CN101907022A - 关于涡轮发动机控制和操作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制燃气涡轮发动机的方法，其中，发动机包括：包括热交换部分(52)的燃料管线(50)；热值计；包括绕过热交换部分(52)的备选的燃料管线的冷段旁路(76)，冷段旁路(76)在上游分岔点(62)处和燃料混合交汇点(64)处连接到燃料管线(50)上，燃料混合交汇点(64)定位为使得其和燃烧器(30)的入口之间的燃料管线(50)的长度较短；以及用于控制被引导通过热交换部分(52)的燃料的量的阀；该方法包括以下步骤：测量燃料的热值；基于热值和目标修正Wobbe指数范围来确定目标燃料温度范围；以及控制绕过热交换部分(52)的燃料，使得燃料的温度在目标温度范围内。

Description

关于涡轮发动机控制和操作的方法

技术领域

本申请大体涉及用于改进燃气涡轮发动机的效率和/或操作的方法、系统和/或设备，如本文所用且除非以别的方式特别地说明，燃气涡轮发动机指的是包括所有类型的燃气或燃烧式涡轮或旋转式发动机，包括航空发动机、功率产生发动机和其它发动机。更具体地，但不作为限制，本申请涉及与燃气涡轮发动机中的燃料输送方法和系统有关的方法、系统和/或设备。

背景技术

大体上，燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机和涡轮大体包括轴向地堆叠成级的叶片排。各个级包括一排周向隔开的定子叶片和一排转子叶片，定子叶片是固定的，转子叶片绕着中心轴线或轴旋转。在操作中，大体上，压缩机转子叶片绕着轴旋转，且与定子叶片协作来压缩空气流。然后在燃烧器中使用压缩空气的供应来燃烧燃料供应。然后，由于燃烧产生的热气流(即工作流体)膨胀通过发动机的涡轮段。通过涡轮的工作流体流导致转子叶片旋转。转子叶片连接到中心轴上，从而转子叶片的旋转使轴旋转。这样，包含在燃料中的能量就转换成旋转轴的机械能，例如可用来使压缩机的转子叶片旋转，从而使得产生燃烧所需要的压缩空气的供应，且可用来使发电机的线圈旋转，从而产生电功率。

在本领域中已知的是使用来自燃气涡轮发动机的排气来使燃料预热。由于几个原因，以高温输送的燃料可提高高效的发动机操作。有时，需要基于变化的燃料特性来改变燃料的温度。但是，传统的燃料输送系统具有某些限制，这些限制在燃料被输送到燃烧器时会在控制燃料的温度时造成困难或延迟。这会导致以不可接受的温度输送燃料。

更具体地，燃气涡轮发动机大体设计成使用具有与热值有关的某些特性的燃料来进行操作。燃料的热值(也可称为总发热值、总能量或Wobbe指数等级)大体描述了当燃烧燃料时所释放的热或能量的量。但是在燃气涡轮发动机应用中，如果考虑了燃料被输送到喷嘴时所处的温度，就可以更加精确地描述燃烧以给定压力比通过燃料喷嘴的燃料所释放的能量的量。考虑了或补偿了燃料的温度的燃料特性大体称为修正Wobbe指数等级或MWI等级。因此，将在本申请中使用此术语，但是其使用不是限制性的。如本文所用，修正Wobbe指数等级或MWI等级意图宽泛地指描述考虑或补偿了燃料被输送到喷嘴时所处的温度时燃烧以给定压力比通过燃料喷嘴的燃料所释放的能量的量的燃料量度。因此，燃气涡轮发动机大体设计成以具有特定的修正Wobbe指数等级的或落在可接受的修正Wobbe指数等级的范围内的燃料来进行操作。在这种情况下，具有修正或控制输送到燃烧器的燃料的温度的能力(由此修正或控制燃料的修正Wobbe指数等级)是确保发动机正在使用促进高效操作且降低燃烧器损害的风险的可接受的燃料的有用的方式。

但是，给定传统系统的限制，如下面更加详细地论述，可变的燃料条件可使得输送到燃烧器的燃料在可接受的或目标修正Wobbe指数等级之外。换句话说，在传统系统中，提供可接受的或目标修正Wobbe指数等级的温度范围之外的燃料常常被输送到燃烧器。这可能对燃烧器造成损害，且可导致无效率的发动机性能。另外，这可能导致涡轮发动机“降负荷”状况，在此期间，大体上，发动机的操作系统会自动降低或中断发动机输出，以避免由于燃料不满足发动机规格而产生的发动机损害。当然，发动机输出的突然下降会在不合适的时候(例如在峰值需求期间)出现，且对其本身利益造成重大问题。

大体上，关于传统设计的涡轮发动机燃料输送系统的这些类型的性能缺点存在几个原因。如下面更加详细地描述，其中之一是在调节燃料温度时出现的热滞。另一个原因与燃料供应内的可变的燃料特性(例如热值)的及时探测相关，这使得不能及时地确定燃料被输送到燃烧器时应该处的适当的温度。因此，需要一种与燃气涡轮发动机中的燃料输送有关的且特别地用于控制燃料的温度从而使得在适当的(给定发动机的燃料的热值和目标修正Wobbe指数等级)温度处一致地将燃料输送到燃烧器的改进的设备、方法和/或系统。

发明内容

本申请描述了一种控制燃气涡轮发动机的操作的方法，其中，燃气涡轮发动机包括：连接到燃料源上且连接到燃烧器上的燃料管线，该燃料管线包括热交换部分，该热交换部分设置成与热源成热传递关系，以在燃料被输送到燃烧器之前加热燃料；构造成测量燃料的热值的快速热值计；包括绕过燃料管线的热交换部分的备选的燃料管线的冷段(cold leg)旁路，冷段旁路在上游分岔点和燃料混合交汇点处连接到燃料管线上，上游分岔点设置在热交换部分的上游，燃料混合交汇点设置在热交换部分的下游，燃料混合交汇点定位为使得燃料混合交汇点和燃烧器的入口之间的燃料管线的长度相对较短；以及用于控制被引导通过热交换部分的燃料的量和被引导通过冷段旁路的燃料的量的一个或多个阀；该方法包括步骤：用快速热值计测量燃料的热值；基于测量的热值和目标修正Wobbe指数范围来确定燃料的目标温度范围；以及控制绕过热交换部分的燃料的量，使得输送到燃烧器的燃料的温度包括在目标温度范围内的温度。

在一些实施例中，目标修正Wobbe指数范围包括至少一个预定的修正Wobbe指数等级，在该等级处的燃料优选用于燃气涡轮发动机中；燃料的目标温度范围包括这样的温度：给定燃料的测量的热值，在该温度处的燃料包括目标修正Wobbe指数范围。

在一些实施例中，方法包括步骤：测量在冷段旁路内或在上游分岔点的上游的某个点处所取的冷燃料温度、在热交换部分和燃料混合交汇点之间的某个点处所取的热燃料温度、以及在燃料混合交汇点和燃烧器的入口之间的某个点处所取的混合燃料温度。对一个或多个步骤的更加详细的列举包括步骤：确定混合燃料温度是否在燃料的目标温度范围内，是否在燃料的目标温度范围以下，或者是否在燃料的目标温度范围以上。

