CN105339629A - 具有燃料成分控制的燃气涡轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于操作燃气涡轮设备的方法。根据该方法，具有第一燃料反应性的第一燃料气体(5)和具有高于第一燃料反应性的第二燃料反应性的第二燃料气体(14)喷射到燃气涡轮的燃烧器(4，15)中，并且第二燃料气体(14)与第一燃料气体(5)的质量流之比取决于燃烧器(4，15)的燃烧性能来控制。本公开还涉及一种构造成执行该方法的燃气涡轮设备。
Description
技术领域
本公开涉及用于以调节燃料成分的主动措施操作燃气涡轮的方法，以及此类燃气涡轮。
背景技术
由于由不稳定的可再生源像风或太阳的增加的发电，基于现有燃气涡轮的发电设备不断增加地用于平衡功率需求和稳定电网。因此，需要改进的操作灵活性。这意味着燃气涡轮经常在低于基础负载设计点的负载下操作，即在较低的燃烧器入口和点燃温度下。在某些极限之下，这降低了火焰稳定性和烧尽，具有较高的火焰损失(贫吹熄)风险、增加的脉动(例如，作为贫吹熄前兆的燃烧器脉动)，以及增加的CO排放。
同时，排放极限值和总排放许可变得更严厉，使得需要在较低排放值下操作，在部分负载操作下和在瞬态期间也保持低排放，因为这些对累积排放极限也是有价值的。
现有技术的燃烧系统设计成处理操作条件中的某种可变性，例如通过调整压缩机入口质量流或者控制在不同焚烧器、燃料级或燃烧器之间的燃料划分。然而，这不足以满足新的要求，尤其是对于已经安装的发动机而言。
低燃料反应性已知具有对火焰稳定性和烧尽的不利影响，这在低负载操作下不利。相反，高燃料反应性可在较高负载和较高点燃温度下不利，其中其可引起逆燃、过热和增大的NOx排放。燃料反应性由供应管网或其它气源提供的天然气的成分给予。随着新且多样化的气源的开发，管网中的燃料成分经常波动。大量惰性气体或低浓度C2+(即，每个分子含有一个以上的碳原子并且具有高于甲烷的反应性的较高级烃)经常存在。因此，经常必须使用具有低反应性的气体。
低燃料反应性的可能的消极影响驱使针对提高燃料反应性的构想和解决方案的开发。这些基于甲烷重整技术，如，蒸汽重整、催化部分氧化、非催化部分氧化、自热重整以及等离子重整。它们所有都针对提供氢来提高燃料的反应性。
例如，在US20100300110A1和EP2206968A2中描述了用以通过抽取其至少一部分、通过重整器对其进行处理并且接着将其供给至燃烧系统来调节燃料的重整技术。对于基于燃料重整的解决方案，到发电设备中的集成努力为大的，这限制了操作灵活性和对现有设备的适用性。另外，这些解决方案中的一些包括换热器并且因此具有大热惯量，需要长启动时间，并且不可在燃气涡轮由于调度要求或管网支持要求而变化的情况下足够快速地响应。
发明内容
本公开的目的在于提出一种燃气涡轮及用于操作燃气涡轮的方法，其实现了宽操作范围内的稳定、安全且清洁的操作。此外，其实现了以具有低反应性的燃料气体来操作。
根据第一实施例，一种具有压缩机、燃烧器和涡轮的燃气涡轮包括用于燃烧器的燃料系统，其具有用于第一燃料气体的第一燃料分配系统，以及用于第二燃料气体的第二燃料分配系统。第一燃料气体具有第一燃料反应性，而第二燃料气体具有高于第一燃料反应性的第二燃料反应性。燃气涡轮还包括控制器，其构造成取决于操作期间燃烧器的燃烧性能来控制供应至燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。
根据实施例，第一燃料分配系统包括具有第一燃烧器燃料控制阀的第一燃料气体供应管线。第二燃料分配系统包括第二燃料气体供应管线和用于高反应性燃料的第一控制阀。第二燃料管线气体供应管线可在第一燃烧器燃料控制阀上游、第一燃烧器燃料控制阀下游连接于第一燃料气体供应管线，或者第二燃料气体供应管线可直接地连接于燃烧器用于将燃料喷射到燃烧器中。
总燃料质量流可取决于燃气涡轮设备的负载需要来控制。
