本发明专利技术公开燃气涡轮发动机系统和提供供应到燃烧器的燃料的方法，所述方法包括在缺少催化剂的情况下用非催化燃料重整器部分地氧化所述燃气涡轮发动机系统的一个或多个燃料回路中的初级燃料的份额以形成重整产物，其中初级燃料的所述份额和氧化剂在所述非催化燃料重整器中按照预定比率混合并且燃烧。所述方法也包括通过将选定量的次级燃料和选定量的蒸汽引导到燃料的所述部分氧化份额中导致所述非催化燃料重整器中的非催化反应通道中的水-气体转移反应，由此产生重整产物，以及混合所述重整产物和燃料的剩余份额以产生混合燃料流并且将所述混合燃料流供应到所述一个或多个燃烧器。
【技术实现步骤摘要】
本说明书所公开的主题涉及燃气涡轮发动机燃烧系统，并且更特别地，涉及用于燃料重整(fuel reforming)以增强燃烧系统的可操作性的方法和装置。
技术介绍
一种类型的燃气涡轮机燃烧器通过利用贫预混燃料燃烧过程实现低NOx排放水平，其中燃料和燃烧所有燃料所需的过量空气在燃烧之前混合以控制并且限制热NOx产生。常常被称为干低NOx (DLN)燃烧器的该类型的燃烧器不断地被重新设计从而以更高的效率工作，同时产生更少的有害空气污染排放。通常通过增加燃烧室中的总气体温度而实现具有DLN燃烧器的燃气涡轮机的更高效率。然而，典型地通过降低燃烧室中的最大气体温度而减小热NOx排放。导致更热燃烧室的更高效率的需要在某种程度上与低排放DLN燃气涡轮机燃烧系统的管理要求矛盾。另外，如果燃烧室中的燃料-空气混合物过贫并且燃烧温度过冷，则会发生一氧化碳(CO)和未燃烃(UHC)的过量排放。CO和UHC排放由不完全燃料燃烧产生。反应区中的温度应当足够高以支持完全燃烧或者在实现平衡之前将熄灭化学燃烧反应。同时温度应当足够低以防止过量NOx形成。用于改善该折衷的一种方法是通过将氢或其它非甲烷烃燃料种类加入标准燃料以增加燃烧器的反应性。催化重整器(Catalytic reformer)已用于从燃料产生氢以给送到燃烧器。然而催化重整器是昂贵的并且会需要定期维护或更换。例如，催化剂活性会随着时间减小，由此需要为重整器再装新催化剂。另一个潜在的问题是重整器催化剂变为例如由燃料中的硫毒害，阻止从燃料正常地形成氢。DLN燃烧器通常由压力振荡限制，所述压力振荡由于它们能够适应不同燃料而被称为“动力学”。这是由于由所需的体积燃料流的变化产生的喷射系统的压力比的变化。该约束由修正沃泊指数(Modified Wobbe Index)限定；即，燃烧系统将具有用于改善动力学的设计沃泊值。修正沃泊指数(丽I)与以BTU/scf为单位的较低加热值成正比并且与燃料相对于空气的比重和以兰金(Rankine)度计的燃料温度的乘积的平方根成反比。DLN燃烧器通常被设计成在MWI的窄范围内操作，典型地与设计目标的偏差不大于±5%MWI。当燃料组成变化(例如燃料供应中的惰性气体的量减小)时，MWI可能漂移到不与设计范围一致，例如需要控制动作以相应地减小涡轮机负荷或改变燃料温度。燃气涡轮机越来越多地暴露于MWI变动，原因是气体燃料源变得更多样，部分地由于液态天然气的市场的渗透并且也部分地由于新的环境技术，例如生物燃料和合成气。将燃气涡轮机中的MWI控制为固定设定点将减小燃料源丽I的该变动的影响。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种燃气涡轮发动机系统包括压缩器、燃烧器、涡轮机和燃料系统，所述燃料系统包括被配置成将来自燃料源的燃料提供给所述燃烧器的一个或多个燃料回路。所述系统也包括与所述一个或多个燃料回路流体连通的非催化燃料重整器(non-catalytic fuel reformer),其中所述非催化燃料重整器被配置成按照预定比率接收来自氧化剂流的氧化剂和所述一个或多个燃料回路中的燃料的份额(a fraction offuel)并且重整燃料的所述份额以产生部分氧化燃料。所述系统还包括将次级燃料流加入来自所述非催化燃料重整器的部分氧化燃料的次级燃料供应、将蒸汽流加入来自所述非催化燃料重整器的部分氧化燃料的蒸汽供应，以及在所述非催化燃料重整器的下游部分中的非催化反应通道，所述非催化反应通道被配置成接收所述次级燃料流、所述蒸汽流和所述部分氧化燃料的混合物。