在一些实施例中，对一个或多个步骤的更加详细的列举包括步骤：如果确定混合燃料温度在燃料的目标温度范围以下，就控制一个或多个阀，使得将燃料的增加的部分引导通过燃料管线的热交换部分；如果确定混合燃料温度在燃料的目标温度范围以上，就控制一个或多个阀，使得将燃料的减少的部分引导通过燃料管线的热交换部分。

在一些实施例中，燃料混合交汇点定位为离燃烧器气体控制阀足够近，燃烧器气体控制阀包括位于燃烧器的入口的上游且紧邻该入口的燃料阀，从而使得由一个或多个阀引起的引导通过冷段旁路的燃料的量和引导通过热交换部分的燃料的量的改变在相对短的时间段内在燃烧器气体控制阀处引起燃料温度的变化，而且燃料混合交汇点离燃烧器气体控制阀足够远，从而使得燃料在到达燃烧器气体控制阀之前被充分地混合到基本均匀的温度。在一些实施例中，用于加热燃料的热源包括以下中的一种：水浴式加热器、热油浴式加热器、直燃加热器、电加热器、热管热交换器、蒸汽加热器、热水加热器、以及使用来自燃气涡轮发动机的排气的热的热交换器。

在一些实施例中，一个或多个阀包括以下中的至少一种：位于冷段旁路上的双通冷段阀；在热交换部分的下游和燃料混合交汇点的上游的燃料管线上的双通热段(hot leg)阀；以及位于燃料混合交汇点处的三通阀。

在一些实施例中，对一个或多个步骤的更加详细的列举包括步骤：在控制单元接收测量的热值；基于测量的热值和目标修正Wobbe指数范围用控制单元来确定燃料的目标温度范围；以及在控制单元接收测量的冷燃料温度、测量的热燃料温度、以及测量的混合燃料温度；给定测量的冷燃料温度、测量的热燃料温度和测量的混合燃料温度，用控制单元控制双通冷段阀、双通热段阀和三通阀中的至少一个的设置，从而使得在燃料混合交汇点处混合的被引导通过热交换部分的燃料的量和被引导通过冷段旁路的燃料的量将输送到燃烧器的燃料的温度保持在燃料的大致目标温度范围处。

在一些实施例中，快速热值计包括在开始测量过程约30秒内提供热值测量结果的装置。在一些实施例中，对一个或多个步骤的更加详细的列举包括按规则的间隔测量燃料的热值的步骤，其中，规则的间隔小于约30秒。

在一些实施例中，燃料混合交汇点定位为使得燃料混合交汇点和燃烧器的入口之间的燃料管线的长度小于20米。在一些实施例中，燃料混合交汇点定位为使得燃料混合交汇点和燃烧器的入口之间的燃料管线的长度介于约4米和15米之间。

在阅读了结合附图和权利要求书得到的优选实施例的以下详细描述后，本申请的这些和其它特征将变得清楚。

附图说明

通过仔细研究结合附图得到的本发明的示例性实施例的以下更加详细的描述，将更加完整地理解和意识到本发明的这些和其它特征，其中：

图1是可使用本申请的某些实施例的示例性涡轮发动机的示意图；

图2是图1的燃气涡轮发动机的压缩机段的截面图；

图3是图1的燃气涡轮发动机的涡轮段的截面图；

图4是根据传统设计的燃气涡轮系统的燃料输送系统的示意图；

图5是根据本申请的示例性实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图6是根据本申请的备选实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图7是根据本申请的备选实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图8是根据本申请的备选实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图9是根据本申请的备选实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；

图10是根据本申请的备选实施例的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的示意图；以及

图11是示出了本申请的示例性实施例的操作的流程图。

部件列表

10燃气涡轮发动机；11压缩机；12涡轮；13燃烧器；14压缩机转子叶片；15压缩机定子叶片；16涡轮转子叶片；17涡轮定子叶片；20燃气涡轮系统；22发电机；24转子；26压缩机；28涡轮；30燃烧器；32进气管线；40排气烟道；50燃料管线；52热交换部分；60旁路燃料管线；62上游分岔点；63上游燃料旁路控制阀；64燃料混合交汇点；65燃烧器气体控制阀；66气相色谱仪；70燃气涡轮系统；71浴式加热器；72泵；74快速热值计；76冷段旁路；78冷段阀；79热段阀；82控制单元；85下游冷段旁路；86第二分岔点；87直燃加热器；90三通阀；91电加热器；94热管热交换器；95导热管；96排气管道

具体实施方式

现在参照附图，图1示出了燃气涡轮发动机10的示意图，将使用燃气涡轮发动机10来描述可采用本发明的示例性环境。本领域技术人员将理解，本发明不限于这种类型的使用。如所叙述的，可在其它类型的燃气涡轮发动机中使用本发明。总的来说，燃气涡轮发动机通过从在压缩空气流中燃烧燃料产生的加压的热气流中提取能量来进行操作。如图1所示，燃气涡轮发动机10可构造有轴向压缩机11，轴向压缩机11由公共的轴或转子以机械的方式联接到下游涡轮段或涡轮12上，燃烧器13位于压缩机11和涡轮12之间。

图2示出了可在图1的燃气涡轮发动机中使用的示例性多级轴向压缩机11的视图。如图所示，压缩机11可包括多个级。各个级可包括一排压缩机转子叶片13，以及一排压缩机定子叶片14。因此，第一级可包括绕着中心轴旋转的一排压缩机转子叶片13，以及在操作期间保持固定的一排压缩机定子叶片14。压缩机定子叶片14彼此大体周向地隔开，且绕着旋转轴线固定。压缩机转子叶片13周向地隔开且附连到轴上；当轴在操作期间旋转时，压缩机转子叶片13绕着该轴旋转。如本领域技术人员将理解的，压缩机转子叶片13构造成使得当绕着轴旋转时，压缩机转子叶片13将动能传递给流过压缩机11的空气或流体。除了图2所示的级之外，压缩机11可具有其它级。其它的级可包括多个周向隔开的压缩机转子叶片13，以及多个周向隔开的压缩机定子叶片14。

图3示出了可在图1的燃气涡轮发动机中使用的示例性涡轮段或涡轮12的局部视图。涡轮12也可包括多个级。示出了三个示例性的级，但是涡轮12中可存在更多或更少的级。第一级包括在操作期间绕着轴旋转的多个涡轮轮叶或涡轮转子叶片15，以及在操作期间保持固定的多个喷嘴或涡轮定子叶片16。涡轮定子叶片16大体上彼此周向地隔开，且绕着旋转轴线固定。涡轮转子叶片15可安装在涡轮叶轮(未显示)上，以便于绕着轴(未显示)旋转。还示出了涡轮12的第二级。第二级类似地包括多个周向隔开的涡轮定子叶片16，以及多个周向隔开的涡轮转子叶片15，它们也安装在涡轮叶轮上，以便于旋转。还示出了第三级，其类似地包括多个涡轮定子叶片16和转子叶片15。将理解的是涡轮定子叶片16和涡轮转子叶片15位于涡轮12的热气路径中。通过热气路径的热气流的方向由箭头表示。如本领域技术人员将理解的，涡轮12可具有除了图3所示的级之外的其它级。各个其它的级可包括一排涡轮定子叶片16，以及一排涡轮转子叶片15。

