛行器上的推進器。負(fù)載14可為由渦輪機系統(tǒng)12的旋轉(zhuǎn)輸出提供動力的任何適當(dāng)?shù)难b置。 圖3是圖2所示的渦輪機系統(tǒng)12的一個實施例的剖面?zhèn)纫晥D。渦輪機系統(tǒng)12包括位于一個或多個燃燒器16內(nèi)部的一個或多個燃料噴嘴76，其中各個燃料噴嘴76根據(jù)所公開的實施例的獨特的方面輸送燃料混合物74(例如LBTU氣體燃料66和經(jīng)汽化的HBTU液體燃料70)。在一個實施例中，六個或更多個燃料噴嘴76可以以環(huán)形或其它布置附連到各個燃燒器18的基座上。此外，系統(tǒng)12可包括成環(huán)形布置的多個燃燒器16(例如4、6、8、12個)。空氣通過進氣口78進入系統(tǒng)12，而且可在壓縮機20中對其加壓。然后壓縮空氣可與氣體混合，以在燃燒器18內(nèi)燃燒。例如，燃料噴嘴76可以以適當(dāng)?shù)谋嚷蕦⑷剂?空氣混合物注射到燃燒器中，以進行最優(yōu)的燃燒、排放、燃料消耗和功率輸出。燃燒會產(chǎn)生熱的加壓排氣，然后該加壓排氣會驅(qū)動渦輪16內(nèi)的葉片，以使軸82旋轉(zhuǎn)，且從而驅(qū)動壓縮機20
7和負(fù)載14。渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可使軸82旋轉(zhuǎn)，從而使得壓縮機20內(nèi)的葉片抽入空氣，且對空氣加壓。再次，如上所述，混合室或混合器72可聯(lián)接到燃燒器18上，以便控制由燃料噴嘴76注射到燃燒器18中的燃料的熱值。這樣，混合室72就使得能夠?qū)θ紵^程進行更好的控制，從而對渦輪機系統(tǒng)12在不同工況下的使用提供更多的柔性，而且還允許幾種類型的燃料由渦輪使用。特別地，由于由混合室72、氣體燃料混合物66、混合燃料74和相關(guān)構(gòu)件提供的可調(diào)的燃料質(zhì)量水平而使能的柔性，可在更多的渦輪機系統(tǒng)12中和各種各樣的工況下使用較低成本的LBTU燃料。渦輪機系統(tǒng)12將燃料質(zhì)量調(diào)節(jié)到渦輪機系統(tǒng)12的負(fù)載水平和狀態(tài)的能力，使得能夠降低整體燃料成本。 圖4是包括系統(tǒng)控制器86和構(gòu)造成以便使得能夠在混合室72中進行燃料混合過程的其它構(gòu)件的渦輪機系統(tǒng)12的一個實施例的詳細(xì)的簡圖?？蓪▉碜詡鞲衅?4的量度和存儲在數(shù)據(jù)庫85中的歷史數(shù)據(jù)的、由方框83描繪的關(guān)于系統(tǒng)的狀態(tài)的信息輸送到系統(tǒng)控制器86，且可使用該信息來控制燃料源64和68。例如，由數(shù)據(jù)庫85提供的歷史數(shù)據(jù)可指示關(guān)于渦輪機系統(tǒng)12的增加的負(fù)載的時期，從而使得系統(tǒng)控制器86能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)燃料混合物。如所描繪的，系統(tǒng)控制器86通過控制線87聯(lián)接到液體燃料供應(yīng)68 (例如HBTU液體燃料)和氣體燃料源64 (例如LBTU氣體燃料)上。另外，系統(tǒng)控制器86可通過控制線87來調(diào)整和控制液體燃料供應(yīng)68和氣體燃料源64的流率、溫度、混合比率和其它工況。特別地，控制線87可包括電氣連通線和流體連通線，以便控制閥、促動器、傳感器和其它裝備，以控制混合室72內(nèi)的燃料混合過程。系統(tǒng)控制器86可聯(lián)接到加熱線圈或其它適當(dāng)?shù)募訜?冷卻機構(gòu)上，以控制液體燃料供應(yīng)68和氣體燃料源64的溫度。另外，在一個實施例中，控制器86可構(gòu)造成以便控制低BTU燃料66的流率和高BTU燃料70的流率。另外，控制器86配置成以便控制低BTU燃料66的溫度和高BTU燃料70的溫度。
