用于操作燃气涡轮机的灵活燃料燃烧室的系统和方法技术方案

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。

Systems and methods of flexible fuel combustion chambers for operating gas turbines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作燃气涡轮机的灵活燃料燃烧室的系统和方法
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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，本专利技术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。在一些实施方式中，控制方法可以包括以下步骤：混合两种不同燃料，以使可能遭受成分波动的燃料中的一个的燃烧正规化。这种混合同样可以用于提供使用同一燃烧室的两种不同燃料的使用之间的平滑过渡。作为用于使波动合成气成分的燃烧正规化的非限制性示例，稀释后的天然气燃料或基本上纯CO2流可以用作调节合成气燃料的特性的调整因素，因此可以通过将稀释后的天然气燃料或CO2稀释剂流与合成气燃料以合适的混合比混合来将其正规化为接近预期燃料特性设计点。值得注意的，这在进入到燃烧室中的合成气经历波动或合成气成分由于来自不同气化系统而显著偏离设计点时可以特别有用。在一些实施方式中，将进入燃烧室的稀释剂的浓度维持为高于进入燃烧室的氧气和/或燃料的浓度可以是特别有用的。具有显著大于进入到燃烧室中的氧气流和/或燃料流的稀释剂流可以在同时允许燃料化学性质的扰动和/或变化的同时提供非常稳定的燃烧环境。另外，可以维持燃烧室出口条件，而不管所使用的燃料的类型如何。这例如可以通过调整在扩散火焰区域部分的下游的稀释剂注入部分的流量来实现。可以通过调节该部分处的稀释剂注入的质量流量来维持出口温度。该部分中的稀释剂的质量流量还将显著大于燃料和氧化剂的组合流量。而且，通过保持稀释剂流量相对于进入到燃烧室中的氧气流和/或燃料流大，燃烧室离开成分对于各种燃料化学性质基本上稳定。在一些实施方式中，本公开特别可以提供一种用于在发电过程中正规化燃烧的方法。在示例性实施方式中，方法可以包括以下步骤：向燃烧室提供可变燃料，可变燃料具有在发电过程的操作期间变化的成分；用氧化剂在燃烧室中燃烧可变燃料，以提供燃烧室排出流；使燃烧室排出流穿过涡轮，以发电；以及执行至少一个控制功能，使得至少一个燃烧特性(例如，离开燃烧室的燃烧室排出流的温度和质量流中的一个或两个)随着可变燃料的成分在发电过程的操作期间变化而变化不大于10％。在另外实施方式中，方法还可以关于以下陈述中的一个或多个来定义，这些陈述可以以任意数量和顺序组合。可变燃料可以是合成气，并且合成气中的一氧化碳与氢气的比可以在发电过程的操作期间变化。可变燃料可以是甲烷、一氧化碳以及氢气的混合物，并且甲烷、一氧化碳以及氢气之间的比可以在发电过程的操作期间变化。氧化剂可以是氧气和稀释剂(例如，惰性气体、二氧化碳或水)的混合物。氧化剂可以包括大约5质量％至大约50质量％氧气，氧化剂的剩余部分为稀释剂。氧化剂可以包括大约15质量％至大约30质量％氧气，氧化剂的剩余部分为稀释剂。至少一个控制功能可以包括随着可变燃料的成分在发电过程的操作期间变化而改变氧化剂中的氧气与二氧化碳的比。至少一个控制功能可以包括随着可变燃料的成分在发电过程的操作期间变化而改变被输入到燃烧室的氧化剂的温度、被输入到燃烧室的可变燃料的温度、被输入到燃烧室的氧化剂的流量以及被输入到燃烧室的可变燃料的流量中的一个或多个。被提供给燃烧室的可变燃料可以与具有基本上恒定成分的正规化燃料混合。正规化燃料可以是天然气或基本上纯甲烷。至少一个控制功能可以包括改变正规化燃料与在燃烧室中燃烧的可变燃料的比。被提供给燃烧室的可变燃料可以与稀释剂混合。稀释剂可以是惰性气体。稀释剂可以是二氧化碳。稀释剂可以是水。至少一个控制功能可以包括改变稀释剂与在燃烧室中燃烧的可变燃料的比。燃烧室可以配置有燃烧区域和稀释区域，其中，燃烧区域可以在稀释区域的上游，并且稀释区域可以在燃烧区域的下游，并且稀释剂可以在稀释区域中注入到燃烧室中。燃烧区域的长度与稀释区域的长度的比可以为大约0.1至大约10、大约0.2至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在发电过程中正规化燃烧的方法，所述方法包括以下步骤：/n向燃烧室提供可变燃料，所述可变燃料具有在所述发电过程的操作期间变化的成分；/n用氧化剂在所述燃烧室中燃烧所述可变燃料，以提供燃烧室排出流；/n使所述燃烧室排出流穿过涡轮以发电；以及/n执行至少一个控制功能，使得离开所述燃烧室的所述燃烧室排出流的温度和质量流中的一个或两个随着所述可变燃料的所述成分在所述发电过程的操作期间变化而变化不大于10％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170307 US 62/467,9241.一种用于在发电过程中正规化燃烧的方法，所述方法包括以下步骤：
向燃烧室提供可变燃料，所述可变燃料具有在所述发电过程的操作期间变化的成分；
用氧化剂在所述燃烧室中燃烧所述可变燃料，以提供燃烧室排出流；
使所述燃烧室排出流穿过涡轮以发电；以及
执行至少一个控制功能，使得离开所述燃烧室的所述燃烧室排出流的温度和质量流中的一个或两个随着所述可变燃料的所述成分在所述发电过程的操作期间变化而变化不大于10％。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可变燃料是合成气，并且其中，所述合成气中的一氧化碳与氢气的比在所述发电过程的操作期间变化。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述可变燃料是甲烷、一氧化碳以及氢气的混合物，并且所述甲烷、一氧化碳以及氢气之间的比在所述发电过程的操作期间变化。


4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述氧化剂是氧气和稀释剂的混合物。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述氧化剂包括大约5质量％至大约50质量％氧气，所述氧化剂的剩余部分为所述稀释剂。


6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述氧化剂包括大约15质量％至大约30质量％氧气，所述氧化剂的剩余部分为所述稀释剂。


7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个控制功能包括随着所述可变燃料的所述成分在所述发电过程的操作期间变化而改变所述氧化剂中的所述氧气与所述稀释剂的比。


8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其中，所述至少一个控制功能包括随着所述可变燃料的所述成分在所述发电过程的操作期间变化而改变被输入到所述燃烧室的所述氧化剂的温度、被输入到所述燃烧室的所述可变燃料的温度、被输入到所述燃烧室的所述氧化剂的流量以及被输入到所述燃烧室的所述可变燃料的流量中的一个或多个。


9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中，被提供给所述燃烧室的所述可变燃料与具有基本上恒定成分的正规化燃料混合。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述正规化燃料是天然气或基本上纯的甲烷。


11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个控制功能包括改变所述正规化燃料与在所述燃烧室...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕锡嘉，J·E·费特威德，P·M·麦高第，
申请(专利权)人：八河流资产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US