CN102454485B - 用于将燃料供应给燃气轮机的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将燃料供应给燃气轮机的系统和方法。描述了用于将燃料供应给燃气轮机(315)的系统(300)和方法(600)。可接收燃料，并且可确定与所接收的燃料相关联的一个或多个参数。至少部分地基于所确定的一个或多个参数，可计算出用于使用分离器(310)来从燃料中移除一种或多种液体的期望压力。然后可控制压力改变装置(305)的操作，以便实现期望压力。在某些实施例中，该方法的运行可通过包括一个或多个计算机的控制器(320)来执行。

Description

用于将燃料供应给燃气轮机的系统
技术领域
本发明的实施例大体涉及燃气轮机，并且更具体而言涉及燃气轮机燃料系统。
背景技术
燃气轮机广泛地用于各种各样的商业操作中，例如功率发生操作。燃气轮机一般包括压缩机、一个或多个燃烧器和涡轮构件。典型地，压缩机逐渐地压缩工作流体，并且将经压缩的工作流体排给燃烧器。燃烧器将燃料喷到经压缩的工作流体流中，并且点燃混合物而产生具有较高温度、压力和速度的燃烧气体。燃烧气体会离开燃烧器，并且流到涡轮构件，它们在涡轮构件中膨胀而产生可转化成电功率的功。
形成于冷凝的燃料气体内的液体可在燃烧器中产生严重的有害作用，从而导致硬件损害。因此，传统的燃料供应器典型地提供了较严格的控制，以减少燃料的湿气含量。但是，这些传统的燃料供应典型地需要额外的处理构件来确保提供给燃烧器的燃料基本上没有液体。
图1显示了用于将燃料供应给燃气轮机12的传统的燃料系统10的简化图。燃料系统10一般包括具有大约400磅每平方英寸-700磅每平方英寸的压力的燃料供应14。在给定压力处，燃料可为湿饱和的(定义为具有低于烃露点的温度)、干饱和的(定义为具有等于烃露点的温度)，或过热的(定义为具有高于烃露点的温度)。燃料流过分离器16，而分离器16从燃料中移除任何冷凝的流体(例如，水、冷凝的烃等)。流控制阀18对通往燃气轮机12的燃烧器的燃料流进行节流。在燃料 通过流控制阀18而膨胀时，焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)效应会导致燃料的温度的降低。燃料的膨胀可导致燃料温度落在烃露点以下，从而允许形成冷凝物。为了防止燃料温度落在烃露点以下，传统的燃料系统10典型地包括在流控制阀18的上游的一个或多个热交换器20、22。热交换器20、22对燃料添加热，以使燃料过热以及确保燃料温度在膨胀期间一直保持高于烃露点。
图2提供了在燃料运动通过图1的传统的燃料系统10时燃料的温度和压力变化的曲线图。为了说明的目的，图2将进入燃料系统的燃料示出为过热燃料，其由点A指示。热交换器20、22加热燃料，以使燃料温度升高到点B。在燃料通过流控制阀18而膨胀时，焦耳-汤姆逊效应会使燃料的温度从点B降低到点C。值得注意地，从点B到点C的气体膨胀路径一直都保持高于烃露点，从而防止燃料中的冷凝。点A和B之间的距离表示热交换器20、22提供来确保燃料温度一直保持高于烃露点以防止冷凝的过热量。
在传统的燃料系统内，多个热交换器典型地是必要的，以确保在所有水平的运行期间可获得足够的热源。例如，在正常运行期间，燃气轮机12可供应必要的热。来自压缩机的热的经压缩的工作流体或来自涡轮的高温排气可被抽取和供应给一个热交换器22，以使燃料充分地过热。但是，在启动运行期间，不能容易地从燃气轮机12获得热，从而需要具有独立热源24的第二热交换器20。
对具有用以在启动运行期间供应热的独立热源的第二热交换器的需要在构建燃气轮机系统时需要额外的资金成本。另外，第二热交换器典型地使用加热线圈、间接燃烧式加热器、热泵，或用于在启动(其典型地缺乏供应)期间提供会消耗额外的功率或燃料的热的类似装置。此外，第二热交换器消耗来使燃料过热的功率会降低燃气轮机装置的整体效率。
发明内容
上面的需要和/或问题中的一些或所有可通过本发明的某些实施例来解决。本发明的实施例可包括用于将燃料供应给燃气轮机的系统和方法。根据本发明的一个实施例，公开了一种用于将燃料供应给燃气轮机的系统。该系统可包括：构造成提供燃料的至少一个流道；构造成确定与燃料相关联的一个或多个参数的一个或多个感测装置；构造成接收来自该至少一个流道的燃料以及将燃料的压力降低到期望压力的压力改变装置；以及分离器，其连接在压力改变装置的下游，并且构造成从燃料中移除液体。另外，该系统可包括至少一个控制器，其构造成(i)接收来自该一个或多个感测装置的所确定的一个或多个参数，(ii)至少部分地基于该一个或多个参数来计算出期望压力，以及(iii)指引压力改变装置的操作，以实现期望压力。
根据本发明的另一个实施例，公开了一种用于将燃料供应给燃气轮机的方法。可接收燃料，并且可确定与所接收的燃料相关联的一个或多个参数。至少部分地基于所确定的一个或多个参数，可计算出用于使用分离器来从燃料中移除一种或多种液体的期望压力。然后可控制压力改变装置的操作，以便实现期望压力。在某些实施例中，该方法的运行可通过包括一个或多个计算机的控制器来执行。
