燃气涡轮发动机系统和提供供应到燃烧器的燃料的方法

专利名称：燃气涡轮发动机系统和提供供应到燃烧器的燃料的方法
技术领域：
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。
背景技术：
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。

发明内容
根据本发明的一个方面，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。根据本发明的另一个方面，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。


·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发明的主题。根据结合附图的以下描述，本发明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发明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)燃烧产物，主要包括H2O和CO2,具有少量的CO，以及可以与氧化剂一起引入的剩余惰性气体(N2)。重整产物的温度将相对较高，并且在掺回(blend back)到主燃料气体流中之前相对较高浓度的NOx将在重整产物中产生。相反地，如果目标是控制MWI以及氢和CO的产生，同时限制NOx产生，则重整器可以在富燃料方案中、在产生高浓度的NOx的重整产物温度以下操作。在任一情况下，重整器中的水-气体转移反应区域被配置成接收部分氧化燃料、蒸汽流和次级燃料流的混合物。该混合物具有在水-气体转移反应区域中反应的足够停留时间并且因此经由吸热水-气体转移反应产生氢和CO。包括部分氧化燃料和增加量的氢和CO的重整产物从反应区域流动并且然后与供应到燃气涡轮机燃烧器的燃料的剩余部分混合以改善燃 烧器性能、排放和稳定性。图1是燃气涡轮发动机系统10的示意图，该燃气涡轮发动机系统包括压缩器12、燃烧器14和由驱动轴15联接到压缩器12的涡轮机16。在图中可以看到，系统10可以具有单燃烧器或多个燃烧器(在图中显示了两个)。在一个实施例中，燃烧器是DLN燃烧器。在另一个实施例中，燃烧器是贫预混燃烧器。燃气涡轮发动机由操作者命令和控制系统18的组合管理。入口管道系统20将环境空气沟连(channel)到压缩器入口导向叶片21 (1.G.V),通过用致动器25进行调制(modulation)，该压缩器入口导向叶片调节到达压缩器12的空气的量。排气系统22例如通过声吸收、热回收和可能的排放控制装置沟连来自涡轮机16的出口的燃烧气体。涡轮机16可以驱动产生电力的发电机24或任何其它类型的机械负载。燃气涡轮发动机系统10的操作可以由检测压缩器12、涡轮机16、发电机24和周围环境的各种条件的各种传感器26监测。例如，传感器26可以监测围绕燃气涡轮发动机系统10的环境温度、压力和湿度、压缩器排出压力和温度、涡轮机废气温度和排放以及燃气涡轮发动机内的其它压力和温度测量。传感器26也可以包括流量传感器、速度传感器、火焰检测器传感器、阀位置传感器、导向叶片角度传感器、动态压力传感器和感测关于燃气涡轮发动机系统10的操作的各种参数的其它传感器。当在本说明书中使用时，“参数”指的是物理属性，其值可以用于限定燃气涡轮发动机系统10的操作条件，例如在限定位置的温度、压力、流体流量等。除了上述传感器26以外，在下述的非催化燃料重整器32之前和/或之后可以有充分地监测、测量或推断燃料属性以确定燃料组成的一个或多个传感器。传感器可以感测以下的一个或多个份额(燃料)组成、氢含量、一氧化碳含量、表示燃料MWI的参数、燃料温度、燃料和氧化剂流率、产物温度等。流量控制器28响应来自控制系统18的命令以连续地调节从燃料供应流动到(一个或多个)燃烧器14的燃料，并且燃料分流(至燃料回路的独立控制燃料供应)到位于(一个或多个)燃烧器14的每一个内的多个燃料喷嘴喷射器(即，燃料回路)。流量控制器28也响应控制蒸汽、氧化剂、初级和次级燃料流动到非催化燃料重整器32中的控制系统18的命令。