具有内联燃料重整的燃气涡轮机燃烧系统及其使用方法

专利名称：具有内联燃料重整的燃气涡轮机燃烧系统及其使用方法
技术领域：
本公开内容主要涉及燃气涡轮发动机燃烧系统，并且更具体地涉及用于燃料重整 以便增强燃烧系统可操作性的方法及设备。
背景技术：
燃气涡轮发动机通常包括压缩机段、燃烧器段，以及至少一个涡轮段。压缩机排出 空气经引导进入燃烧器中，在其中燃料进行喷射、混合和燃烧。燃烧气体然后引至涡轮，该 涡轮从燃烧气体中获取能量。燃气涡轮发动机燃烧系统在宽范围的流量、压力、温度和燃料/空气比的工作条 件内工作。对燃烧器性能(包括燃烧器稳定性、排放物和动态特性)的控制，需要实现和 保持令人满意的总体燃气涡轮发动机工作，且达到可接受的排放物水平，尤其是氮氧化物 (NOx)、一氧化碳(CO)和未燃烃(UHC)的水平。一类燃气涡轮机的燃烧器通过采用贫燃预混燃料燃烧工艺方法来达到较低的NOx 排放物水平，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，用以控制和限制 热NOx的产生。此类燃烧器，通常称为干式低NOx(DLN)燃烧器，持续地要求以越来越高的 效率运行，同时产生越来越少的不合需要的空气染污排放物。DLN燃烧器的较高效率通常通 过升高燃烧室中的总体气体温度来实现。排放物通常通过降低燃烧室中的最高气体温度来 减少。对会导致燃烧室更热的较高效率的需求与低排放DLN燃气涡轮机燃烧系统的管制要 求存在着一定程度的冲突。燃气涡轮机中氮分子的氧化在各燃烧室的燃烧反应区中的最高热气温度下急剧 地增大。形成NOx的化学反应速率为温度的指数函数。即使仅短暂地达到较热的最高温度， NOx排放物的体积也会很大。用于减少NOx排放物的常用方法是通过保持贫燃的燃料_空 气比来降低燃烧室中的最高热气温度。以贫燃预混燃烧模式工作的一种后果是燃烧器会经受不必要的压力振荡。取决于 振荡幅度的大小，这些压力振荡可能会损坏燃烧硬件。此外，然而如果燃烧室中的燃料-空 气混合物过于贫乏，则也会产生过多的一氧化碳和未燃烃的排放物。CO和UHC排放物是由 不完全的燃料燃烧引起的。这些排放物的产生通常出现在燃料-空气混合物过度抑制反应 区中的燃烧的情况下。反应区内的温度必须足以维持完全燃烧，或在达到平衡之前将会抑 制化学燃烧反应。用于改善这种权衡关系的一种方法是通过将氢或其它非甲烷烃的燃料种类加入 标准燃料中用以提高燃烧器中的反应性。通过将完全预混的高反应性燃料加入标准燃料 中，燃烧器的头端可在较低的燃料空气比下工作，同时保持稳定的火焰和足够的CO和UHC 反应性，以便克服发动机的运转减弱。添加诸如氢的反应性燃料能够实现一定的燃料分流 (split)，这就产生了较低的NOx。然而，这种方法需要在现场增加氢储存器(storage)，以 及用于将所需量的氢注入燃料流中的计量系统。用于消除这些成本的一种现有方法是通过 重整涡轮机燃料以在燃气涡轮机燃料输送系统内产生氢。
催化重整器已经用于通过馈送至燃烧器的燃料而生成氢。催化重整器可设置成远 离燃烧系统，或其可设置在与涡轮机燃料成流体连通的燃烧系统内。通过由燃料自身产生 氢，不需要现场的氢储存器，且在内联(in-line)重整器的情况下，不需要氢计量系统。然 而，催化重整器可能需要定期维护。例如，催化剂活性会随着时间的推移而下降，因而需要 对重整器再填充新鲜催化剂。另一个潜在问题是重整器催化剂成为有害的，阻止由燃料适 当地形成氢。在两种情况下，都将需要改变催化剂。取决于系统设计，当催化重整器脱机时， 或甚至还必须使燃气涡轮机脱机以便改变催化剂时，可能会发生排气排放物的增加。等离子管或等离子重整器为采用放电以便由烃产生富氢气体的装置。因此，授予 Siemens的PCT公布No. W003/055794中已经提出了等离子重整器。等离子重整器通常小于 催化重整器，例如蒸汽-甲烷重整器或氧化重整器。此外，等离子重整器不需要反应物进料 流(例如，氢进料)或与其相关的现场储存器。另一方面，产生等离子会消耗额外的电能。 等离子重整器的关键益处在于，它们可根据需求响应于产生所需浓度的氢和其它产物，用 以实现所需的系统工作目标，如排放物、动态特性和火焰稳定性。