根据本发明的又一个实施例，公开了一种用于将燃料供应给燃气轮机的方法。可接收燃料，并且可确定所接收的燃料的组分。至少部分地基于该组分，可确定沿着与燃料相关联的膨胀路径的燃料的冷凝物浓度与压力的比率。至少部分地基于计算出的冷凝物浓度与压力的比率，可计算出用于使用分离器来从燃料中移除一种或多种液体的期望压力。然后可控制压力改变装置的操作，以便实现期望压力。在某些实施例中，该方法的运行可通过包括一个或多个计算机的控制器来执行。
通过本发明的各种实施例的技术来实现额外的系统、方法、设备、特征和方面。本发明的其它实施例和方面在本文中进行了详细的描述，并且被看作所要求保护的发明的一部分。其它实施例和方面可参 照描述和附图来理解。
附图说明
因而已经概括地描述了本发明，现在将对附图作出参照，附图不必按比例绘制，并且其中：
图1是将燃料提供给燃气轮机的传统的实例系统的方框图。
图2是图1中供应的燃料的压力和温度的曲线图。
图3是根据本发明的一个说明性实施例的可用来将燃料供应给燃气轮机的实例系统的方框图。
图4是可由根据本发明的多种实施例的燃料系统供应的燃料的压力和温度的曲线图。
图5是根据本发明的一个说明性实施例的、燃料的实例冷凝物浓度与压力的比率的曲线图。
图6是根据本发明的一个说明性实施例的用于将燃料供应给燃气轮机的实例方法的流程图。
部件列表：
10燃料系统
12燃气轮机
14燃料供应
16分离器
18流控制阀
20热交换器
22热交换器
24热源
300燃料供应系统
305压力改变装置
310分离器
315涡轮构件
320控制单元(一个或多个)
325燃料供应
330压力传感器
332温度传感器
334气相色谱仪
336压力传感器
338温度传感器
340压力传感器
342温度传感器
345加热装置
350控制阀(一个或多个)
352处理器(一个或多个)
354存储器装置(一个或多个)
356I/O接口装置(一个或多个)
358网络接口装置(一个或多个)
360数据文件(一个或多个)
362操作系统
364压力控制模块
366燃料模型(一个或多个)
370外部系统(一个或多个)/装置(一个或多个)
375网络(一个或多个)
400曲线图
500曲线图
600方法
605方框
610方框
615方框
620方框
625方框
630方框
635方框
640方框
645方框
655方框
660方框
具体实施方式
现在将在下文参照附图来更完整地描述本发明的说明性实施例，其中，显示了本发明的一些实施例而非所有实施例。实际上，本发明可以许多不同的形式来体现，而不应当看作限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例来使得本公开将满足生效的法律要求。相同标号在所有图中指相同元件。
公开的是用于将燃料供应给燃气轮机的系统和方法。根据本发明的一个实例实施例，可接收燃料供应，并且可确定与燃料相关联的特性和/或参数。例如，可利用气相色谱仪或其它适合的装置来确定燃料的组分。作为另一个实例，可测量燃料的压力和/或温度。基于燃料的特性和/或参数，可确定用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力。然后可控制诸如一个或多个阀和/或可变孔的压力改变装置的操作，以便实现燃料的期望压力。如所期望的那样，可在压力改变装置的下游监测燃料的压力，并且可利用监测来调节压力改变装置的操作。一旦已经实现期望压力，就可将燃料传送通过分离器，例如包括聚结过滤器、惯性分离器、除雾器、吸收塔和/或构造成从燃料中移除液体和/或冷凝物的另一个其它适合的结构的分离器。燃料然后可提供给涡轮构件，例如燃气轮机的燃烧器区段。
在某些实施例中，可利用燃料的组分来确定、计算、进行或执行 燃料的烃露点分析。烃露点分析可指示燃料内的冷凝物将开始从气态变成液态所处的一个或多个点，例如压力点和温度点。至少部分地基于烃露点分析，可识别燃料的冷凝物浓度与压力的比率。例如，可利用露点分析来识别燃料的膨胀系数。然后可利用该膨胀系数来沿着燃料的焦耳-汤姆逊膨胀线(即，指示燃料的压力和温度之间的对应关系的线)来确定、计算或估计燃料内的冷凝物浓度。然后可至少部分地基于冷凝物浓度与压力的比率来确定用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力或最佳压力。例如，可利用适合的传递函数来识别冷凝物浓度与压力的比率的最小二乘拟合，并且可对该传递函数求微分，以便识别期望压力。
本发明的各种实施例可包括一个或多个专用计算机、系统和/或有助于将燃料供应给燃气轮机的特定机器。如各种实施例中所期望的那样，专用计算机或特定机器可包括各种各样的不同的软件模块和/或应用程序。如下面更详细地阐述的那样，在某些实施例中，可利用这些各种软件构件来识别用于在将燃料提供给燃气轮机之前利用分离器来从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力。