通过经由流量控制器28在若干燃料气体控制阀当中调节燃料分流，并且通过用控制系统18控制流动到非催化燃料重整器32的蒸汽、氧化剂、初级和次级燃料的流，在机械负载范围上改善排放、火焰稳定性、涡轮机负荷调节和动力学。控制系统18可以是具有(一个或多个)处理器的计算机系统，所述处理器执行程序使用上述的传感器输入和使用来自另外操作者的指令来控制燃气涡轮机的操作。由控制系统18执行的程序可以包括用于调节初级燃料流、氧化剂、蒸汽流、次级燃料流和燃料分流至IJ (一个或多个)燃烧器14的调度算法。更具体地，由控制系统生成的指令导致流量控制器28中的致动器调节至非催化燃料重整器32和燃料喷嘴喷射器的初级燃料流、调节压缩器上的入口导向叶片21、调节氧化剂源流动到非催化燃料重整器32、调节蒸汽流动到燃料重整器32、调节次级燃料流动到燃料重整器32或控制燃气涡轮机上的其它系统设置。该算法因此能够使得控制系统18在部分负荷至全负荷燃气涡轮机操作条件下将燃烧器燃烧温度和废气温度保持在预定温度限度内并且将涡轮机废气NOx和CO排放保持在预定限度之下。燃烧器14可以是DLN燃烧系统，并且控制系统18可以被程序设计和修改成根据预定燃料分流计划控制DLN燃烧系统的燃料分流。所有这样的控制功能具有的目标是改善燃气涡轮机的可操作性、可靠性和排放。如下面将详细地描述，次级燃料流是可以从主燃料流或从专用次级燃料供应转移的燃料的流，其中次级燃料流是在燃料的部分氧化之后加入燃料重整器32的选定量的燃料。非催化燃料重整器32与燃料控制系统28中的一个或多个燃料回路(未显示)的燃料流流体连通。氧化剂和燃料的混合物给送到非催化燃料重整器，其中燃料和氧化剂被预混并且然后在非催化燃料重整器中燃烧。氧化剂可以由压缩器12供应到非催化燃料重整器或者它可以由独立氧化剂供应提供。将提供给非催化燃料重整器的示例性的氧化剂可以包括、但不限于纯氧、空气、富氧空气、它们的组合等。在部分氧化燃料流的主要部分之后，蒸汽和次级燃料被引入燃料流的部分氧化主要部分中以促进水-气体转移反应区域内的水-气体转移反应，由此在引导到燃烧器的流中产生氢和/或CO。氧化燃料、蒸汽和次级燃料具有在反应区域中以反应的足够停留时间并且在缺少催化剂的情况下产生氢和CO。在一个示例性实施例中，初级燃料和氧化剂按照富燃料、缺氧的比率被预混。氧-燃料的示例性混合物比率将具有足够的反应性以支持非催化燃料重整器中的常规预混火焰，而且火焰温度不太高以致于生成明显浓度的NOx。所以，非催化燃料重整器中的可接受的混合物比率的范围在这两个限度之间相当窄并且将在很大程度上取决于进入重整器的燃料的组成。在一个实施例中，氧-燃料的质量比大体上在大约1. 5:1至大约4:1的范围内，并且更具体地为大约2. 3:1，其中燃料是甲烷。在示例性实施例中，其中燃气涡轮机燃烧系统利用甲烷燃料和作为氧化剂的空气，空气-燃料的质量比为10:1。非催化燃料重整器中的这样的富燃料、缺氧预混混合物在燃烧时从甲烷产生二氧化碳、一氧化碳、氢和水。当空气或富氧空气用于非催化燃料重整器中时，氮通常作为经历反应的惰性气体存在于燃烧产物中。重整产物然后被掺回剩余的燃料流。在实施例中，该布置主要用于产生H2和CO以促进燃气涡轮机燃烧过程的延长的贫稳定性。在另一个示例性实施例中，使用空气作为氧化剂并且使用甲烷作为燃料，空气-燃料的质量比大体上在大约20:1至5:1之间；具体地为大约18:1至10:1，并且更具体地为大约17:1。这样的近化学计量燃料-空气混合物将导致重整产物主要包含H20、CO2和N2,以及很少量的H2和CO。所得的混合物将是充分缺氧的，它不再可燃，并且当掺回燃料流中时没有进一步燃烧的风险。该实施例的目的是丽I控制以及H2和CO的产生这二者的组合。在实施例中，所得的重整产物与次级燃料和蒸汽一起给送到非催化重整器的水-气体转移反应区域中，从而经由水-气体转移反应促进氢和CO的产生。支持吸热的水-气体转移反应所需的热由在重整器的上游部分中从部分氧化所释放的热供应。转移到非催化燃料重整器32的燃料的比例的控制是响应引入燃料的组成的变动而控制所得的混合燃料流的MWI的手段。