发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于提供供送至燃气涡轮发动机中的一个或更多燃 烧器的燃料的方法包括利用等离子重整器系统重整燃气涡轮机燃烧系统的一个或更多燃 料回路中的燃料的一部分，以形成氢和更高级烃中的至少一种用以与剩余部分的燃料一起 供送给该一个或更多燃烧器；以及利用主动反馈控制系统控制给予等离子重整器系统的功 率和通向等离子重整器系统的燃料流中的至少一种。根据本发明的另一个方面，一种燃气涡轮发动机系统包括压缩机、多个燃烧器，以 及涡轮；燃料系统，其包括构造成用以将燃料提供给多个燃烧器的一个或更多燃料回路； 等离子重整器系统，其与一个或更多燃料回路成流体连通且构造成用以重整该一个或更多 燃料回路中的燃料的一部分；以及控制系统，其构造成用以调节给予等离子重整器系统的 功率和通向等离子重整器系统的燃料流中的至少一种。通过结合附图的如下描述，这些及其它优点和特征将变得更为明显。


在权利要求中具体地指出且明确地主张了认作是本发明的主题。通过结合附图的 如下详细描述，本发明的前述及其它特征和优点将变得明显，在附图中图1为燃气涡轮发动机系统的简图。图2为设置在图1的燃气涡轮发动机系统的燃料回路中的等离子重整器系统的示 例性实施例的简图。图3为与图1的燃气涡轮发动机系统的燃料回路成流体连通的侧流等离子重整器 系统的示例性实施例的简图。图4为包括用于预热燃料的热交换器和用于降低燃料入口压力的膨胀器的燃料 回路的示例性实施例的简图。本详细描述通过举例的方式，参照附图阐述了本发明的实施例以及优点和特征。零件清单
10燃气涡轮发动机系统12压缩机14燃烧器15传动轴16 涡轮18控制系统20入口导管系统21入口导叶22排气系统24发电机25促动器26传感器28燃料控制器32等离子重整器系统100燃料回路102等离子重整器系统104 管路106等离子放电区108发动机控制系统110燃料歧管200燃料回路204燃料管路208旁通阀210等离子重整器系统212等离子重整器216 等离子放电区(discharge)300燃料回路310等离子重整器系统320热交换器322 热源324燃气涡轮机326膨胀器328热交换器330压缩机
具体实施例方式本文所述的是燃气涡轮发动机燃烧系统，并且更具体而言是用于内联燃料重整以 便增强燃烧系统可操作性的方法及设备。燃气涡轮发动机的燃烧系统利用与一个或更多燃 料回路成流体连通的等离子重整器系统来部分地重整小部分的燃料并提高燃料反应性。如
5文中所用，用语"内联"通常是指等离子重整器系统为涡轮机燃料系统的组成构件。等离 子重整器系统可设置在燃料控制系统内，而在一些实施例中是设置在燃料控制系统的其中 一个或更多燃料回路的燃料流通路内。因此，等离子重整器系统可改善燃烧器性能如动态 特性、火焰稳定性以及排放物，同时通过向燃气涡轮发动机燃烧系统内的一部分燃料提供 按需燃料调整来限制功率消耗。等离子重整器与发动机控制系统工作连通，用以根据需要 提供燃料调整来实现所需的排放物控制(例如，NOx、黄色烟流(可见的NO2)等)或可操作 性(例如，燃烧压力振荡，也称为燃烧动态特性或动态特性)，同时限制寄生损失。图1为燃气涡轮发动机系统10的简图，该系统10包括压缩机12、燃烧器14，由传 动轴15联接到压缩机12上的涡轮16。如图中所见，系统10可具有单个燃烧器或多个燃烧 器(图中示出了两个)。在一个实施例中，燃烧器为DLN燃烧器。在另一个实施例中，燃烧 器为贫燃预混燃烧器。