在使用中，压缩机转子叶片13在轴向压缩机11内的旋转可压缩空气流。在燃烧器13中，当压缩空气与燃料混合且被点燃时，可释放出能量。然后可将来自燃烧器13的所产生的热气流(可称为工作流体)引导到涡轮转子叶片15上，工作流体流使涡轮转子叶片15绕着轴旋转。从而，工作流体流的能量被转换成旋转叶片和旋转轴(由于转子叶片和轴之间的连接)的机械能。然后可使用轴的机械能来驱动压缩机转子叶片13的旋转，从而产生必要的压缩空气供应，而且，例如可使用轴的机械能来驱动发动机来发电。

在往下进行之前，注意到为了清楚地传达本申请的发明，可能需要选择术语来指代和描述涡轮发动机的某些机器构件或部件。在任何可能的情况下，将使用普通的工业术语，且以与其被接受意思一致的方式来采用这种术语。但是，意图的是，对任何这种术语给定宽泛的意思，而不将之狭窄地理解成使得本文所意图的意思和权利要求的范围受到不合理的限制。本领域技术人员将理解，通常可用若干不同的名称来指代某些构件。另外，可能在本文中描述为单个部件的部件可包括若干构件部件，且可在另一个上下文中被引用为由若干构件部件构成，或者在本文中被描述为包括多个构件部件的部件可制成单个部件，且在某些情况下可指单个部件。因而，在理解本文描述的本发明的范围时，不仅应当注意所提供的术语和描述，而且还应当注意本文描述的结构、构造、功能和/或构件的用途。

另外，可在本文中使用涡轮发动机应用的普通的若干描述性用语。这些用语的定义如下。用语“下游”和“上游”是表示相对于通过涡轮或独立单位的工作流体流的方向的用语。因而，用语“下游”意思是流的方向，而用语“上游”意思是通过涡轮的流的相反的方向。与这些用语有关，用语“后缘”和/或“尾缘”指的是下游方向、下游端和/或所描述的构件的下游端的方向。而且，用语“前缘”和/或“首缘”指的上游方向、上游端和/或所描述的构件的上游端的方向。用语“径向”指的是与轴线垂直的运动或位置。通常需要描述关于轴线在不同的径向位置处的部件。这种情况下，如果第一构件比第二构件离轴线近，则可在本文中叙述为第一构件在第二构件“内侧”或“径向向内”。另一方面，如果第一构件比第二构件离轴线远，则可在本文中叙述为第一构件在第二构件“外侧”或“径向向外”。用语“轴向”指的是与轴线平行的运动或位置。而且，用语“周向”指的是在轴线周围的运动或位置。

再次参照附图，图4示出了根据传统设计的燃气涡轮系统的实例：燃气涡轮系统20。燃气涡轮系统20可包括由转子轴24连接到压缩机26和涡轮28上的发电机22。可按照传统技术进行这些构件的连接和构造。传统的燃烧器30可设置在压缩机26和涡轮28之间。

进气管线32可连接到压缩机26上。进气管线32提供通往压缩机26的入口。然后第一管道可将压缩机26连接到燃烧器30，且可将被压缩机26压缩的空气引导到燃烧器30中。如上所述，燃烧器30大体以已知的方式燃烧压缩空气与燃料的供应，以产生热的压缩动力气体。动力气体由第二管道从燃烧器30中输送出来，且被引导到涡轮28。燃烧气体的供应驱动涡轮28。被动力气体驱动的涡轮28使转子轴24转动，使轴或转子轴24旋转，其能量可用于驱动压缩机26和发电机22，从而发电。

来自涡轮28的排气大体被第三管道输送到排气烟道40，排气从排气烟道40排到大气中。烟道40中的排气的温度可超过800°F。燃料管线50可从燃料源(未显示)延伸到燃烧器30，以便将燃料输送到燃烧器30。燃料管线50可具有设置在烟道40中的热交换部分52。在热交换部分52中，燃料管线50可设置成与通过烟道40的热排气成热传递关系。燃料管线50可传送液体燃料或气体燃料，例如在燃气涡轮系统中惯用的甲烷。在实践中，液体燃料的加热可被限制到低的温度，约200°F，以防止燃料的成分的热分解。但是，天然气可加热到高达1000°F，取决于某些因素。

燃气涡轮系统20还可包括旁路燃料管线60。旁路燃料管线60可在热交换部分52的上游的点(即如图所示可包括上游燃料旁路控制阀63(在这种情况下，为传统的三通阀)的上游分岔点62)处以及在热交换部分52的下游的另一点(燃料混合交汇点64)处连接到燃料管线50上，从而产生绕过燃料管线50的热交换部分52的燃料管线，如图所示。给定此构造，上游燃料旁路控制阀63可调节绕过热交换器52的燃料的量，而且，通过这么做，可使用上游燃料旁路控制阀63来控制流到燃烧器30的燃料供应的温度。这样，即通过调节绕过热交换器52的燃料供应的量，以及然后结合下游的、经加热的燃料流和未加热的燃料流，传统的涡轮系统20可在燃料被输送到燃烧器30时至少部分地控制燃料的温度。

但是，如在下面更加详细地论述，在操作中，传统的系统具有温度滞后，温度滞后使得基本不能实现相对及时或迅速的燃料温度修正。除了其它原因之外，这是因为传统的系统(例如图4所示的系统)包括燃料管线50在燃料混合交汇点64和燃烧器30之间的相对过长的伸展。燃料管线的这一伸展大体在燃烧器30的上游的阀处终止，该阀在本文中称为燃烧器气体控制阀65。如图4所示，这个距离称为距离“L1”。L1表示在燃料混合交汇点64和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间的管道的长度。在传统的系统中，距离L1至少大于20m，而且通常大于50m。管道在混合交汇点64和燃烧器30之间的过长的延伸使得不能对输送到燃烧器30的燃料的温度进行相对迅速的调节。将理解的是这个延迟是由于管道的长度的阻碍改变燃料温度的热沉属性和/或在温度经调节的燃料可输送到燃烧器30之前已经在管道中的燃料所需要的吹洗引起的。

在一些情况下，传统的系统还可包括传统的气机色谱仪66或其它类似的装置。如普通技术人员所狭义地理解，可使用气相色谱仪66来测量燃料供应，以确定其各种成分的组成和/或其热值。更特别地，可使用气相色谱仪66来对燃料供应取样，并测量其各种成分的相对量。这样，传统的系统就可确定燃料供应内的不同的碳氢化合物的细目分类，以及提供与燃料供应的热值有关的数据。但是，大体上，存在与气相色谱仪和通常在传统的系统中使用的其它类似的测量装置相关联的显著时延。也就是说，在色谱仪66从燃料供应中取样以及为控制系统提供与燃料的化学组成或热值有关的相关的或必要的测量结果或信息的时间之间存在显著延迟。与色谱仪(和/或为了相同的目的通常在传统的系统中使用的其它类似的装置)相关联的延迟是相当大的(通常几分钟或更久)，而且如下面更加详细地论述，通常在有必要对发动机控制设置进行修正之后才被提供(即，测量结果是不“及时”的)。换句话说，测量结果提供得太迟了。色谱仪和/或其它类似的装置不会提供关于燃料供应的热值的可用的且及时的信息，这会导致输送到发动机的燃料在发动机的目标修正Wobbe指数范围之外。这会造成发动机损害、降负荷或其它性能问题。在许多情况下，这个延迟会由于上面论述过的温度滞后而加剧。