通过将惰性种类(例如二氧化碳、水蒸汽)加入混合燃料流中以及通过由于反应的放热性质而引起的温度升高的组合，将MWI减小到它的预定目标值。非催化燃料重整器32可以用于部分地重整典型地用于燃气涡轮发动机燃烧系统中的任何气体和/或液体燃料，例如天然气(甲烷)和其它类似气相燃料。非催化燃料重整器32被配置成部分地氧化一小部分燃料以形成氢、一氧化碳和其它燃烧产物。非催化燃料重整器可以重整燃料的大约O.1体积百分比(体积％)至大约100体积％，具体地为大约I体积％至大约50体积％，更具体地为大约2体积％至大约20体积％，并且更加具体地为大约3体积％至大约10体积％。重整燃料的期望百分比可以取决于许多因素，例如而不限于涡轮机负荷、燃料类型、水和/或氧化剂添加剂、燃料温度、排放等。控制系统18可以被配置成调节燃料流动到非催化燃料重整器32并且基于来自任何传感器26的反馈以控制重整燃料的百分比。非催化燃料重整器32可以布置在与燃气涡轮机燃烧系统的燃料系统流体连通的任何位置，其中非催化燃料重整器32可以接收燃料的至少一部分和蒸汽的供应。非催化燃料重整器系统可以与燃烧器的一个燃料回路或多个燃料回路流体连通。而且，燃气涡轮机燃烧系统可以包括与一个或多个燃料回路流体连通的单一非催化燃料重整器或多个非催化燃料重整器。图2示出与燃料回路102流体连通的非催化燃料重整器100的示例性实施例。非催化燃料重整器100邻近燃料管路104布置成使得流动通过燃料管路104的燃料的一部分转移到通过非催化燃料重整器100。如图所示，燃料的一部分可以通过阀系统的操作而转移到非催化燃料重整器100的入口 108。在图2的实施例中，阀106被显示为布置在燃料管路104中。当闭合时，阀106被配置成将来自燃料管路104的燃料的一部分可控地转移到重整器回路110。阀106可以包括一个或多个合适的阀组件，例如节流阀或旁通阀。阀106以及非催化燃料重整器100可以与发动机控制系统可操作地连通以提供涡轮机燃料的特定部分的按需重整。氧化剂入口 114与非催化燃料重整器100流体连通并且被配置成在燃料重整器中的燃烧之前提供用于与燃料预混合的氧。氧化剂入口 114可以与燃气涡轮机的压缩器流体连通或者它可以与独立的氧化剂供应流体连通。再次地，氧化剂入口 114可以将氧、空气、富氧空气或它们的组合供应到非催化燃料重整器100。如图所示，初级燃料流116在燃料管路内流动并且初级燃料流116的一部分117通过入口 108流动到非催化燃料重整器100中。初级燃料流116的剩余部分被引导通过入口 108，其中剩余燃料流118从初级燃料流116的一部分形成。在流动通过氧化剂入口 114的氧化剂与重整器管路110的内部的燃料混合之后，在燃烧区域121内发生燃烧，由此产生部分氧化或重整燃料。次级燃料流122和蒸汽流124然后被引导到燃烧区域121的下游的部分氧化燃料中。次级燃料流122通过燃料管路104和重整器管路110之间的通道123被计量。通道123可以包括提供附加流动控制的阀(未显示)。在实施例中，次级燃料流122由剩余燃料流118的部分或专用于非催化燃料重整器100的独立燃料供应提供。蒸汽流124可以由包括水管的合适源(例如蒸汽供应125)提供，所述水管由涡轮机的加热部分加热或由在组合循环发电厂的锅炉部段中产生的蒸汽加热。在实施例中，可以通过将水供应引导到管路110中并且加热它而提供蒸汽。例如，液体水150 (“水供应”)可以被引导到燃烧区域121中，其中液体水源151供应水。液体水流150被喷射，以允许水的蒸发热从燃烧区域121吸热，减小该区域的有效温度和减少产生NOx的倾向。燃烧区域121中的反应热蒸发液体水150以产生用于反应区域126中的蒸汽。因此，在一个实施例中，液体水流150可以代替蒸汽流124或附加至蒸汽流124而被使用，从而向反应区域126供应蒸汽。在实施例中，液体水可以在反应区域126的上游的任何合适位置被提供，其中供应的液体水被转化为用于水-气体转移反应的蒸汽。继续参考图2，次级燃料流122和蒸汽流124被加入并且与氧化燃料混合，以造成重整器内部的水-气体转移反应区域126中的水-气体转移。水-气体转移反应区域126被配置成允许蒸汽、次级燃料和部分氧化燃料反应的足够停留时间，由此产生重整产物中的附加氢和CO。