本文中描述的本发明的某些实施例可具有识别用于在将燃料提供给燃气轮机之前从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力的技术效果。在这方面，可控制对燃气轮机的燃料供应，并且可减少和/或避免可归因于燃料中的液体和/或冷凝物的对涡轮构件的损害。另外，可实现硬件成本节约，并且可改进装置效率，因为可减少燃料供应系统所需要的加热装置和/或热交换器的数量。
图3是根据本发明的一个说明性实施例的可用来将燃料供应给燃气轮机的一个实例系统300的方框图。图3中示出的燃料供应系统300可至少包括构造成将燃料供应的压力降低或以别的方式调节到期望压力的压力改变装置305，以及构造成在燃料被供应给涡轮构件315(例如与燃气轮机相关联的一个或多个燃烧器)之间从燃料中移除液体和/或冷凝物的分离器310。另外，燃料供应系统300可包括一个 或多个适合的控制单元320，其构造成监测燃料供应系统300，确定用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力，和/或指引压力改变装置305的操作。
继续参照图3，可提供燃料供应325。例如，燃料供应325可包括构造成将来自燃料源的燃料供应传递到图3的燃料供应系统300的适合的管路和/或流道。燃料供应可为适于在燃气轮机中燃烧的任何燃料，例如高炉气、焦炉气、天然气、经蒸发的液化天然气(“LNG”)、丙烷等。在本发明的各种实施例中，燃料的温度、压力和/或组分可有所不同。例如，燃料可包括各种各样的不同的成分，例如各种杂质。另外，在各种实施例中，可将燃料作为湿饱和燃料(即，具有低于烃露点的温度)、干饱和燃料(即，具有等于烃露点的温度)或过热燃料(即，具有高于烃露点的温度)来输送。
压力改变装置305或多个压力改变装置可连接在燃料供应325的下游。压力改变装置(一个或多个)305可包括有助于所供应的燃料的压力的降低和/或其它操纵的任何数量的构件和/或装置。例如，压力改变装置305可包括一个或多个焦耳-汤姆逊阀、降压阀、节流阀、可变孔，或允许气体通过其而绝热地膨胀从而由于焦耳-汤姆逊效应而导致该气体温度降低的任何阀。如所期望的那样，一个或多个旁通阀可与压力改变装置305结合来使用，以如需要的那样扩大最大运行流量范围。在运行中，燃料通过适合的管路和/或流道流到压力改变装置305，并且压力改变装置305将燃料的压力降低到有助于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力。在某些实施例中，压力改变装置305的操作由控制单元(一个或多个)320来控制和/或指引。例如，如下面更详细地阐述的那样，控制单元(一个或多个)320可确定期望压力以及指引适合的压力控制阀或其它压力改变装置305的定位或其它操作，以便实现期望压力。根据本发明的一方面，期望压力可为有助于利用分离器310来进行燃料中的液体和/或冷凝物的高效移除和/或最大移除的压力。
在典型的应用中，所供应的燃料的压力可处于大约四百(400)磅每平方英寸(“psi”)至大约七百(700)磅每平方英寸的范围中。因此，将典型地降低燃料的压力，以便实现期望压力。但是，在某些实施例中，所接收的燃料的压力可低于期望压力。因此，如所期望的那样，根据本发明的各种实施例，可使用有助于将燃料的压力提高到期望压力的任何数量的压缩机和/或其它装置。
根据本发明的一方面，可在燃料被供应给压力改变装置305之前测量、识别和/或以别的方式确定与燃料相关联的一个或多个特性和/或参数。如本发明的各种实施例中期望的那样，可确定各种各样的特性和/或参数，例如燃料的压力、燃料的温度和/或燃料的组分。参照图3，可提供任何数量的传感器、感测装置和/或测量装置。传感器可构造成测量与燃料相关联的各种参数和/或分析燃料的组分。例如，可提供适合的压力传感器330或压力变送器来测量燃料的压力，并且可提供适合的温度传感器332或温度变送器来测量燃料的温度。作为另一个实例，可提供适合的气体组分确定装置，例如气相色谱仪334。气相色谱仪334可对燃料采样，并且分析样本，以便识别燃料的组分。换句话说，气相色谱仪334可进行识别燃料的各种组分的分析。通过感测装置330、332、334所得到的测量数据和/或作出的计算结果可提供给控制单元(一个或多个)320，并且被控制单元(一个或多个)320用来确定用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力。
另外，在某些实施例中，可在系统300内的其它点处(例如压力改变装置305的下游和/或分离器310的下游)测量燃料的各种参数和/或特性。控制单元(一个或多个)320可接收这些测量结果的至少一部分，并且利用测量数据来动态地调节压力改变装置305的操作，以确定燃料是否可提供给涡轮构件315，以及/或者确定是否应当在燃料被提供给涡轮构件315之前加热燃料。如图3中所示，可提供和利用适合的压力传感器336和/或温度传感器338来测量压力改变装置305的下游的燃料的压力和/或温度。类似地，可提供和利用适合的压力传感器 340和/或温度传感器342来测量分离器310的下游的燃料的压力和/或温度。
