[发明专利]对宽范围涡轮机燃料点火的方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明的一个或多个方面涉及对在燃气轮机中用于燃烧的宽品质范围燃料(wide quality range of fuels)点火的方法、装置和系统。

背景技术

虽然启动(即点火)燃气轮机可能是复杂的过程，但总体上可被描述为包含下述步骤。首先，向涡轮机中通风以清除可能残留在燃烧室、涡轮机组件或涡轮机管道中的任何燃料。然后，涡轮机转动直到达到预定压力，达到上述压力时，涡轮机燃料被引入并被点火。点火后，接入负载。涡轮机转动前通风的原因之一是阻止达到预定压力之前不期望的点火或燃烧。

不合适的点火可能导致延迟达到合适的操作状态并也可能导致其它损害。更糟糕的是，如果输送且存在过多的燃料，那么还有爆炸的风险。燃料是否过量或不足，至少部分依赖于燃料的热值或易燃性及燃料与空气的混合特性。一种燃料的燃空比可能因燃料的高易燃性而过高，然而具有相同燃空比但低易燃性的燃料也可能不足以被点火。

由于市场波动，操作员使用不同类型的涡轮机燃料操作燃气轮机，这时常是有利的。这样，当燃气轮机打开运行时，可能不知道燃料气体特性。当涡轮机点火时却不了解燃料气体特性时，出于安全原因，采用保守方法点火涡轮机。

采用保守方法时，各种点火操作都是规范的。最初，使用很低的燃空比的混合物以减少爆炸风险并试验点火。如果所述试验不成功，那么向涡轮机系统通风。然后改变参数(如提高燃空比比率，增加涡轮机速度，改变燃料和/或空气，或流动等)，并尝试另一点火方法。这个过程被重复试验直到涡轮机被成功点火。

当燃料气体特性未知时下面点火涡轮机的过程可总结为假设最糟糕的情形，并递增地改变点火参数直到点火成功。不足的是，多次点火试验耗费时间，即，引起延迟。并且，多次试验增加了涡轮机的磨损。

另一方面，如果已知燃料气体成分，则点火试验次数可降低至如一次的情况。例如，燃料气体供给器可给出这样的信息。当燃料气体成分已知时，那么点火参数可以更精确地确定。减少点火试验的次数能够使涡轮机更快地达到操作状态并减少磨损。但所述供给器并不能总是提供上述信息。

另一种方法包括使用传感装置测量燃料气体的特性。在发明人为LaGrow等人的美国专利公开US2008/0115482中，公开了燃气轮机发动机包括完整的燃料特性系统。完整的燃料气体特性系统在燃烧阶段燃烧燃料之前确定燃料提供的能量数量。根据LaGrow等人公开的内容，通过调节燃气轮机发动机的操作参数，使用在实际启动之前获得的燃料气体能量含量测量，完整的燃料气体特性系统提供了改进的燃气轮机发动机启动可靠性。

在LaGrow等人公开的专利申请中，在涡轮机燃烧室的上游使用Wobbe测量计或气体色谱仪。使用这种方法，燃料气体在燃气轮机中燃烧之前，Wobbe指数或燃料气体成分可被测量。基于所测量的Wobbe指数或燃料气体成分，涡轮机操作参数被调节，使得当被测气体进入燃烧室时，能够做出合适的调节。为了允许发生足够的测量以及调整操作参数，提供缓冲罐。

传感装置如Wobbe测量计，气体色谱仪及热量计通过减少试验次数允许快速点火，但这些类型的传感装置价格昂贵。为保证安全裕度，传感器的过多使用经常使成本增加。对于没有安装这些传感器的涡轮机系统，升级这些系统使之安装传感器也可能造成成本大幅增加并影响其运行。另一个缺点是，传感装置可能不总是可靠的。

因此，期望不需要这些传感装置的情况下减少大量燃气轮机点火试验，即使在燃料气体特性未知时。

发明内容

本发明的非限制方面涉及一种输送燃料-空气混合物到燃气轮机中用于点火的方法。燃料能够包含一种或多种燃料组分的合成物。在所述方法中，基于一种或多种与燃料分子量相关的燃料参数、一种或多种燃料流动参数和一种或多种氧化剂流动参数可以计算混合物的可燃性。之后，可以调节混合物中的燃料和氧化剂使得混合物的可燃性在调节之后落入参考可燃性范围。计算混合物的可燃性的步骤以及调节燃料和氧化剂混合物的步骤在点火混合物之前执行。