所述系统还包括控制系统，所述控制系统被配置成调节至所述非催化燃料重整器的燃料流、至所述非催化燃料重整器的氧化剂流、所述次级燃料流和所述蒸汽流中的至少一个。根据本专利技术的另一个方面，一种用于提供供应到燃气涡轮发动机系统中的一个或多个燃烧器的燃料的方法，所述方法包括在缺少催化剂的情况下用非催化燃料重整器部分地氧化所述燃气涡轮发动机系统的一个或多个燃料回路中的初级燃料的份额以形成重整产物，其中初级燃料的所述份额和氧化剂在所述非催化燃料重整器中按照预定比率混合并且燃烧。所述方法也包括通过将选定量的次级燃料和选定量的蒸汽引导到燃料的所述部分氧化份额中导致所述非催化燃料重整器中的非催化反应通道中的水-气体转移反应，由此产生重整产物，以及混合所述重整产物和燃料的剩余份额以产生混合燃料流并且将所述混合燃料流供应到所述一个或多个燃烧器。根据结合附图的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更明显。附图说明·在本说明书的结论部分的权利要求中特别地指出并且清楚地要求被认为是本专利技术的主题。根据结合附图的以下描述，本专利技术的前述和其它特征以及优点将变得明显，其中:图1是燃气涡轮发动机系统的示意图；以及图2是与图1的燃气涡轮发动机系统的与燃料回路流体连通的重整器的示例性实施例的示意图。具体实施方式通过例子并参考附图解释本专利技术的实施例以及优点和特征。附图标记列表:10 燃气涡轮发动机系统12 压缩器14 燃烧器108入口16 涡轮机110重整器管路18 控制系统112出口20 入口管道系统114氧化剂入口21 入口导向叶片116气体流22 排气系统117部分24 发电机118剩余物流25 致动器121燃烧区域26 传感器122次级燃料流(喷射)28 燃料控制器123通道32非催化燃料重整器124蒸汽流100非催化燃料重整器126反应区域102燃料回路128重整产物流104燃料管路(Reformate flow)106阀具体实施例方式在本说明书中描述燃气涡轮发动机燃烧系统，并且更特别地，描述用于富预混燃料重整以增强燃烧系统的可操作性的方法和装置。所述燃气涡轮发动机燃烧系统利用与一个或多个燃料回路流体连通的非催化燃料重整器来部分地氧化给送到燃气涡轮机的燃料流的一部分。燃料重整器提供一种手段以与引入燃料流的MWI无关地并且在缺少昂贵催化剂的情况下将进入燃气涡轮机中的MWI控制在固定设定点内。通过控制转移到进入非催化燃料重整器的初级燃料流的总燃气涡轮机燃料的份额控制MWI。而且，非催化燃料重整器提供选定量的蒸汽和选定量的次级燃料，所述次级燃料与部分氧化燃料(也被称为“氧化燃料”、“重整燃料”或“重整产物”)组合以产生将与燃料流混合的附加氢和/或一氧化碳(CO)。次级燃料和蒸汽的加入促进水-气体转移反应，该反应从部分氧化燃料产生氢和CO，而且在重整器的反应区域中没有催化剂。水-气体转移反应由CH4+H20=3H2+C0描述。非催化燃料重整器与发动机控制系统可操作地连通以根据需要提供燃料调节以实现所需的排放控制(例如N0x、C0、UHC)或可操作性(例如燃烧压力振荡，也被称为燃烧动力学或动力学)。当在本说明书中使用时，术语“燃料重整器” 一般指的是被配置成在近化学计量或富燃料(即，缺氧)环境下重整与氧化剂预混的燃料的热反应器(thermal reactor)或常规燃烧器。如本说明书中所述的燃料重整器不利用催化剂，由此减小成本并且减小或消除再装催化剂所必需的定期维护和与其关联的成本。近化学计量或富燃料操作的选择取决于正在设计的系统的特定目标并且将被预先确定。