專利名稱：用于將燃料供應給燃氣輪機的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃氣輪機廣泛地用于各種各樣的商業(yè)操作中，例如功率發(fā)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(gòu)件。典型地，壓縮機逐漸地壓縮工作流體，并且將經(jīng)壓縮的工作流體排給燃燒器。燃燒器將燃料噴到經(jīng)壓縮的工作流體流中，并且點燃混合物而產(chǎn)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(gòu)件，它們在渦輪構(gòu)件中膨脹而產(chǎn)生可轉(zhuǎn)化成電功率的功。形成于冷凝的燃料氣體內(nèi)的液體可在燃燒器中產(chǎn)生嚴重的有害作用，從而導致硬件損害。因此，傳統(tǒng)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(tǒng)的燃料供應典型地需要額外的處理構(gòu)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(tǒng)的燃料系統(tǒng)10的簡化圖。燃料系統(tǒng)10 —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(jié)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(tǒng)的燃料系統(tǒng)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(tǒng)的燃料系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的燃料系統(tǒng)內(nèi)，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(jīng)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M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(gòu)建燃氣輪機系統(tǒng)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(fā)明內(nèi)容
上面的需要和/或問題中的一些或所有可通過本發(fā)明的某些實施例來解決。本發(fā)明的實施例可包括用于將燃料供應給燃氣輪機的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)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(tǒng)。該系統(tǒng)可包括構(gòu)造成提供燃料的至少一個流道；構(gòu)造成確定與燃料相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)的一個或多個感測裝置；構(gòu)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(gòu)造成從燃料中移除液體。另外，該系統(tǒng)可包括至少一個控制器，其構(gòu)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(shù)，(ii)至少部分地基于該一個或多個參數(shù)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(xiàn)期望壓力。根據(jù)本發(fā)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(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)。至少部分地基于所確定的一個或多個參數(shù)，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(xiàn)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(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，公開了一種用于將燃料供應給燃氣輪機的方法?？山邮杖剂希⑶铱纱_定所接收的燃料的組分。至少部分地基于該組分，可確定沿著與燃料相關(guān)聯(lián)的膨脹路徑的燃料的冷凝物濃度與壓力的比率。至少部分地基于計算出的冷凝物濃度與壓力的比率，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(xiàn)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(zhí)行。通過本發(fā)明的各種實施例的技術(shù)來實現(xiàn)額外的系統(tǒng)、方法、設(shè)備、特征和方面。本發(fā)明的其它實施例和方面在本文中進行了詳細的描述，并且被看作所要求保護的發(fā)明的一部分。其它實施例和方面可參照描述和附圖來理解。