燃气涡轮发动机由操作人员命令和控制系统18联合操纵。入口导 管系统20将环境空气引至压缩机入口导叶21，导叶21通过促动器25的调控来调节通向压 缩机12的空气量。排气系统22引导燃烧气体从涡轮16的出口例如穿过吸声装置、热回收 装置和可能的排放物控制装置。涡轮16可驱动发电的发电机24或任何其它类型的机械负 载。燃气涡轮发动机系统10的工作可由多种传感器26监测，这些传感器26检测压缩 机12、涡轮16、发电机24和周围环境的各种状态。例如，传感器26可监测围绕燃气涡轮发 动机系统10的周围温度、压力和湿度、压缩机排放压力和温度、涡轮排气温度和排放物，以 及燃气涡轮发动机内的其它压力和温度测量。传感器26还可包括流量传感器、速度传感 器、火焰检测传感器、阀位置传感器、导叶角度传感器，以及感测关于燃气涡轮发动机系统 10的工作的各种参数的其它传感器。如文中所用，“参数"是指物理性能，其值可用于限 定燃气涡轮发动机系统10的工作状态，如温度、压力、限定位置处的流体流量等。除上述传感器26之外，还存在一个或更多传感器(未示出)，其足以监测或测量燃 料性能以在下文所述的等离子重整器32之前和/或之后确定燃料成分。传感器可感测以 下中的一种或多种部分(燃料)成分、氢含量、代表燃料改进沃泊指数(丽I)的参数、低发 热值(LHV)、燃料温度等。燃料控制器28响应来自于控制系统18的命令用以持续地调节从燃料供送源流至 (一个或多个)燃烧器14的燃料，以及通向定位在(一个或多个)燃烧器14的各个内的 多个燃料喷嘴喷射器(即，燃料回路)的燃料分流(通向燃料回路的独立受控的燃料供送 源)。燃料控制系统28还可由控制器18操控，以便在一种以上的燃料可用的情况下选择用 于燃烧器的燃料或燃料混合物的类型。通过经由燃料控制器28在多个燃料气体控制阀之 间调控燃料分流，并利用控制系统18控制在一个或更多燃料喷射器中的部分燃料重整，在 机器的负载范围内改善了排放物和动态特性。控制系统18可为具有(一个或多个)处理器的计算机系统，该处理器利用上文所 述的传感器输入和来自于其它操作人员的指令来执行程序用以控制燃气涡轮机的工作。由 控制系统18执行的程序可包括用于调节燃料流动、燃料重整和通向(一个或多个)燃烧器 14的燃料分流的调度算法。更具体而言，由控制系统产生的命令促使燃料控制器28中的促 动器调节通向等离子重整器32和燃料喷嘴喷射器二者的流动；调整压缩机上的入口导叶 21，以及启动等离子重整器，或控制燃气涡轮机上的其它系统设置。
因此，该算法使得控制系统18能够将燃烧器点火温度和排气温度保持在预定的 温度极限内，以及将涡轮机排气的NOx和CO排放物保持为低于燃气涡轮机工作状态的部分 负载至满负载下的预定极限。燃烧器14可为DLN燃烧系统，以及控制系统18可编程或修 改成用以根据由调谐(timing)过程修改的预定燃料分流调度来控制用于DLN燃烧系统的 燃料分流，该调谐过程出现在每次主燃烧器和燃气涡轮机的维护停机之后用以改善排放物 和燃烧动态特性。燃烧器的燃料分流还由周期性的调谐过程设置，用以满足性能目标，同时 符合燃气涡轮机的可操作性界限。所有这些控制功能都具有改善燃气涡轮机的可操作性、 可靠性和实用性的目标。等离子重整器系统32与燃料控制系统28中的一个或更多燃料回路(未示出)的 燃料流成流体连通。另外，等离子重整器系统32构造成用以部分地重整较小百分比的燃料 来提高燃料反应性。部分地重整燃料通过形成与剩余部分的未重整燃料相结合的更高级的 烃和氢来提高燃料反应性。重整量可进行调整用以提高低涡轮机负载下的稳定性，或由于 增大了贫燃预混燃烧的燃料反应性的效果而能够降低排放物。增大的燃料化学反应性可有 助于极大地减少燃烧器中NOx的形成。例如，现有的燃气涡轮机的燃烧器将在相比于其它 的更高火焰温度下操作多个燃料喷嘴中的至少一个，以便有助于燃料和CO在预定距离内 燃尽。