[发明专利]用于操作燃气涡轮机的灵活燃料燃烧室的系统和方法

说明书

本公开涉及用于控制发电厂的一个或多个方面的系统和方法。更具体地，本公开涉及使用不同燃料化学性质的发电厂和发电方法。可以控制不同燃料混合物的燃烧，使得已定义的一组燃烧特性在一系列不同燃料化学性质中基本上恒定。

技术领域

本所公开的主题涉及用于操作发电系统的一个或多个部件的系统和方法。更具体地，本公开涉及使得可以在一组或多组条件下在同一燃烧室中燃烧不同类型的燃料的燃烧室的操作。

背景技术

随着对发电的需求增加，持续需要发电厂满足这种需要。由于市场需求，期望以最大的可能效率来实现这种发电；然而，对碳捕获的增长要求需要技术进步。例如，Allam等人的美国专利No.8596075使用再循环CO₂流在氧-燃料燃烧系统中提供期望效率，其中，CO₂在高压下捕获为较纯流，此处以引证的方式将该专利的公开并入。虽然许多已知发电系统被配置为燃烧特定类型的燃料(例如，天然气对合成气)，但可以通过在不需要对发电设施的必要部件(诸如所使用的燃烧室)显著改变的情况下允许用不同类型或不同源的燃料操作来进一步改善发电设施。因此，领域中仍然需要用于操作发电厂使得可以在没有对用于进行发电过程的基础设备显著改变的情况下使用不同燃料的另外手段。

发明内容

本公开提供了用于发电的系统和方法。更具体地，本公开提供了操作条件，凭借这些操作条件，发电系统可以在不需要对用于进行发电过程中的燃烧室的显著修改的情况下适应不同燃料。这可以提供显著的优点，因为可以在不需要发电系统的零件的关联交换的情况下按需切换不同的燃料。

可以在根据本公开的发电方法中使用的不同燃料源的特性(包括燃烧特性)可以显著不同。例如，天然气的燃料特性与合成气(“syngas”)的燃料特性显著不同。同样，天然气和合成气这两者的特性可以与基本上纯甲烷的特性显著不同。作为一个示例，天然气的热值比从煤气化炉取得的干燥合成气的热值高近似五倍。作为另一个示例，氢气在与天然气、基本上纯甲烷和/或合成气相比时具有显著不同的特性。因此，对于给定质量的各燃料，诸如火焰特性、递送到下游系统温度曲线的热能、废气情况以及废气成分的特性将显著变化。用于发电设施的燃烧室必须被设计为固定室，该固定室将依在内部燃烧的燃料的特性定制，以便优化燃烧室性能。由此可见，仅窄范围的燃料混合物可以与燃烧室设计条件(因此火焰和燃烧室出口条件)匹配并由此可耐受用于燃烧室中。进一步地，在该范围内的混合物仍然可能引起燃烧室内的扰动或必须紧密控制的火焰行为。

在一个或多个实施方式中，本公开提供了这样的系统和方法，使得即使在使用不同燃料类型和/或燃料混合物时也可以关于燃烧特性紧密控制发电厂。由此，在一些实施方式中，本发明可以涉及一种发电厂，该发电厂包括：燃烧室，该燃烧室被配置为接收燃料、氧化剂以及稀释剂，燃烧室适于燃烧不同燃料成分；涡轮；发电机；用于燃料的供应系统；用于氧化剂的供应系统；以及控制系统，该控制系统被配置为调节与燃料、氧化剂以及稀释剂中的一个或多个有关的一个或多个参数，使得对于所有不同燃料成分，将燃烧特性维持在已定义的一组操作参数内。在本系统中，控制系统对于实现必要系统性能可以是特别重要的。

在一个或多个实施方式中，本发明还可以涉及一种发电的方法，该方法包括以下步骤：向燃烧室递送氧化剂；向燃烧室递送稀释剂；向燃烧室递送燃料，燃料是在发电方法的过程中变化的材料的混合物；使来自燃烧室的燃烧产物流穿过涡轮，以发电；以及控制与燃料、氧化剂以及稀释剂中的一个或多个有关的一个或多个参数，使得对于形成燃料的材料的不同混合物，将燃烧特性维持在已定义的一组操作参数内。