继续参照图3，分离器310可构造成在燃料已经传送通过压力改变装置305之后移除存在于燃料中的液体和/或冷凝物。例如，分离器310可构造成移除存在于湿饱和燃料或干饱和燃料中的液体和/或冷凝物。如本发明的各种实施例中期望的那样，可利用各种各样的不同类型的分离器310。在某些实施例中，分离器310可包括聚结过滤器、惯性分离器、除雾器和/或有助于气体和液体的物理分离的其它构件。在其它实施例中，分离器310可包括具有从燃料流中移除液体燃料和/或湿气的吸收油的吸收塔。分离器310可通过适合的液体端口排出液体和/或冷凝物，以使其在燃料系统中进行再循环或进一步使用。根据本发明的一个方面，气态燃料作为干饱和燃料(即，处于烃露点)或过热燃料(即，高于烃露点)流出分离器310。
在本发明的某些实施例中，可以可选地在分离器310的下游提供一个或多个加热装置345，例如一个或多个热交换器。如果存在的话，加热装置345可在燃料已经传送通过分离器310之后对燃料提供热。在这方面，加热装置345可确保在燃料被提供给涡轮构件315之前使燃料过热(即，处于高于烃露点的温度)。由于在通过压力改变装置305而膨胀之后的燃料的较低温度的原因，加热装置345典型地不需要高温热源来将燃料的温度升高到高于烃露点。适合的加热装置345的一个实例是利用地热热源、来自辅助锅炉的蒸汽和/或另一个适合的热源的热交换器。
如本发明的某些实施例中所期望的那样，控制燃料流的一个或多个控制阀350或其它适合的装置可连接在分离器310和加热装置345(如果存在的话)的下游。控制阀350可控制通往燃气轮机构件315的燃料的流动。如所期望的那样，可利用各种各样的适合的控制阀350，例如焦耳-汤姆逊阀、节流阀、可变孔，或本领域普通技术人员知道用于调控流体流的类似装置。另外，如本发明的各种实施例中所 期望的那样，控制阀350可利用各种各样的技术来改变和/或控制燃料的压力。例如，在燃气轮机的启动期间，控制阀350可进一步将燃料的压力降低至大约25和50磅每平方英寸之间，这取决于燃气轮机的启动需要。可在对燃气轮机施加负载时逐渐地增加燃料压力，并且可相应地调节控制阀。在一些点处，燃气轮机可以足够的水平运行，以允许从压缩机中抽取热的经压缩的工作流体或从涡轮中抽取高温排气来对燃料提供额外的过热。
继续参照图3，燃料供应系统300可包括一个或多个控制单元320或控制装置。为了本公开的目的，将描述单个控制单元320。在某些实施例中，控制单元320可为与动力装置和/或功率发生系统相关联的中央控制器的构件。适合的控制器的一些实例为通用电气公司生产的MarkTM VI控制系统和MarkTM VIe控制系统。根据本发明的一方面，控制单元320可构造成控制对燃气轮机的燃料供应。如所期望的那样，控制单元320可控制系统300的其它构件的操作。例如，控制单元320可接收来自任何数量的传感器330、332、334、336、338、340、342的测量结果和/或计算结果。控制单元320可处理所接收的测量数据，并且如所期望的那样将测量数据提供给一个或多个额外的系统和/或模型。基于对一个或多个额外的系统的测量数据和/或输出的分析，控制单元320可计算或确定用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力。至少部分地基于计算出的期望压力，控制单元320可控制压力改变装置305、加热器345和/或控制阀350的操作。如所期望的那样，对系统300的各种构件的控制可分布在若干个控制单元中。
控制单元320可包括任何数量的适合的处理器驱动的装置。例如，控制单元320可包括任何数量的专用计算机或特定机器、专用电路、可编程逻辑控制器(“PLC”)、微控制器、个人计算机、袖珍计算机、大型计算机、超级计算机等。在某些实施例中，控制单元320的运行可通过计算机执行的或计算机实现的指令来控制，这些指令由与控制单元320相关联的一个或多个处理器执行。如本发明的各种实施例中 所期望的那样，指令可包含在一个或多个软件构件中。指令的执行可形成可操作来控制对一个或多个燃气轮机构件315的燃料供应的专用计算机或其它特定机器。控制控制单元320的运行的一个或多个处理器可结合到控制单元320中和/或通过一个或多个适合的网络来与控制单元320通讯。
控制单元320可包括一个或多个处理器352、一个或多个存储器装置354、一个或多个输入/输出(“I/O”)接口356和/或一个或多个网络接口装置358。该一个或多个存储器装置354可为任何适合的存储器装置，例如，超高速缓冲存储器、只读存储器装置、随机存取存储器装置、磁性存储装置等。该一个或多个存储器装置354可存储数据、可执行指令和/或控制单元320所使用的各种程序模块，例如，与系统300的燃气轮机和/或其它构件的运行相关联的数据文件360、操作系统(“OS”)362、压力控制模块364和一个或多个燃料模型366。数据文件360可包括与燃气轮机的运行和/或对燃气轮机的燃料供应相关联的任何适合的数据，例如从传感器接收的各种测量数据、计算出或识别出的燃料组分数据、燃料的冷凝物浓度与压力的比率信息、燃料的露点分析信息等。OS 362可包括帮助和/或控制控制单元320的一般运行的可执行指令和/或程序模块。例如，OS 362可帮助处理器352执行其它软件程序和/或程序模块，例如压力控制模块364和/或燃料模型366。