根据实施例，燃气涡轮设备的燃气涡轮为连续燃烧燃气涡轮，其具有第一燃烧器、第一涡轮、第二燃烧器以及第二涡轮。燃气涡轮设备包括具有用于第一燃料气体的第一燃料分配系统和用于第二燃料气体的第二燃料分配系统的用于第一燃烧器的燃料供应系统，以及具有用于第一燃料气体的第一燃料分配系统和用于第二燃料气体的第二燃料分配系统的用于第二燃烧器的燃料供应系统。
燃气涡轮控制器可构造成取决于操作期间第一燃烧器中的燃烧性能来控制供应至第一燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。此外或作为备选，燃气涡轮控制器构造成取决于操作期间第二燃烧器中的燃烧性能来控制供应至第二燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。
根据实施例，第一燃料分配系统包括具有第一燃烧器燃料控制阀的第一燃料气体供应管线，以及具有第二燃烧器燃料控制阀的第一燃料气体供应管线。第二燃料分配系统包括第二燃料气体供应管线和用于高反应性燃料的第一控制阀，以及具有用于高反应性燃料的第二控制阀的第二燃料气体供应管线。第二燃料气体供应管线可在相应燃烧器燃料控制阀上游、相应燃烧器燃料控制阀下游连接于第一燃料气体供应管线，或者第二燃料气体供应管线可直接地连接于燃烧器用于将燃料喷射到燃烧器中。
在又一个实施例中，燃气涡轮发电设备包括用以由水生成作为第二燃料气体的氢的电解槽。
生成氢所需的电功率可由燃气涡轮设备的发电机供应。电解槽可直接地连接于发电机用于电功率供应，或者可连接于燃气涡轮设备的中压或低压功率系统。在燃气涡轮的操作期间，中压和低压功率系统典型地由发电机供给。中压系统典型地直接由发电机供给，而低压系统典型地经由变压器供给。
根据又一个实施例，高温电解可用于减少电解的电功率消耗。热经由蒸汽和/或热水供应管从燃气涡轮设备的热源供应。例如，可使用蒸汽，优选余热回收蒸汽发生器的低等级蒸汽。如果燃气涡轮为具有至少一个余热回收蒸汽发生器和至少一个蒸汽涡轮的联合循环发电设备的一部分，则余热回收蒸汽发生器的低等级蒸汽、从蒸汽涡轮分流的蒸汽或回流蒸汽可用作用于电解的热源。
燃气涡轮设备还可包括从电解槽到压缩机、到进气口或到燃烧器的氧管线，用于喷射在水的电解期间产生的氧。通过喷射氢和/或氧，进入燃烧器的气体的点火延迟时间缩短，并且火焰速度增大。这可改进烧尽，即，在低负载下减少CO排放和提高火焰稳定性。
根据又一个实施例，燃气涡轮设备包括用于在第一操作时段期间累积和储存由电解槽产生的氢的至少一部分的氢储存器。储存的氢的至少一部分可在第二操作时段期间释放和供给至燃气涡轮的燃烧器以控制燃烧性能。
根据又一个实施例，燃气涡轮设备包括用于在第一操作时段期间累积和储存由电解槽产生的氧的至少一部分的氧储存器。储存的氧的至少一部分可在第二操作时段期间释放和供给至燃气涡轮的压缩机或燃烧器，以通过加强燃烧来控制燃烧性能。
第二燃料气体的使用，分别为作为第二燃料气体的氢的储存或释放和/或用以加强燃烧的氧的使用，可基于计划确定，该计划例如取决于燃气涡轮负载、可变入口导叶的位置，或燃气涡轮的任一适合的操作参数。
在随后的段落中，描述了供应至第一燃烧器和/或第二燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比的控制。相同的控制方法可用于添加氧，即，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比的增大等于将氧掺合到压缩机或燃烧器中的增加。
根据实施例，供应至第一燃烧器和/或第二燃烧器的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比取决于至少一个燃气涡轮操作参数来控制。
为了该控制，燃气涡轮包括对应的测量装置。该对应的测量装置可为用以确定以下中的至少一个的测量装置：第一燃料气体流、燃气涡轮负载、燃气涡轮操作温度、第一燃料气体的成分、第二燃料气体的成分、CO排放、未燃烃含量、NOx排放、典型地在特定频率范围内的脉动，或火焰强度和/或位置(即，火焰监测)。