然而，更大反应性的燃料不需要燃料喷嘴在这样高的火焰温度下运行。因此，如前 文所提到的，降低(一个或多个)燃料喷嘴的最高火焰温度将极大地减少燃烧器中形成的 NOx0此外，等离子重整器系统32可在低功率、低负载状态期间协助燃气涡轮发动机系统 10，因为增大燃料反应性容许燃烧器在不超出CO排放物极限的情况下进一步减弱运转。等离子重整器系统32可用于部分地重整通常用于燃气涡轮发动机燃烧系统中 的任何燃料。用于部分重整的示例性燃料可包括但不限于汽油、柴油、天然气、喷气推进 剂(JP4)、生物质衍生燃料，以及其它类似的烃基燃料。等离子重整器系统32构造成用以 重整较小百分比的燃料而形成更高级的烃和氢。等离子重整器可重整大约0. 1体积百分 比(vol% )至大约100vol%的燃料，特别是大约Ivol %至大约50vol%，更特别是大约 2vol %至大约35vol %，以及甚至更为特别的是5vol %至20vol %。重整的燃料的期望百分 比可取决于多种因素，例如但不限于涡轮机负载、燃料类型、水和/或氧化剂添加物、燃料 温度、排放物等。控制系统18可构造成用以调节对等离子重整器系统32的功率输入，以及 基于来自于任一传感器26的反馈来控制重整的燃料百分比。如文中所提到的，等离子重整器系统可设置在燃气涡轮机燃烧系统的燃料系统内 的任何位置上，在其中，等离子放电区与至少一部分燃料串接。因此，等离子重整器系统可 设置在燃烧器的一个或更多燃料回路内。图2中示出了燃料回路100的实施例。在该实施 例中，等离子重整器系统102设置在燃料回路100的燃料管路104内，该燃料回路100构造 成用以将燃料经由燃料喷嘴喷射器馈送到燃烧器室其中的一个内。等离子重整器系统102 定位成使得管路104中的部分燃料流经过重整器的等离子放电区106。等离子重整器系统 102与发动机控制系统108电性连通。发动机控制系统108构造成用以通过控制给予等离 子重整器102的功率和/或经过等离子放电区106的燃料流来至少调节燃料重整的百分 比。尽管等离子重整器系统102可设置在燃料回路100中的任一点处，但图2示出的 重整器设置在燃料歧管110的上游。该等离子重整器的位置可防止现有燃烧系统在重整器损坏的情况下可操作性受损。由于重整器定位在燃料歧管的上游，故从燃料回路100到燃 烧器的流动可简单地切断，同时燃气涡轮机燃烧系统继续以剩余回路进行工作。该特定位 置还在燃烧系统中提供了容易的接近点，以便安装和保养。将等离子重整器系统102设置 在燃料回路100中的又一益处在于，有可能消除对等离子重整器进行主动冷却的需要。等 离子重整器可产生大量热量，这需要在一定时间内受到冷却。在一些等离子重整器系统中， 需要将冷却水管线延伸至重整器并冷却系统。然而，当等离子重整器设置在燃料管路104 中时，燃料可向重整器提供被动冷却。燃料通过等离子重整器的流速对于冷却重整器以及 消除对附加冷却、水管线安装等的需要而言很有效。图3示出了与燃料回路200成流体连通的等离子重整器系统210的另一示例性 实施例。在该实施例中，等离子重整器212设置在燃料管路204的外部。来自于燃料管路 204的部分燃料可通过旁通阀208的操作而转移到等离子重整器系统210中。燃料的侧流 经过等离子放电区216，在其中，燃料转变成更高级的烃和氢。旁通阀208可设置在等离子 重整器系统210的入口位置和出口位置处，以便主动地控制通向其中的燃料流。旁通阀208 和等离子重整器212可与发动机控制系统工作连通，以便提供对部分涡轮机燃料的按需重 整。此外，利用旁通阀208，侧流等离子重整器系统210可与燃料回路200隔离开，且在不中 断通向燃气涡轮机燃烧器的燃料流的情况下得到保养。本文所述的等离子重整器系统与发动机控制系统工作连通，该发动机控制系统构 造成用以按需向等离子重整器提供功能性。