压力控制模块364或压力控制应用程序可为有助于确定用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力的适合的软件模块。在运行中，压力控制模块364可例如通过获得来自压力传感器330、温度传感器332和色谱仪334的测量数据和/或燃料组分数据来确定或识别供应给系统300的燃料的各种参数。压力控制模块364然后可至少部分地基于所接收的参数来计算出期望压力。
如所期望的那样，可利用各种各样的适合的技术来计算出期望压力。例如，可利用燃料的组分来确定、计算、进行或执行燃料的烃露 点分析和/或产生燃料的烃露点曲线。在某些实施例中，压力控制模块364可调用一个或多个建模系统和/或建模应用程序，以便进行烃露点分析。例如，压力控制模块364可调用由一个或多个控制单元320执行的一个或多个燃料模型366。作为另一个实例，压力控制模块364可调用存储在一个或多个外部系统或装置370上和/或由其执行的一个或多个模型，该一个或多个外部系统或装置370通过一个或多个适合的网络375来与控制单元320通讯。可利用各种各样的适合的建模软件和/或建模程序来进行露点分析，例如Aspen HYSIS，这是艾斯本技术有限公司(Aspen Technology，Inc)提供的产品。在某些实施例中，建模程序可接收燃料组分信息和利用该组分信息来进行燃料的露点分析。作为露点分析的结果，可计算或确定焦耳-汤姆逊系数或气体膨胀系数。
一旦已经进行了烃露点分析和/或已经识别出焦耳-汤姆逊系数，压力控制模块364就可利用烃露点分析的结果和/或焦耳-汤姆逊系数来计算出期望压力。例如，在某些实施例中，可利用焦耳-汤姆逊系数来计算或确定各种温度(例如沿着燃料的燃料膨胀线的温度)处的燃料的冷凝物浓度。一旦已经执行浓缩物浓度分析，就可利用冷凝物浓度分析来计算期望压力。在一个实例实施例中，期望压力可为导致有较高冷凝物浓度或最大冷凝物浓度的压力。在这方面，可通过移除液体和/或冷凝物来对燃料添加过热。可利用各种各样的技术和/或计算来至少部分地基于冷凝物浓度分析来确定期望压力。例如，可对冷凝物浓度与压力的比率数据应用适合的传递函数和最小二乘拟合分析，并且可通过对该传递函数求微分和解出压力来计算出期望压力。
一旦确定了期望压力，压力控制模块364就可指引或控制压力改变装置305的操作，以便在燃料流内实现期望压力。例如，压力控制模块364可控制一个或多个压力阀和/或可变孔的定位和/或促动，以便实现期望压力。在某些实施例中，压力控制模块364可接收与压力改变装置305的下游的燃料流相关联的压力和/或温度测量数据，并且 压力控制模块364可评估测量数据，以便动态地调节压力改变装置305的操作，以实现期望压力。作为一个实例，可评估接收自压力改变装置305的下游的压力传感器336和/或温度传感器338的测量结果，以便确定是否已经满足了期望的过热条件，并且如所期望的那样，可基于评估来改变压力改变装置305的操作。
另外，在某些实施例中，压力控制模块364可接收与分离器310的下游的燃料流相关联的压力和/或温度测量数据，并且压力控制模块364可评估测量数据，以便确定是否应当对燃料添加额外的过热。作为一个实例，可评估接收自分离器310的下游的压力传感器340和/或温度传感器342的测量结果，以便确定是否已经满足期望的过热条件，并且如所期望的那样，压力控制模块364可指引加热装置345来在燃料被提供给燃气轮机之前加热燃料。下面参照图6更详细地阐述了可由压力控制模块364执行的操作的一个实例。
继续参照图3，网络接口装置358可有助于将控制单元320连接到任何数量的适合的网络上，例如局域网、广域网、互联网、射频(“RF”)网、BluetoothTM使能网络(由蓝牙特别兴趣小组有限公司(BLUETOOTH SIG，INC.)拥有的商标)、任何适合的有线网、任何适合的无线网或有线网和无线网的任何适合的组合。在这方面，控制单元320可与系统300的其它构件和/或与外部装置或系统通讯。I/O接口356可有助于控制单元320和有助于与控制单元320进行用户交互的一个或多个输入/输出装置(例如，一个或多个用户接口装置，例如显示器、键盘、控制面板、触摸屏显示器、远程控制器、话筒等)之间的通讯。
如所期望的那样，本发明的实施例可包括具有比图3中示出的构件多或少的构件的系统300。仅以实例的方式提供图3的系统300。
图4是可由根据本发明的各种实施例的燃料系统供应的燃料的压力和温度的曲线图400。例如，图4是可由图3的燃料系统300供应的燃料的图示400。进入燃料系统300的燃料可为湿饱和燃料(即，低 于烃露点)、干饱和燃料(即，处于烃露点)，或过热燃料(即，高于烃露点)。为了说明的目的，图4将进入燃料系统300的燃料示出为过热燃料，如在点一(1)处所指示。