如本领域技术人员将理解，除了所显示的构件之外，燃气涡轮系统20以及后面(即图5至10)描述的示例性实施例的燃气涡轮系统还可包括其它构件，例如聚结过滤器、燃料气体洗涤器、启动加热器等。但是，将理解，包括这些元件和构成这些元件对本文要求保护的发明的操作来说不是关键的，并且因此，在所提供的图中没有显示这些构件。

图5至10示出了本申请的示例性实施例。图5至10中所示的系统中的许多构件与以上关于图4的系统所描述的构件基本相同或相似。因此，为了清楚和简洁，对于共同的构件，在图4中使用的数字标识符也将在图5至10中使用。按照传统的设计，燃气涡轮系统70可包括由转子轴24连接到压缩机26和涡轮28上的发电机22。燃烧器30可位于压缩机26和涡轮28之间。进气管线32可连接到压缩机26上，从而使得提供用于空气供应的入口。第一管道可将压缩机26所压缩的空气引导到燃烧器30，在燃烧器30中可使用压缩的空气来燃烧燃料供应。所产生的热气流可膨胀通过涡轮28，在此处(如上所述)能量被转换成旋转轴24的机械能。然后可使用旋转轴的能量来驱动压缩机26和发电机22，从而分别产生压缩空气供应和电供应。但是，这个燃气涡轮发动机应用是示例性的，还可在其它燃气涡轮发动机应用中使用本发明。

根据本申请的示例性实施例，燃气涡轮系统70构造成使得系统操作员或控制单元可及时地控制输送到燃烧器30的燃料的温度，从而使得燃料符合发动机的目标MWI值。如上所述，燃气涡轮发动机大体设计成使用具有与热值有关的某些特性的燃料来进行操作。燃料的热值(也可称为总发热值、总能量或Wobbe指数等级)，总体地描述当燃料燃烧时所释放的热或能量的量。但是，在燃气涡轮发动机应用中，如果考虑了燃料被输送到喷嘴时所处的温度，就可更加精确地描述燃烧以给定的压力比通过燃料喷嘴的燃料所释放的能量的量。考虑了或补偿了燃料的温度的燃料特性通常称为修正Wobbe指数等级或MWI等级。如本文所用，修正Wobbe指数或MWI意图宽泛地指描述考虑了或补偿了燃料被输送到喷嘴时所处的温度的燃烧以给定的压力比通过燃料喷嘴的燃料所释放的能量的量的燃料量度。因此，燃气涡轮发动机大体设计成用具有特定的修正Wobbe指数等级或落在可接受的修正Wobbe指数等级的范围内的燃料来进行操作。如本文所用，燃气涡轮发动机的设计所针对的特定的修正Wobbe指数等级或可接受的修正Wobbe指数等级的范围两者称为“目标修正Wobbe指数范围”或“目标MWI范围”。具有修正或控制输送到燃烧器的燃料的温度的能力(由此修正或控制燃料的修正Wobbe指数等级)是确保发动机正在使用在发动机的目标MWI范围内的燃料的有用的方式。

注意，图5至10中的几个实施例示出了可在本发明中使用的几个备选的热源。除了特别说明，本发明意图包括这些备选的热源及其等效方案，其各具有以下论述的某些优点。另外，尽管没有在图中特别地说明，但是本发明可采用与以上关于图4的系统所描述的相同的或相似的热源(即由涡轮发动机的排气供以动力的热交换器，其可包括热水或蒸汽加热器，其热水或蒸汽包括由发动机的排气加热的热传递流体)。如图所示，图5的实施例包括油浴式或水浴式加热器71。如本领域技术人员将理解，传统的浴式加热器71包括热传递流体，热传递流体可为水，或者用于更高的温度，热传递流体可为热油，其在热交换器中加热和使用，以加热通过热交换器的燃料。浴式加热器71可包括使热传递流体在加热器和热交换器之间循环的泵72。可从燃料管线50(未显示)中放出用于浴式加热器71的燃料供应。使用浴式加热器71的一个优点在于其可加热燃料管线50的燃料供应，而无需使用来自涡轮发动机的热。将理解的是，这在基本上不可获得来自涡轮发动机的热的发动机启动期间可能是有利的。

燃料管线50可从燃料源(未显示)延伸到燃烧器30。类似于以上描述的传统的系统，燃料管线50可构造成使得热交换部分52延伸通过浴式加热器71，如所叙述的，可在浴式加热器71中加热燃料供应。

图5的燃气涡轮系统70还可包括冷段旁路76。冷段旁路76可在某些方面类似于以上描述的旁路燃料管线60。如图所示，冷段旁路76在燃料管线50的热交换部分52的上游的点(可称为上游分岔点62)处以及在燃料管线50的热交换部分52的下游的另一个点(可称为燃料混合交汇点64)处连接到燃料管线50上。这样，冷段旁路76就形成了备选通路或旁路通路，燃料供应可通过该通路运行到燃烧器30，而不在浴式加热器71的热交换部分52中被加热。

如下面更加详细地描述，流过燃料管线50的热交换部分52和冷段旁路76的燃料的量可由一个或多个传统的阀的操作来操控或控制或调节，各个阀可具有允许不同水平的燃料流过其中的至少多个流量设置。在一些实施例中，燃气涡轮系统70可通过单个传统的双通阀来控制两个备选通路之间的流量水平，该双通阀可位于燃料管线50或冷段旁路76中。在其它实施例中，如图5所示，燃气涡轮系统70可由两个传统的双通阀(在冷段旁路76上的冷段阀78以及位于燃料管线50上的热段阀79)来更加精确地控制通过冷段旁路76和燃料管线50的热交换部分52的流量水平。如图所示，热段阀79可位于上游分岔点62的下游和燃料混合交汇点64的上游的燃料管线50上。另外，如图8所示且在下文中所论述，可用传统的三通阀90代替热段阀79和冷段阀78。

按照传统的方式和方法，如图5所示，可能包括热段阀79和冷段阀78的阀的操作和设置可由控制单元82控制。更具体地，可按照从控制单元82接收到信号来控制调节通过冷段旁路76和燃料管线50的热交换部分52的燃料流量的阀的设置。如下面更加详细地论述，控制单元82可包括电子装置或计算机实现的装置，该装置包括与一个或多个阀的操作有关的控制逻辑。按照该控制逻辑和/或由控制单元82监测的一个或多个操作参数(如在下面更加详细地论述)，控制单元82可将电子信号发送到一个或多个阀，并且由此控制一个或多个阀的设置。这样，一个或多个阀可被控制成减少通过冷段阀78的流量，以及增加通过燃料管线50的热交换部分52的流量，或者备选地，增加通过冷段阀78的流量，以及减少通过燃料管线50的热交换部分52的流量。