关于低燃气涡轮负载下的燃烧稳定性和排放的问题可通过将具有较高反应性的不同的第二燃料的一部分在到燃烧器中的喷射的上游添加至第一燃料流来关于此类燃气涡轮减轻。该附加的第二燃料可由单独的源提供，因此操作灵活性最大化，因为用于附加的第二燃料的燃料制备和供应系统不由GT或相关联的水/蒸汽循环的操作参数限制。由于减少了集成努力和问题，故该特征特别有利于将该解决方案改造到现有设备中。由于通过减少燃烧稳定性问题和排放，允许了燃气涡轮在比没有应用该解决方案的情况更低的负载下操作，故降低了操作成本(即，较低负载下较低燃料消耗引起的燃料成本)。另外，生成的电力的一部分可用于通过电解产生附加燃料，而不消极地影响设备操作的商业方面。由电解产生的氢的添加特别有利，因为电解槽可在高压下工作，从而避免附加压缩机的需要。另外，电解槽可在短时间内启动，这实现了例如对燃气涡轮负载要求变化的快速响应。如果目标为电解的低电力消耗，则使用高温电解技术允许了供应热形式的所需能量的一部分，这提高了系统的总效率。该热可从GT排出气体或蒸汽循环抽取，而没有对设备的较大影响，因为其代表传递热的总量的相对小的部分，并且可使用低等级蒸汽，该低等级蒸汽不可有效地用于水蒸汽循环中。
储存系统可简单地包括储存容器，该储存容器在电解槽的出口压力下操作。电解槽可在升高压力下操作。例如，在高于燃气涡轮的操作压力的压力下，或在高于燃气涡轮的最大操作压力的压力下。由于电解槽可典型地供给有水(以其液态形式)，故其可加压，而不需要许多压缩功率。压力容器可在实际的电解槽升高压力水平下填充有氢(或氧)。氢(或氧)可释放和直接喷射到燃气涡轮的燃烧器中，而不需要从储存容器的燃料气体压缩。
在又一个细化方案中，储存系统包括储存容器、在燃气涡轮的所需燃料供应压力的至少50％以上的压力下操作的电解槽，以及用以回收在使储存的氢(或氧)燃料膨胀用于将其供给至燃烧器时释放的能量的部分的涡轮。
在另一个实施例中，储存系统包括液化系统和液体燃料储存容器，以及用以减小储存氢(或氧)所需的储存容积的再气化系统。
除燃气涡轮之外，一种用于操作此类燃气涡轮的方法是本公开的主题。根据用于操作至少具有压缩机、燃烧器、涡轮以及燃料系统的燃气涡轮的方法的一个实施例，具有第一燃料反应性的第一燃料气体和具有高于第一燃料反应性的第二燃料反应性的第二燃料气体喷射到燃烧器中。第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比取决于燃烧器的燃烧性能来控制。
根据又一个实施例，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比取决于指示燃烧性能的参数来控制。该参数可为以下参数中的一个或更多个：CO排放、NOx排放、局部过热和/或逆燃风险、火焰不稳定引起的燃烧器脉动和/或贫吹熄，或最低负载。
烟道气体再循环是用以改进燃气涡轮的NOx排放和增大燃气涡轮的排气流中的CO2浓度并且由此提高可安装在燃气涡轮下游的CO2捕集设备的效率的已知措施。然而，烟道气体再循环引起增大CO随入口空气中的氧耗尽加剧而产生的风险(即，随增大的FGR比)。为了减轻，烟道气体再循环的该缺陷可利用例如取决于燃气涡轮的操作参数来控制第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比的提出的方法来减轻。
该方法可用于还实现烟道气体再循环的较宽操作窗口。由于烟道气体再循环可增加点火延迟时间并且可由于进气成分变化而减小火焰速度，故具有较高反应性的燃料气体可用于抵消烟道气体再循环的这些效果，并且因此可扩大用于烟道气体再循环的操作窗口。对于具有烟道气体再循环的燃气涡轮，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比还可取决于烟道气体再循环比来控制，即，再循环的烟道气体质量流与燃气涡轮的总进气质量流之比。
CO排放可通过增大第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比同时保持总热输入不变来减少。