根据本发明的一方面，已经计算出用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力。压力改变装置305可接收燃料供应以及降低燃料的压力和温度，直到燃料到达示出为点Popt的期望压力为止。图4将离开压力改变装置305的燃料示出为湿饱和燃料。燃料然后传送通过分离器310，并且可从燃料中移除液体和/或冷凝物。在这方面，燃料的烃露点线可从初始露点线改变到分离之后的露点线。因此，流出分离器310的气态燃料可为干饱和(即，处于烃露点)或过热(即，高于烃露点)燃料。为了说明的目的，图4将离开分离器310的燃料示出为干饱和燃料，如新的烃露点的虚线曲线上的点Popt所指示。
然后燃料可流过控制阀350，其进一步降低了气态燃料的温度和压力，如线Popt-2所指示，从而在气体膨胀路径偏离新的烃露点曲线时产生过热。这会发生是因为控制阀350产生的温度变化相对于压力变化的关系(ΔT/ΔP)可比新的烃露点曲线具有更大的斜率。因此，供应给燃气轮机的燃料可为过热燃料。分离之后的露点线和点2之间的距离代表由于移除液体和/或冷凝物而对燃料添加的过热的量。
图5是根据本发明的一个说明性实施例的、燃料的实例冷凝物浓度与压力的比率的曲线图500。图示500在燃料的一定压力值范围上示出了燃料内的液体和/或冷凝物的浓度。例如，图示500示出了在燃料从大约700psia的初始压力和大约六十华氏度的初始温度膨胀时的液体和/或冷凝物的浓度。利用曲线图500，可识别用于从燃料中移除液体和/或冷凝物的期望压力(指示为Popt)。例如，期望压力可为在燃料内形成最大浓度的冷凝物所处的点。
在某些实施例中，可基于燃料的组分来产生图5中示出的图示500。例如，可利用燃料的组分来执行燃料的露点分析，并且可评估露点分析，以便计算或确定燃料的焦耳-汤姆逊系数。然后可利用焦耳 -汤姆逊系数来沿着燃料的膨胀线(例如图4中示出的点1和2之间的膨胀线)的各种点计算出形成于燃料内的烃冷凝物的量。
图6是根据本发明的一个说明性实施例的用于将燃料供应给燃气轮机的实例方法600的流程图。方法600可由与燃料供应系统相关联的适合的控制单元来执行，例如与图3中示出的燃料供应系统300相关联的控制单元320。方法300可在方框605处开始。
在方框605处，可接收燃料供应。然后可在方框610处确定燃料的各种参数。可如所期望的那样确定与供应的燃料相关联的各种各样的参数，例如燃料的温度和燃料的压力。根据本发明的一方面，还可在方框610处确定燃料的组分。例如，可通过识别燃料的组分的气相色谱仪来分析燃料。在下面的表1中示出了天然气燃料的组分的一个实例：
  成分   摩尔分数
  CO2   0.015000
  氩气   0.000012
  氮气   0.006610
  甲烷   0.958191
  乙烷   0.014866
  丙烷   0.002866
  异丁烷   0.000449
  正丁烷   0.000593
  22-M丙烷   0.000013
  异戊烷   0.000181
  正戊烷   0.000155
  22-M丁烷   0.000482
  23-M丁烷   0.000048
  3-M戊烷   0.000040
  正己烷   0.000062
 
  24-M戊烷   0.000032
  苯   0.000010
  环己胺   0.000033
  2M1C6＝   0.000013
  23-M戊烷   0.000008
  3-E戊烷   0.000006
  正庚烷   0.000027
  25-M己烷   0.000005
  3M1C6＝   0.000002
  甲苯   0.000026
  2-M庚烷   0.000001
  正辛烷   0.000051
  正癸烷   0.000068
  H2O   0.000147
表1：实例气体燃料组分分析
仅以实例的方式提供表1中示出的组分分析。可基于所供应的燃料的样本来构建、识别和/或产生各种各样的不同的组分分析。
在方框615处，可至少部分地基于所确定的燃料组分来确定、计算、进行或执行燃料的烃露点分析。在某些实施例中，可利用一个或多个燃料建模系统来进行烃露点分析。在图4中示出了可根据燃料组分产生的烃露点曲线的实例。如所期望的那样，可利用烃露点分析来确定燃料的焦耳-汤姆逊系数或膨胀系数，这可指使用符号K0。K0可为在表示跨越压力改变装置的绝热的气体膨胀路径的方程中使用的常数，并且可由下面的方程一(1)表示为压力的线性函数：
T2＝T1+(P1-P2)·K0        (1)
参照方程(1)，T1可表示燃料的初始温度，T2可表示燃料的最终温度，P1可表示燃料的初始压力，P2可表示燃料的最终压力，而K0可表示焦耳-汤姆逊系数。对于诸如天然气的许多燃料复合物而言K0可 为负的。因此，可在燃料的膨胀期间发生温降。K0可根据气体组分来计算，并且可为初始温度的函数。对于上面的表1中提供的燃料组分，K0的值可计算为0.069。