控制系统监测整个燃气涡轮发动机燃烧系统的 过程状态，如温度和压力。该控制系统可用于调整燃料馈送速率和/或等离子气体馈送速 率，用以控制给予等离子重整器的功率，监测等离子放电区的状态，调整补充的过程气体的 馈送速率(例如，氧化剂)，或控制燃气涡轮机系统内的其它类似状态。燃料气体分析子系 统也可包括在内，用以提供对此控制系统的附加反馈。控制系统可基于任一数目的方法参 数来操作和控制等离子重整器。来自于传感器、热电偶等的反馈针对燃气涡轮机系统内的 各种状态提示控制系统。示例性过程参数可包括但不限于温度(例如，燃料温度、喷嘴温 度、燃烧器温度等)、湿度、入口压力损失、动压、排气背压、排气排放物(例如，NOx, CO, UHC 等)、涡轮机负载/功率等。监测参数和控制系统之间的这种反馈环可表示需要改变燃料的 反应性，且因此启动等离子重整器。当某些参数达到预定目标时，便可适于停止进一步重整 和停用等离子重整器。此外，等离子重整器在其重整燃料时是燃气涡轮机系统的代用功率 损耗装置(drain)。因此，期望的是在不需要排放物控制和/或涡轮机可操作性时关闭等离 子重整器。例如，等离子重整器可用于当涡轮机在低负载状态下工作时重整一部分燃料，其 中，起因于重整器的小的能量损耗并不有害于涡轮机的功率输出。然而，在满负载状态下， 举例来说，例如峰值能量需求时期，等离子重整器可关闭用以消除起因于其的能量损耗。如前文所提到的，等离子重整器系统可设置在燃气涡轮发动机燃烧系统的一个或 更多燃料回路中。等离子重整器系统可经调节用以改变由一部分燃料重整所形成的烃的种 类。另外，等离子重整器构造成用以重整燃料回路中的一部分燃料，用以产生氢、比未重整 的燃料烃更高级(即，更大)的烃，或两者的一定组合。例如，等离子重整器可将天然气(甲 烷)转变成氢和/或活性更大的烃。在示例性实施例中，燃料在等离子重整之后具有的氢 含量基于100%的甲烷燃料，小于或等于大约66vol%，特别是小于或等于大约15vol%，更 特别是小于或等于大约5vol %。限制重整燃料的氢含量可有助于防止燃料喷嘴喷射器中的密封问题。当氢含量过大时，DLN燃烧系统的喷嘴中的标准密封件在一定时间内会泄漏或 损坏。调节等离子重整器系统以控制所产生的种类的能力是有利的，因为系统可产生许多 活性更大的烃系，这将使燃料相对于氢的活性类似，但不会对在氢浓度很高的情况下可能 出现的密封有不利的影响。通过燃料调整所形成的示例性的更高级烃可包括但不限于乙 烯、乙烷、丙烯、1，2 丁二烯、乙炔等。等离子温度、等离子类型、等离子工作特性、特定能量沉 积(能量/分子)和燃料温度全都可能影响一部分燃料重整的产物选择和能量转换效率。 此外，在其它实施例中，氧化剂馈送流可加入到等离子重整器系统中。氧化剂在受到等离子 放电时，也将影响燃料所经受的重整的类型，从而改变反应产物，且进一步影响燃料的反应 性。示例性的氧化剂可包括但不限于空气、氧、富氧空气、水、过氧化氢、甲醇等。此外，添 加氧化剂可降低等离子重整器的功率要求，从而提高一些产物的转换效率。在较低的压力和较高的入口温度下重整燃料可提高重整产物的浓度和产生它们 的效率。较高的入口燃料温度在热力学方面有利于通过等离子放电分解燃料。更高级的烃 和氢产物，以及转化效率可通过升高所选燃料回路中的燃料温度而提高。图4示出了燃气 涡轮发动机燃烧系统中的燃料回路300的示例性实施例，该燃气涡轮发动机燃烧系统包括 构造成用以升高其中的燃料温度的可选的热交换器320。热交换器320设置成与等离子重 整器310上游的燃料回路成流体连通，以便在经受等离子放电之前改善燃料温度。热交换 器320利用热源322来升高燃料回路300中的所有或部分燃料的温度。在一个实施例中， 热源322可以是来自于燃气涡轮机324的排气。在由等离子重整器重整一部分的加热燃料 之后，燃料流在喷射到燃烧器室中之前可选地受到冷却。