NOx排放可通过减小第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比来减少。
操作范围可通过增大第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比并且通过减小总热输入来扩大至较低负载(取决于燃气涡轮，其中操作被限制的较低负载可例如低于40％或低于30％的相关负载)。这实现了较低负载操作，并且由此减少了最小燃料消耗。在燃气涡轮″停机″或处于待机模式时，这尤其有助于降低电网的低负载需求下的操作成本。
根据实施例，对于包括压缩机、第一燃烧器、第一涡轮、第二燃烧器以及第二涡轮的连续燃烧燃气涡轮的操作，具有大于零的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比的燃料气体可添加到仅第一燃烧器，或仅第二燃烧器中，或到第一燃烧器和第二燃烧器两者中。
根据该方法的又一个实施例，氢在电解槽中产生，并且该氢用作第二燃料气体。电解槽可由从设备的发电机产生的电力供能。
氢还可由高温电解产生，该高温电解使用由设备的发电机产生的电力，并且使用从燃气涡轮设备或随后的余热回收蒸汽发生器或由来自余热回收蒸汽发生器的蒸汽驱动的水蒸汽循环抽取的热。
根据一个实施例，由燃气涡轮发电设备输出至电网的净电功率通过对燃气涡轮减载和通过使用由燃气涡轮设备生成的电能的至少一部分来产生氢而减少。氢可储存或供给到燃气涡轮的燃烧器中，并且由此减少了燃气涡轮设备的净燃料消耗。
根据该方法的又一个实施例，产生的氢的至少一部分在第一时间段期间储存在氢储存器中，用于随后在电网功率需求低的第二时间段期间使用。
氢储存器的使用允许减小电解槽的尺寸，并且因此减小设备尺寸和成本。例如，第一操作时段可为具有相对高负载的时段，例如，高于60％的相对负载(关于设备的基本负载功率的部分负载功率)，或高于70％的负载。典型地，在基本负载操作期间不执行电解，以避免减少输送至电网的基本负载净功率。第二操作时段可为低功率需求的时段，例如，低于60％的相对负载，并且甚至可低于30％的相对负载。
在该方法的一个实施例中，在水电解期间产生的氧喷射到燃烧器中或在燃烧器上游，以加强燃烧。通过将氧喷射到压缩机的进气(或入口空气)中、到压缩机中或直接到燃烧器中，燃料氧化剂混合物的反应性提高(即，点火延迟时间减少并且火焰速度增大)。这导致了在低负载下的更稳定燃烧和CO排放减少。
此外，氧的使用可用于操作具有烟道气体再循环的燃气涡轮设备，以增加其中的氧含量，并且因此允许较高的烟道气体再循环比率，这减小离开设备的排气质量。在下游碳捕集(CO2捕集)的情况下，CO2捕集单元可较小，并且由于增大的CO2浓度而更有效地工作，并且由此降低了用于碳捕集的第一成本和操作成本。
在又一个实施例中，该方法应用于包括压缩机、第一燃烧器、第一涡轮、第二燃烧器和第二涡轮的连续燃烧燃气涡轮。在该实施例中，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比取决于第一燃烧器的燃烧性能针对第一燃烧器受控制。作为备选或组合地，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比取决于第二燃烧器的燃烧性能针对第二燃烧器受控制。
典型地，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比不需要一直大于零，即，具有较高燃料反应性的第二燃料不需要一直喷射到燃烧器中。第二燃料添加取决于第一燃料气体的成分和燃气涡轮操作条件来执行，特别是根据燃气涡轮负载。
在用于操作连续燃烧燃气涡轮的方法的另一个实施例中，在第二燃烧器未操作时，对于燃料仅供应至第一燃烧器来提高第一燃烧器的低负载下的火焰稳定性，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比大于零。
