用于操作具有多种液体燃料的燃烧器的系统和方法与流程

用于操作具有多种液体燃料的燃烧器的系统和方法


背景技术：

1.本文所公开的主题涉及燃气涡轮系统，并且更具体地讲，涉及燃烧多种液体燃料的燃气涡轮系统。
2.燃气涡轮系统通常包括压缩机、燃烧器和涡轮。燃烧器燃烧压缩空气和一种或多种燃料的混合物，以产生导向到涡轮的热燃烧气体以产生功，诸如以驱动发电机或其他负载。压缩机压缩氧化剂流(例如，空气)，并随后将压缩的氧化剂导向到燃烧器。燃气涡轮系统可以被配置成与各种燃料一起操作。可能期望的是，针对效率、可用性和/或成本原因，在燃气涡轮系统操作的第一周期使用一些燃料并且在燃气涡轮系统的操作的第二周期使用其他燃料。然而，用于单独燃料的单独燃料供应系统可以增加燃气涡轮系统的成本和占用空间。此外，可能不期望的是，关停燃气涡轮系统以改变燃气涡轮系统的燃料源。


技术实现要素：

3.下面概述了与最初要求保护的主题的范围相当的某些实施方案。这些实施方案并非旨在限制权利要求书的范围，相反这些实施方案仅旨在提供本公开的实施方案的可能形式的简要概述。实际上，本公开可以包括可以与下面阐述的实施方案类似或不同的各种形式。
4.在一个实施方案中，一种系统包括燃料供应系统。燃料供应系统包括燃料泵，该燃料泵具有入口和出口。燃料供应系统还包括第一燃料进给阀，该第一燃料进给阀被配置成至少部分地基于第一进给阀控制信号来将第一液体燃料的第一流控制到入口。燃料供应系统进一步包括第二燃料进给阀，该第二燃料进给阀被配置成至少部分地基于第二进给阀控制信号来将第二液体燃料的第二流控制到入口。此外，燃料供应系统包括电机，该电机联接到燃料泵。电机包括被配置成驱动电机的变频驱动装置。电机被配置成至少部分地基于泵速度控制信号来驱动燃料泵。燃料供应系统还包括主燃料控制阀，该主燃料控制阀被配置成至少部分地基于主燃料阀控制信号来将燃料流调控到燃气涡轮系统的燃料歧管/喷嘴。主燃料阀控制信号至少部分地基于燃气涡轮系统的负载需量。燃料供应系统进一步包括控制器，该控制器联接到电机、第一燃料进给阀、第二燃料进给阀和主燃料控制阀。控制器被配置成至少部分地基于第一液体燃料的第一燃料参数和第二液体燃料的第二燃料参数来产生第一进给阀控制信号、第二进给阀控制信号、泵速度控制信号和主燃料控制阀信号。控制器还被配置成控制从在第一时间处到入口的第一流转变到在第二时间处到入口的第二流。
5.在一个实施方案中，一种用于在燃气涡轮系统的操作期间在供应到燃气涡轮系统的液体燃料流之间转变的方法包括通过打开到第一液体燃料阈值的第一燃料进给阀将第一液体燃料供应到燃料泵的入口。第一液体燃料阈值至少部分地基于第一液体燃料的第一燃料参数。该方法还包括将第一液体燃料从燃料泵的出口导向到燃气涡轮系统的燃烧器。该方法进一步包括利用燃烧器中的氧化剂燃烧第一液体燃料以产生废气。此外，该方法包括通过燃气涡轮系统的涡轮使废气膨胀以驱动联接到涡轮和负载的轴。该方法还包括在转
变周期内从在燃烧器中燃烧第一液体燃料转变到在燃烧器中燃烧第二液体燃料。转变包括将第二燃料进给阀打开到第二液体燃料阈值，以将第二液体燃料供应到燃料泵的入口同时将第一液体燃料供应到该入口。第二液体燃料阈值至少部分地基于第二液体燃料的第二燃料参数。转变还包括响应于将第二燃料进给阀打开到第二液体燃料阈值而从第一液体燃料阈值闭合第一燃料进给阀以停止将第一液体燃料供应到入口。转变进一步包括控制电机的速度，该电机被配置成驱动燃料泵以将液体燃料流在出口处的排放压力维持在转变压力范围内。液体燃料流包括第一液体燃料、第二液体燃料或其任何组合。
6.在一个实施方案中，燃料供应系统包括处理器，该处理器被配置成控制第一燃料进给阀，该第一燃料进给阀被配置成将第一液体燃料导向到燃料泵。燃料泵被配置成在燃气涡轮系统的启动周期期间，经由主燃料控制阀将第一液体燃料供应到燃烧器。处理器还被配置成至少部分地基于第一液体燃料的第一燃料参数和第二液体燃料的第二燃料参数来确定用于第二燃料进给阀的第二液体燃料阈值。处理器还被配置成在转变周期期间，将第二燃料进给阀控制到第二液体燃料阈值，以将第二液体燃料导向到燃料泵同时将第一液体燃料导向到燃料泵。此外，处理器被配置成在转变周期期间，响应于将第二燃料进给阀控制到第二液体燃料阈值而控制第一燃料进给阀以停止将第一液体燃料导向到燃料泵。处理器还被配置成在转变周期期间，控制电机的速度，该电机被配置成驱动燃料泵以在转变周期期间将来自燃料泵的燃料流在主燃料控制阀处的排放压力维持在转变压力范围内。燃料流包括第一液体燃料、第二液体燃料或其任何组合。处理器被进一步配置成在燃气涡轮系统的稳态周期期间，控制电机的速度以驱动燃料泵经由主燃料控制阀将第二液体燃料供应到燃烧器。
附图说明
7.当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的字符在整个附图中表示相同的部件，其中：