由于非催化燃料重整器100的设计，在没有催化剂的情况下产生附加氢和CO,由此减小成本和维护，同时改善重整器的稳健性。来自非催化燃料重整器100的也被称为重整产物的燃料流128提供将与剩余燃料流130混合的增加量的氢和/或CO，以改善燃烧器14 (图1)内的火焰稳定性，由此改善调节性能。水-气体转移反应是吸热反应，由此吸收能量并且相比于引入的重整产物产生温度更低的产物。能量从部分氧化过程中的反应热供应；因此，反应不使用任何外部能量。由于水-气体转移反应区域126内的足够停留时间而能够发生反应。此外，在例子中，包括128和130的混合燃料流140具有大约300至大约600华氏度的温度，以控制混合燃料流的丽I。混合燃料流128和130的增加的反应性允许燃烧火焰在比来自没有增加量的氢的燃料流的等效火焰更低的绝热温度下稳定。此外，通过在更贫火焰条件下操作燃烧器，由于附加氢和/或CO，涡轮机也可以实现更低的NOx排放。本说明书中所述的非催化燃料重整器与发动机控制系统可操作地连通，所述发动机控制系统被配置成提供重整的燃料的份额的控制以及供应的蒸汽和次级燃料的量的控制。因此，发动机控制系统控制混合燃料流中的氢和CO的量以及给送到燃气涡轮机燃烧器的混合燃料流的MWI。控制系统可以监测来自尤其可以检测转移到非催化燃料重整器的燃料份额、引入主要燃料流的MWI和蒸汽的温度的传感器、热电偶等的反馈。控制系统还监测遍布燃气涡轮机燃烧系统的过程条件，例如温度和压力。这样的控制系统可以用于调节燃料给送速度、燃料压力、燃料重整器的阀操作，调节补充过程气体给送速度(例如来自氧化剂入口、蒸汽供应和次级燃料的给送速度)，或控制燃气涡轮机系统内的其它类似条件。还可以包括燃料气体分析子系统以将附加反馈提供给这样的控制系统。控制系统可以基于任何数量的过程参数操作并且控制燃料重整器。来自传感器、热电偶等的反馈也向控制系统报警燃气涡轮机系统内的各种其它条件。示例性过程参数可以包括而不限于温度(例如环境温度、燃料温度、喷嘴温度、燃烧器温度等)、湿度、入口压力损失、动态压力、废气背压(backpressure)、废气排放(例如N0x、C0、UHC等)、涡轮机负荷/功率、表示燃料MWI的参数等。参数监测和控制系统之间的该反馈环可以指示需要报警混合燃料流的MWI或包括氢含量的燃料的反应性。所以该环可以通过改变燃料流、氧化剂流、蒸汽流和次级燃料流中的一个或多个而改变混合物比率或在非催化燃料重整器内供应的蒸汽和次级燃料的量。当某些参数达到预定目标时，可能适合于报警正在重整的燃料的部分乃至暂时完全停止重整。如本说明书中所述的非催化燃料重整器及其在燃气涡轮发动机燃烧系统中的使用方法可以有利地重整一个或多个燃料回路中的燃料的一部分，以控制给送到涡轮机燃烧器的燃料的MW1、氢含量和CO含量而不管引入燃料流中的MWI的变动。而且，非催化燃料重整器还被配置成增加燃料反应性，由此改善涡轮机调节。由于贫限度的扩展通过经由非催化燃料重整器将氢和一氧化碳掺入燃料中，更大负荷调节可以由燃气涡轮机实现。非催化燃料重整器可以允许具有现有低排放燃烧系统的现有燃气涡轮机在市场上使用，其中燃料可变性通常排除贫、预混燃烧系统的应用或由于动态燃烧不稳定性而至少大大减小它们的低排放效能。此外，如本说明书中所述的非催化燃料重整器不需要催化剂并且关于氧化过程或对于水-气体转移反应不促进其中的催化反应。本说明书中所使用的术语是为了仅仅描述特定实施例而不是旨在限制本发明。本说明书中所公开的范围是包含的和可组合的(例如，范围“达到大约25体积％或更具体地大约5体积％至大约20体积％”包含端点以及“大约5体积％至大约25体积％”的范围的所有中间值，等等)。“组合”包含掺合物、混合物、合金、反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等在本说明书中不表示任何顺序、量或重要性、而是用于将一个要素与另一个区分开，并且术语“一”在本说明书中不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的项。与量结合使用的修饰语“大约”包含所述的值并且具有上下文所规定的含义(例如，包括与特定量的测量关联的误差程度)。