在较高负载下，当第二燃烧器也操作时，对于燃料仅供应至第二燃烧器来提高第二燃烧器的低负载下的火焰稳定性并且减小燃烧器的低操作温度引起的CO排放，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比大于零。同时，对于燃料供应至第一燃烧器，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比可保持为零。
燃烧器的低负载为以低于燃烧器的设计操作温度的操作温度的操作。例如，其可比燃烧器的绝对基本负载操作温度低20K以上或50K以上。
在该方法的又一个实施例中，对于燃料供应至燃烧器的仅一些焚烧器或焚烧器的燃料喷嘴中的仅一些，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比大于零。这些焚烧器或燃料喷嘴可以以预混模式操作，但用作用于燃气涡轮的其它焚烧器或燃烧器的稳定器，像常规引燃火焰。
根据实施例，第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比根据燃气涡轮的操作参数中的至少一个来控制。适合的控制参数可为喷射到燃气涡轮中的总燃料质量流、燃气涡轮负载、相关燃气涡轮负载、第一燃料气体的成分、第二燃料气体的成分。这些参数具有对燃气涡轮的热负载的直接影响，并且为燃烧器中的热释放的指示。又一适合的控制参数可为燃气涡轮操作温度，如，涡轮入口温度、涡轮出口温度或指示燃烧过程的局部温度。具体而言，直接或间接指示火焰位置的温度，如，焚烧器或燃烧器金属温度或燃烧室中的再循环流的温度，可用于控制第二燃料部分的质量流。
由于排放给出了燃烧状态的指示，故CO排放、NOx排放或未燃烃含量(也称为UHC)可用于控制第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。
指示接近贫吹熄极限或指示逆燃风险的任何其它控制信号也可用于控制第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比。该任何其它控制信号除了别的以外可为燃烧器脉动或火焰监测器信号(典型地为光学传感器)。
燃气涡轮可包括烟道气体再循环系统，其中烟道气体的一部分掺合至燃气涡轮的入口气体。
附图说明
将在下面借助于附图更详细描述本公开、其性质以及其优点。参照附图：
图1示意性地示出了根据本公开的具有燃料系统的燃气涡轮设备的实例，
图2示意性地示出了根据本公开的具有燃料系统的连续燃烧燃气涡轮设备的实例，
图3示意性地示出了包括电解槽的根据本公开的具有燃料系统的燃气涡轮设备的实例，
图4示意性地示出了包括高温电解槽的根据本公开的具有燃料系统的燃气涡轮设备的实例。
具体实施方式
图1示出了用于实施根据本公开的方法的具有单燃烧器燃气涡轮的燃气涡轮设备。其包括压缩机1、燃烧器4和涡轮7。燃料气体引入到燃烧器4中，与在压缩机1中压缩的压缩空气3混合，并且在燃烧器4中燃烧。热气体6在随后的涡轮7中膨胀，做功。
典型地，燃气涡轮设备包括联接于燃气涡轮的轴18的发电机19。
第一燃料气体5可由第一燃烧器控制阀22控制并且供给至燃烧器4。为具有高燃料反应性(即，燃烧器中的短点火延迟时间)的燃料气体的第二燃料气体14可由用于高反应性燃料23的第一控制阀控制，并且供给至燃烧器4。在所示实例中，第一燃料气体5和第二燃料气体14混合并且作为第一调节燃料9引入到燃烧器4中。
第一燃料气体5的燃料气体成分由传感器16检测。第二燃料气体14的燃料气体成分由另一个传感器16检测。排出气体13的排放和成分由又一个传感器16检测，并且燃烧可由又一个传感器16监测。传感器16的测量数据经由控制管线(示为虚线)传输至控制器17。基于测量数据，控制器确定第二燃料气体与第一燃料气体的质量流的所需比用于完全和稳定的燃烧，并且将对应的控制信号发送至第一燃烧器控制阀22和用于高反应性燃料23的第一控制阀。
除附图中指示的测量结果之外，控制器可使用可用于燃气涡轮的正常控制的所有测量数据来确定第二燃料气体与第一燃料气体的质量流的最佳比(这里未示出对应的测量结果)。
