專利名稱：用于燃料和稀釋劑控制的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及流量控制系統(tǒng)，且更特別地，涉及用于燃料和稀釋劑流量控制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種燃燒系統(tǒng)燃燒燃料以產(chǎn)生能量。例如，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電設(shè)備包括燃燒燃料以產(chǎn)生驅(qū)動負(fù)載的能量的一個(gè)或多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)所使用的其中一種燃料可為由IGCC發(fā)電設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)氣化器產(chǎn)生的合成氣。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作可要求最小燃料噴嘴壓力比以防止駐焰、閃回或其它問題。結(jié)果，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可能不能在對于某些燃料(例如合成氣)的最低負(fù)載之下操作。例如，在啟動期間，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可使用天然氣操作直至最小負(fù)載，然后過渡至使用合成氣操作。此操作極限降低了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和IGCC發(fā)電設(shè)備的效率。

發(fā)明內(nèi)容
以下概述了在范圍上與最初要求保護(hù)的發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不意圖限制所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，相反這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。事實(shí)上，本發(fā)明可包括可與以下詳述的實(shí)施例相似或相異的多種形式。在第一實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括配置成控制進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的燃料噴嘴的第一燃料的第一流量和第二燃料的第二流量之間的燃料過渡的燃料控制器。該燃料控制器配置成調(diào)整與第二燃料的第二流量結(jié)合的稀釋劑的第三流量，從而將跨越燃料噴嘴的壓力比保持在預(yù)定的操作壓力比之上。在第二實(shí)施例中，燃料控制器配置成控制跨越燃燒系統(tǒng)中的燃料噴嘴的壓力比， 以防止閃回或駐焰。該燃料控制器配置成調(diào)整與燃料的第二流量結(jié)合的稀釋劑的第一流量，從而將壓力比保持在預(yù)定的操作壓力比之上。在第三實(shí)施例中，系統(tǒng)包括燃料控制器，燃料控制器配置成調(diào)整與燃料的第二流量結(jié)合的稀釋劑的第一流量，從而將跨越燃料噴嘴的壓力比維持在預(yù)定的操作壓力比之上。燃料控制器配置成增加稀釋劑的第一流量并降低燃料的第二流量，以使得燃燒發(fā)動機(jī)能夠在較低負(fù)載下操作。


當(dāng)參考附圖閱讀以下具體實(shí)施方式
時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中貫穿附圖，相似的標(biāo)號代表相似的部件，其中圖1是結(jié)合了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)與配置成擴(kuò)展燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍的燃料控制系統(tǒng)的IGCC發(fā)電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖；圖2是結(jié)合了配置成擴(kuò)展燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍的燃料控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方塊圖3是對于根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的曲線圖；圖4是配置成擴(kuò)展燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍的燃料控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖；圖5是使用基于時(shí)間表控制的燃料控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖；圖6是使用用于閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)換函數(shù)的燃料控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖；以及圖7是使用用于閉環(huán)控制的模型的燃料控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。零部件列表100整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)102燃料源104給料準(zhǔn)備單元106氣化器108 熔漁110氣體凈化器111 硫112硫處理器113 鹽114水處理單元116碳捕獲系統(tǒng)118燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)120燃燒器122空氣分離單元(ASU)123補(bǔ)充空氣壓縮機(jī)IM稀釋氮?dú)鈮嚎s機(jī)(DGAN)128冷卻塔130 渦輪131驅(qū)動軸132壓縮機(jī)134 負(fù)載136蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)138熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)140 第二負(fù)載142冷凝器160進(jìn)氣段162排放段164燃燒器外殼166燃燒器段168 第一燃料170第一燃料控制閥
172 第二燃料174第二燃料控制閥176稀釋劑178稀釋劑控制閥180注射管線182燃料控制系統(tǒng)184進(jìn)氣段傳感器186壓縮機(jī)傳感器188燃燒器傳感器192渦輪傳感器194排放傳感器196到第一燃料、第二燃料和/或稀釋劑控制閥的信號198來自傳感器的信號210燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的曲線圖212 χ 軸線214 y 軸線216天然氣控制閥最小沖程曲線218 最小 FNPR 曲線220代表大約30%的負(fù)載的線222操作區(qū)域2M合成氣控制閥最小沖程曲線2 代表大約15%的負(fù)載的線2 擴(kuò)展的操作區(qū)域240燃料控制系統(tǒng)242稀釋劑管線244第二燃料管線246第二燃料混合物管線248 LHV 傳感器250第一燃料管線252燃燒器燃料噴嘴254 塊256 塊270使用基于時(shí)刻表控制的燃料控制系統(tǒng)272稀釋劑流量計(jì)274操作參數(shù)塊276將稀釋劑流量從時(shí)刻表塊進(jìn)行識別278稀釋劑流量設(shè)定點(diǎn)塊280稀釋劑流量塊282將稀釋劑流量與設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較的塊
284維持閥設(shè)定點(diǎn)塊286調(diào)整閥設(shè)定點(diǎn)塊300使用用于閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)換函數(shù)的燃料控制系統(tǒng)302用轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算FNPR的塊304將計(jì)算的FNPR與低低FNPR進(jìn)行比較的塊306轉(zhuǎn)換至第一燃料的塊308將計(jì)算的FNPR與低FNPR進(jìn)行比較的塊310維持LHV設(shè)定點(diǎn)塊312降低LHV設(shè)定點(diǎn)塊314將LHV和LHV設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較的塊316維持閥設(shè)定點(diǎn)塊318調(diào)整閥設(shè)定點(diǎn)塊330使用用于閉環(huán)控制的模型的燃料控制系統(tǒng)332實(shí)時(shí)模型預(yù)測FNPR的塊334將預(yù)測的FNPR與低低FNPR進(jìn)行比較的塊
