CN101576007A - 主歧管双气体涡轮机燃料系统 - Google Patents

主歧管双气体涡轮机燃料系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及主歧管双气体涡轮机燃料系统。本申请提供了双气体燃料输送系统(100)和输送两种气体燃料的方法。该双气体燃料输送系统(100)可包括：(a)包括低能量气体入口(110)、气体分流器(112)、低能量气体主歧管出口(114)和低能量气体副歧管出口(116)的低能量气体输送系统(102)；(b)包括高能量气体入口(118)和高能量气体主歧管出口(120)的高能量气体输送系统(104)；(c)主歧管(106)；以及(d)副歧管(108)，其中低能量气体主歧管出口(114)和高能量气体主歧管出口(120)联接到主歧管(106)上，且其中低能量气体副歧管出口(116)联接到副歧管(108)上。

Description

主歧管双气体涡轮机燃料系统
技术领域
本申请涉及燃气轮机燃料系统，且更具体地涉及能够将两种或更多种气体燃料输送到单个歧管的燃气轮机燃料系统。
背景技术
当代燃气轮机要求对燃料系统的精确控制。例如，燃料喷嘴上的压力降必须谨慎地保持在指定范围内以避免燃烧器损坏。通常，可能难以在普通的高能量燃料(例如天然气)以及高氢低能量燃料(例如合成气)两者下操作当代燃气轮机。因此，所需的是一种可适应及控制高能量燃料、低能量燃料以及高能量燃料和低能量燃料的混合的“双气体”涡轮机燃料系统。
燃料的不同特性可使这种“双气体”燃料系统的设计复杂化。利用低能量燃料来操作燃气轮机比利用高能量燃料来操作燃气轮机需要明显更高的体积流率。此外，常常可以以高达或者超过500°F(约260摄氏度)的温度来供应通常来源于气化过程的低能量燃料。这些特性需要可以适应和控制燃料温度和体积流率两者中的大的变化的燃料系统硬件。不幸的是，该硬件可能是大型、复杂且昂贵的。因此，需要的是一种使用较小的、标准的、简化的硬件以便节约硬件成本、维护成本以及占地面积的“双气体”涡轮机系统。
发明内容
因此本申请提供了双气体燃料输送系统和输送两种气体燃料的方法。该双气体燃料输送系统可包括：(a)包括低能量气体入口、气体分流器、低能量气体主歧管出口和低能量气体副歧管出口的低能量气体输送系统，(b)包括高能量气体入口和高能量气体主歧管出口的高能量气体输送系统，(c)主歧管，以及(d)副歧管，其中低能量气体主歧管出口和高能量气体主歧管出口联接到主歧管上，且其中低能量气体副歧管出口联接到副歧管上。
一种将燃料输送到涡轮机的方法可包括：a)将低能量气体供给到低能量气体输送系统的低能量气体入口；b)将高能量气体供给到高能量气体输送系统的高能量气体入口；c)将该低能量气体的第一部分从低能量气体输送系统的低能量气体主歧管出口供给到主歧管；d)将该低能量气体的第二部分从低能量气体输送系统的低能量气体副歧管出口供给到副歧管；e)将高能量气体从高能量气体输送系统的高能量气体主歧管出口供给到主歧管；f)将高能量气体和该低能量气体的第一部分从主歧管供给到涡轮机；以及g)将该低能量气体的第二部分从副歧管供给到涡轮机。
在结合附图和所附的权利要求查阅以下的详细说明后，对于本领域普通技术人员而言，本申请的这些和其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1为描绘了主歧管双气体燃料系统的流程图。
部件列表
100主歧管双气体燃料系统
102低能量气体输送系统
104高能量气体输送系统
106主歧管
108副歧管
110低能量气体入口
112气体分流器
114低能量气体主歧管出口
116低能量气体副歧管出口
118高能量气体入口
120高能量气体主歧管出口
122主歧管管道入口
124主歧管喷嘴出口
126副歧管管道入口
128副歧管喷嘴出口
130主低能量气体控制阀
132高能量气体控制阀
134副低能量气体控制阀
136第二副低能量气体控制阀
138第三副低能量气体控制阀
140低能量气体停止与压力控制阀
142高能量气体停止与压力控制阀
146低能量气体停止阀
148高能量气体停止阀
150主低能量气体吹扫入口
152第一主低能量气体吹扫排放口
154第二主低能量气体排放口
156高能量气体吹扫入口
158第一高能量气体吹扫排放口
164副低能量气体吹扫入口
168低能量气体过滤器
170高能量气体过滤器
172低能量气体旁路出口
