[发明专利]具有燃料成分控制的燃气涡轮

说明书

技术领域

本公开涉及用于以调节燃料成分的主动措施操作燃气涡轮的方法，以及此类燃气涡轮。

背景技术

由于由不稳定的可再生源像风或太阳的增加的发电，基于现有燃气涡轮的发电设备不断增加地用于平衡功率需求和稳定电网。因此，需要改进的操作灵活性。这意味着燃气涡轮经常在低于基础负载设计点的负载下操作，即在较低的燃烧器入口和点燃温度下。在某些极限之下，这降低了火焰稳定性和烧尽，具有较高的火焰损失(贫吹熄)风险、增加的脉动(例如，作为贫吹熄前兆的燃烧器脉动)，以及增加的CO排放。

同时，排放极限值和总排放许可变得更严厉，使得需要在较低排放值下操作，在部分负载操作下和在瞬态期间也保持低排放，因为这些对累积排放极限也是有价值的。

现有技术的燃烧系统设计成处理操作条件中的某种可变性，例如通过调整压缩机入口质量流或者控制在不同焚烧器、燃料级或燃烧器之间的燃料划分。然而，这不足以满足新的要求，尤其是对于已经安装的发动机而言。

低燃料反应性已知具有对火焰稳定性和烧尽的不利影响，这在低负载操作下不利。相反，高燃料反应性可在较高负载和较高点燃温度下不利，其中其可引起逆燃、过热和增大的NOx排放。燃料反应性由供应管网或其它气源提供的天然气的成分给予。随着新且多样化的气源的开发，管网中的燃料成分经常波动。大量惰性气体或低浓度C2+(即，每个分子含有一个以上的碳原子并且具有高于甲烷的反应性的较高级烃)经常存在。因此，经常必须使用具有低反应性的气体。

低燃料反应性的可能的消极影响驱使针对提高燃料反应性的构想和解决方案的开发。这些基于甲烷重整技术，如，蒸汽重整、催化部分氧化、非催化部分氧化、自热重整以及等离子重整。它们所有都针对提供氢来提高燃料的反应性。

例如，在US20100300110A1和EP2206968A2中描述了用以通过抽取其至少一部分、通过重整器对其进行处理并且接着将其供给至燃烧系统来调节燃料的重整技术。对于基于燃料重整的解决方案，到发电设备中的集成努力为大的，这限制了操作灵活性和对现有设备的适用性。另外，这些解决方案中的一些包括换热器并且因此具有大热惯量，需要长启动时间，并且不可在燃气涡轮由于调度要求或管网支持要求而变化的情况下足够快速地响应。

发明内容

本公开的目的在于提出一种燃气涡轮及用于操作燃气涡轮的方法，其实现了宽操作范围内的稳定、安全且清洁的操作。此外，其实现了以具有低反应性的燃料气体来操作。

根据第一实施例，一种具有压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮包括用于燃烧器的燃料系统，其具有用于第一燃料气体的第一燃料分配系统，以及用于第二燃料气体的第二燃料分配系统。第一燃料气体具有第一燃料反应性，而第二燃料气体具有高于第一燃料反应性的第二燃料反应性。燃气涡轮还包括控制器，其构造成取决于操作期间燃烧器的燃烧性能来控制供应至燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。

根据实施例，第一燃料分配系统包括具有第一燃烧器燃料控制阀的第一燃料气体供应管线。第二燃料分配系统包括第二燃料气体供应管线和用于高反应性燃料的第一控制阀。第二燃料管线气体供应管线可在第一燃烧器燃料控制阀上游、第一燃烧器燃料控制阀下游连接于第一燃料气体供应管线，或者第二燃料气体供应管线可直接地连接于燃烧器用于将燃料喷射到燃烧器中。

总燃料质量流可取决于燃气涡轮设备的负载需要来控制。

根据实施例，燃气涡轮设备的燃气涡轮为连续燃烧燃气涡轮，其具有第一燃烧器、第一涡轮、第二燃烧器以及第二涡轮。燃气涡轮设备包括具有用于第一燃料气体的第一燃料分配系统和用于第二燃料气体的第二燃料分配系统的用于第一燃烧器的燃料供应系统，以及具有用于第一燃料气体的第一燃料分配系统和用于第二燃料气体的第二燃料分配系统的用于第二燃烧器的燃料供应系统。

燃气涡轮控制器可构造成取决于操作期间第一燃烧器中的燃烧性能来控制供应至第一燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。此外或作为备选，燃气涡轮控制器构造成取决于操作期间第二燃烧器中的燃烧性能来控制供应至第二燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。