因而已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將對附圖作出參照，附圖不必按比例繪制，并且其中圖1是將燃料提供給燃氣輪機的傳統(tǒng)的實例系統(tǒng)的方框圖。圖2是圖1中供應的燃料的壓力和溫度的曲線圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的可用來將燃料供應給燃氣輪機的實例系統(tǒng)的方框圖。圖4是可由根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的燃料系統(tǒng)供應的燃料的壓力和溫度的曲線圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的、燃料的實例冷凝物濃度與壓力的比率的曲線圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的用于將燃料供應給燃氣輪機的實例方法的流程圖。部件列表10燃料系統(tǒng)12燃氣輪機14燃料供應16分離器18流控制閥20熱交換器22熱交換器24 熱源300燃料供應系統(tǒng)305壓力改變裝置310分離器315渦輪構(gòu)件320控制單元(一個或多個)325燃料供應3；30壓力傳感器332溫度傳感器334氣相色譜儀336壓力傳感器338溫度傳感器340壓力傳感器342溫度傳感器345加熱裝置350控制閥(一個或多個)352處理器(一個或多個)354存儲器裝置(一個或多個)3561/0接口裝置(一個或多個)358網(wǎng)絡接口裝置(一個或多個)360數(shù)據(jù)文件(一個或多個)362操作系統(tǒng)364壓力控制模塊366燃料模型(一個或多個)370外部系統(tǒng)(一個或多個)/裝置(一個或多個)375網(wǎng)絡(一個或多個)400曲線圖500曲線圖
6
600 方法605 方框610 方框615 方框620 方框625 方框630 方框635 方框640 方框645 方框655 方框660 方框
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文參照附圖來更完整地描述本發(fā)明的說明性實施例，其中，顯示了本發(fā)明的一些實施例而非所有實施例。實際上，本發(fā)明可以許多不同的形式來體現(xiàn)，而不應當看作限于本文中闡述的實施例；相反，提供這些實施例來使得本公開將滿足生效的法律要求。相同標號在所有圖中指相同元件。公開的是用于將燃料供應給燃氣輪機的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實例實施例，可接收燃料供應，并且可確定與燃料相關(guān)聯(lián)的特性和/或參數(shù)。例如，可利用氣相色譜儀或其它適合的裝置來確定燃料的組分。作為另一個實例，可測量燃料的壓力和/或溫度。 基于燃料的特性和/或參數(shù)，可確定用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力。然后可控制諸如一個或多個閥和/或可變孔的壓力改變裝置的操作，以便實現(xiàn)燃料的期望壓力。如所期望的那樣，可在壓力改變裝置的下游監(jiān)測燃料的壓力，并且可利用監(jiān)測來調(diào)節(jié)壓力改變裝置的操作。一旦已經(jīng)實現(xiàn)期望壓力，就可將燃料傳送通過分離器，例如包括聚結(jié)過濾器、慣性分離器、除霧器、吸收塔和/或構(gòu)造成從燃料中移除液體和/或冷凝物的另一個其它適合的結(jié)構(gòu)的分離器。燃料然后可提供給渦輪構(gòu)件，例如燃氣輪機的燃燒器區(qū)段。在某些實施例中，可利用燃料的組分來確定、計算、進行或執(zhí)行燃料的烴露點分析。烴露點分析可指示燃料內(nèi)的冷凝物將開始從氣態(tài)變成液態(tài)所處的一個或多個點，例如壓力點和溫度點。至少部分地基于烴露點分析，可識別燃料的冷凝物濃度與壓力的比率。 