将理解的是，可通过调节通过燃料管线50的热交换部分52的燃料供应的百分比来控制输送到燃烧器30的燃料供应的温度(并且由此控制MWI等级)。例如，如果期望提高输送到燃烧器的燃料供应的温度(由此降低MWI等级)，可将一个或多个阀控制成使得增大的百分比的燃料供应被引导通过燃料管线50的热交换部分52。这将导致燃料混合交汇点64的下游的提高的燃料温度。或者，如果期望降低输送到燃烧器的燃料供应的温度(由此提高MWI等级)，可将一个或多个阀控制成使得降低的百分比的燃料供应被引导通过燃料管线50的热交换部分52。将理解的是，这将导致燃料混合交汇点64的下游的降低的燃料温度。

根据本发明的示例性实施例，燃气涡轮系统70还可包括快速热值计74。如本文所用，快速热值计74被定义成包括可用来测量诸如天然气的燃料且快速地提供与被测燃料的热值有关的测量结果或数据的仪器或装置。而且，如本文所用，提供“快速”测量结果被定义为提供及时的测量结果，或者，就本发明的其它实施例而言，在本文规定的时间段内提供测量结果。

在一些实施例中，快速的燃料热值计74可包括气体热量计。如本领域技术人员将理解，气体热量计是测量燃料的热值的仪器。如上所述，燃料的热值(也已知为总发热值、总能量或Wobbe指数等级)在本文中被定义成总体地描述燃料燃烧时所释放的热或能量的量。在一些实施例中，本发明的快速热值计74可包括以下装置和/或构造成符合本文描述的其它操作要求的其它类似的装置：Wobbe计、气体热量计或热值变送器。如图所示，在一些实施例中，快速热值计74可位于上游分岔点62的上游，尽管其它位置，诸如在冷流旁路76上，在其它实施例中也是可能的。

在一些实施例中，在操作中，快速热值计74可构造成使其周期性地对输送到燃烧器30的燃料供应的热值进行取样和测量。快速热值计74对燃料供应所进行的周期性测量可发生在至少约每60秒内。在其它更加优选的实施例中，快速热值计74对燃料供应所进行的周期性测量可发生在至少约每30秒内。在另外的更加优选的实施例中，快速热值计74对燃料供应所进行的周期性测量可发生在至少约每15秒内。

如所叙述的，快速热值计74可构造成在相对短的时间段内完成燃料的测量且提供关于燃料的热值的数据。在一些实施例中，快速热值计74包括构造成在获得测量样本和开始测量程序的至少约2分钟内完成热值测量且提供结果的装置。在其它的更加优选的实施例中，快速热值计74可构造成在获得测量样本和开始测量程序的至少约1分钟内完成热值测量且提供结果。在另外的更加优选的实施例中，快速热值计74可构造成在获得测量样本和开始测量程序的至少约30秒内完成热值测量且提供结果。理想地，在其它实施例中，快速热值计74可构造成在获得测量样本和开始测量程序的至少约10秒内完成热值测量且提供结果。快速热值计74和控制单元82大体可构造成以电子的方式连通。更具体地，快速热值计74可用传统的方式和方法将与燃料供应的热值的测量有关的数据发送到控制单元82。

燃气涡轮系统70还可包括传统的仪器，以测量在燃料输送系统(未显示)内的一个或多个位置处的燃料供应的温度。例如，在与快速热值计74相同的位置处，热电偶或其它温度测量仪器也可包括和/或结合到快速热值计74中，从而使得可在确定热值的同时测量燃料供应的温度，且将其传送到控制单元82。在此位置处，该温度测量提供本文所称的“未加热的燃料温度”，即在加热之前或显著的加热之前的燃料的温度。第二热电偶或其它温度测量仪器可位于热交换部分52的出口和燃料混合交汇点64之间。该温度测量提供本文所称的“经加热的燃料温度”，即在已经加热之后的燃料的温度。第三热电偶或其它仪器可位于燃烧器30的入口处或燃烧器气体控制阀65的入口处。该温度测量提供本文所称的“混合燃料温度”，即大体在燃料混合交汇点64的下游和/或在燃烧器30的入口处的燃料的温度。用于测量温度的仪器可用传统的方式和方法将测得的温度数据传送到控制单元82。

如所叙述的，在传统的系统中，燃料混合交汇点和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间的管道或燃料管线的距离相对过长。(注意“燃烧器气体控制阀65”意思是指出现在燃烧器30的正好上游且紧邻燃烧器30的控制阀，并且由此燃烧器气体控制阀65可与“燃烧器30的入口”基本互换使用，以描述燃料供应被引导到燃烧器30的大致位置。特别地，如本文所意图，对“燃烧器气体控制阀65”的引用与对燃烧器30的入口的引用大致相同。因此，在不管是什么原因而不具有在燃烧器30的正好上游或紧邻燃烧器30的控制阀的系统中，本文对“燃烧器气体控制阀65”的引用意思则是指燃烧器30的入口)。将理解，当燃料混合交汇点64和燃烧器气体控制阀65之间的距离过长时，使得更加难以迅速地改变输送到燃烧器30的燃料供应的温度，因为管道的延长的长度大体形成了妨碍迅速的温度变化的热沉，和/或在燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口处感觉到燃料温度的显著变化之前(并且由此在燃料的MWI等级的显著变化之前)，管道的延长的长度一定基本上被冲洗(flush)过。因此，在传统的系统中，在采取措施使燃料温度改变和当燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口处感觉到所产生的变化的时间之间存在显著的延迟。

另外，在传统的燃气涡轮系统中，改变燃料供应的温度的能力的这个延迟通常由于与从气相色谱仪或为了此目的而使用的其它类似的装置中获得燃料供应的热值数据相关联的典型延迟而加剧。因此，传统的燃气涡轮系统可在探测燃料供应的热值的变化时经历延迟，该延迟然后可与在产生供应到燃烧器30处的燃料的温度的变化时引起的第二延迟相复合。如下面更加详细地描述，构造成根据本发明的示例性实施例来操作的燃气涡轮系统通过使用快速热值计74来减少或基本消除这些延迟问题，快速热值计74可构造成对控制单元82提供更加及时和迅速的燃料供应热值数据。

另外，本发明的示例性实施例提供了冷段旁路76，冷段旁路76允许燃料绕过燃料管线50的热交换部分52，从而使得可在燃烧器30的入口处更加迅速地感觉到燃料温度变化(和所产生的燃料的MWI等级的变化)。在本发明的一些实施例中，可通过这样的方式来实现此结果：将燃料混合交汇点64(即未加热的燃料和经加热的燃料的供应被混合到期望温度的位置)定位为使得在燃料混合交汇点64和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间的管道的长度被减小。如所叙述的，通过减小管道的这一长度，经加热的燃料和未加热的燃料的混合可发生在非常靠近燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口的位置，这大体允许到达燃烧器30的燃料的温度变化以相对快速的方式发生。