在方框620处，可至少部分地基于所进行的露点分析和/或与燃料相关联的其它参数而沿着燃料的膨胀线来计算燃料的冷凝物浓度。例如，可利用K0的计算值来计算或确定燃料的冷凝物浓度与压力的比率。如所期望的那样，可沿着燃料的膨胀线在各种各样的压力处计算冷凝物浓度。作为一个实例，适合的控制系统或其它系统可利用下面的方程(2)来计算各种压力处的燃料的冷凝物浓度。图5中示出了冷凝物浓度分析的实例。
在方框625处，可至少部分地基于计算出的冷凝物浓度与压力的关系或比率来计算用于从燃料中分离出液体和/或冷凝物的期望压力(其可称为最佳压力)。可利用各种各样的技术来确定期望压力。例如，可识别最大冷凝物浓度值，并且可确定与该值相关联的压力。作为另一个实例，可针对冷凝物浓度与压力的比率产生传递函数和/或对该比率应用传递函数，并且可对传递函数求微分，并且解出压力。如本发明的各种实施例中所期望的那样，可利用各种各样的适合的传递函数，例如下面在方程(2)中阐述的传递函数：
C = K 1 + K 2 · P + K 3 · P 2 + K 4 P - - - ( 2 )
参照方程(2)，参数C可表示以百万分之一重量(“ppmw”)为单位的烃冷凝物浓度。K1、K2、K3和K4可为以冷凝物浓度与压力的比率的最小二乘拟合分析为基础的常数或基于该最小二乘拟合分析来确定的常数。参数P可表示燃料的压力。对于图5中示出的比率，K1、K2、K3和K4的实例值可为：
K1＝408.8084
K2＝0.221672
K3＝-0.00323
K4＝-28301.9
可通过对方程(2)求微分以及将结果设定为零(0)来计算出期望压力，如下面的方程(3)所示出的那样。
∂ C ∂ P = K 2 + 2 · K 3 · P - K 4 P 2 = 0 - - - ( 3 )
利用最小二乘常数来解出压力(P)可导致期望压力的计算。使用上面阐述的常数的值，可将期望压力计算为176绝对磅每平方英寸(“psia”)，而对应的烃浓度可为187ppmw。通过在将燃料提供给分离器之前将燃料的压力调节到176psia，可实现相对最大的冷凝物移除速率，从而确保在燃料进一步膨胀时燃料将是过热的。仅以实例的方式来提供上面阐述的计算和值。将理解，可对其它初始燃料状况和组分进行类似的计算。
在方框630处，可控制诸如一个或多个焦耳-汤姆逊阀的压力改变装置的操作，以便实现期望压力。例如，可设定和/或控制阀的定位，以便将燃料的压力降低到期望压力。如所期望的那样，可在压力改变装置的下游测量和/或监测燃料的压力和/或温度。在这方面，可基于下游测量结果来动态地调节压力改变装置的操作，直到实现期望压力为止。
在方框635处，已经通过压力改变装置而膨胀的燃料可供应给分离器，例如聚结过滤器或具有吸收油的吸收塔。在这方面，可从燃料中移除液体和/或冷凝物。通过从燃料中移除液体和/或冷凝物，可改变燃料的烃露点线。因此，当在燃料被供应给涡轮构件(例如燃烧器)之前通过控制阀来使燃料进一步膨胀时，燃料可为过热的。
在本发明的某些实施例中可为可选的方框640处，可在从燃料中分离出液体和/或冷凝物之后确定或测量燃料的一个或多个参数。例如，可在分离器的下游测量燃料的压力和/或温度。在方框645处，可关于是否已经满足燃料的过热要求来作出确定。换句话说，可关于在燃料进一步膨胀和/或被提供给燃气轮机构件时该燃料是否有可能包括任何液体和/或冷凝物来作出确定。如果在方框645处确定已经满足了燃料的过热要求，则燃料可被提供给燃气轮机构件。但是，如果在 方框645处确定未满足燃料的过热要求，则操作可在方框655处继续。
在方框655处，可关于加热器装置(例如热交换器)是否可用来加热燃料来作出确定。如果在方框655处确定加热器装置不可用，则燃料不可供应给涡轮构件。操作可返回到方框630，并且可调节和/或以别的方式控制降压装置的操作，以实现用以从燃料中移除冷凝物的期望压力。但是，如果在方框655处确定加热器装置可用，则操作可在方框660处继续，并且可通过加热器装置来加热燃料，以便满足燃料的过热要求。然后在方框650处，燃料可被供应给燃气轮机构件。
方法600可在方框650之后结束。
图6的方法600中描述的操作不必必须按图6中阐述的顺序来执行，而是相反，可按任何适合的顺序执行。另外，在本发明的某些实施例中，可执行比图6中阐述的所有元素或操作多或少的元素或操作。
上面参照了根据本发明的实例实施例的系统、方法、设备和/或计算机程序产品的方框图和流程图来描述本发明。将理解，可通过计算机可执行程序指令来分别实现方框图和流程图的一个或多个方框，以及在方框图和流程图中的方框的组合。同样，根据本发明的一些实施例，方框图和流程图的一些方框可能不一定需要按提出的顺序执行，或者可能根本不一定需要执行。