174高能量气体旁路出口
176CPD系统
178CPD空气入口
180CPD空气出口
182主CPD阀
184副CPD阀
186CPD气体吹扫入口
188CPD气体吹扫排放口
具体实施方式
本申请提供了双气体燃料输送系统和输送多种气体燃料的方法。
I.主歧管双气体燃料输送系统
现在参考附图，图1显示了主歧管双气体燃料系统100的构造。系统100可用于将高能量气体、低能量气体或高能量气体与低能量气体的混和物输送到涡轮机。重要的是，系统100可以在输送高能量燃料和低能量燃料两者的同时仅容许高能量燃料进入单个歧管。通过将高能量燃料输送到仅单个歧管，系统100可减少储存在歧管中的能量的量，并且因此降低涡轮机过速的风险。
气体燃料
系统100可输送高能量气体、低能量气体或高能量气体与低能量气体的混和物。高能量气体可具有在约900至约1100BTU/ft3范围内的能量值。低能量气体可具有在约125至约350BTU/ft3范围内的能量值。在特定实施例中，高能量气体和低能量气体之间的能量值之差在约550至约975BTU/ft3范围内。
输送系统
主歧管双气体燃料输送系统100可包括低能量气体输送系统102、高能量气体输送系统104、主歧管106和副歧管108。副歧管108可具有大于主歧管106尺寸的尺寸。例如，与主歧管106相比，副歧管108可具有更大的容积和/或喷嘴尺寸。应用主歧管106和副歧管108两者可容许涡轮机使用低能量气体、高能量气体或者高能量气体与低能量气体的混合物在宽负载范围下运行。
低能量气体输送系统102可包括低能量气体入口110、气体分流器112、低能量气体主歧管出口114和低能量气体副歧管出口116。高能量气体输送系统104可包括高能量气体入口118和高能量气体主歧管出口120。主歧管106可包括主歧管管道入口122和主歧管喷嘴出口124。副歧管108可包括副歧管管道入口126和副歧管喷嘴出口128。低能量气体主歧管出口114和高能量气体主歧管出口120可联接到主歧管106上。例如，低能量气体主歧管出口114和高能量气体主歧管出口120可合并到主歧管管道入口122上。低能量气体副歧管出口116可联接到副歧管108上。例如，低能量气体副歧管出口116可合并到副歧管管道入口126上。
低能量气体输送系统102还可包括处于气体分流器112和低能量气体主歧管出口114之间的主低能量气体控制阀130。类似地，高能量气体输送系统104还可包括处于高能量气体入口118和高能量气体主歧管出口120之间的高能量气体控制阀132。气体控制阀130和132可控制流向主歧管106的燃料的流量，以在主歧管喷嘴出口124上保持精确的压降。
低能量气体输送系统102还可包括副低能量气体控制阀134。副低能量气体控制阀134可定位于气体分流器112和低能量气体副歧管出口116之间。副低能量气体控制阀134可控制副歧管108中的燃料流量，以在副歧管喷嘴出口128上保持精确压降。副低能量气体控制阀134还可用来停止经过副歧管108的气体流动。
低能量气体输送系统102还可包括任意数量的另外的气体控制阀。例如，低能量气体输送系统102还可包括第二副低能量气体控制阀136和第三副低能量气体控制阀138。控制阀136和138可定位于气体分流器112和低能量气体副歧管出口116之间。该三个控制阀134、136和138可并行地操作。多个气体控制阀的使用可容许各个控制阀为较小尺寸，这又可容许使用现成的气体控制阀。
低能量气体输送系统102还可包括处于低能量气体入口110和气体分流器112之间的低能量气体停止与压力控制阀140。类似地，高能量气体输送系统104还可包括处于高能量气体入口118和高能量气体控制阀132之间的高能量气体停止与压力控制阀142。停止与压力控制阀140和142可控制气体控制阀130、132和134上游的燃料流量，使得在停止与压力控制阀140及142与气体控制阀130、132及134之间保持恒定基准压力。通过将恒定基准压力区域保持在气体控制阀130、132和134的正上游，经过气体控制阀的流率可仅使用控制阀的位置(有效面积)来计算。
低能量气体输送系统102还可包括处于低能量气体入口110和低能量气体停止与压力控制阀140之间的低能量气体停止阀146。类似地，高能量气体输送系统104还可包括处于高能量气体入口118和高能量气体停止与压力控制阀142之间的高能量气体停止阀148。停止阀146和148分别可用来停止通过低能量气体输送系统102和高能量气体输送系统104的气体流动。例如，如果涡轮机仅在高能量气体下运行，那么低能量气体停止阀146可停止通过低能量气体输送系统102的气体流动，使得只有高能量燃料会流过主歧管106。此外，如果涡轮机仅在低能量气体下运行，那么高能量气体停止阀148可停止通过高能量气体输送系统104的气体流动，使得只有低能量燃料会流过主歧管106。