336將預(yù)測的FNPR與低FNPR進(jìn)行比較的塊
具體實(shí)施例方式以下將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例。為了提供對這些實(shí)施例的簡要描述，在本說明書中可能不描述實(shí)際實(shí)施方式的全部特征。應(yīng)該理解的是，在任何此類實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中一樣，必須做出許多實(shí)施方式特定的決定來達(dá)成開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如遵循系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這可能從一個(gè)實(shí)施方式到另一個(gè)實(shí)施方式而不同。而且，應(yīng)該理解的是，此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜而耗時(shí)的，但對于那些受惠于本發(fā)明公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員仍將成為設(shè)計(jì)、制造以及生產(chǎn)中的日常工作。當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的要件時(shí)，用詞“一”、“一個(gè)”、“該”以及“所述”意在指存在一個(gè)或多個(gè)要件。用詞“包括”、“包含”以及“具有”意在為包括性的，并且表示除了所列舉的要件之外可能還有另外的要件。如以下所討論的，所公開的實(shí)施例通過稀釋燃料以控制燃料噴嘴壓力比(FNPR) 而增加燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍，從而使得能夠利用燃料在較低負(fù)載下進(jìn)行操作。此外， 所公開的實(shí)施例能夠控制跨越燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的整個(gè)操作范圍的FNPR。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可燃燒一種或多種不同的燃料。例如，IGCC發(fā)電設(shè)備中所使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可燃燒由一個(gè)或多個(gè)氣化器產(chǎn)生的合成氣作為燃料。然而，合成氣的可獲得性會受到啟動、關(guān)閉、計(jì)劃外停機(jī)或例行維護(hù)的影響。在此類情況期間，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可使用天然氣而非合成氣或天然氣和合成氣的組合。當(dāng)燃料的發(fā)熱值之間存在大的差異時(shí)，如對于天然氣和合成氣，各燃料可被引向燃燒系統(tǒng)的單獨(dú)的燃料噴嘴。例如，在某些實(shí)施例中，天然氣可被引向主噴嘴而合成氣可被引向輔助噴嘴。由于燃料的設(shè)計(jì)流率和發(fā)熱值方面的差異，主噴嘴的噴嘴面積可小于輔助噴嘴的噴嘴面積。在其它實(shí)施例中，其中兩種燃料的發(fā)熱值相近，一種燃料噴嘴可用于兩種燃料。諸如控制閥的裝置可用來調(diào)整燃料和/或燃料混合物的流率。除了燃料，可將稀釋劑引向燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器。通常，稀釋劑可包括蒸氣或氣體，諸如惰性氣體或非燃燒性氣體或蒸氣。稀釋劑的具體示例包括但不限于氮?dú)?、二氧化碳、蒸汽、水蒸氣或其組合。和燃料一樣，稀釋劑可被引向燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器中單獨(dú)的噴嘴。備選地，稀釋劑可在噴入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)之前與一種或多種燃料混合。此外，諸如控制閥的裝置可控制稀釋劑的流率。燃料控制系統(tǒng)可向燃料和稀釋劑控制閥發(fā)送信號，以控制燃料和稀釋劑的流率， 從而控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍。為了確定燃料和稀釋劑的流率，控制器可接收基于測量或計(jì)算參數(shù)的信號。在以下詳細(xì)描述的各種實(shí)施例中，燃料控制系統(tǒng)可接收基于FNPR 的信號，其定義為燃料供應(yīng)壓力除以燃燒器壓力，例如上游壓力除以下游壓力。為了使燃料流入燃燒器，燃料供應(yīng)壓力大于燃燒器壓力，這導(dǎo)致大于一的FNPR。此外，燃燒器的操作可限于最小或較低或預(yù)定FNPR操作的和最大或較高FNPR之間的操作。低于最小FNPR或高于最大FNPR的操作會導(dǎo)致不期望的燃燒動態(tài)變化、駐焰、閃回或其它問題。盡管可測量燃料供應(yīng)壓力，但燃燒器壓力典型地是不能測量的。因此，F(xiàn)NPR不能直接測量，但可從其它燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)操作狀態(tài)推出。在以下描述的各種實(shí)施例中，可用于推出FNPR的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)操作狀態(tài)的示例包括但不限于入口導(dǎo)葉(IGV)位置、校正速度、排放溫度、燃料流率、 燃料低熱值(LHV)或它們的組合。校正速度指如果入口溫度對應(yīng)于海平面處的環(huán)境狀態(tài)部件旋轉(zhuǎn)將會所處的速度。發(fā)熱值可用于限定燃料的能量特性。例如，燃料的發(fā)熱值可限定為由燃燒規(guī)定量的燃料釋放的熱量。特別是，LHV可限定為由燃燒規(guī)定量釋放的熱量(例如，最初處在25攝氏度或另一基準(zhǔn)狀態(tài))并將燃燒產(chǎn)物的溫度返回至目標(biāo)溫度(例如，150攝氏度)。LHV可用兆焦(MJ)每公斤(kg)為單位表示。在以下討論中，LHV可用來指示各種燃料的發(fā)熱值， 但其并非以任何方式意圖限制。在所公開的實(shí)施例的范圍內(nèi)可使用任何其他值來表征給料的能量和/或熱輸出。在當(dāng)前設(shè)想的實(shí)施例中，F(xiàn)WR可由燃料控制系統(tǒng)用來控制燃料和稀釋劑的流率， 從而控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍。例如，所公開的實(shí)施例控制稀釋劑流量以將FWR維持在最小FNPR和最大FNI3R之間，從而維持燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的整體性，而更具體地將FNPR 維持在最小FWR之上以防止閃回和駐焰。在最小FWR之上，火焰被維持遠(yuǎn)離燃料噴嘴的末梢適當(dāng)?shù)木嚯x。當(dāng)火焰和燃料噴嘴的末梢之間的距離較小或不存在時(shí)，稱為駐焰，火焰會損壞燃料噴嘴的末梢。此外，高于最小FWR的操作可防止閃回，例如，上游火焰通過燃料噴嘴的移動。因此，最小FWR可限定燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的一個(gè)邊界。在所公開的實(shí)施例中，將稀釋劑添加至燃料具體地維持了合適的FNPR，從而基于與燃料相關(guān)的最小FNPR 消除了典型的操作邊界。換言之，燃料可用稀釋劑稀釋以維持最小FNPR，同時(shí)允許燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)以燃料在低得多的負(fù)載下操作。因此，根據(jù)某些實(shí)施例，燃料控制系統(tǒng)可將氮?dú)?、蒸汽或其他稀釋劑噴入其中一種燃料流以調(diào)整FNPR。具體而言，多種變量可影響FNPR，包括燃料比(當(dāng)用多種燃料操作時(shí)) 以及被供應(yīng)給燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的稀釋劑的流率。