图2示意性地示出了用于实施根据本公开的方法的具有连续燃烧燃气涡轮的燃气涡轮设备。其包括压缩机1、第一燃烧器4、第一涡轮7、第二燃烧器15和第二涡轮12。典型地，其包括联接于燃气涡轮的轴18的发电机19。
燃料气体供应至第一燃烧器4，与压缩机1中压缩的空气混合，并且燃烧。热气体6在随后的第一涡轮7中部分地膨胀，做功。一旦第二燃烧器操作，则附加燃料添加至部分膨胀的气体8，并且在第二燃烧器15中燃烧。热气体11在随后的第二涡轮12中膨胀，做功。
第一燃料气体5可由第一燃烧器控制阀22控制，并且供给至第一燃烧器4。为具有高反应性(即，燃烧器中的短点火延迟时间)的燃料气体的第二燃料气体14可由用于高反应性燃料23的第一控制阀控制，并且供给至第一燃烧器4。在所示实例中，第一燃料气体5和第二燃料气体14混合并且作为第一调节燃料9引入到第一燃烧器4中。
第一燃料气体5可由第二燃烧器控制阀24控制，并且供给至第二燃烧器15。为具有高燃料反应性的燃料气体的第二燃料气体14可由用于高反应性燃料25的第二控制阀控制，并且供给至第二燃烧器15。在所示实例中，第一燃料气体5和第二燃料气体14混合，并且作为第二调节燃料10引入到第二燃烧器15中。
第一燃料气体5的燃料气体成分由传感器16检测。第二燃料气体14的燃料气体成分由另一个传感器16检测。排出气体13的排放和成分由又一个传感器16检测。第一燃烧室4中的燃烧可由另一个传感器16监测，并且第二燃烧室15中的燃烧可由另一个传感器16监测。传感器16的测量数据经由控制管线(指示为虚线)传输至控制器17。基于测量数据，控制器确定用于在第一燃烧器4和第二燃烧器15中完全且稳定的燃烧所需的第二燃料气体与第一燃料气体的质量流之比，并且将对应的控制信号发送至第一燃烧器控制阀22和用于高反应性燃料23的第一控制阀，以及至第二燃烧器控制阀24和用于高反应性燃料25的第二控制阀。
图3示意性地示出了根据本公开的具有带燃料系统的单个燃烧燃气涡轮的设备的第二实例。图3基于图1。图3的实例附加地示出了电解槽20。水26供应至电解槽20，并且氢和氧28使用由发电机19生成的电力在电解槽中生成。氢储存器21布置在电解槽20下游。氢可由用于高反应性燃料气体的第一控制阀供应至第一燃烧器4并且作为第二燃料气体14受控制。
此外，用于氧28的管线可用于将为电解的副产物的氧喷射到燃烧器4中。氧储存器30布置在电解槽20下游。可选地，氧28可喷射到压缩机进气中。然而，如果氧28在高压水平下提供，则更有效地将其直接喷射到燃烧器中。
图4示意性地示出了根据本公开的具有带燃料系统的单个燃烧燃气涡轮的设备的第三实例。图4基于图3。图4的实例示出了高温电解槽20。热水/蒸汽29从余热回收蒸汽发生器27供应，余热回收蒸汽发生器27从燃气涡轮排出气体13抽取废热。由于热水/蒸汽29的使用，故高温电解槽20的电力消耗可关于图3中所示的实例的电解槽20减少。
在图4中，烟道气体再循环系统以虚线指示作为任选方案。排出气体13的一部分分流到烟道气体再循环管线32中并且掺合至进气2。再循环排出气体13(也称为烟道气体)典型地在余热回收蒸汽发生器27之后分流，但也可直接在涡轮7之后分流。在所示实例中，再循环烟道气体在任选的烟道气体再冷器31中冷却。
在所示实例中，第一燃料分配系统包括具有燃烧器燃料控制阀22，24的第一燃料气体5供应管线。第二燃料分配系统包括第二燃料气体14供应管线和用于高反应性燃料的控制阀23，25。第一燃料气体5和第二燃料气体14混合来向燃烧器4，15提供第一调节燃料9或第二调节燃料10。取决于焚烧器类型，各个燃料流(即，第一燃料气体5和/或第二燃料气体14)还可直接地喷射到(多个)燃烧器4，15中(未示出)。
所有阐释的优点都不仅限于特定的组合，而是还可以以其它组合或单独使用，而不脱离本公开的范围。例如，其它可能性任选地可构想出，用于停用独立焚烧器或成组焚烧器。
部件列表
1压缩机
2进气
3压缩空气
4第一燃烧器
5第一燃料气体