低能量气体输送系统102还可包括处于低能量气体入口110和主低能量气体控制阀130之间的主低能量气体吹扫系统。主低能量气体吹扫系统可包括主低能量气体吹扫入口150、第一主低能量气体吹扫排放口152和第二主低能量气体排放口154。主低能量气体吹扫入口150可定位于主低能量气体控制阀130和低能量气体停止与压力控制阀140之间，第一主低能量气体吹扫排放口152可定位于主低能量气体控制阀130和低能量气体停止与压力控制阀140之间，且第二主低能量气体排放口154可定位于低能量气体停止与压力控制阀140和低能量气体停止阀146之间。主低能量气体吹扫系统可用来在不使用低能量气体输送系统102时降低燃烧风险。例如，主低能量气体吹扫入口150和主低能量气体排放口152与154可在低能量气体停止与压力控制阀140和主低能量气体控制阀130之间产生惰性气体压力缓冲，以使低能量气体与主歧管106隔离开。
高能量气体输送系统104还可包括处于高能量气体入口118和高能量气体出口120之间的高能量气体吹扫系统。高能量气体吹扫系统可包括高能量气体吹扫入口156、第一高能量气体吹扫排放口158和第二高能量吹扫排放口160。高能量气体吹扫入口156可定位于：(a)高能量气体控制阀132和主歧管喷嘴出口124之间，或(b)低能量气体控制阀130和主歧管喷嘴出口124之间，第一高能量气体吹扫排放口158可定位于高能量气体控制阀132和高能量气体停止与压力控制阀142之间，且第二高能量气体吹扫排放口160可定位于高能量气体停止与压力控制阀142和高能量气体停止阀148之间。高能量气体吹扫系统可用来在不使用高能量气体输送系统104时降低燃烧的风险。例如，高能量气体吹扫入口156和高能量气体吹扫排放口158与160可在高能量气体停止阀148和高能量气体控制阀132之间产生惰性气体压力缓冲，以便使高能量气体与主歧管106隔离开。
低能量气体输送系统102还可包括处于副低能量气体控制阀134和低能量气体副歧管出口116之间的副低能量气体吹扫系统。副低能量气体吹扫系统可包括副低能量气体吹扫入口164。副低能量气体吹扫入口164可定位于副低能量气体控制阀134和副歧管喷嘴出口128之间。副歧管吹扫系统可用来在不使用副歧管108时降低燃烧的风险。
低能量气体输送系统102还可包括处于低能量气体入口110和低能量气体停止阀146之间的低能量气体过滤器168。类似地，高能量气体输送系统104还可包括处于高能量气体入口118和高能量气体停止阀148之间的高能量气体过滤器170。过滤器168和170可将碎屑从燃料中过滤掉，以避免诸如在主歧管双气体燃料输送系统100中堵塞的问题。
低能量气体输送系统102还可包括处于低能量气体入口110和低能气体停止阀146之间的低能量气体旁路出口172。类似地，高能量气体输送系统104还可包括处于高能量气体入口118和高能量气体停止阀148之间的高能量气体旁路出口174。旁路出口172和174可将气体供给到诸如用于缓解冷凝风险的排放口或尾气处理(flare)系统。
主歧管双气体燃料输送系统100还可包括压缩机排出压力系统176(“CPD”系统)。CPD系统176可包括CPD空气入口178和CPD空气出口180。CPD系统176可联接到副歧管108上。例如，CPD空气出口180可合并入副歧管管道入口126。CPD系统176可用来清扫副歧管108的气体、在副歧管108中保持正的喷嘴压力比、和/或使副歧管喷嘴出口128保持冷却。
CPD系统176可包括处于CPD空气入口178和CPD空气出口180之间的主CPD阀182。CPD系统176还可包括处于CPD空气入口178和主CPD阀182之间的副CPD阀184。CPD阀182和184可控制流向副歧管108的空气流量，从而在副歧管喷嘴出口128上保持精确压降。
CPD系统176还可包括CPD气体吹扫入口186和CPD气体吹扫排放口188。CPD气体吹扫入口186和CPD气体吹扫排放口188可定位于副CPD阀184和主CPD阀182之间。CPD气体吹扫入口186和CPD气体吹扫排放口188可用来在不使用CPD系统176时降低燃烧的风险。例如，CPD气体吹扫入口186和CPD气体吹扫排放口188可在副CPD阀184和主CPD阀182之间产生惰性气体压力缓冲，以便使低能量气体与CPD空气隔离开。