例如，降低合成氣對天然氣的比率降低了 FNPR，且增加稀釋劑的流率增加了 FNPR。因此，在沒有稀釋劑的情況下，在最小合成氣流率下操作可能造成FWR下降到低于最小FNPR。例如，IGCC發(fā)電設(shè)備可包括將合成氣供應(yīng)給燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的若干氣化器。如果關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)氣化器，合成氣的總供應(yīng)可能被降低到不足以使一個(gè)或多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在最小FWR之上操作的水平。通過提高稀釋劑的流率來升高FNPR，公開的實(shí)施例使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)即使在一個(gè)或多個(gè)氣化器關(guān)閉時(shí)也能夠繼續(xù)操作。在各種實(shí)施例中，稀釋劑可在噴射到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒器中之前與其中一種燃料混合。通過調(diào)整稀釋劑的流率，燃料控制系統(tǒng)可將操作維持在最小FWR之上，并因而有效地增加燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作范圍。增加的操作范圍在啟動(例如，從天然氣轉(zhuǎn)換至合成氣)、低需求時(shí)期或氣化器的停機(jī)時(shí)間期間特別有利?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1是產(chǎn)生并燃燒合成氣的IGCC系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例的簡圖。 如以下詳細(xì)討論的，IGCC系統(tǒng)100可包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)燃料控制器的一個(gè)實(shí)施例，其將 FNPR維持在FNI3R值的合適范圍中從而防止閃回或駐焰。IGCC系統(tǒng)100的其它元件可包括燃料源102，其可為固體或液體，其可用作用于IGCC系統(tǒng)的能量源。燃料源102可包括煤炭、石油焦、油、生物質(zhì)、木基材料、農(nóng)業(yè)廢棄物、柏油、焦?fàn)t煤氣和浙青，或其它含碳物品。燃料源102的燃料可傳給給料準(zhǔn)備單元104。給料準(zhǔn)備單元104例如可通過砍削、 碾磨、粉碎、破碎、壓塊來改變?nèi)剂显?02的尺寸或形狀，或堆碼燃料源102以生成給料。此外，在給料準(zhǔn)備單元104中可將水或其它合適的液體添加至燃料源102以生成漿狀給料。在其它實(shí)施例中，沒有向燃料源添加液體，因而產(chǎn)生了干燥給料。在另外的實(shí)施例中，如果燃料源102是液體，可省略給料準(zhǔn)備單元104。給料可從給料準(zhǔn)備單元104傳給氣化器106。氣化器106可將給料轉(zhuǎn)換成合成氣， 例如，一氧化碳(CO)和氫氣的組合。根據(jù)采用的氣化器106的類型，此轉(zhuǎn)換可通過將給料置于處于升高的壓力(例如，從大約20bar到85bar)和溫度(例如，大約700°C到1600°C ) 下的受控量的蒸汽和氧氣中而達(dá)成。此氣化過程可包括經(jīng)歷熱解過程的給料，由此加熱給料。在熱解過程期間，取決于用來產(chǎn)生給料的燃料源102，氣化器106內(nèi)的溫度可在從大約 150°C到700°C之間變化。在熱解過程期間給料的加熱可產(chǎn)生固體(例如，炭)和殘余氣(例如，CO、氫氣和氮?dú)?。由熱解過程從給料殘余的炭可僅重達(dá)原始給料的重量的大約30%。熱解過程(也稱為液化作用)期間產(chǎn)生的易揮發(fā)物可通過將氧氣引向氣化器106 而部分地燃燒。易揮發(fā)物可與氧氣反應(yīng)以在燃燒反應(yīng)中形成(X)2和C0，這為后續(xù)的氣化反應(yīng)提供了熱量。由燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的溫度可在從大約700°c到1600°C之間變化。接下來，可在氣化步驟期間將蒸汽引入氣化器106。在從大約800°C到1100°C之間變化的溫度下，炭可與(X)2以及蒸汽反應(yīng)以產(chǎn)生CO和氫氣。本質(zhì)上，氣化器利用蒸汽和氧氣來允許其中一些給料被“燃燒”并產(chǎn)生CO并釋放能量，其驅(qū)動將更多的給料轉(zhuǎn)換成氫氣和另外的(X)2的第二反應(yīng)。以此方式，氣化器106制造合成的氣體。此合成的氣體可包括大約85%的等比例的CO和氫氣，以及CH4, HCl, HF, COS, NH3, HCN和H2S (基于給料的硫含量)。此合成的氣體可稱為未處理合成氣，因?yàn)槠浒ɡ?amp;S。氣化器106還可產(chǎn)生廢棄物，諸如熔渣108，其可為潮濕的灰燼材料。此熔渣108可從氣化器106去除，并例如作為路基或另一種建筑材料而處置。為了清潔未處理合成氣，可利用氣體凈化器110。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體凈化器 110可為水煤氣變換反應(yīng)器。氣體凈化器110可清潔未處理合成氣以從該未處理合成氣去除HC1，HF, COS, HCN以及H2S,其可包括在硫處理器112中分離硫111。此外，氣體凈化器 110可從未處理合成氣通過水處理單元114分離鹽113，水分離單元114可利用水凈化技術(shù)從未處理合成氣產(chǎn)生可用的鹽113。隨后，來自氣體凈化器110的氣體可包括處理的合成氣 (例如，已經(jīng)從合成氣去除硫111)，以及痕量的其它化學(xué)物，例如，NH3(氨)和CH4(甲烷)。
在一些實(shí)施例中，可利用氣體處理器來從處理后的合成氣去除另外的殘余氣成分，例如氨和甲烷，以及甲醇或任何其它殘余化學(xué)物。然而，從處理后的合成氣去除殘余氣成分是可選的，因?yàn)樘幚砗蟮暮铣蓺饧幢惆瑲堄鄽獬煞謺r(shí)(例如尾氣)也可用作燃料。在這一點(diǎn)上，處理后的合成氣可包括大約3%的⑶，大約55%的H2,以及大約40%的CO2,并且可大體上去除了 &S。在一些實(shí)施例中，碳捕獲系統(tǒng)116可去除并處理包括在合成氣中的含碳?xì)怏w(例如，按體積算大約80-100%或90-100%純度的二氧化碳)。碳捕獲系統(tǒng)116還可包括壓縮機(jī)、凈化器、供應(yīng)用于蟄合或增強(qiáng)油回收的CO2的管線、(X)2儲罐及它們的任何組合。捕獲的二氧化碳可轉(zhuǎn)移至二氧化碳膨脹器，其降低二氧化碳的溫度(例如，大約5-100°C，或大約 20-30°C)，從而使得二氧化碳能夠用作用于該系統(tǒng)的合適的冷卻劑。冷卻的二氧化碳(例如，大約20-40°C，或大約30°C )可循環(huán)通過該系統(tǒng)以滿足其制冷需求或通過用于甚至更低的溫度的后續(xù)的級而膨脹。已經(jīng)去除了其含硫成分和大部分二氧化碳的處理后的合成氣然后可傳送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的燃燒器120 (例如燃燒室)作為可燃燒燃料。IGCC系統(tǒng)100還可包括空氣分離單元(ASU) 122。ASU 122可操作以例如通過蒸餾技術(shù)將空氣分離成成分氣體。ASU 122可從由補(bǔ)充空氣壓縮機(jī)123供應(yīng)給其的空氣中分離出氧氣，并且ASU 122可將分離的氧氣傳輸給氣化器106。此外，ASU 122可將分離的氮?dú)庖龑?dǎo)至稀釋劑氮?dú)?DGAN)壓縮機(jī)124。DGAN壓縮機(jī)IM可將從ASU 122接收的氮?dú)鈮嚎s至至少等于燃燒器120中的那些氮?dú)獾膲毫λ剑员悴桓蓴_合成氣的適當(dāng)燃燒。因此，一旦DGAN壓縮機(jī)124已經(jīng)充分地將氮?dú)鈮嚎s至適當(dāng)?shù)乃?，DGAN壓縮機(jī)IM就可將壓縮的氮?dú)鈧鬏斨寥細(xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118 的燃燒器120。氮?dú)饪捎米飨♂寗┮岳绱龠M(jìn)控制排放物。如之前所述，可將壓縮的氮?dú)鈴腄GAN壓縮機(jī)IM傳送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的燃燒器120。