在另一可选的实施例中，燃料回路 300可包括膨胀器326 (例如，涡轮膨胀器)，其构造成用以降低通向等离子重整器的燃料的 入口压力。通过使用膨胀器326，可提高整个系统的热效率。可选的热交换器328可设置在 膨胀器326与等离子重整器系统310之间成流体连通，以便提高膨胀燃料的温度。压缩机 330可选为设置在燃料回路的下游端，以便将再组合的燃料(重整部分和未重整部分)的压 力增大(即，再压缩)到适于所使用的特定燃气涡轮机燃料输送系统的水平。在又一个可 选的实施例中，再组合的燃料流可在压缩机330中压缩之前通过热交换器320冷却。内联等离子重整器系统及其在如本文所述的燃气涡轮发动机燃烧系统中使用的 方法可有利地重整一个或更多燃料回路中的部分燃料，用以提高燃料的反应性。等离子重 整器系统与主动反馈控制系统工作连通，以便根据需要提供燃料调整用以实现期望的排放 物(例如，NOx, CO、黄色烟流、运转减弱等)或可操作性(例如，动态特性等)，同时减少寄 生能量损失。此外，等离子重整器系统设置在燃料歧管的上游，以便容易安装和易于保养， 且即使等离子重整器损坏也不会损失现有燃烧器的可操作性。另外，利用等离子重整器系 统按需提高燃料的反应性可改变燃气涡轮发动机燃烧系统的排气排放物、运转减弱和动态 特性。本文所使用的用语仅出于描述特定实施例的目的，而并非意图限制本发明。文中 所公开的范围是包含性的，且可进行组合(例如，"高达大约25vol%，或更具体而言，大约 5vol%至大约20vol%〃的范围包括〃大约5vol%至大约25vol%〃的范围内的端点和所 有中间值等)。“组合物"包括调混物、混合物、合金、反应产物等。此外，用语"第一"、“ 第二"等在此并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开，以 及用语"一"和"一个"在此并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所涉及的物件。结合数量使用的修饰语"大致"表示规定值，且具有上下文所指出的意义，(例如，包 括与具体数量的测量相关的误差程度)。如本文所用，修饰语“(一个或多个)”旨在包括用 语所修饰的单数和复数，从而包括一个或更多该用语(例如，(一个或多个)着色剂包括一 种或更多着色剂)。整个说明书中所涉及的"一个实施例"、“另一个实施例"、“实施 例"等意思是结合该实施例描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特点)包括在本文所 述的至少一个实施例中，且可存在或未存在于其它实施例中。此外，应当理解的是，所述的 元件可在各种实施例中以任何适合的方式相结合。除非另外限定，本文所使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有本发 明实施例所属领域中的普通技术人员通常理解到的相同意思。还将理解到的是，诸如常用 词典中限定的那些用语应当理解为具有与其在相关技术和本公开内容的上下文中意义一 致的含义，且除非文中这样明确限定，否则将不应理解为理想的或过于正式的意思。尽管仅结合了有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易理解的是，本发 明并不限于这些公开的实施例。确切而言，本发明可进行修改，以结合任意数目的此前并未 描述但与本发明的精神和范围相匹配的变型、备选方案、替换方案或等效布置。此外，尽管 已经描述了本发明的各种实施例，但应当理解的是，本发明的方面可仅包括所述实施例中 的一些。因此，本发明不应看作是由以上描述所限制，而是仅由所附权利要求的范围来限 制。
权利要求