主歧管双气体燃料输送系统100可用来将两种气体燃料输送到涡轮机。低能量气体可供给到低能量气体输送系统102的低能量气体入口110。然后该低能量气体的第一部分可从低能量气体输送系统102的低能量气体主歧管出口114供给到主歧管106的主歧管管道入口122，且该低能量气体的第二部分可从低能量气体输送系统102的低能量气体副歧管出口116供给到副歧管108的副歧管管道入口126。高能量气体可供给到高能量气体输送系统104的高能量气体入口118。然后该高能量气体可从高能量气体输送系统104的高能量气体主歧管出口120供给到主歧管106的主歧管管道入口122。
高能量气体和低能量气体的第一部分可从主歧管106的主歧管喷嘴出口124供给到涡轮机。低能气体的第二部分可从副歧管108的副歧管管道出口128供给到涡轮机。
将两种气体燃料输送到涡轮机的方法可包括：在将低能量气体供给到低能量气体输送系统102步骤之后、且在将该低能量气体的第一部分供给到主歧管106步骤之前，使该低能量气体的第一部分穿过主低能量气体控制阀130的步骤。该方法还包括：在将低能量气体供给到低能量气体输送系统102的步骤之后、且在将该低能量气体的第二部分供给到副歧管108的步骤之前，使该低能量气体的第二部分穿过副低能量气体控制阀134的步骤。此外，该方法还包括：在将低能量气体供给到低能量气体输送系统102的步骤之后、且在使该低能量气体的第一部分穿过主低能量气体控制阀130及使该低能量气体的第二部分穿过副低能量气体控制阀134的步骤之前，使该低能量气体穿过低能量气体停止与压力控制阀140的步骤。最后，将两种气体燃料输送到涡轮机的方法可包括：在将低能量气体供给到低能量气体输送系统102的步骤之后、且在使低能量气体穿过低能量气体停止与压力控制阀140的步骤之前，使低能量气体穿过低能量气体停止阀146。
将两种气体燃料输送到涡轮机的方法可包括：在将高能量气体供给到高能量气体输送系统104的步骤之后、且在将高能量气体供给到主歧管106的步骤之前，使高能量气体穿过高能量气体控制阀132的步骤。该方法还可包括：在将高能量气体供给到高能量气体输送系统104的步骤之后、且在使高能量气体穿过高能量气体控制阀132的步骤之前，使高能量气体穿过高能量气体停止与压力控制阀142的步骤。最后，将两种气体燃料输送到涡轮机的方法可包括：在将高能量气体供给到高能量气体输送系统104的步骤之后、且在使高能量气体穿过高能量气体停止与压力控制阀142的步骤之前，使高能量气体穿过高能量气体停止阀148。
应该理解的是，前述内容仅仅涉及本申请的优选实施例，并且可在此进行许多改变和修改而不脱离由所附的权利要求及其等效体所限定的本发明的普遍精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃料输送系统，其包括：
a)低能量气体输送系统(102)，其包括低能量气体入口(110)、气体分流器(112)、低能量气体主歧管出口(114)和低能量气体副歧管出口(116)；
b)高能量气体输送系统(104)，其包括高能量气体入口(118)和高能量气体主歧管出口(120)；
c)主歧管(106)；以及
d)副歧管(108)；
其中，所述低能量气体主歧管出口(114)和所述高能量气体主歧管出口(120)联接到所述主歧管(106)上，并且
其中，所述低能量气体副歧管出口(116)联接到所述副歧管(108)上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述低能量气体输送系统(102)还包括处于所述气体分流器(112)和所述低能量气体主歧管出口(114)之间的主低能量气体控制阀(130)；
所述低能量气体输送系统(102)还包括处于所述气体分流器(112)和所述低能量气体副歧管出口(116)之间的副低能量气体控制阀(134)；
所述高能量气体输送系统(104)还包括处于所述高能量气体入口(118)和所述高能量气体主歧管出口(120)之间的高能量气体控制阀(132)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述低能量气体输送系统(102)还包括处于所述低能量气体入口(110)和所述气体分流器(112)之间的低能量气体停止与压力控制阀(140)；以及