6热气体
7第一涡轮
8部分膨胀的热气体
9第一调节燃料
10第二调节燃料
11热气体
12第二涡轮
13排出气体(用于废热回收锅炉)
14第二燃料气体
15第二燃烧器
16传感器
17控制器
18轴
19发电机
20电解槽
21氢储存器
22第一燃烧器燃料控制阀
23用于高反应性燃料的第一控制阀
24第二燃烧器燃料控制阀
25用于高反应性燃料的第二控制阀
26水
27余热回收蒸汽发生器(HRSG)
28氧
29蒸汽/热水
30氧储存器
31烟道气体再冷器
32烟道气体再循环管线。
Claims (15)
1.一种至少具有压缩机(1)、燃烧器(4，15)、涡轮(7，12)和燃料系统的燃气涡轮设备，
其特征在于，所述燃气涡轮包括用于所述燃烧器(4，15)的燃料供应系统，其具有用于具有第一燃料反应性的第一燃料气体(5)的第一燃料分配系统，以及用于具有高于所述第一燃料反应性的第二燃料反应性的第二燃料气体(14)的第二燃料分配系统，
并且燃气涡轮包括控制器(17)，其构造成取决于操作期间所述燃烧器(4，15)的燃烧性能来控制供应至所述燃烧器(4，15)的所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮设备，其特征在于，所述燃气涡轮为包括第一燃烧器(4)、第一涡轮(7)、第二燃烧器(15)以及第二涡轮(12)的连续燃烧燃气涡轮，并且
所述燃气涡轮包括具有用于所述第一燃料气体(5)的第一燃料分配系统和用于所述第二燃料气体(14)的第二燃料分配系统的用于所述燃烧器(4)的燃料供应系统，以及具有用于所述第一燃料气体(5)的第一燃料分配系统和用于所述第二燃料气体(14)的第二燃料分配系统的用于所述燃烧器(15)的燃料供应系统，
并且所述燃气涡轮控制器(17)构造成取决于操作期间所述第一燃烧器(4)中的燃烧性能来控制供应至所述第一燃烧器(4)的所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比，
并且/或者所述燃气涡轮控制器(17)构造成取决于操作期间所述第二燃烧器(15)中的燃烧性能来控制供应至所述第二燃烧器(15)的所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃气涡轮设备，其特征在于，其包括电解槽(20)以由水(26)生成作为第二燃料气体(14)的氢。
4.根据权利要求1至权利要求3中的一项所述的燃气涡轮设备，
其特征在于，其包括从所述燃气涡轮的热源到用于高温电解的所述电解槽(20)的蒸汽和/或热水(29)供应管。
5.根据权利要求1至权利要求5中的一项所述的燃气涡轮设备，
其特征在于，其包括从所述电解槽(20)到所述压缩机(1)，到所述进气口(2)或到所述燃烧器(4，15)的氧(28)管线，用于喷射所述水(26)的电解期间产生的氧(28)用于加强燃烧。
6.根据权利要求1至权利要求5中的一项所述的燃气涡轮设备，
其特征在于，其包括用于在第一操作时段期间累积和储存由所述电解槽(20)产生的氢的至少一部分并且在第二操作时段期间释放所述储存的氢的至少一部分以将其供给至所述燃烧器(4，15)来控制所述燃烧性能的氢储存器(21)，
并且/或者其包括用于在第一操作时段期间累积和储存由所述电解槽(20)产生的所述氧(28)的至少一部分并且在第二操作时段期间释放所述储存的氧(28)的至少一部分以将其供给至所述压缩机(1)和/或所述燃烧器(4，15)来控制所述燃烧性能的氧储存器(21)。
7.根据权利要求1至权利要求6中的一项所述的燃气涡轮，其特征在于，其包括用以确定以下中的至少一个的测量装置：
燃气涡轮负载，
燃气涡轮操作温度，
所述第一燃料气体(5)的成分，
所述第二燃料气体(14)的成分，
所述第一燃料气体(5)的质量流，
所述第二燃料气体(14)的质量流，
CO排放，
烟道气体的未燃烃含量，
NOx排放，
贫吹熄极限，
所述燃烧器(4，15)中的脉动，
所述燃烧器(4，15)中的火焰。