在一個實施例中，系統(tǒng)控制器86可為連接到渦輪機系統(tǒng)12構(gòu)件上的工業(yè)用計算機，從而使得系統(tǒng)控制器86能夠根據(jù)系統(tǒng)工況來調(diào)節(jié)燃料混合過程。例如，位于渦輪機系統(tǒng)12各處的傳感器84可指示增加的負(fù)載，從而使得系統(tǒng)控制器86使混合器72產(chǎn)生的燃料質(zhì)量水平提高。系統(tǒng)控制器86可使用控制閥來增加來自液體燃料供應(yīng)68的HBTU燃料70的流率，以提高混合燃料質(zhì)量水平，從而為重負(fù)載系統(tǒng)狀態(tài)產(chǎn)生較多功率。如上所述，系統(tǒng)控制器84可基于在渦輪機系統(tǒng)12的重負(fù)載周期事件期間存儲在數(shù)據(jù)庫85中的重復(fù)和定期的趨勢數(shù)據(jù)，根據(jù)指示重負(fù)載使用的趨勢數(shù)據(jù)，來提高燃料質(zhì)量水平。例如，如果渦輪機系統(tǒng)12在運行的每一天的下午2:00時都經(jīng)歷重負(fù)載，則系統(tǒng)控制器86可預(yù)期這個趨勢數(shù)據(jù)而提高混合器72中的燃料質(zhì)量水平。另外，如果趨勢數(shù)據(jù)指示低負(fù)載運行趨勢，則系統(tǒng)控制器86可在低負(fù)載期期間減少或消除HBTU液體燃料70與LBTU氣體燃料66的混合。如圖所示，混合器72聯(lián)接到燃燒器18上，從而將混合燃料流74傳送到燃燒器18，以進行為渦輪機系統(tǒng)12提供動力的燃燒過程。如所理解的，隨著排氣流動，燃燒過程驅(qū)動渦輪16，從而驅(qū)動負(fù)載14，且使軸82旋轉(zhuǎn)。 圖5是用于監(jiān)測和控制渦輪機燃燒器的燃料混合過程的一種示例性方法(例如計算機執(zhí)行的方法)的流程圖。方法88可為監(jiān)測和控制軟件的整體部分，且方法88可顯示在系統(tǒng)控制器86計算機的操作員界面上。在步驟90中，可為LBTU燃料流和供應(yīng)計算較低的熱值(LHV)或熱值(HV)。例如，系統(tǒng)控制器86可通過感測燃料的溫度、燃料的流率以及/或者其它工況來計算LBTU燃料的熱值。在步驟92中，基于渦輪機系統(tǒng)12的狀態(tài)來確定目標(biāo)燃料質(zhì)量水平。如上所述，渦輪機系統(tǒng)12狀態(tài)可包括啟動狀態(tài)、重負(fù)載狀態(tài)、穩(wěn)態(tài)或者 可由存檔的數(shù)據(jù)或由實時系統(tǒng)量度確定的其它系統(tǒng)狀態(tài)。在步驟94中，可通過溫度、流率 或其它機制來控制液體HBTU燃料的熱值，以關(guān)于渦輪機系統(tǒng)12的經(jīng)確定的狀態(tài)進行調(diào)節(jié)。 例如，可使液體HBTU燃料的溫度升高或降低，以取決于諸如重負(fù)載或穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)來調(diào) 節(jié)液體燃料的熱值。 在步驟96中，系統(tǒng)控制器86可確定是否需要改變液體燃料供應(yīng)的熱值，且然后系 統(tǒng)控制器86可對液體HBTU燃料供應(yīng)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。例如，在液體燃料存儲罐中設(shè)置加 熱線圈，以使供應(yīng)給渦輪機系統(tǒng)12的液體HBTU燃料的溫度升高?；蛘?，可使用一系列的液 體加熱或冷卻通道來改變?nèi)剂瞎?yīng)溫度。在步驟98中，還可取決于渦輪機系統(tǒng)12的狀態(tài) 來調(diào)節(jié)液體HBTU燃料的流率。在一個實施例中，如果系統(tǒng)處于低負(fù)載或穩(wěn)態(tài)狀況下，就可 將液體HBTU燃料減少到最小流率或者無流率。在步驟100中，如上所述，可將液體HBTU燃 料注射到LBTU燃料流中，且在混合室中使之與燃料混合。通過使HBTU液體燃料與LBTU燃 料混合，混合燃料可獲得最適于系統(tǒng)狀態(tài)的大約期望的熱值，從而使得能夠?qū)u輪機系統(tǒng) 12內(nèi)的燃燒過程進行更好的控制。另外，對燃料流和熱值的柔性控制使得能夠在多種渦輪 機構(gòu)造中使用多種燃料。在步驟102中，燃燒器內(nèi)的燃料噴嘴將混合燃料流注射到燃燒器 中，以進行燃燒過程，如上所述。 本發(fā)明的技術(shù)效果包括取決于渦輪機系統(tǒng)狀態(tài)和工況，通過使得能夠使用可變的 燃料質(zhì)量來增加渦輪機系統(tǒng)內(nèi)的控制和柔性。另外，燃料混合室和系統(tǒng)提供在不同的渦輪 機應(yīng)用中使用LBTU燃料從而使得燃料成本和生產(chǎn)成本降低的能力。另外，在一些實施例 中，渦輪機系統(tǒng)可導(dǎo)致提高性能、效率及減少排放。 雖然在本文中已示出和描述了本發(fā)明的僅某些特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會想 到許多修改和改變。因此要理解的是，所附權(quán)利要求書意圖覆蓋落在本發(fā)明的真實精神內(nèi) 的所有這種修改和改變。
