[发明专利]用于向燃烧器提供高反应性燃料的系统和方法

说明书

本文中公开了一种用于将高反应性燃料提供至燃气涡轮的燃烧器的系统及相关方法。系统包括与燃料供应流体连通的燃料供应系统。燃料供应系统包括多个燃料回路。各个燃料回路将燃料独立地供给至对应的燃料分配歧管。系统还包括蒸汽喷射系统。蒸汽喷射系统包括至少一个流控制阀，其与燃料回路中的至少一个处于流体连通。流控制阀在对应燃料回路的燃料操作以及非燃料操作两者期间在过热蒸汽源与燃料回路之间提供流体连通。

相关申请的交叉引用

本申请请求享有提交日期为2015年7月23日的美国临时专利申请序列第62/195918号的权益，其通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及供应至燃气涡轮的气体燃料，且更具体而言，涉及利用蒸汽喷射系统来调制气体燃料的性质且/或吹扫燃料分配歧管的系统和方法。

背景技术

燃气涡轮大体上包括入口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段，以及排放区段。入口区段清洁和调节工作流体(例如，空气)，且将工作流体供应至压缩机区段。压缩机区段逐渐地增大工作流体的压力，且将压缩的工作流体供应至燃烧区段。压缩的工作流体和燃料(如天然气)在燃烧区段内混合且在燃烧室中焚烧，以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段传送到涡轮区段中，在那里它们膨胀，以产生功。例如，涡轮区段中的燃烧气体的膨胀可使轴旋转。轴可连接于发生器，以产生电。

由于天然气需求的持续激增，管线天然气的供应有时变得无法满足天然气燃料的需求。因此，燃气涡轮操作者不断地寻找合适的备选燃料，以在其燃气涡轮内代替天然气焚烧，直到天然气供应恢复。潜在的备选燃料的一个示例为已知高反应性燃料(HRF)的乙烷。随着水力压裂作为抽取天然气的手段的引入，乙烷大量过剩遍及世界成为现实。

如可预期的那样，在燃气涡轮燃烧器中、特别是在基于天然气燃料的各种燃料性质(即，燃料密度、反应性以及沃泊指数)在狭窄的操作条件范围内高度调谐的燃烧器中，存在使如乙烷或其他HRF的一种燃料替代另一种燃料相关联的各种技术挑战。

如乙烷的高反应性燃料(HRF)典型地比天然气具有较高的热值(HHV)和沃泊数(在下面描述)。HRF可利用惰性物质(如氮)稀释，以减小沃泊数(对管线天然气的沃泊数而言)。然而，该过程增加了成本，且可因此降低使用HRF作为替代燃料的竞争力。

进入的气体的沃泊数(WN)和供应至涡轮的气体的更改的沃泊指数(MWI)为特别重要的燃料性质。WN被限定为：

其中：

HHV为气体燃料的较高热值；且SG为气体燃料或气体燃料和蒸汽混合物相对于空气的比重。WN用作互换性指数，以容许各种热值的气体燃料在不改变硬件的情况下在相同的燃烧系统中利用。温度不包括在针对WN的该方程式中，因为气体典型地在近似地面温度下输送，而全年的变化很小。

MWI限定为：

其中：

LHV为气体燃料或气体燃料和蒸汽混合物的较低热值，且T_g为气体燃料或气体燃料和蒸汽混合物的温度(按华氏度)。MWI比WN更准确地测量在给定的压力比下通过燃料喷嘴输送的能量。MWI与WN之间的该区别在气体燃料在输送至燃气涡轮之前加热时变得非常重要。

在天然气燃料与高反应性燃料(如乙烷)之间切换时导致的气体性质的变化的突然增大显著地影响燃烧系统的可操作性。由于调谐燃烧系统来解决该变化将为不切实际的，所以可导致超出燃烧器的能力的操作，从而导致燃烧动力的增加以及排出达标之外的操作。