当在本说明书中使用时后缀“(S)”旨在包括它修饰的单项和多个项，由此包括一个或多个该项(例如，着色剂(S)包括一个或多个着色剂)。在说明书中各处提到“ 一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等表示结合该实施例描述的特定要素(例如特征、结构和/或特性)包括在本说明书中所示的至少一个实施例中，并且可以存在于或不存在于其它实施例中。另外，应当理解所述的要素可以以任何合适的方式在各实施例中组合。尽管结合仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应当容易理解本发明不限于这样的公开实施例。相反地，本发明可以进行修改以包含在此之前未描述的但是它们与本发明的精神和范围一致的任何数量的变型、更改、替代或等效布置。另外，尽管已描述了本发明的各实施例，但是应当理解本发明的方面可以仅仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应当被视为由前面的描述所限制，而是仅仅由所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一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大约17:1的近化学计量空气-甲烷质量比。
13.一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，其包括: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；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。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，燃料的所述份额为所述一个或多个燃料回路中的燃料的总体积的大约百分之三体积比至大约百分之十体积比。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括用控制系统控制至所述非催化燃料重整器的初级燃料流、至所述非催化燃料重整器的氧化剂流、次级燃料流和蒸汽流中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制至所述非催化燃料重整器的初级燃料流、至所述非催化燃料重整器的氧化剂流、次级燃料流和蒸汽流中的至少一个还包括监测燃料温度、燃料组成、燃料修正沃泊指数、湿度、动态压力、环境温度和涡轮机负荷中的选定的一种或多种。
17.—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流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初级燃料的份额并且产生部分氧化燃料；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组合。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统包括控制系统，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。
19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述非催化燃料重整器产生包括氢、二氧化碳、一氧化碳、水和氮的重整产物，其中所述非催化反应通道导致水-气体转移反应以增加所述重整产物中的氢的量。
全文摘要
本发明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。
文档编号F02C9/26GK103075253SQ20121035691
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月23日
发明者S.K.维德纳 申请人:通用电气公司