權(quán)利要求
一種方法，包括確定(90)低英國熱量單位(BTU)燃料(66)的第一熱值；基于渦輪機系統(tǒng)(12)的狀態(tài)(83)來確定(92)目標(biāo)燃料質(zhì)量水平；控制(94)高BTU燃料(70)的第二熱值；以及將所述高BTU燃料(70)注射(100)到所述低BTU燃料(66)中以實現(xiàn)所述目標(biāo)燃料質(zhì)量水平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述低BTU燃料(66)是氣體燃料，且所述 高BTU燃料(70)是液體燃料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述高BTU燃料(70)注射(100)到所 述低BTU燃料(66)中包括使所述高BTU燃料(70)汽化(72)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，控制(94)所述第二熱值包括控制所述高 BTU燃料(70)的溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述高BTU燃料(70)注射(100)到所 述低BTU燃料(66)中包括使所述高BTU燃料(70)與所述低BTU燃料(66)混合(72)，以產(chǎn) 生具有第三熱值的混合燃料(74)，從而實現(xiàn)所述目標(biāo)燃料質(zhì)量水平。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述高BTU燃料(70)注射(100)到所 述低BTU燃料(66)中包括在混合室(72)中使所述高BTU燃料(70)與所述低BTU燃料(66) 混合。
7. —種渦輪機系統(tǒng)，包括混合室(72)，所述混合室(72)包括構(gòu)造成以便接收低BTU燃料(66)的低英國熱量單位(BTU)燃料入口 ； 構(gòu)造成以便接收高BTU燃料(70)的高BTU燃料入口，其中，所述混合室(72)構(gòu)造成以 便使所述低BTU燃料和高BTU燃料(66， 70)混合，以產(chǎn)生混合燃料(74)，并且所述低BTU燃 料和高BTU燃料(66，70)之間的比率控制所述混合燃料(74)的熱值；以及構(gòu)造成以便將所 述混合燃料(74)運送到燃料噴嘴(76)的燃料出口。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括控制器(86)，所述控制器 (86)配置成以便調(diào)節(jié)所述低BTU燃料和高BTU燃料(66， 70)之間的所述比率，以基于渦輪 機系統(tǒng)(12)的參數(shù)(83)來提高所述熱值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)(83)包括所述渦輪機系統(tǒng)(12) 的啟動工況、穩(wěn)態(tài)工況、負(fù)載量，或者它們的組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(86)配置成以便在穩(wěn)態(tài)工 況、低負(fù)載工況或者它們的組合期間減少所述混合燃料(74)中的所述高BTU燃料(70)的 量，其中，所述控制器(86)配置成以便在啟動工況、非穩(wěn)態(tài)工況、高負(fù)載工況或者它們的組 合期間增加所述混合燃料(74)中的所述高BTU燃料(70)的量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制低能量燃料的熱值的方法和設(shè)備。在一個實施例中，一種方法包括確定(90)低BTU燃料(66)的第一熱值，基于渦輪機系統(tǒng)(12)的狀態(tài)(83)來確定(92)目標(biāo)燃料質(zhì)量水平，控制(94)高BTU燃料(70)的第二熱值，以及將高BTU燃料(70)注射(100)到低BTU燃料(66)中，以實現(xiàn)目標(biāo)燃料質(zhì)量水平。
文檔編號F02C7/22GK101793197SQ20101000395
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者C·迪努, G·D·邁爾斯, G·克雷默 申請人:通用電氣公司