例如，可利用露點分析來識別燃料的膨脹系數(shù)。然后可利用該膨脹系數(shù)來沿著燃料的焦耳-湯姆遜膨脹線(即，指示燃料的壓力和溫度之間的對應關(guān)系的線)來確定、計算或估計燃料內(nèi)的冷凝物濃度。然后可至少部分地基于冷凝物濃度與壓力的比率來確定用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力或最佳壓力。例如，可利用適合的傳遞函數(shù)來識別冷凝物濃度與壓力的比率的最小二乘擬合，并且可對該傳遞函數(shù)求微分，以便識別期望壓力。本發(fā)明的各種實施例可包括一個或多個專用計算機、系統(tǒng)和/或有助于將燃料供應給燃氣輪機的特定機器。如各種實施例中所期望的那樣，專用計算機或特定機器可包括各種各樣的不同的軟件模塊和/或應用程序。如下面更詳細地闡述的那樣，在某些實施例中，可利用這些各種軟件構(gòu)件來識別用于在將燃料提供給燃氣輪機之前利用分離器來從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力。本文中描述的本發(fā)明的某些實施例可具有識別用于在將燃料提供給燃氣輪機之前從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力的技術(shù)效果。在這方面，可控制對燃氣輪機的燃料供應，并且可減少和/或避免可歸因于燃料中的液體和/或冷凝物的對渦輪構(gòu)件的損害。另外，可實現(xiàn)硬件成本節(jié)約，并且可改進裝置效率，因為可減少燃料供應系統(tǒng)所需要的加熱裝置和/或熱交換器的數(shù)量。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的可用來將燃料供應給燃氣輪機的一個實例系統(tǒng)300的方框圖。圖3中示出的燃料供應系統(tǒng)300可至少包括構(gòu)造成將燃料供應的壓力降低或以別的方式調(diào)節(jié)到期望壓力的壓力改變裝置305，以及構(gòu)造成在燃料被供應給渦輪構(gòu)件315 (例如與燃氣輪機相關(guān)聯(lián)的一個或多個燃燒器)之間從燃料中移除液體和/ 或冷凝物的分離器310。另外，燃料供應系統(tǒng)300可包括一個或多個適合的控制單元320， 其構(gòu)造成監(jiān)測燃料供應系統(tǒng)300，確定用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力，和 /或指引壓力改變裝置305的操作。繼續(xù)參照圖3，可提供燃料供應325。例如，燃料供應325可包括構(gòu)造成將來自燃料源的燃料供應傳遞到圖3的燃料供應系統(tǒng)300的適合的管路和/或流道。燃料供應可為適于在燃氣輪機中燃燒的任何燃料，例如高爐氣、焦爐氣、天然氣、經(jīng)蒸發(fā)的液化天然氣 (“LNG”)、丙烷等。在本發(fā)明的各種實施例中，燃料的溫度、壓力和/或組分可有所不同。 例如，燃料可包括各種各樣的不同的成分，例如各種雜質(zhì)。另外，在各種實施例中，可將燃料作為濕飽和燃料(即，具有低于烴露點的溫度)、干飽和燃料(即，具有等于烴露點的溫度) 或過熱燃料(即，具有高于烴露點的溫度)來輸送。壓力改變裝置305或多個壓力改變裝置可連接在燃料供應325的下游。壓力改變裝置(一個或多個)305可包括有助于所供應的燃料的壓力的降低和/或其它操縱的任何數(shù)量的構(gòu)件和/或裝置。例如，壓力改變裝置305可包括一個或多個焦耳-湯姆遜閥、降壓閥、節(jié)流閥、可變孔，或允許氣體通過其而絕熱地膨脹從而由于焦耳-湯姆遜效應而導致該氣體溫度降低的任何閥。如所期望的那樣，一個或多個旁通閥可與壓力改變裝置305結(jié)合來使用，以如需要的那樣擴大最大運行流量范圍。在運行中，燃料通過適合的管路和/或流道流到壓力改變裝置305，并且壓力改變裝置305將燃料的壓力降低到有助于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力。在某些實施例中，壓力改變裝置305的操作由控制單元 (一個或多個)320來控制和/或指引。例如，如下面更詳細地闡述的那樣，控制單元(一個或多個)320可確定期望壓力以及指引適合的壓力控制閥或其它壓力改變裝置305的定位或其它操作，以便實現(xiàn)期望壓力。根據(jù)本發(fā)明的一方面，期望壓力可為有助于利用分離器 310來進行燃料中的液體和/或冷凝物的高效移除和/或最大移除的壓力。在典型的應用中，所供應的燃料的壓力可處于大約四百(400)磅每平方英寸 (“psi”)至大約七百(700)磅每平方英寸的范圍中。