如果目标是主要控制MWI，则重整器可以以近化学计量燃料-空气比操作，并且重整产物将是惰性(不可燃)燃烧产本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机系统，其包括：压缩器、燃烧器和涡轮机；燃料系统，所述燃料系统包括被配置成将来自燃料源的燃料提供给所述燃烧器的一个或多个燃料回路；与所述一个或多个燃料回路流体连通的非催化燃料重整器，其中所述非催化燃料重整器被配置成按照预定比率接收来自氧化剂流的氧化剂和所述一个或多个燃料回路中的燃料的份额，并且重整燃料的所述份额以产生部分氧化燃料；次级燃料供应，所述次级燃料供应将次级燃料流加入来自所述非催化燃料重整器的部分氧化燃料；水供应，所述水供应将蒸汽流加入来自所述非催化燃料重整器的部分氧化燃料；在所述非催化重整器的下游部分中的非催化反应通道，所述非催化反应通道被配置成接收所述次级燃料流、所述蒸汽流和所述部分氧化燃料的混合物；以及控制系统，所述控制系统被配置成调节至所述非催化燃料重整器的燃料流、至所述非催化燃料重整器的氧化剂流、所述次级燃料流和所述蒸汽流中的至少一个。
【技术特征摘要】
2011.09.23 US 13/242,5881.一种燃气润轮发动机系统，其包括:压缩器、燃烧器和涡轮机；燃料系统，所述燃料系统包括被配置成将来自燃料源的燃料提供给所述燃烧器的一个或多个燃料回路；与所述一个或多个燃料回路流体连通的非催化燃料重整器，其中所述非催化燃料重整器被配置成按照预定比率接收来自氧化剂流的氧化剂和所述一个或多个燃料回路中的燃料的份额，并且重整燃料的所述份额以产生部分氧化燃料；次级燃料供应，所述次级燃料供应将次级燃料流加入来自所述非催化燃料重整器的部分氧化燃料；水供应，所述水供应将蒸汽流加入来自所述非催化燃料重整器的部分氧化燃料；在所述非催化重整器的下游部分中的非催化反应通道，所述非催化反应通道被配置成接收所述次级燃料流、所述蒸汽流和所述部分氧化燃料的混合物；以及控制系统，所述控制系统被配置成调节至所述非催化燃料重整器的燃料流、至所述非催化燃料重整器的氧化剂流、所述次级燃料流和所述蒸汽流中的至少一个。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述非催化燃料重整器还包括旁路管路，所述旁路管路具有入口和出口并且被配置成将燃料的所述份额转移到所述非催化燃料重整器。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个阀，所述至少一个阀被配置成控制燃料流动通过所述旁路管路。4.根据权利要求1所 述的系统，其特征在于，所述水供应是蒸汽供应。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制系统被配置成调节所述次级燃料流和所述蒸汽流中的至少一个以控制进入所述燃烧器的燃料的氢和一氧化碳中的至少一种的量。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，部分氧化燃料、蒸汽和次级燃料的组合经由水-气体转移反应产生重整产物。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述重整产物包括氢、二氧化碳和一氧化碳。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃烧器是干低NOx燃烧器和贫、预混燃烧器中的至少一种。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧化剂包括氧、空气、富氧空气或包括前述的至少一种的组合。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述非催化燃料重整器还包括氧化剂入口，所述氧化剂入口被配置成将氧化剂输送到所述非催化燃料重整器，其中所述氧化剂入口与所述压缩器流体连通。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料包括甲烷并且所述预定比率是大约2.3:1的富燃料氧-甲烷质量比。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料包括甲烷并且所述预定比率是...
【专利技术属性】
技术研发人员：SK维德纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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