所述高能量气体输送系统(104)还包括处于所述高能量气体入口(118)和所述高能量气体控制阀(132)之间的高能量气体停止与压力控制阀(142)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述低能量气体输送系统(102)还包括处于所述低能量气体入口(110)和所述低能量气体停止与压力控制阀(140)之间的低能量气体停止阀(146)；以及
所述高能量气体输送系统(104)还包括处于所述高能量气体入口(118)和所述高能量气体停止与压力控制阀(142)之间的高能量气体停止阀(148)。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述低能量气体输送系统(102)还包括处于所述低能量气体入口(110)和所述主低能量气体控制阀(130)之间的主低能量气体吹扫系统(150，152，154)；
所述低能量气体输送系统(102)还包括处于所述副低能量气体控制阀(134)和所述低能量气体副歧管出口(116)之间的副低能量气体吹扫系统(164)；以及
所述高能量气体输送系统(104)还包括处于所述高能量气体入口(118)和所述高能量气体控制阀(132)之间的高能量气体吹扫系统(156，158，160)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
e)压缩机排出压力系统(176)，其包括压缩机排出压力入口(178)和压缩机排出压力出口(180)，其中所述压缩机排出压力出口(180)联接到所述副歧管(108)上。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
所述压缩机排出压力系统(176)还包括处于所述压缩机排出压力入口(186)和所述压缩机排出压力出口(180)之间的压缩机排出压力阀(182，184)。
8.一种将燃料输送到涡轮机的方法，其包括：
a)将低能量气体供给到低能量气体输送系统(102)的低能量气体入口(110)；
b)将高能量气体供给到高能量气体输送系统(104)的高能量气体入口(118)；
c)将所述低能量气体的第一部分从所述低能量气体输送系统(102)的低能量气体主歧管出口(114)供给到主歧管(106)；
d)将所述低能量气体的第二部分从所述低能量气体输送系统(102)的低能量气体副歧管出口(116)供给到副歧管(108)；
e)将所述高能量气体从所述高能量气体输送系统(104)的高能量气体主歧管出口(120)供给到所述主歧管(106)；
f)将所述高能量气体和所述低能量气体的所述第一部分从所述主歧管(106)供给到涡轮机；
g)将所述低能量气体的所述第二部分从所述副歧管(108)供给到所述涡轮机。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述低能量气体供给到所述低能量气体输送系统(102)的步骤之后、且在将所述低能量气体的所述第一部分供给到所述主歧管(106)的步骤之前，使所述低能量气体的所述第一部分穿过主低能量气体控制阀(130)；
在将所述低能量气体供给到所述低能量气体输送系统(102)的步骤之后、且在将所述低能量气体的所述第二部分供给到所述副歧管(108)的步骤之前，使所述低能量气体的所述第二部分穿过所述副低能量气体控制阀(134)；以及
在将所述高能量气体供给到所述高能量气体输送系统(104)的步骤之后、且在将所述高能量气体供给到所述主歧管(106)的步骤之前，使所述高能量气体穿过高能量气体控制阀(132)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述低能量气体供给到所述低能量气体输送系统(102)的步骤之后、且在使所述低能量气体的所述第一部分穿过所述主低能量气体控制阀(130)及使所述低能量气体的所述第二部分穿过所述副低能量气体控制阀(134)的步骤之前，使所述低能量气体穿过低能量气体停止与压力控制阀(140)；以及
在将所述高能量气体供给到所述高能量气体输送系统(104)的步骤之后、且在使所述高能量气体穿过所述高能量气体控制阀(132)的步骤之前，使所述高能量气体穿过高能量气体停止与压力控制阀(142)。
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