因此，將典型地降低燃料的壓力，以便實現(xiàn)期望壓力。但是，在某些實施例中，所接收的燃料的壓力可低于期望壓力。因此，如所期望的那樣，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，可使用有助于將燃料的壓力提高到期望壓力的任何數(shù)量的壓縮機和/或其它裝置。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可在燃料被供應給壓力改變裝置305之前測量、識別和/或以別的方式確定與燃料相關(guān)聯(lián)的一個或多個特性和/或參數(shù)。如本發(fā)明的各種實施例中期望的那樣，可確定各種各樣的特性和/或參數(shù)，例如燃料的壓力、燃料的溫度和/或燃料的組分。參照圖3，可提供任何數(shù)量的傳感器、感測裝置和/或測量裝置。傳感器可構(gòu)造成測量與燃料相關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)和/或分析燃料的組分。例如，可提供適合的壓力傳感器330或壓力變送器來測量燃料的壓力，并且可提供適合的溫度傳感器332或溫度變送器來測量燃料的溫度。作為另一個實例，可提供適合的氣體組分確定裝置，例如氣相色譜儀334。氣相色譜儀334可對燃料采樣，并且分析樣本，以便識別燃料的組分。換句話說，氣相色譜儀334 可進行識別燃料的各種組分的分析。通過感測裝置330、332、334所得到的測量數(shù)據(jù)和/或作出的計算結(jié)果可提供給控制單元(一個或多個)320，并且被控制單元(一個或多個)320 用來確定用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力。另外，在某些實施例中，可在系統(tǒng)300內(nèi)的其它點處(例如壓力改變裝置305的下游和/或分離器310的下游)測量燃料的各種參數(shù)和/或特性?？刂茊卧?一個或多個)320 可接收這些測量結(jié)果的至少一部分，并且利用測量數(shù)據(jù)來動態(tài)地調(diào)節(jié)壓力改變裝置305的操作，以確定燃料是否可提供給渦輪構(gòu)件315，以及/或者確定是否應當在燃料被提供給渦輪構(gòu)件315之前加熱燃料。如圖3中所示，可提供和利用適合的壓力傳感器336和/或溫度傳感器338來測量壓力改變裝置305的下游的燃料的壓力和/或溫度。類似地，可提供和利用適合的壓力傳感器340和/或溫度傳感器342來測量分離器310的下游的燃料的壓力和/或溫度。繼續(xù)參照圖3，分離器310可構(gòu)造成在燃料已經(jīng)傳送通過壓力改變裝置305之后移除存在于燃料中的液體和/或冷凝物。例如，分離器310可構(gòu)造成移除存在于濕飽和燃料或干飽和燃料中的液體和/或冷凝物。如本發(fā)明的各種實施例中期望的那樣，可利用各種各樣的不同類型的分離器310。在某些實施例中，分離器310可包括聚結(jié)過濾器、慣性分離器、除霧器和/或有助于氣體和液體的物理分離的其它構(gòu)件。在其它實施例中，分離器310 可包括具有從燃料流中移除液體燃料和/或濕氣的吸收油的吸收塔。分離器310可通過適合的液體端口排出液體和/或冷凝物，以使其在燃料系統(tǒng)中進行再循環(huán)或進一步使用。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，氣態(tài)燃料作為干飽和燃料(即，處于烴露點)或過熱燃料(即，高于烴露點)流出分離器310。在本發(fā)明的某些實施例中，可以可選地在分離器310的下游提供一個或多個加熱裝置345，例如一個或多個熱交換器。如果存在的話，加熱裝置345可在燃料已經(jīng)傳送通過分離器310之后對燃料提供熱。在這方面，加熱裝置345可確保在燃料被提供給渦輪構(gòu)件 315之前使燃料過熱(S卩，處于高于烴露點的溫度)。由于在通過壓力改變裝置305而膨脹之后的燃料的較低溫度的原因，加熱裝置345典型地不需要高溫熱源來將燃料的溫度升高到高于烴露點。適合的加熱裝置345的一個實例是利用地熱熱源、來自輔助鍋爐的蒸汽和 /或另一個適合的熱源的熱交換器。如本發(fā)明的某些實施例中所期望的那樣，控制燃料流的一個或多個控制閥350或其它適合的裝置可連接在分離器310和加熱裝置345(如果存在的話)的下游?？刂崎y350 可控制通往燃氣輪機構(gòu)件315的燃料的流動。如所期望的那樣，可利用各種各樣的適合的控制閥350，例如焦耳-湯姆遜閥、節(jié)流閥、可變孔，或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道用于調(diào)控流體流的類似裝置。