一种用于提供供送至燃气涡轮发动机系统(10)中的一个或更多燃烧器(14)的燃料的方法，包括利用等离子重整器系统(32，102，210，310)重整所述燃气涡轮机燃烧系统的一个或更多燃料回路(100，200，300)中的所述燃料的一部分，以形成氢和更高级烃中的至少一种用以与所述燃料的剩余部分一起供送给所述一个或更多燃烧器；以及利用主动反馈控制系统(18，108)控制通向所述等离子重整器系统的功率和燃料流中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过在所述等离子重整 器系统周围馈送所述燃料的剩余部分来冷却所述等离子重整器系统(32，102，210，310)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制通向所述等离子重整器系统(32， 102，210，310)的功率和燃料流中的至少一种还包括监测燃料温度、燃料成分、燃料低发 热值、燃料改进沃泊指数、湿度、入口压力损失、动压、排气背压、排气排放物和涡轮机负载 中的选定的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在重整之后与所述燃料的剩余部分相结 合的所述一部分燃料具有小于或等于大约66体积百分比的总的氢浓度。
5.一种燃气涡轮发动机系统(10)，包括压缩机(12)、多个燃烧器(14)，以及涡轮(16)；燃料系统，其包括构造成用以将燃料提供给所述多个燃烧器的一个或更多燃料回路 (100，200，300)；等离子重整器系统(32，102，210，310)，其与所述一个或更多燃料回路成流体连通且构 造成用以重整所述一个或更多燃料回路中的所述燃料的一部分；以及控制系统(18，108)，其构造成用以调节通向所述等离子重整器系统的功率和燃料流中 的至少一种。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述等离子重整器系统(32，102，210， 310)设置成内联所述燃料回路中的一个或更多燃料回路的燃料管路(104，204)。
7.根据权利要求5所述的系统(10)，其特征在于，所述等离子重整器系统(32，102， 210,310)设置在所述一个或更多燃料回路中的燃料歧管(110)的上游。
8.根据权利要求5所述的系统(10)，其特征在于，所述燃料回路(100，200，300)中 的一个或更多燃料回路包括与所述等离子重整器系统(32，102，210，310)成流体连通的侧 流，其中，所述侧流构造成用以将所述一部分燃料转移至所述等离子重整器系统。
9.根据权利要求8所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)还包括构造成用以控 制所述燃料通向所述侧流的流动的一个或更多旁通阀(208)。
10.根据权利要求5所述的系统(10)，其特征在于，所述多个燃烧器为干式低NOx燃烧 器或贫燃预混燃烧器(14)。
全文摘要
本发明涉及内联重整燃料的燃气涡轮机燃烧系统及其使用方法。具体而言，一种用于提供供送给燃气涡轮发动机系统(10)中的一个或更多燃烧器(14)的燃料的方法，包括利用等离子重整器系统(32，102，210，310)重整燃气涡轮机燃烧系统的一个或更多燃料回路(100，200，300)中的部分燃料，以形成氢和更高级烃中的至少一种用以与剩余部分的燃料一起供送给一个或更多燃烧器；以及利用主动反馈控制系统(18，108)控制通向等离子重整器系统中的功率和燃料流中的至少一种。
文档编号F02C9/48GK101900036SQ20101019647
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月28日 优先权日2009年5月28日
发明者E·伊尔梅斯, G·O·克雷默, J·S·戈德米尔, J·T·赫尔邦 申请人:通用电气公司