而且已经发现，在一些情况下，应当在经加热的燃料和未加热的燃料混合的位置和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间保持最小距离。此最小距离允许经加热的燃料和未加热的燃料充分地混合，从而使得在燃料被输送到燃烧器30且在燃烧器30内燃料之前获得在燃料供应内的相对均匀的燃料温度。将理解，具有在燃料供应内的相对均匀的燃料温度有利于较好的发动机性能，特别是对于燃烧器30的操作来说。鉴于这些有竞争力的考虑，作为本文描述的发明的一部分，已经获得了管道长度的优选范围。因此，在一些优选的实施例中，燃料混合交汇点64可定位为使得在燃料混合交汇点64和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间的管道的长度介于约2米和20米之间。更优选地，燃料混合交汇点64可定位为使得在燃料混合交汇点64和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间的管道的长度介于约4米和15米之间。理想地，燃料混合交汇点64可定位为使得在燃料混合交汇点64和燃烧器气体控制阀65/燃烧器30的入口之间的管道的长度介于约6米和10米之间。这些范围中的各个提供了增强的性能。如所叙述的，由于在燃料供应温度受到控制的位置和燃烧器的大致入口之间的管道的较短的跨度使得温度变化(并且由此燃料的MWI等级的变化)更加迅速(即需要较少的冲洗(flushing)和吹洗(purging)，且减少了充当热沉的管道)。而且，维持最小的管道距离使得能够实现两种燃料供应的充分混合。

图6至10示出了本发明的备选实施例。将理解的是，图6至10所示的燃气涡轮系统在许多方面是相似的，且以非常相同的方式起作用。因而，对各图的论述主要将集中在几个不同之处上。

现在参照图6，显示了具有改变的构造的燃气涡轮系统70。如同关于图5所描述的系统一样，系统的热源可为油浴式或水浴式加热器71。但是，图6的系统包括另外的旁路燃料管线，该旁路燃料管线在本文中将称为第二或下游冷段旁路85。热段旁路85可包括出现在上游分岔点62的下游的旁路(即绕过燃料管线50的热交换部分52的燃料管线)。在上游端处，下游冷段旁路85可在第二分岔点86处与燃料管线50连接。在下游端处，下游冷段旁路85可在燃料管线50的热交换部分52的下游的点处与燃料管线50连接。传统的三通阀87可位于第二分岔点86处。三通阀87可控制被引导到热交换部分52的燃料的量以及被引导通过下游冷段旁路85的燃料的量。

将理解，依赖于涡轮发动机的机能(例如，如果用于浴式加热器71的热是从涡轮发动机的排气中放出的)的热源可为可变的，即可取决于涡轮发动机的负载或输出来产生可变的热量。在这些情况下，下游冷段旁路85可提供另外的方式来在经加热的燃料供应到达燃料混合交汇点64之前控制或调节经加热的燃料供应的温度。特别地，例如，如果因为涡轮发动机在高输出水平处操作而使浴式加热器71在高温下操作，则可允许燃料通过下游冷段旁路85绕过热交换部分52。以这种方式，到达燃料混合交汇点64处的经加热的燃料供应的温度就可为更加恒定和可预知，这最终可提供对燃料混合交汇点64的下游的燃料供应的更加高效和有效的温度控制。将理解的是，图6的改变的构造也可与本文描述的其它热源一起使用。总的说来，就其它方面而言，图6中描绘的燃气涡轮系统70可与以上关于图5所描述的系统类似地操作。

现在参照图7，显示了具有改变的构造的燃气涡轮系统70。也就是说，图7的系统的热源是直燃加热器87。如本领域技术人员将理解，总的来说，直燃加热器87包括燃烧燃料供应且使用热交换器来用燃烧产生的热来加热流过燃料管线50的燃料的装置。这样，直燃加热器87就可构造成使其提供用来加热燃料供应的热交换部分52。使用直燃加热器87的一个优点在于其可加热燃料管线50的燃料供应，而不需要来自燃气涡轮发动机的热输入。将理解的是，这在基本不可获得来自涡轮发动机的热的发动机启动期间可能是有利的。

参照图8，显示了具有另一个改正的构造的燃气涡轮系统70。如图所示，图8所示的系统基本类似于图7所示的系统，不同的是在燃料混合交汇点64处增加了三通阀90。三通阀90总体地代替冷段阀78和热段阀79，且可包括任何适当的传统三通阀90。如本领域技术人员将理解，类似于双重双通阀的操作，三通阀90可控制燃料在燃料混合交汇点64处的混合，从而使得按期望的那样调节和控制燃料混合交汇点64的下游的燃料的温度。图8的构造也可用作本文论述的其它系统构造的一部分。

现在参照图9，示出了具有另一个改变的构造的燃气涡轮系统70。如图所示，图9的系统的热源是电加热器91。如本领域技术人员将理解，总的来说，电加热器91包括对热交换器提供热的电加热元件。电加热器91的加热元件可构造成使其提供用来加热燃料供应的热交换部分52。使用电加热器91的一个优点在于其可加热燃料供应，而不使用来自涡轮发动机的排热。这在基本不可获得来自涡轮发动机的热的发动机启动期间可能是有利的。

现在参照图10，显示了具有另一个改正的构造的燃气涡轮系统70。如图所示，图10的系统的热源是热管热交换器94。总的来说，热管热交换器94可包括延伸自排气管道96内的多个导热管95，涡轮排气流过排气管道96。导热管95可传导来自涡轮排气的热，从而使得可使用该热来加热燃料流。也就是说，热管热交换器94可构造成使其提供用来加热燃料供应的热交换部分52。使用热管热交换器94的优点包括热交换部分52邻近燃气涡轮发动机。这可最大程度地减小管道长度，且提供在涡轮发动机启动过程已经开始之后快速地使用热源的能力。另外，热管热交换器94提供在涡轮排气和燃料供应之间保持分离同时仍然使用来自排气的热来加热燃料供应的优点。也可使用其它热源，包括传统的蒸汽加热器或热水加热器。蒸汽加热器或热水加热器可以是加压的或不加压的。蒸汽加热器或热水加热器可由单独的锅炉供以动力，或者通过涡轮发动机的排气来加热。

如所叙述的，控制单元82可具有程序控制逻辑，该程序控制逻辑监测一个或多个操作参数，且可控制一个或多个阀的功能，从而使得(根据本发明的示例性实施例)以优选的MWI等级或优选的MWI等级范围内将燃料供应输送到燃烧器，如所叙述的，其在这里称为目标MWI范围。如本领域技术人员将理解，可开发算法、控制程序、逻辑流程图和/或软件程序(如下面详细描述的)，以监测燃气涡轮发动机系统的变化的操作参数，使得通过控制燃料被输送到燃烧器时所处的温度，使得至燃烧器的燃料供应的MWI等级会落在目标MWI范围内。如本领域技术人员将理解，这种系统可包括监测相关的涡轮发动机操作参数的多个传感器和仪器，如以上所论述。这些硬件装置和仪器可将数据和信息发送到传统的计算机实现的控制系统(例如控制单元82)，并且受该控制系统的控制和操作。也就是说，按照传统的方式和方法，诸如控制单元82的控制系统可接收和/或获取来自燃气涡轮系统70的数据，处理该数据，与燃气涡轮系统的操作员通信，以及/或者按照一组指令或逻辑流程图来控制系统的各种机械装置，如本领域技术人员将理解的，一组指令或逻辑流程图可能是由控制单元82操作的软件程序的一部分，且包括本发明的实施例。