8.用于操作至少具有压缩机(1)、燃烧器(4，15)、涡轮(7，12)和燃料系统的燃气涡轮设备的方法，其特征在于，具有第一燃料反应性的第一燃料气体(5)和具有高于所述第一燃料反应性的第二燃料反应性的第二燃料气体(14)喷射到所述燃烧器(4)中，并且所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比取决于所述燃烧器(4，15)的燃烧性能来控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比取决于指示所述燃烧性能的以下参数中的一个来控制：
CO排放，
NOx排放，
局部过热和/或逆燃风险，
燃烧脉动，
和/或取决于烟道气体再循环速率。
10.根据权利要求8或权利要求9中的一项所述的方法，其特征在于，所述第二燃料气体(14)为使用由所述设备的发电机(19)产生的电力在电解槽(20)中产生的氢，和/或使用所述设备的发电机(19)产生的电力和使用从所述燃气涡轮设备或随后的余热回收蒸汽发生器(27)抽取的热由高温电解(20)产生的氢。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，产生的所述氢的至少一部分在第一时间段期间储存在氢储存器(21)中，用于随后在第二时间段期间使用，并且/或者由水的所述电解产生的氧(28)喷射到所述燃烧器(4，15)中或所述燃烧器(4，15)的上游以加强所述燃烧。
12.根据权利要求8至权利要求11中的一项所述的方法，其特征在于，在包括压缩机(1)、第一燃烧器(4)、第一涡轮(7)、第二燃烧器(15)以及第二涡轮(12)的连续燃烧燃气涡轮中，
所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比取决于所述第一燃烧器(4)的燃烧性能针对所述第一燃烧器(4)控制，并且/或者
所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比取决于所述第二燃烧器(15)的燃烧性能针对所述第二燃烧器(4)控制。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述第二燃烧器未操作时，对于所述燃料仅供应至所述第一燃烧器(4)以提高低负载下的火焰稳定性，所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比大于零，并且/或者
对于所述燃料仅供应至所述第二燃烧器(15)以提高所述第二燃烧器(15)的低负载下的火焰稳定性来减少低温引起的CO排放，所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比大于零，而对于所述燃料供应至所述第一燃烧器(4)，所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比保持为零。
14.根据权利要求8至权利要求13中的一项所述的方法，其特征在于，对于所述燃料供应至燃烧器的仅所选焚烧器或焚烧器的仅所选燃料喷嘴，所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比大于零。
15.根据权利要求8至权利要求14中的一项所述的方法，其特征在于，所述第二燃料气体(14)与所述第一燃料气体(5)的质量流之比根据以下中的至少一个来控制：
喷射到所述燃气涡轮中的总燃料气体质量流，
燃气涡轮负载或相关燃气涡轮负载，
所述第一燃料气体(5)的成分，
所述第二燃料气体(14)的成分，
燃气涡轮操作温度，
CO排放，
排出气体(13)中的未燃烃含量，
NOx排放，
燃烧器(4，15)的贫吹熄极限，
燃烧器脉动，
火焰监测信号，
逆燃风险。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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