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可包括渦輪130、驅(qū)動軸131和壓縮機(jī)132，以及燃燒器120。 燃燒器120可接收諸如合成氣的燃料，其可在壓力下從燃料噴嘴噴入。此燃料可與壓縮空氣以及來自DGAN壓縮機(jī)124的壓縮氮?dú)饣旌希⒃谌紵?20內(nèi)燃燒。如以下詳細(xì)所述， 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)燃料控制器可調(diào)整燃料、壓縮空氣和/或壓縮氮?dú)獾牧髀?，以將FNPR保持在一定的值之間，從而防止閃回或駐焰。燃料的燃燒可產(chǎn)生熱的增壓排放氣體。燃燒器120可將排放氣體引向渦輪130的排放出口。隨著排放氣體從燃燒器120 通過渦輪130，該排放氣體推動渦輪130中的渦輪葉片，以使驅(qū)動軸131沿著燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的軸線旋轉(zhuǎn)。如圖所示，驅(qū)動軸131連接到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的各種部件上，包括壓縮機(jī)132。驅(qū)動軸131可將渦輪130連接到壓縮機(jī)132上以形成轉(zhuǎn)子。壓縮機(jī)132可包括聯(lián)接到驅(qū)動軸131上的葉片。因此，渦輪130中渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致將渦輪130連接到壓縮機(jī)132上的驅(qū)動軸131使壓縮機(jī)132內(nèi)的葉片旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)132中的葉片的此旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致壓縮機(jī)132壓縮經(jīng)由壓縮機(jī)132中的空氣進(jìn)口接收的空氣。壓縮的空氣然后可輸送至壓縮機(jī)120并與燃料以及壓縮的氮?dú)饣旌?，以允許更高效率的燃燒。驅(qū)動軸131還可連接到負(fù)載 134上，其可為靜止負(fù)載，諸如發(fā)電機(jī)，以例如在動力設(shè)備中產(chǎn)生電功率。實(shí)際上，負(fù)載134 可為任何合適的裝置，該裝置由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的旋轉(zhuǎn)輸出提供動力。IGCC系統(tǒng)100還可包括蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136以及熱回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)138。蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136可驅(qū)動第二負(fù)載140。該第二負(fù)載140也可為用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)。然而，第一負(fù)載130和第二負(fù)載140兩者均可為能夠由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118以及蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136驅(qū)動的其它類型的負(fù)載。此外，盡管如圖示實(shí)施例中所示燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118和蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136可驅(qū)動分離的負(fù)載134和140，但燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118和蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136也可串聯(lián)使用來通過單個(gè)軸驅(qū)動單個(gè)負(fù)載。蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的具體構(gòu)造可以是實(shí)施方式特定的，并且可包括多個(gè)部分的任何組合。系統(tǒng)100還可包括HRSG 138。可將來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的加熱的排氣運(yùn)送到 HRSG 138中，并用來加熱水，且產(chǎn)生用來驅(qū)動蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136的蒸汽。例如，來自蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136的低壓段的排氣可被引入冷凝器142。冷凝器142可利用冷卻塔1 來用加熱的水交換冷卻的水。冷卻塔1 起作用以向冷凝器142提供冷水，從而協(xié)助冷凝從蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136傳送到冷凝器142的蒸汽。來自冷凝器142的冷凝物又可被引入HRSG 138。再一次，來自燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的排氣也可被引入HRSG 138，以加熱來自冷凝器142 的水并產(chǎn)生蒸汽。在諸如IGCC系統(tǒng)100的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，熱排氣可從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118流動并通向HRSG 138，在此處其可用來產(chǎn)生高壓、高溫蒸汽。由HRSG 138產(chǎn)生的蒸汽然后可通過蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136用于動力發(fā)生。此外，所產(chǎn)生的蒸汽還可供應(yīng)給其中可使用蒸汽的任何其它過程，諸如氣化器106。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118產(chǎn)生循環(huán)常稱作“至頂循環(huán)”，而蒸汽渦輪發(fā)動機(jī)136產(chǎn)生循環(huán)常稱作“及底循環(huán)”。通過如圖1中所圖示的組合這兩個(gè)循環(huán)，IGCC 系統(tǒng)100可在兩個(gè)循環(huán)中導(dǎo)致更高的效率。特別是，來自至頂循環(huán)的排放熱量可被捕獲并用來產(chǎn)生在及底循環(huán)中使用的蒸汽。圖2是可包括示例性燃料控制系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的方塊圖，該示例性燃料控制系統(tǒng)配置成通過將稀釋劑加入到燃料來維持合適的FNPR而擴(kuò)展燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) 118的操作范圍，從而防止閃回和駐焰。不僅燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可用在以上所述的IGCC 系統(tǒng)100中，并且在某些實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可用在飛機(jī)、船舶、機(jī)車、發(fā)電系統(tǒng)或它們的組合中。圖示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118包括進(jìn)氣段160、壓縮機(jī)132、燃燒器段166、 渦輪130以及排氣段162。渦輪130經(jīng)由驅(qū)動軸131聯(lián)接到壓縮機(jī)132上。如箭頭所示，空氣可通過進(jìn)氣段160進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118并流入壓縮機(jī)132， 壓縮機(jī)132在空氣進(jìn)入燃燒器段166(也稱為燃燒系統(tǒng))前壓縮空氣。圖示的燃燒器段166 包括圍繞驅(qū)動軸131同軸或環(huán)狀地設(shè)置并位于壓縮機(jī)132和渦輪130之間的燃燒器外殼 164。