图11示出了逻辑流程图100。如本领域技术人员将理解，逻辑流程图100可由控制单元82实现和执行。在一些实施例中，控制单元82可包括任何适当的大功率固态开关装置。控制单元82可为计算机；但是，这仅是在本申请的范围内的适当的大功率控制系统的示例。例如，但不作为限制，控制单元82可包括硅可控整流器(SCR)、晶闸管、MOS控制的晶闸管(MCT)和绝缘栅双极晶体管中的至少一个。控制单元82还可实现为单个的专用集成电路，诸如ASIC，其具有用于整体的系统级控制的主要的或中央处理器部分，以及专用于在中央处理器部分的控制下执行各种不同的特定组合、功能和其它过程的单独的部分。如本领域技术人员将理解，也可使用各种单独的专用的或可编程的集成的或其它电子电路或装置来实现控制单元，例如硬连线的电子电路或逻辑电路，包括离散的元件电路或可编程的逻辑装置，例如PLDs、PALs、PLAs等。也可单独地或结合一个或多个周边数据和信号处理装置来使用适当地编程的通用计算机，例如微处理器或微控制器，或其它处理器装置，例如CPU或MPU，来实现控制单元82。总的来说，可将有限状态机能够在其上实现逻辑流程图100的任何装置或类似的装置用作控制单元82。为了最大数据/信号处理能力和速度，分布式处理架构可能是优选的。

逻辑流程图100可在步骤或框102处开始。在步骤102处，按照以上论述的任何方法，控制单元82可接收、监测和记录与燃气涡轮系统70的操作参数有关的数据，尤其是与燃气涡轮系统70的燃料输送系统有关的数据。如所描述，操作参数可包括以下中的一个或多个：燃料供应的热值(例如，可通过设置在上游分岔点62的上游的快速热值计74来测量该热值)；在燃料输送系统内的各种位置处的燃料供应的温度(例如，该温度可包括未加热的温度测量、经加热的温度测量和/或燃烧器入口温度测量，如以上所论述)；以及/或者与通过冷段旁路76和燃料管线50的热交换部分52的流率有关的测量(该测量例如可包括控制通过这些管道的流的任何阀的设置，且还可包括可通过位于例如冷段旁路76和/或燃料管线50中的传统的压力变换器来实现的、在任何这些管道内获得的燃料压力测量)。过程从步骤102继续到步骤104。操作参数的测量、监测和/或记录可持续进行或按规则的间隔进行，而且可在逻辑流程图100的若干步骤中的任何一个中使用更新的数据或当前的数据，不管在图11中是否存在将步骤104连接到其它步骤的直线。

在步骤104处，给定燃料供应的热值的当前测量，过程可确定燃料供应被输送到燃烧器30时应该处的可接受的温度或温度范围，以满足目标MWI范围。如所描述的，燃气涡轮发动机大体设计成用具有某个热值或热值范围的燃料来进行操作。更具体地，可针对目标MWI范围而设计发动机。在实践中，发动机的燃料供应的热值通常是变化的。通过改变燃料的温度，变化的水平的热值可得到补偿，使得目标MWI范围得到满足。具体地，可通过提高或降低燃料供应的温度来调节燃料供应的MWI等级，从而使得输送到发动机的燃烧器的燃料在发动机的设计所针对的规定的或优选的MWI等级或规定的或优选的MWI等级的范围内。如所叙述的，发动机的设计所针对的燃料的规定的或优选的MWI等级或规定的或优选的MWI等级的范围两者在本文中均称为目标MWI范围。如本领域技术人员将理解，当将与目标MWI范围相符的MWI等级的燃料输送到燃烧器时，燃气涡轮发动机性能更好，包括更加高效和可靠。将在目标MWI范围之外的燃料输送到燃烧器(即，可能发生的是输送到燃烧器的燃料的温度不产生目标MWI范围内的MWI等级)会造成发动机性能和效率损失以及/或者可损害涡轮构件。而且，如上所述，将在恰当的范围之外的燃料输送到燃烧器30会造成燃气涡轮“降负荷”状况，这是非常不希望的，因为这通常会导致发动机自动执行显著地降低发动机输出的预防步骤。虽然进行此预防措施来最大程度地降低在燃料的MWI等级不落在建议范围之内时可能发生的潜在损害，但是输出的突然损失会造成同样非常不希望的其它问题。

燃料的MWI等级和燃料的温度之间的关系是相反的。也就是说，当燃料的温度提高时，MWI等级降低。或者，当燃料的温度降低时，MWI等级提高。因此，例如，假定燃料具有热值“X”，给定涡轮发动机的设计所针对的目标MWI范围，此燃料可被输送以将MWI等级保持在目标MWI范围内的可接受的温度的范围指定为“Z”和“Y”之间的温度范围。如果燃料供应的热值提高到值(X+10)，则大体上，燃料可被输送到燃烧器以将MWI等级保持在目标MWI范围内的可接受的温度的范围大体降低到例如介于(Z-20)和(Y-20)之间的温度的范围。因此，燃气涡轮发动机大体具有在给定燃料的热值下燃料被输送到燃烧器应该处于的被接受的或建议的温度和/或温度的范围(也就是将MWI等级保持在目标MWI范围之内的温度的范围)。在步骤104处，确定这个优选的温度或建议的温度范围，下文中将称其为“目标温度范围”。总之，目标温度范围是这样的温度值或范围：基于由快速燃料热值计74获得的热值测量，当燃料被输送到燃烧器时，该温度值或范围将燃料的MWI等级保持在目标MWI等级内。然后过程可继续到步骤106。

在步骤106处，给定在燃烧器30的入口处测得的燃料供应的温度(作为步骤102的继续操作的一部分来进行测量和监测)，过程可确定以下：在燃烧器的大致入口处的燃料供应的温度是否在步骤104计算出的目标温度范围处或之内？如果确定燃烧器的入口处的燃料供应的温度在目标温度范围处或之内，过程就可返回到步骤104。如果确定燃烧器的入口处的燃料供应的温度不在目标温度范围处或之内，过程就继续到步骤108。

在步骤108处，控制单元可调节冷段阀78和/或热段阀79的设置，使得燃烧器的入口处的燃料供应的温度在目标温度范围处或之内。例如，如果确定了需要降低输送到燃烧器的燃料的温度(即如果在燃烧器入口处或附近的测量的温度高于目标温度范围)，就可调节冷段阀78和/或热段阀79的设置，从而使得燃料供应的更大部分绕过燃料管线50的热交换部分52。将理解的是，这将导致混合交汇点64的下游的燃料供应的温度下降。或者，如果确定了需要提高输送到燃烧器的燃料的温度(即如果在燃烧器入口处或附近的测量的温度低于目标温度范围)，就可调节冷段阀78和/或热段阀79的设置，从而使得燃料供应的更少的部分绕过燃料管线50的热交换部分52。将理解的是，这将导致混合交汇点64的下游的燃料供应的温度升高。如本领域技术人员将理解，为了代替两个双通阀，可使用三通阀90以类似的方式控制经加热的燃料和未加热的燃料的混合。