另外，如本發(fā)明的各種實施例中所期望的那樣，控制閥350可利用各種各樣的技術(shù)來改變和/或控制燃料的壓力。例如，在燃氣輪機的啟動期間，控制閥350可進一步將燃料的壓力降低至大約25和50磅每平方英寸之間，這取決于燃氣輪機的啟動需要?？稍趯θ細廨啓C施加負載時逐漸地增加燃料壓力，并且可相應地調(diào)節(jié)控制閥。在一些點處，燃氣輪機可以足夠的水平運行，以允許從壓縮機中抽取熱的經(jīng)壓縮的工作流體或從渦輪中抽取高溫排氣來對燃料提供額外的過熱。繼續(xù)參照圖3，燃料供應系統(tǒng)300可包括一個或多個控制單元320或控制裝置。為了本公開的目的，將描述單個控制單元320。在某些實施例中，控制單元320可為與動力裝置和/或功率發(fā)生系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的中央控制器的構(gòu)件。適合的控制器的一些實例為通用電氣公司生產(chǎn)的Mark VI控制系統(tǒng)和Mark VIe控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，控制單元 320可構(gòu)造成控制對燃氣輪機的燃料供應。如所期望的那樣，控制單元320可控制系統(tǒng)300 的其它構(gòu)件的操作。例如，控制單元320可接收來自任何數(shù)量的傳感器330、332、334、336、 338、340、342的測量結(jié)果和/或計算結(jié)果?？刂茊卧?20可處理所接收的測量數(shù)據(jù)，并且如所期望的那樣將測量數(shù)據(jù)提供給一個或多個額外的系統(tǒng)和/或模型?；趯σ粋€或多個額外的系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)和/或輸出的分析，控制單元320可計算或確定用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力。至少部分地基于計算出的期望壓力，控制單元320可控制壓力改變裝置305、加熱器345和/或控制閥350的操作。如所期望的那樣，對系統(tǒng)300的各種構(gòu)件的控制可分布在若干個控制單元中?？刂茊卧?20可包括任何數(shù)量的適合的處理器驅(qū)動的裝置。例如，控制單元320 可包括任何數(shù)量的專用計算機或特定機器、專用電路、可編程邏輯控制器(“PLC”)、微控制器、個人計算機、袖珍計算機、大型計算機、超級計算機等。在某些實施例中，控制單元320 的運行可通過計算機執(zhí)行的或計算機實現(xiàn)的指令來控制，這些指令由與控制單元320相關(guān)聯(lián)的一個或多個處理器執(zhí)行。如本發(fā)明的各種實施例中所期望的那樣，指令可包含在一個或多個軟件構(gòu)件中。指令的執(zhí)行可形成可操作來控制對一個或多個燃氣輪機構(gòu)件315的燃料供應的專用計算機或其它特定機器。控制控制單元320的運行的一個或多個處理器可結(jié)合到控制單元320中和/或通過一個或多個適合的網(wǎng)絡來與控制單元320通訊?？刂茊卧?20可包括一個或多個處理器352、一個或多個存儲器裝置354、一個或多個輸入/輸出(“I/O”)接口 356和/或一個或多個網(wǎng)絡接口裝置358。該一個或多個存儲器裝置3M可為任何適合的存儲器裝置，例如，超高速緩沖存儲器、只讀存儲器裝置、隨機存取存儲器裝置、磁性存儲裝置等。該一個或多個存儲器裝置3M可存儲數(shù)據(jù)、可執(zhí)行指令和/或控制單元320所使用的各種程序模塊，例如，與系統(tǒng)300的燃氣輪機和/或其它構(gòu)件的運行相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)文件360、操作系統(tǒng)(“OS”) 362、壓力控制模塊364和一個或多個燃料模型366。數(shù)據(jù)文件360可包括與燃氣輪機的運行和/或?qū)θ細廨啓C的燃料供應相關(guān)聯(lián)的任何適合的數(shù)據(jù)，例如從傳感器接收的各種測量數(shù)據(jù)、計算出或識別出的燃料組分數(shù)據(jù)、 燃料的冷凝物濃度與壓力的比率信息、燃料的露點分析信息等。OS 362可包括幫助和/或控制控制單元320的一般運行的可執(zhí)行指令和/或程序模塊。例如，OS 362可幫助處理器 352執(zhí)行其它軟件程序和/或程序模塊，例如壓力控制模塊364和/或燃料模型366。