來自壓縮機(jī)132的壓縮空氣進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)燃燒器120，在此處壓縮空氣可與燃料在燃燒器120內(nèi)混合并燃燒，以驅(qū)動渦輪130。熱的燃燒氣體從燃燒器段166流過渦輪130， 經(jīng)由驅(qū)動軸131驅(qū)動壓縮機(jī)132。例如，燃燒氣體可將原動力施加于渦輪130內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片從而使驅(qū)動軸131旋轉(zhuǎn)。在流過渦輪130后，熱的燃燒氣體可通過排氣段162離開燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可使用一種或多種燃料。例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可配置成燃燒第一燃料168，其可包括但不限于天然氣、餾出物、液化石油氣(LPG)或它們的組合。 第一燃料控制閥170可調(diào)整第一燃料168的流率。然而，可使用其他流量調(diào)整或流量控制裝置而不是圖2中所示的控制閥。此外，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可配置成燃燒第二燃料172， 其可包括但不限于合成氣。如以上所述，合成氣可由IGCC系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)氣化器產(chǎn)生。第二燃料控制閥174可調(diào)整第二燃料172的流率。最終，可將稀釋劑176注入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118。如以上所述，稀釋劑176的示例包括但不限于氮?dú)?、二氧化碳、蒸汽、水蒸氣或其組合。稀釋劑控制閥178可調(diào)整稀釋劑176的流率。第一燃料168、第二燃料172以及稀釋劑176可經(jīng)由注入管線180引向燃燒器120。盡管注入管線180顯示為單個(gè)管線，但對于第一燃料168、第二燃料172和/或稀釋劑176的每一個(gè)可使用單獨(dú)的管線。備選地，稀釋劑176在注入燃燒器120之前可與第一燃料168或第二燃料172的任一種混合。此外， 盡管示出為直接流向燃燒器120，但注入管線180可引向設(shè)置在燃燒器120的頭部端中的一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴。在圖示的實(shí)施例中，燃料控制系統(tǒng)182或燃料控制器示意性地示出為處于燃燒器 120和第一和第二燃料168和170以及稀釋劑176之間。燃料控制系統(tǒng)182可從遍及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118設(shè)置的多個(gè)傳感器接收一個(gè)或多個(gè)信號或反饋，以通過控制稀釋劑176來增大燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的操作范圍，從而防止閃回和駐焰。例如，進(jìn)氣段傳感器184可向燃料控制系統(tǒng)182發(fā)送信號。由進(jìn)氣段傳感器184測量參數(shù)的示例包括但不限于進(jìn)氣溫度、 進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣流率、進(jìn)氣濕度或它們的組合。接下來，壓縮機(jī)傳感器186可向燃料控制系統(tǒng)182發(fā)送信號。由壓縮機(jī)傳感器186測量的參數(shù)的示例包括但不限于一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)級處的壓縮機(jī)溫度、壓縮機(jī)壓力、入口導(dǎo)葉(IGV)位置或它們的組合。燃燒器傳感器188可將指示燃燒器段166中的參數(shù)的信號發(fā)送給燃料控制系統(tǒng)182。由燃燒器傳感器188測量的參數(shù)的示例包括但不限于FNPR、燃燒器溫度、燃燒器壓力、燃燒氣體成分、燃燒動態(tài)變化、 火焰特性或它們的組合。接下來，渦輪傳感器192可用來測量渦輪130中的參數(shù)，并向燃料控制系統(tǒng)182發(fā)送信號。由渦輪傳感器192測量的參數(shù)的示例包括但不限于一個(gè)或多個(gè)渦輪級處的渦輪溫度、渦輪壓力、渦輪速度、渦輪振動它們的組合。最終，排氣傳感器194可用來向燃料控制系統(tǒng)182發(fā)送信號。由排氣傳感器194測量的參數(shù)的示例包括但不限于排氣溫度、排氣壓力、排放氣體成分(例如排放物)、驅(qū)動軸131的速度、校正速度或它們的組合。響應(yīng)于從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的各種傳感器接收的信號198，燃料控制系統(tǒng)182可將信號196發(fā)送至第一燃料控制閥170，第二燃料控制閥174，和/或稀釋劑控制閥178，以控制FNPR(或其它參數(shù))，從而擴(kuò)展燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的操作范圍。例如，燃料控制系統(tǒng) 182可接收信號198，該信號指示需要更多的稀釋劑176以便將FNPR增加到最小FNPR之上， 和/或需要更少的稀釋劑176以便將FNPR降低到最大FNPR之下。如果FNPR較低，則燃料控制系統(tǒng)182可發(fā)送信號196以打開稀釋劑控制閥178和/或部分地關(guān)閉第一和第二燃料控制閥170和174。除了以上討論的參數(shù)，設(shè)置在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118內(nèi)或設(shè)備附近的其它傳感器可指示可由燃料控制系統(tǒng)182使用的參數(shù)。其它參數(shù)的示例包括但不限于發(fā)熱值、 負(fù)載狀態(tài)、燃料壓力、燃料流率、稀釋劑壓力、稀釋劑流率或它們的組合。以下更詳細(xì)地描述了燃料控制系統(tǒng)182使用的特定控制模式的示例。圖3顯示了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的一個(gè)實(shí)施例的曲線圖210，圖示了使用燃料控制系統(tǒng)182來調(diào)整稀釋劑并從而調(diào)整FNPR的操作擴(kuò)展。χ軸線212指示第一燃料對第二燃料的比率，其可稱為共燃比率。在曲線圖210中，第一燃料是天然氣而第二燃料是合成氣。在χ軸線212的左端上，共燃比率代表100%的天然氣和0%的合成氣。相應(yīng)地， 在χ軸線212的右端上，共燃比率代表0%的天然氣和100%的合成氣。y軸線214代表燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的負(fù)載。具體而言，y軸線214的下端代表0%的負(fù)載而y軸線214的上端代表100%的最大負(fù)載。在曲線圖210中，天然氣控制閥最小沖程曲線216代表燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的上邊界?？刂崎y的沖程可指控制閥內(nèi)的閥芯、閥桿、閥塞、閥球或類似裝置的位置，其能夠改變通過控制閥的流率。例如，在0%的沖程處，很少或沒有流可通過控制閥。相應(yīng)地， 在100 %的沖程處，流率可達(dá)到對于控制閥的最大值。此外，控制閥可具有最小沖程，不推薦在其下控制流率，因?yàn)榭刂瓶赡茏兊貌环€(wěn)定。換句話說，不在最小沖程下控制流率，而是相反，通過將沖程減小至0%來關(guān)閉閥。最小沖程可為跨越控制閥的壓降和/或通過控制閥的流率的函數(shù)。例如，在高流率下，天然氣控制閥的最小沖程可接近0%。然而，隨著流率降低，最小沖程可增大。記住前述內(nèi)容并返回曲線圖210，天然氣最小沖程曲線216隨著負(fù)載降低逐漸向下并向左傾斜。例如，在大約100%的負(fù)載處，沿天然氣曲線216對應(yīng)的共燃比率為大約 10%的天然氣和90%的合成氣。換言之，如果負(fù)載為大約100%，則天然氣控制閥的最小沖程足夠低以使得能夠很好地將閥向下控制至對應(yīng)于大約10%的天然氣和90%的合成氣的共燃比率的流率。相比之下，在大約15%的負(fù)載處，由線2 所示，沿天然氣曲線216對應(yīng)的共燃比率為大約60%的天然氣和40%的合成氣。