[发明专利]用于燃气涡轮机的非线性燃料转换

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种用于燃气涡轮机控制的方法，而更具体地涉及一种方法，其用于控制在以气体燃料操作和以液体燃料操作之间进行转换的转换速率(transfer rate)，以减少非所需的操作模式中的时间，由此防止对燃气涡轮机燃烧硬件的过度磨损和损坏。

背景技术

工业燃气涡轮机经常可以交替地用液体燃料和气体燃料(例如自然气体)运行。这些燃气涡轮机具有对于液体燃料和气体燃料两者的燃料供应系统。燃气涡轮机一般并不同时燃烧气体燃料和液体燃料。而且，当燃气涡轮机燃烧液体燃料时，气体燃料供应就会关闭。类似地，当燃气涡轮机燃烧气体燃料时，液体燃料供应就会关闭。燃料转换发生在燃气涡轮机操作期间(当燃料供应从液体燃料切换到气体燃料时)，反之亦然。

可以燃烧液体燃料和气体燃料的燃气涡轮机需要液体燃料吹洗系统以清洁液体燃料燃烧器内的燃料喷嘴。液体燃料供应系统一般在燃气涡轮机以气体燃料操作时是关闭的。当液体燃料系统关闭时，吹洗系统运转，以把任何残留液体燃料从燃烧器喷嘴冲出，并提供持续的冷却气流给喷嘴。

图1是具有液体燃料系统和气体燃料系统的示范性燃气涡轮机的简单示意图。图1示意性地显示了具有液体燃料系统102和液体燃料吹洗系统104的燃气涡轮机100。燃气涡轮机还可以用气体例如自然气体来运行，并包括气体燃料系统106。燃气涡轮机的其它主要部件包括主压缩器108、燃烧器110、涡轮机112和控制器114。燃气涡轮机112的功率输出是旋转的涡轮机轴杆116，其可以联接到可以产生电能的发电机130上。

在示范性工业燃气涡轮机中显示了，燃烧器可以是环形阵列的燃烧室、也即燃烧罐118，其每个都具有液体燃料喷嘴120和气体燃料喷嘴122(单个燃烧器可以根据设计而具有一个或多个气体或液体燃料喷嘴)。燃烧器可以可选地是环形的室。燃烧在燃烧罐内靠近喷嘴的喷嘴下游处开始。空气从压缩器108环绕流动并经过燃烧罐118以提供燃烧用氧。而且，注水喷嘴124设置在燃烧器110内以给热燃气体增加能量。

液体燃料系统吹洗用的空气可以由压缩器108提供，由吹洗空气压缩器(未显示)推进而由系统其它元件(未显示)控制。当燃气涡轮机100以自然气体(或其它气体燃料)操作时，液体燃料吹洗系统104把已压缩空气经过液体燃料102系统的液体燃料喷嘴120吹入液体燃料系统102中，以吹洗液体燃料，并提供持续的冷却空气流给液体燃料喷嘴120。类似地，当燃气涡轮机100以液体燃料操作时，气体燃料吹洗系统128把已压缩空气吹入气体燃料系统106以吹洗空气燃料并冷却气体燃料喷嘴122。

图2是带有现有液体燃料系统的燃气涡轮机发动机的简单示意图。液体燃料从液体燃料源205提供给液体燃料系统200。液体燃料系统200包括到分流器230的流动路径，其经过低压过滤器210、燃料泵215、旁路控制阀220和闭塞阀225。压力释放阀235、旁路控制阀220和闭塞阀225可以使液体燃料流经过循环路线240而循环，从而到达低压过滤器210的上游侧。分流器230把液体燃料流分到多个液体燃料流动路径上，这些路径分别引至单独的燃烧罐270。分流器下游的每个液体燃料流动路径都包括三通(端盖)阀245和分配阀260(在进入燃烧罐270之前)。

三通阀245允许从液体燃料流动路径(如上所述)或从液体燃料吹洗空气系统280到燃烧罐喷嘴的流。三通阀245设计成可选择地允许从液体燃料到燃烧器喷嘴120的流动，从而防止燃料到液体燃料吹洗空气系统的回流，或允许吹洗空气到燃烧器喷嘴120，从而防止吹洗空气到三通阀上游的液体燃料系统的回流。通过防止吹洗空气进入液体燃料系统，与燃料供应源形成的空气-燃料界面就得以减小。

当气体燃料供应到涡轮机时，三通阀245定位成禁止液体燃料流通过而允许吹洗空气通过，以燃烧器内的冷却燃料喷嘴。当液体燃料启用时，这种吹洗必须停止。三通(端盖)隔离阀把吹洗空气与液体燃料分开。燃料系统不需要该硬件；也可以使用二通止回阀或二通开关阀。

图3显示了简化的气体燃料系统。气体燃料系统300包括气体燃料源305和吹洗空气源340。气体燃料系统还包括气体闭塞阀310、气体排出阀315和气体控制阀320。气体控制阀320控制可以进入歧管325及歧管325下游的相关气体喷嘴330的气体燃料的量。