壓力控制模塊364或壓力控制應用程序可為有助于確定用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力的適合的軟件模塊。在運行中，壓力控制模塊364可例如通過獲得來自壓力傳感器330、溫度傳感器332和色譜儀334的測量數(shù)據(jù)和/或燃料組分數(shù)據(jù)來確定或識別供應給系統(tǒng)300的燃料的各種參數(shù)。壓力控制模塊364然后可至少部分地基于所接收的參數(shù)來計算出期望壓力。如所期望的那樣，可利用各種各樣的適合的技術(shù)來計算出期望壓力。例如，可利用燃料的組分來確定、計算、進行或執(zhí)行燃料的烴露點分析和/或產(chǎn)生燃料的烴露點曲線。在某些實施例中，壓力控制模塊364可調(diào)用一個或多個建模系統(tǒng)和/或建模應用程序，以便進行烴露點分析。例如，壓力控制模塊364可調(diào)用由一個或多個控制單元320執(zhí)行的一個或多個燃料模型366。作為另一個實例，壓力控制模塊364可調(diào)用存儲在一個或多個外部系統(tǒng)或裝置370上和/或由其執(zhí)行的一個或多個模型，該一個或多個外部系統(tǒng)或裝置370通過一個或多個適合的網(wǎng)絡375來與控制單元320通訊?？衫酶鞣N各樣的適合的建模軟件和/或建模程序來進行露點分析，例如Aspen HYSIS，這是艾斯本技術(shù)有限公司(Aspen Technology, Inc)提供的產(chǎn)品。在某些實施例中，建模程序可接收燃料組分信息和利用該組分信息來進行燃料的露點分析。作為露點分析的結(jié)果，可計算或確定焦耳-湯姆遜系數(shù)或氣體膨脹系數(shù)。一旦已經(jīng)進行了烴露點分析和/或已經(jīng)識別出焦耳-湯姆遜系數(shù)，壓力控制模塊 364就可利用烴露點分析的結(jié)果和/或焦耳-湯姆遜系數(shù)來計算出期望壓力。例如，在某些實施例中，可利用焦耳-湯姆遜系數(shù)來計算或確定各種溫度(例如沿著燃料的燃料膨脹線的溫度)處的燃料的冷凝物濃度。一旦已經(jīng)執(zhí)行濃縮物濃度分析，就可利用冷凝物濃度分析來計算期望壓力。在一個實例實施例中，期望壓力可為導致有較高冷凝物濃度或最大冷凝物濃度的壓力。在這方面，可通過移除液體和/或冷凝物來對燃料添加過熱?？衫酶鞣N各樣的技術(shù)和/或計算來至少部分地基于冷凝物濃度分析來確定期望壓力。例如，可對冷凝物濃度與壓力的比率數(shù)據(jù)應用適合的傳遞函數(shù)和最小二乘擬合分析，并且可通過對該傳遞函數(shù)求微分和解出壓力來計算出期望壓力。一旦確定了期望壓力，壓力控制模塊364就可指引或控制壓力改變裝置305的操作，以便在燃料流內(nèi)實現(xiàn)期望壓力。例如，壓力控制模塊364可控制一個或多個壓力閥和/ 或可變孔的定位和/或促動，以便實現(xiàn)期望壓力。在某些實施例中，壓力控制模塊364可接收與壓力改變裝置305的下游的燃料流相關(guān)聯(lián)的壓力和/或溫度測量數(shù)據(jù)，并且壓力控制模塊364可評估測量數(shù)據(jù)，以便動態(tài)地調(diào)節(jié)壓力改變裝置305的操作，以實現(xiàn)期望壓力。作為一個實例，可評估接收自壓力改變裝置305的下游的壓力傳感器336和/或溫度傳感器 338的測量結(jié)果，以便確定是否已經(jīng)滿足了期望的過熱條件，并且如所期望的那樣，可基于評估來改變壓力改變裝置305的操作。另外，在某些實施例中，壓力控制模塊364可接收與分離器310的下游的燃料流相關(guān)聯(lián)的壓力和/或溫度測量數(shù)據(jù)，并且壓力控制模塊364可評估測量數(shù)據(jù)，以便確定是否應當對燃料添加額外的過熱。作為一個實例，可評估接收自分離器310的下游的壓力傳感器 340和/或溫度傳感器342的測量結(jié)果，以便確定是否已經(jīng)滿足期望的過熱條件，并且如所期望的那樣，壓力控制模塊364可指引加熱裝置345來在燃料被提供給燃氣輪機之前加熱燃料。下面參照圖6更詳細地闡述了可由壓力控制模塊364執(zhí)行的操作的一個實例。繼續(xù)參照圖3，網(wǎng)絡接口裝置358可有助于將控制單元320連接到任何數(shù)量的適合的網(wǎng)絡上，例如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、射頻(“RF”)網(wǎng)、Bluetooth 使能網(wǎng)絡(由藍牙特別興趣小組有限公司(BLUETOOTH SIG, INC.)