換言之，如果負(fù)載為大約15%，則天然氣控制閥的最小沖程較大，使得僅能夠很好地將閥控制至對應(yīng)于大約60%的天然氣和40% 的合成氣的共燃比率的流率。因而，在大約15%的負(fù)載處以小于大約60%的天然氣操作可能是期望的，但由于天然氣控制閥的最小沖程而不可能。更一般地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在較低負(fù)載下的操作可能限于比可期望的更高百分比的天然氣和更低百分比的合成氣。在曲線圖210中，最小FNPR曲線218代表燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的較低邊界。FWR隨著燃料的發(fā)熱值降低而升高。合成氣比天然氣具有更高濃度的氫，這意味著合成氣的發(fā)熱值低于天然氣的發(fā)熱值。例如，合成氣可具有比天然氣小3倍、4倍、5倍、6倍、 7倍或8倍的發(fā)熱值。因此，隨著負(fù)載降低最小FNPR曲線218向下并向左傾斜。例如，在大約100%的負(fù)載處，沿最小FNPR曲線218對應(yīng)的共燃比率為大約55%的天然氣和45%的合成氣。換言之，如果負(fù)載為大約100%，如果向燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)供給至少45%的合成氣，則可保持最小FNPR。相比之下，在大約15%的負(fù)載處，沿最小FNPR曲線218對應(yīng)的共燃比率為大約25%的天然氣和75%的合成氣。換言之，如果負(fù)載為大約15%，最小FWR更大，使得供給更多的合成氣(即至少大約75%)以便將燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作維持在最小FNPR 之上。因此，例如，在大約15%的負(fù)載處以少于大約75%的合成氣操作可能是期望的，但是可能由于不能維持最小FWR而不可能。更一般地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在較低負(fù)載下的操作可能限于比可期望的更低百分比的天然氣和更高百分比的合成氣。此外，由線220代表的大約30%的最小負(fù)載可用作用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的第三邊界。盡管燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可以在低于30%負(fù)載并在天然氣和最小FNPR曲線 216和218之間的小區(qū)域中操作，30%可選擇為常規(guī)最小值以幫助防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)快速越過由天然氣和最小FNPR曲線216和218確立的邊界，在邊界處它們的曲率增加。因而， 天然氣控制閥最小沖程曲線216、最小FNPR曲線218以及30%的最小負(fù)載曲線220可限定操作區(qū)域222。在圖3中靠近曲線210的左側(cè)還示出了合成氣控制閥最小沖程曲線224。和天然氣控制閥一樣，合成氣控制閥的控制在最小沖程之下可能變得不穩(wěn)定。例如，在大約100%的負(fù)載附近，沿合成氣曲線2M對應(yīng)的共燃比率為大約90%的天然氣和10%的合成氣。隨著負(fù)載降低，合成氣曲線224向右傾斜，使得在大約15%的負(fù)載處，沿合成氣曲線224的對應(yīng)共燃比率可為大約60%的天然氣和40%的合成氣。因而，在沒有最小FNPR曲線的情況下，合成氣控制最小沖程曲線224，將代表對于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的下邊界。相應(yīng)地，在以下描述的各種實(shí)施例中，可將稀釋劑加入到達(dá)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料流中，以避免作為用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線的下邊界的最小FNPR曲線218。具體地，稀釋劑的發(fā)熱值可較低。因而，通過向燃料添加稀釋劑，混合物的發(fā)熱值被降低，這增加了 FNPR。在某些實(shí)施例中，通過增加FNPR，可維持高于最小FNPR的操作，而同時(shí)降低供給至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的合成氣的數(shù)量。因而，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的最小負(fù)載可從由線220代表的大約30%移動至由線2 代表的大約15%，使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)能夠在低負(fù)載下操作。 換句話說，通過將稀釋劑添加到燃料操作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作包絡(luò)線可不僅包括操作區(qū)域222，還可包括操作區(qū)域228，這是由于合成氣控制閥最小沖程曲線2M代表新的下邊界而導(dǎo)致的。例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在大約100%負(fù)載處的共燃比的范圍可從大約45%合成氣和55%天然氣到90%合成氣和10%天然氣的范圍增長至大約10%合成氣和90%天然氣到90%合成氣和10%天然氣的新范圍。共燃比的范圍對于新的15%的最小負(fù)載和100% 的最大負(fù)載之間的所有負(fù)載增加。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的共燃比的增加的范圍在啟動和/或停機(jī)情形期間可以是有利的。例如，在IGCC設(shè)備100和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118啟動期間，因?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)氣化器106可能脫機(jī)，所以合成氣可能不能立即以期望的數(shù)量提供。在不向燃料添加稀釋劑的情況下，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118的啟動可能被延遲，直至對于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118可提供足夠的合成氣以便在大約45%的合成氣和55%的天然氣的共燃比附近操作。然而，根據(jù)特定的實(shí)施例， 燃料控制器可增大稀釋劑的流量并降低合成氣的流量，以便共燃比改變成大約10%合成氣和90%天然氣。因而，當(dāng)可提供的合成氣較少時(shí)，可啟動燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118，這可使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118能夠在IGCC設(shè)備100的啟動期間更快啟動。具體而言，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例當(dāng)把稀釋劑添加到燃料中時(shí)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)118啟動可快大約1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)或5 小時(shí)。因而，可能減少啟動期間滿足排放許可極限的燃燒量(amount of flaring)。燃燒指的是來自升高的堆垛氣體的燃燒。隨著合成氣在啟動期間變得更加易于獲得，燃料控制器可控制從天然氣到合成氣的燃料過渡，以維持高于最小FNPR的操作。相應(yīng)地，在燃燒系統(tǒng)的關(guān)機(jī)期間，隨著合成氣變得難以獲得，燃料控制器可控制從合成氣到天然氣的燃料過渡， 以維持高于最小FNPR的操作。因而，在啟動期間，低需求時(shí)期期間，或IGCC設(shè)備100的一個(gè)或多個(gè)氣化器的維護(hù)或停機(jī)期間，升高的共燃比范圍會是有利的。圖4是可用于如上所述實(shí)現(xiàn)增加的操作包絡(luò)線并協(xié)助防止閃回和駐焰的燃料控制系統(tǒng)240的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。與圖2中所示的那些元件共同的元件用相同的參考標(biāo)號標(biāo)示。