在步骤110处，给定在步骤108处所采取的措施得到的在燃烧器30的入口处测得的燃料供应的温度，过程可确定以下：在燃烧器的入口处的燃料供应的温度是否在步骤104所计算出的目标温度范围内？如果确定燃烧器的入口处的燃料供应的温度在目标温度范围内(由此产生在目标MWI范围内的燃料)，过程就可前进到步骤112。但是，如果确定燃烧器的入口处的燃料供应的温度仍然不在目标温度范围内(由此未能产生在目标MWI范围内的燃料)，过程就可前进到步骤108，在步骤108处，可对阀76、78(或者在某些情况下，对三通阀90)进行又一次调节。过程可重复步骤108和110之间的控制回路，直到输送到燃烧器的燃料的温度在目标温度范围处或之内为止。

在步骤112处，过程可结束。或者，(未显示)过程可返回到步骤102，以再次开始。

以实例的方式显示了图11的实例过程元素，且其它过程和流程图实施例可具有更少或更多数量的元素或步骤，而且根据本发明的其它实施例，可按备选构造来布置这种元素或步骤。如本领域技术人员将理解，可进一步选择性地应用以上关于若干示例性实施例所描述的许多不同的特征和构造，以形成本发明的其它可能的实施例。为了简洁以及考虑到本领域技术人员的能力，没有在本文中对各个可能的迭代进行详细论述，但是若干权利要求所包含的所有组合和可能的实施例意图成为本申请的一部分。另外，根据本发明的若干示例性实施例的以上描述，本领域技术人员将认识到改进、变化和修改。在本领域的技术之内的这种改进、变化和修改也意图由权利要求书覆盖。另外，应当清楚的是前述仅涉及本申请的描述的实施例，且可在不偏离由权利要求书及其等效物限定的本申请的精神和范围的情况下，在本文中进行多种变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于控制燃气涡轮发动机的操作的方法，其中，所述燃气涡轮发动机包括：连接到燃料源且连接到燃烧器30的燃料管线(50)，所述燃料管线(50)包括设置成与热源(71，87，91，94)成热传递关系的热交换部分(52)，用于在燃料被输送到所述燃烧器(30)之前加热燃料；构造成测量燃料的热值的快速热值计(74)；包括备选的燃料管线的冷段旁路(76)，所述备选的燃料管线绕过所述燃料管线(50)的所述热交换部分(52)，所述冷段旁路(76)在上游分岔点(62)处和在燃料混合交汇点(64)处连接到所述燃料管线(50)上，所述上游分岔点(62)设置在所述热交换部分(52)的上游，所述燃料混合交汇点(64)设置在所述热交换部分(52)的下游，所述燃料混合交汇点(64)定位为使得所述燃料混合交汇点(64)和所述燃烧器(30)的入口之间的燃料管线(50)的长度相对较短；以及用于控制被引导通过所述热交换部分(52)的燃料的量和被引导通过所述冷段旁路(76)的燃料的量的一个或多个阀；所述方法包括以下步骤：

用所述快速热值计(74)测量燃料的热值；

基于所述测量的热值和目标修正Wobbe指数范围来确定燃料的目标温度范围；以及

控制绕过所述热交换部分(52)的燃料的量，从而使得输送到所述燃烧器(30)的燃料的温度包括在所述目标温度范围内的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标修正Wobbe指数范围包括至少一个预定的修正Wobbe指数等级，在所述至少一个预定的修正Wobbe指数等级的燃料优选用于所述燃气涡轮发动机中，

并且其中，燃料的所述目标温度范围包括这样的温度：给定燃料的测量的热值，在所述温度处的燃料包括所述目标修正Wobbe指数范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：测量在所述冷段旁路(76)内或所述上游分岔点(62)的上游的某个点处所取的冷燃料温度、在所述热交换部分(52)和所述燃料混合交汇点(64)之间的某个点处所取的热燃料温度、以及在所述燃料混合交汇点(64)和所述燃烧器(30)的所述入口之间的某个点处所取的混合燃料温度；

其中，对一个或多个步骤的更加详细的列举包括步骤：确定所述混合燃料温度是否在燃料的所述目标温度范围内，是否在燃料的所述目标温度范围以下，或者是否在燃料的所述目标温度范围以上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对一个或多个步骤的更加详细的列举包括步骤：

如果确定所述混合燃料温度在燃料的所述目标温度范围以下，就将所述一个或多个阀控制成使得将燃料的增加部分引导通过所述燃料管线(50)的所述热交换部分(52)；以及

如果确定所述混合燃料温度在燃料的所述目标温度范围以上，就将所述一个或多个阀控制成使得将燃料的减少部分引导通过所述燃料管线(50)的所述热交换部分(52)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料混合交汇点(64)定位为离燃烧器气体控制阀(65)足够近，所述燃烧器气体控制阀(65)包括定位为在所述燃烧器(30)的所述入口的上游且紧邻所述入口的燃料阀，使得所述一个或多个阀所引起的引导通过所述冷段旁路(76)的燃料的量和引导通过所述热交换部分(52)的燃料的量的改变在相对短的时间段内使所述燃烧器气体控制阀(65)处的燃料温度改变，且所述燃料混合交汇点(64)离所述燃烧器气体控制阀(65)足够远，使得燃料在到达所述燃烧器气体控制阀(65)之前被充分地混合到基本均匀的温度；

并且其中，用于加热燃料的所述热源(71，87，91，94)包括以下中的一种：水浴式加热器(71)、热油浴式加热器(71)、直燃加热器(87)、电加热器(91)、热管热交换器(94)、蒸汽加热器、热水加热器、以及使用来自所述燃气涡轮发动机的排气的热的热交换器。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述一个或多个阀包括以下中的至少一种：位于所述冷段旁路(76)上的双通冷段阀(78)；在所述热交换部分(52)的下游和所述燃料混合交汇点(64)的上游的所述燃料管线(50)上的双通热段阀(79)；以及位于所述燃料混合交汇点(64)处的三通阀(90)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述一个或多个步骤的更加详细的列举包括步骤：

在控制单元(82)接收所述测量的热值；

基于所述测量的热值和所述目标修正Wobbe指数范围，用所述控制单元(82)确定燃料的所述目标温度范围；

在所述控制单元(82)接收测量的冷燃料温度、测量的热燃料温度和测量的混合燃料温度；以及

给定所述测量的冷燃料温度、所述测量的热燃料温度和所述测量的混合燃料温度，用所述控制单元(82)来控制所述双通冷段阀(78)、所述双通热段阀(79)和所述三通阀(90)中的至少一个的设置，从而使得在所述燃料混合交汇点(64)处所混合的引导通过所述热交换部分(52)的燃料的量和引导通过所述冷段旁路(76)的燃料的量将输送到所述燃烧器(30)的燃料的温度保持在燃料的大约所述目标温度范围处。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速热值计(74)包括在开始所述测量过程约30秒之内提供热值测量结果的装置；

并且其中，对一个或多个步骤的更加详细的列举包括按规则的间隔测量燃料的热值的步骤，其中，所述规则的间隔小于约30秒。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料混合交汇点(64)定位为使得所述燃料混合交汇点(64)和所述燃烧器(30)的所述入口之间的燃料管线(50)的长度小于20米。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料混合交汇点(64)定位为使得所述燃料混合交汇点(64)和所述燃烧器(30)的所述入口之间的燃料管线(50)的长度介于约4米和15米之间。

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