擁有的商標)、任何適合的有線網(wǎng)、任何適合的無線網(wǎng)或有線網(wǎng)和無線網(wǎng)的任何適合的組合。在這方面，控制單元320可與系統(tǒng)300的其它構(gòu)件和/或與外部裝置或系統(tǒng)通訊。I/O接口 356可有助于控制單元320和有助于與控制單元320進行用戶交互的一個或多個輸入/輸出裝置(例如，一個或多個用戶接口裝置，例如顯示器、鍵盤、控制面板、觸摸屏顯示器、遠程控制器、話筒等)之間的通訊。如所期望的那樣，本發(fā)明的實施例可包括具有比圖3中示出的構(gòu)件多或少的構(gòu)件的系統(tǒng)300。僅以實例的方式提供圖3的系統(tǒng)300。圖4是可由根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的燃料系統(tǒng)供應的燃料的壓力和溫度的曲線圖400。例如，圖4是可由圖3的燃料系統(tǒng)300供應的燃料的圖示400。進入燃料系統(tǒng) 300的燃料可為濕飽和燃料(即，低于烴露點)、干飽和燃料(即，處于烴露點)，或過熱燃料 (即，高于烴露點)。為了說明的目的，圖4將進入燃料系統(tǒng)300的燃料示出為過熱燃料，如在點一(1)處所指示。根據(jù)本發(fā)明的一方面，已經(jīng)計算出用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力。壓力改變裝置305可接收燃料供應以及降低燃料的壓力和溫度，直到燃料到達示出為點P。pt的期望壓力為止。圖4將離開壓力改變裝置305的燃料示出為濕飽和燃料。燃料然后傳送通過分離器310，并且可從燃料中移除液體和/或冷凝物。在這方面，燃料的烴露點線可從初始露點線改變到分離之后的露點線。因此，流出分離器310的氣態(tài)燃料可為干飽和(即，處于烴露點)或過熱(即，高于烴露點)燃料。為了說明的目的，圖4將離開分離器310的燃料示出為干飽和燃料，如新的烴露點的虛線曲線上的點P。pt所指示。然后燃料可流過控制閥350，其進一步降低了氣態(tài)燃料的溫度和壓力，如線P。pt_2 所指示，從而在氣體膨脹路徑偏離新的烴露點曲線時產(chǎn)生過熱。這會發(fā)生是因為控制閥350 產(chǎn)生的溫度變化相對于壓力變化的關(guān)系(ΔΤ/ΔΡ)可比新的烴露點曲線具有更大的斜率。 因此，供應給燃氣輪機的燃料可為過熱燃料。分離之后的露點線和點2之間的距離代表由于移除液體和/或冷凝物而對燃料添加的過熱的量。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的、燃料的實例冷凝物濃度與壓力的比率的曲線圖500。圖示500在燃料的一定壓力值范圍上示出了燃料內(nèi)的液體和/或冷凝物的濃度。例如，圖示500示出了在燃料從大約700psia的初始壓力和大約六十華氏度的初始溫度膨脹時的液體和/或冷凝物的濃度。利用曲線圖500，可識別用于從燃料中移除液體和/或冷凝物的期望壓力(指示為P。pt)。例如，期望壓力可為在燃料內(nèi)形成最大濃度的冷凝物所處的點。在某些實施例中，可基于燃料的組分來產(chǎn)生圖5中示出的圖示500。例如，可利用燃料的組分來執(zhí)行燃料的露點分析，并且可評估露點分析，以便計算或確定燃料的焦耳-湯姆遜系數(shù)。然后可利用焦耳-湯姆遜系數(shù)來沿著燃料的膨脹線(例如圖4中示出的點1和2之間的膨脹線)的各種點計算出形成于燃料內(nèi)的烴冷凝物的量。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的用于將燃料供應給燃氣輪機的實例方法600的流程圖。方法600可由與燃料供應系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的適合的控制單元來執(zhí)行，例如與圖3中示出的燃料供應系統(tǒng)300相關(guān)聯(lián)的控制單元320。方法300可在方框605處開始。在方框605處，可接收燃料供應。然后可在方框610處確定燃料的各種參數(shù)?？扇缢谕哪菢哟_定與供應的燃料相關(guān)聯(lián)的各種各樣的參數(shù)，例如燃料的溫度和燃料的壓力。根據(jù)本發(fā)明的一方面，還可在方框610處確定燃料的組分。例如，可通過識別燃料的組分的氣相色譜儀來分析燃料。在下面的表1中示出了天然氣燃料的組分的一個實例
1權(quán)利要求