在圖示的實(shí)施例中，稀釋劑176在注入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中之前與第二燃料172混合。具體而言，稀釋劑管線242可與第二燃料管線244連接以將稀釋劑176與第二燃料172 混合。稀釋劑176和第二燃料172的混合物被通過稀釋劑和第二燃料混合管線246引向燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。可將LHV傳感器例如但不限于熱量計(jì))設(shè)置在稀釋劑和第二燃料混合管線246上。第一燃料管線250將第一燃料168運(yùn)送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。燃料控制系統(tǒng) 182可調(diào)整流向燃燒器燃料噴嘴252的第一燃料168、第二燃料172和/或稀釋劑176的流率。向燃燒器燃料噴嘴252運(yùn)送第一燃料168、第二燃料172和稀釋劑176的管線180可包括一條或多條管線。在圖4的塊2M中測量或計(jì)算FNPR。使用來自塊2M的FNPR和代表如由LHV傳感器248測量的LHV的信號198，在塊256中調(diào)整LHV設(shè)定點(diǎn)或稀釋劑流率。如以上所討論的，F(xiàn)NPR隨著LHV降低而增加。再一次，稀釋劑可包括蒸氣或氣體，諸如惰性氣體或非可燃?xì)怏w或蒸氣。示例包括蒸汽、氮?dú)?、二氧化碳或它們的組合。因而，通過向燃料添加稀釋劑，LHV降低而FNPR升高。例如，如果來自塊254的FNPR降低，塊256可將信號196發(fā)送至稀釋劑控制閥178以升高稀釋劑流率。同樣地，如果由LHV傳感器248測量的LHV升高， 塊256可向稀釋劑控制閥178發(fā)送信號196以升高稀釋劑176的流率。以下更詳細(xì)地討論了燃料控制系統(tǒng)182的具體實(shí)施例。例如，圖5顯示了使用基于時(shí)刻表或開環(huán)控制的燃料控制系統(tǒng)270的一個(gè)實(shí)施例。 與圖4中所示的那些元件共同的元件用相同的參考標(biāo)號標(biāo)示。稀釋劑流量計(jì)272測量稀釋劑176的流率。第一燃料168、第二燃料172以及稀釋劑176的其他方面與以上所述類似。 塊274代表從遍及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的傳感器獲得的操作參數(shù)的值。測量參數(shù)的示例包括但不限于入口導(dǎo)葉(IGV)位置、校正速度、排放溫度、燃料流率、燃料LHV或它們的組合。在塊 276中，使用時(shí)刻表并基于來自塊274的測量的操作參數(shù)識別稀釋劑流率。塊276的時(shí)刻表可包括在控制軟件和/或燃料控制系統(tǒng)182的存儲器中。此外，建立時(shí)刻表以跨越所有預(yù)計(jì)操作條件而維持最小FNPR，從而防止閃回和駐焰。例如，可形成理論時(shí)刻表且隨后基于臨時(shí)FNPR測量值在現(xiàn)場進(jìn)行核實(shí)和調(diào)整。塊278代表使用塊276的時(shí)刻表選擇的稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)。此外，塊280代表基于來自稀釋劑流量計(jì)272的信號198的測量稀釋劑流率。在圖5的決策塊觀2中，確定來自塊觀0的測量稀釋劑流率和來自塊278的稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)之間的差值。如果差值小于可允許的值，則在塊284中，保持對于稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)。換言之，在當(dāng)前測量的稀釋劑流率附近保持稀釋劑流率。因而，可允許的值代表測量的稀釋劑流率可從稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)偏移的范圍。另一方面，如果測量稀釋劑流率和稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)之間的差值大于可允許的值，則在塊觀6中，調(diào)整對于稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)。例如，如果測量的稀釋劑流率大于稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)，則對于稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)被降低。另一方面，如果測量的稀釋劑流率小于稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)，則對于稀釋劑控制閥178的稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)被升高。通過將稀釋劑流率維持在稀釋劑流率設(shè)定點(diǎn)處或附近，燃料控制系統(tǒng)182可將FNPR維持在最小FNPR之上并如上所述增大燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作性包絡(luò)線。此外，當(dāng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在某些限定的操作點(diǎn)操作時(shí)，基于時(shí)刻表的控制會是有用的。圖6顯示了使用用于閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)換函數(shù)的燃料控制系統(tǒng)300的一個(gè)實(shí)施例。與圖5中所示的那些元件共同的元件用相同的參考標(biāo)號標(biāo)示。和圖5中所示的基于時(shí)刻表的控制一樣，塊274代表燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的測量的操作參數(shù)。在塊302中，基于嵌入存儲在存儲器中的控制軟件中的轉(zhuǎn)換函數(shù)計(jì)算FNPR。轉(zhuǎn)換函數(shù)可為系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。例如，轉(zhuǎn)換函數(shù)可使用拉普拉斯變換得出。在決策塊304中，將計(jì)算的FNPR 與低低FWR值進(jìn)行比較。低低FWR值小于可能導(dǎo)致警報(bào)的低FWR值。在某些實(shí)施例中， 如果計(jì)算的FNPR小于低低FNPR值，則在塊306中，到燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料被從第二燃料 172轉(zhuǎn)換或過渡成第一燃料168，其可謂天然氣、餾出物、LPG或它們的組合。第一燃料168還可稱為后備燃料或啟動燃料。如以上所述，主噴嘴可用于第一燃料168而輔助噴嘴可用于第二燃料172。主噴嘴的噴嘴區(qū)域可遠(yuǎn)小于輔助噴嘴的噴嘴區(qū)域。因而，跨越主噴嘴的壓降可遠(yuǎn)高于跨越輔助噴嘴的壓降，這可導(dǎo)致FWR增加。FWR的此增加可比由過渡至第一燃料168所導(dǎo)致的FWR上的降低大得多，第一燃料168具有比第二燃料172更高的發(fā)熱值。 因而，通過切換至第一燃料168，計(jì)算的FNI3R可升高至高于低低FNI3R值。如果出于一些原因，計(jì)算FNPR的降到低于低低低FNPR值，則燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)被關(guān)機(jī)。低低低FNPR值小于低低FNI3R值。返回決策塊304，如果計(jì)算的FNPR大于低低FNPR水平，則在決策塊308中將計(jì)算的FNPR與低FNPR水平進(jìn)行比較。如果計(jì)算的FNPR大于低FNPR水平，則在塊310中維持 LHV設(shè)定點(diǎn)。換言之，稀釋劑176的流率被維持在當(dāng)前流率。另一方面，如果計(jì)算的FWR小于低FWR水平，則在塊312中，通過將信號196發(fā)送至稀釋劑控制閥179而降低LHV設(shè)定點(diǎn)。接下來，在決策塊314中，計(jì)算LHV和LHV設(shè)定點(diǎn)之間的差值。如果差值小于可允許的值，則在塊316中，保持對于稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)。然而，如果LHV和LHV設(shè)定點(diǎn)之間的差值大于可允許的值，則在塊318中，調(diào)整稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)。