这些计算机可执行程序指令可加载到通用计算机、专用计算机、处理器或其它可编程的数据处理设备上来产生特定的机器，使得在计算机、处理器或其它可编程的数据处理设备上执行的指令产生用于实现在流程图方框或多个方框中规定的一个或多个功能的手段。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，计算机可读存储器可指引计算机或其它可编程的数据处理设备以特定的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现在流程图方框或多个方框中规定的一个或多个功能的指令手段的制造物。作为实例，本发明的实施例可提供包括计算机可用介质的计算机程序产品，该计算机可用介质具有包含在其中的计算机可读程序代码或程序指令，所述 计算机可读程序代码适于执行来实现在流程图方框或多个方框中规定的一个或多个功能。计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程的数据处理设备上，以使一系列的运行元素或步骤在计算机或其它可编程的设备上执行而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程的设备上执行的指令提供用于实现在流程图方框或多个方框中规定的功能的元素或步骤。
因此，方框图和流程图的方框支持用于执行规定的功能的手段的组合、用于执行规定的功能的元素或步骤的组合和用于执行规定的功能的程序指令手段。还将理解，方框图和流程图的各个方框以及方框图和流程图中的方框的组合可通过执行规定的功能、元素或步骤的基于专用硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
虽然结合了目前被看作是最实用的和多样的实施例的内容来描述本发明，但是将理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明意图覆盖包括在所附权利要求的范围中的各种修改和等效布置。
此书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利权的范围限定在权利要求中，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于将燃料供应给燃气轮机(315)的系统(300)，所述系统(300)包括：
构造成提供燃料的至少一个流道；
构造成确定与所述燃料相关联的一个或多个参数的一个或多个感测装置(330，332，334)；
构造成接收来自所述至少一个流道的燃料以及将所述燃料(325)的压力降低到期望压力的压力改变装置(305)；
连接在所述压力改变装置(305)的下游且构造成从所述燃料中移除液体的分离器(310)；以及
至少一个控制器(320)，其构造成(i)接收来自所述一个或多个感测装置的所确定的所述一个或多个参数，(ii)至少部分地基于所述一个或多个参数来计算出所述期望压力，以及(iii)指引所述压力改变装置的操作，以实现所述期望压力。
2.根据权利要求1所述的系统(300)，其特征在于，所述一个或多个感测装置包括(i)压力传感器(330)、(ii)温度传感器(332)或(iii)燃料组分分析装置中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的系统(300)，其特征在于，所述一个或多个感测装置包括气相色谱仪(334)。
4.根据权利要求1所述的系统(300)，其特征在于，所确定的所述一个或多个参数包括所述燃料的组分，并且其中，所述至少一个控制器(320)构造成通过这样来计算出所述期望压力：
至少部分地基于所述组分来指引所述燃料的烃露点分析的计算；
至少部分地基于所述烃露点分析而沿着与所述燃料相关联的膨胀路径来识别所述燃料的冷凝物浓度与压力的比率；以及
至少部分地基于计算出的所述冷凝物浓度与压力的比率来计算出所述期望压力。
5.根据权利要求4所述的系统(300)，其特征在于，所述至少一个控制器(320)进一步构造成调用建模构件来计算所述烃露点分析。
6.根据权利要求4所述的系统(300)，其特征在于，所述至少一个控制器(320)进一步构造成通过这样来计算出所述期望压力：
使用传递函数来识别计算出的所述冷凝物浓度(500)与压力的比率的最小二乘拟合；以及
至少部分地基于对所述传递函数求微分来计算出所述期望压力。
7.根据权利要求6所述的系统(300)，其特征在于，所述传递函数包括传递函数：C＝K1+(K2*P)+(K3*P2)+(K4/P)，其中，C为所述烃冷凝物浓度，P为所述燃料的压力，而K1、K2、K3和K4是最小二乘拟合常数。
8.根据权利要求1所述的系统(300)，其特征在于，所述压力改变装置(305)包括(i)焦耳-汤姆逊阀或(ii)可变孔中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的系统(300)，其特征在于，所述至少一个控制器(320)构造成通过这样来控制所述压力改变装置(305)的操作：
监测所述压力改变装置(305)的下游的燃料的压力；
比较监测到的压力与所述期望压力；以及
至少部分地基于所述比较来控制所述压力改变装置(305)的操作。
10.根据权利要求1所述的系统(300)，其特征在于，所述分离器(310)包括(i)聚结过滤器、(ii)惯性分离器、(iii)除雾器或(iv)具有吸收油的吸收塔中的至少一个。
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