[发明专利]用于向燃气轮机供应燃料的系统及方法

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及一种燃气轮机燃料系统。更具体而言，本发明描述一种可向燃气轮机供应过热气体燃料的燃料系统。

背景技术

燃气轮机广泛用于进行发电的商业运营中。燃气轮机一般包括位于前面的压缩机、位于中间周围的一个或多个燃烧室、以及位于后面的涡轮机。压缩机渐进地压缩工作流体，并将经压缩的工作流体排放到燃烧室中。燃烧室将燃料注入经压缩的工作流体的流中，并使混合物燃烧以产生具有高温、高压和高速度的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧室并流入涡轮机中，在涡轮机中燃烧气体膨胀而产生功。

来自燃料中的冷凝气体的液体在燃烧室中产生严重的有害效应，此可能导致硬件损坏。燃料供应商通常提供严格的控制措施，以降低燃料的水分含量。然而，需要进行额外的燃料处理，以确保提供给燃烧室的燃料实质上不含液体。

图1显示用于向燃气轮机12供应燃料的典型燃料系统10的简化图。燃料系统10一般包括具有约500-700磅/平方英寸的压力的燃料供应14。燃料可以是湿饱和的(被定义为具有低于碳氢化合物露点的温度和压力)、干饱和的(被定义为具有等于碳氢化合物露点的温度和压力)、或过热的(被定义为具有高于碳氢化合物露点的温度和压力)。燃料流经分离器16，且分离器16从燃料中移除任何冷凝液体(例如水、冷凝碳氢化合物等)。流量控制阀18调节流至燃气轮机12的燃烧室的燃料流。当燃料通过流量控制阀18膨胀时，焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)效应导致燃料的温度降低。燃料的膨胀可导致燃料温度下降到碳氢化合物露点以下，从而形成冷凝物。为防止燃料温度下降到碳氢化合物露点以下，燃料系统通常包括位于流量控制阀18上游的一个或多个热交换器20，22。热交换器20，22向燃料中增加热量，以使燃料过热并确保燃料温度一直保持在碳氢化合物露点以上。

图2提供当燃料穿过燃料系统时燃料中的温度和压力变化的曲线图。出于例示目的，图2例示作为过热燃料进入燃料系统的燃料，由点A指示。热交换器20，22加热燃料，以将燃料温度提高至点B。当燃料通过流量控制阀18膨胀时，焦耳-汤姆逊效应将燃料的温度从点B降低至点C。显著地，从点B至点C的气体膨胀路径一直保持在碳氢化合物露点以上，从而避免燃料中出现冷凝。点A与点B之间的距离表示为确保燃料温度一直保持在碳氢化合物露点以上以防止冷凝而由热交换器20，22提供的过热量。

通常需要多个热交换器，以确保在所有水平的运转期间均可用到充分的热源。例如，在正常运转期间，燃气轮机12可提供必需的热量。来自压缩机的热的经压缩的工作流体或来自涡轮机的高温排放气体可被提取并提供给一个热交换器22，以使燃料充分地过热。然而，在起动运转期间，不易从燃气轮机12获得热量，因此需要具有独立热源24的第二热交换器20。

对具有独立热源以在起动运转期间提供热量的第二热交换器的需求需要在建造燃气轮机系统时的额外的资本成本。另外，第二热交换器通常使用加热线圈、间接火焰加热器、热泵、或用于提供热量的类似装置，这在起动期间消耗额外的动力或燃料，而在起动期间动力或燃料通常供应不足。此外，为使燃料过热而由第二热交换器消耗的动力降低燃气轮机设备的总效率。

因此，需要提供一种可在起动期间向燃气轮机提供过热燃料的改良的燃料供应系统。理想地，燃料供应系统将不需要用于独立热源的额外资本成本，并且不需要大量的在起动燃气轮机时所短缺的动力。

发明内容

本发明的方面和优点将于以下说明中予以陈述，或可通过该说明而变得显而易见，或可通过本发明的实践获知。

本发明的一个实施例是一种用于向燃气轮机供应燃料的系统。该系统包括管道系统，管道系统包含压力大于约500磅/平方英寸的燃料供应。用于减小燃料供应的压力的装置连接在管道系统的下游，以将燃料供应的压力减小至小于约200磅/平方英寸。分离器连接在用于减小燃料供应的压力的装置的下游，并且分离器包括气体端口和液体端口。控制阀连接至气体端口，并且控制阀减小燃料供应的压力，以产生具有小于约50磅/平方英寸的压力的过热燃料。

在本发明的另一实施例中，一种用于向燃气轮机供应燃料的系统包括管道系统，管道系统包含压力大于约500磅/平方英寸的燃料供应。减压阀连接在管道系统的下游，并且减压阀构造成用以将燃料供应的压力减小至小于约200磅/平方英寸。热交换器连接在减压阀的下游，以加热燃料供应。控制阀连接在热交换器的下游，并且控制阀将燃料供应的压力减小至小于约50磅/平方英寸。