例如，如果基于 LHV傳感器248的測量的LHV小于LHV設(shè)定點(diǎn)，則增大稀釋劑176的流率。另一方面，如果 LHV大于LHV設(shè)定點(diǎn)，則降低稀釋劑176的流率。因而，燃料控制系統(tǒng)182可將FWR保持在最小FWR之上并增大燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作性包絡(luò)線，且如上所述幫助防止閃回和駐焰。 此外，當(dāng)若干操作參數(shù)對FNPR的影響可被識別和限定時(shí)，使用轉(zhuǎn)換函數(shù)可能是有用的。圖7顯示了使用用于閉環(huán)控制的模型的燃料控制系統(tǒng)330的一個(gè)實(shí)施例。與圖6 中所示的那些元件共同的元件用相同的參考標(biāo)號標(biāo)示。塊274代表燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的測量的操作參數(shù)，諸如以上所述的那些。在塊332中，實(shí)時(shí)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)模型預(yù)測FNPR。例如，一種類型的基于模型的控制是模型預(yù)測控制(MPC)，其是一種依賴于過程的動態(tài)模型的先進(jìn)的過程控制的方法，最常見的是通過系統(tǒng)識別獲得的線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。使用動態(tài)模型，燃料控制系統(tǒng)182可預(yù)測FNPR的未來值并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣韺NPR維持在限定范圍內(nèi)。在決策塊334中，將預(yù)測的FNPR與低低FNPR值進(jìn)行比較，低低FNPR值小于可導(dǎo)致警報(bào)的低 FNPR值。如果預(yù)測的FNPR小于低低FNI3R值，則在塊306中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的操作過渡至第一燃料168。如果預(yù)測的FNPR降至小于低低FNPR值的低低低FNPR值之下，則燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)被關(guān)機(jī)。返回決策塊334，如果預(yù)測的FNPR大于低低FNPR值，則在決策塊336中將預(yù)測的 FNPR與低FNPR水平進(jìn)行比較。如果預(yù)測的FNPR大于低FNPR，則在塊310中維持LHV設(shè)定點(diǎn)。另一方面，如果預(yù)測的FNPR小于低FNPR，則在塊312中降低LHV設(shè)定點(diǎn)。在決策塊314 中，計(jì)算LHV和LHV設(shè)定點(diǎn)之間的差值并將其與可允許的值進(jìn)行比較。如果差值小于可允許的值，則在塊316中，保持對于稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)。另一方面，如果LHV和LHV設(shè)定點(diǎn)之間的差值大于可允許的值，則在塊318中，調(diào)整稀釋劑控制閥178的設(shè)定點(diǎn)。圖7中顯示的基于模型的控制的其它方面類似于圖6中所示的基于轉(zhuǎn)換函數(shù)的閉環(huán)控制的方面。 此外，以上所述過程控制的方法之外的過程控制的其它方法可用于控制稀釋劑176的流率以將FNPR維持在最小FNPR之上。可用于燃料控制系統(tǒng)182的其它技術(shù)的示例包括但不限于線性或非線性控制器，可編程邏輯控制器，分布式控制系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)過程控制器或過程控制的其它方法。
本書面說明書使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有無異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)性元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的字面語言并無實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等價(jià)結(jié)構(gòu)性元件，則此類其它示例意在處在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括燃料控制器(182)，其配置成控制進(jìn)入燃燒系統(tǒng)(166)的燃料噴嘴052)的第一燃料(168)的第一流量和第二燃料(172)的第二流量之間的燃料過渡，其中所述燃料控制器 (182)配置成調(diào)整與所述第二燃料(17 的所述第二流量結(jié)合的稀釋劑(176)的第三流量， 從而將跨越所述燃料噴嘴052)的壓力比維持在預(yù)定操作壓力比之上。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料控制器(182)配置成經(jīng)由調(diào)整所述稀釋劑(176)的所述第三流量來控制跨越所述燃料噴嘴052)的壓力比，從而防止閃回或駐焰。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料控制器(182)配置成增大所述稀釋劑(176)的所述第三流量并降低所述第二燃料(172)的所述第二流量，以使得所述燃燒系統(tǒng)(166)能夠在較低的負(fù)載下操作。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在多個(gè)氣化器(106)的至少一個(gè)氣化器 (106)脫機(jī)時(shí)，所述燃料控制器(18 配置成增大所述稀釋劑(176)的所述第三流量并降低所述第二燃料(172)的所述第二流量。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料控制器(182)配置成在所述燃燒系統(tǒng)(166)的啟動或關(guān)機(jī)期間控制燃料過渡。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料控制器(182)配置成響應(yīng)于指示壓力、溫度、發(fā)熱值、流率、速度、負(fù)載或它們的組合的至少其中一個(gè)的反饋(198)而控制所述燃料過渡。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述稀釋劑(176)包括氮?dú)?、蒸汽或它們的組合的至少其中一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一燃料(168)包括天然氣、餾出物、液化石油氣或它們的組合的至少其中一個(gè)，且第二燃料(17 包括合成氣。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括具有設(shè)置在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) (118)的燃燒器(120)中的所述燃料噴嘴052)的所述燃燒系統(tǒng)(166)。
10.一種系統(tǒng)，包括燃料控制器(182)，其配置成控制跨越燃燒系統(tǒng)(166)中的燃料噴嘴(25 的壓力比以防止閃回或駐焰，其中所述燃料控制器(18 配置成調(diào)整與燃料(17 的第二流量結(jié)合的稀釋劑(176)的第一流量，從而將壓力比維持在預(yù)定操作壓力比之上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料和稀釋劑控制的系統(tǒng)，具體而言，根據(jù)不同的實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括配置成控制進(jìn)入燃燒系統(tǒng)(166)的燃料噴嘴(252)的第一燃料(168)的第一流量和第二燃料(172)的第二流量之間的燃料過渡的燃料控制器(182)。該燃料控制器(182)配置成調(diào)整與第二燃料(172)的第二流量結(jié)合的稀釋劑(176)的第三流量，從而將跨越燃料噴嘴(252)的壓力比保持在預(yù)定的操作壓力比之上。
文檔編號F02C9/28GK102330606SQ20111015206
公開日2012年1月25日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者B·M·湯普森 申請人:通用電氣公司