1.一種用于將燃料供應給燃氣輪機(315)的系統(tǒng)(300)，所述系統(tǒng)(300)包括構(gòu)造成提供燃料的至少一個流道；構(gòu)造成確定與所述燃料相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)的一個或多個感測裝置(330，332， 334)；構(gòu)造成接收來自所述至少一個流道的燃料以及將所述燃料(325)的壓力降低到期望壓力的壓力改變裝置(305)；連接在所述壓力改變裝置(305)的下游且構(gòu)造成從所述燃料中移除液體的分離器 (310)；以及至少一個控制器(320)，其構(gòu)造成(i)接收來自所述一個或多個感測裝置的所確定的所述一個或多個參數(shù)，(ii)至少部分地基于所述一個或多個參數(shù)來計算出所述期望壓力， 以及(iii)指引所述壓力改變裝置的操作，以實現(xiàn)所述期望壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述一個或多個感測裝置包括(i) 壓力傳感器(330)、(ii)溫度傳感器(33 或(iii)燃料組分分析裝置中的至少一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述一個或多個感測裝置包括氣相色譜儀(334)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所確定的所述一個或多個參數(shù)包括所述燃料的組分，并且其中，所述至少一個控制器(320)構(gòu)造成通過這樣來計算出所述期望壓力至少部分地基于所述組分來指引所述燃料的烴露點分析的計算；至少部分地基于所述烴露點分析而沿著與所述燃料相關(guān)聯(lián)的膨脹路徑來識別所述燃料的冷凝物濃度與壓力的比率；以及至少部分地基于計算出的所述冷凝物濃度與壓力的比率來計算出所述期望壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個控制器(320)進一步構(gòu)造成調(diào)用建模構(gòu)件來計算所述烴露點分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個控制器(320)進一步構(gòu)造成通過這樣來計算出所述期望壓力使用傳遞函數(shù)來識別計算出的所述冷凝物濃度(500)與壓力的比率的最小二乘擬合；以及至少部分地基于對所述傳遞函數(shù)求微分來計算出所述期望壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述傳遞函數(shù)包括傳遞函數(shù)C= K1+ (K2*P) + (K3*P2) + (K4/P)，其中，C為所述烴冷凝物濃度，P為所述燃料的壓力，而Kp K2, K3 和K4是最小二乘擬合常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述壓力改變裝置(305)包括(i) 焦耳-湯姆遜閥或(ii)可變孔中的至少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述至少一個控制器(320)構(gòu)造成通過這樣來控制所述壓力改變裝置(305)的操作監(jiān)測所述壓力改變裝置(305)的下游的燃料的壓力；比較監(jiān)測到的壓力與所述期望壓力；以及至少部分地基于所述比較來控制所述壓力改變裝置(305)的操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述分離器(310)包括(i)聚結(jié)過濾器、(ii)慣性分離器、(iii)除霧器或(iv)具有吸收油的吸收塔中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將燃料供應給燃氣輪機的系統(tǒng)和方法。描述了用于將燃料供應給燃氣輪機(315)的系統(tǒng)(300)和方法(600)。可接收燃料，并且可確定與所接收的燃料相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)。至少部分地基于所確定的一個或多個參數(shù)，可計算出用于使用分離器(310)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(305)的操作，以便實現(xiàn)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(320)來執(zhí)行。
文檔編號F02C7/22GK102454485SQ20111033083
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者C·威爾克斯, D·M·莫斯, K·F·任多, T·R·比爾頓 申請人:通用電氣公司