8.图1是具有燃料供应系统的燃气涡轮系统的实施方案的示意性框图，该燃料供应系统具有多种燃料；
9.图2示出了在燃气涡轮系统的操作期间的燃气涡轮系统的压缩机轴和多种燃料供应系统的泵轴的速度的图表；
10.图3是在从燃料供应系统供应到燃气涡轮系统的燃料源之间的转变的实施方案的流程图；并且
11.图4是示出了在燃料供应系统的燃料源转变期间控制燃料阀的图表。
具体实施方式
12.下面将描述本公开的一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际具体实施的所有特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定于实施方式的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵守系统相关和业务相关的约束，这些约束可能因实施方式而异。此外，应当理解，此类开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。
13.当介绍本公开的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在元件中的一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意味着可能存在除列出元件之外的附加元件。
14.燃气涡轮系统通过涡轮使燃烧气体膨胀以产生可以驱动一个或多个负载的功。提供给燃气涡轮系统的燃料可以被提供到燃烧器，以便基于燃料的化学和物理参数、燃料的成本和燃料的可用性来产生燃烧气体。标准化的燃料(诸如柴油、天然气、汽油、喷气燃料)可能获得用于启动和关停操作所需的一致的燃料参数。然而，除非这些标准化燃料供应到燃气涡轮系统以产生燃烧气体，否则这些燃料可能比其他燃料源更昂贵或更不可用，诸如可能在燃气涡轮系统的位点附近以其他方式突然烧旺的那些燃料源。从其他燃料源递送燃料以用于燃气涡轮系统的稳态操作的单独燃料泵和/或压缩机可以增加燃料供应系统的占用空间。然而，如本文所述的对燃料源的燃料参数的分析使得燃料供应系统能够向燃烧器提供不同的燃料，同时避免多相燃料流。对于利用多种液体燃料的操作，燃料供应系统通过控制变速电机来驱动燃料泵和燃料控制阀，可以维持来自燃料泵的液体燃料的排放压力，同时在燃料供应系统的液体燃料源之间转变。控制本文所述的液体燃料供应系统的系统和方法在液体燃料源之间的整个转变中维持燃气涡轮系统的操作稳定性。
15.现在参照附图，图1示出了燃气涡轮系统10的一个实施方案的框图。该图包括压缩机12、涡轮燃烧器14和涡轮16。涡轮燃烧器14包括一个或多个燃料歧管/喷嘴18，该一个或多个燃料歧管/喷嘴将液体燃料和/或气体燃料(例如，天然气、合成气或任何其他气体燃料)从燃料供应系统30引导到涡轮燃烧器14中。涡轮燃烧器14点燃并燃烧空气-燃料混合物以产生热的加压燃烧气体24，该燃烧气体随后被导向到涡轮16中。可以理解，虽然图1示出了一个涡轮燃烧器14，但是燃气涡轮系统10的一些实施方案可以包括将燃烧气体24导向到涡轮16的多个涡轮燃烧器14。涡轮16的涡轮叶片联接到一个或多个轴26，该一个或多个轴还可以联接到整个涡轮系统10中的若干其他部件，诸如具有压缩机轴26c的压缩机12。在燃烧气体24抵靠涡轮16中的涡轮叶片流动时，涡轮16被驱动旋转，这使得涡轮轴26t旋转。最终，燃烧气体24作为废气28离开燃气涡轮系统10。涡轮轴26t可以联接到负载32，该负载经由涡轮轴26t的旋转而被提供动力。例如，负载32可以是可经由涡轮系统10的旋转输出产生动力的任何合适的装置，诸如发电厂或外部机械负载。在某些实施方案中，负载32可以包括发电机、船的螺旋桨(例如，在海上应用中)等等。
16.在燃气涡轮系统10的实施方案中，压缩机叶片被包括作为压缩机12的部件。压缩机12内的叶片联接到压缩机轴26c并且将随着压缩机轴26c受涡轮16驱动而旋转，如上所述。压缩机12内的叶片旋转导致对由压缩机12从进气口34接收到的空气流20进行压缩，从而形成加压气流36。例如，在某些实施方案中，加压气流的第一支流36a可以进给到一个或多个燃烧器14中，在一个或多个燃烧器中，该加压气流的第一支流用于在燃烧器14内部氧化来自燃料供应系统30的一个或多个源38的燃料。在某些实施方案中，加压气流的第二支流36b可以进给到燃料歧管/喷嘴18中，在该燃料歧管/喷嘴中，此加压气流36b与来自燃料系统30的一个或多个源38的燃料预混合，以产生用于燃烧的合适的空气燃料混合物40，以便不浪费燃料或产生过量的排放。
17.本公开的燃料供应系统30从一个或多个燃料源38向一个或多个燃料歧管/喷嘴18供应燃料。燃料供应系统30可以经由燃料泵42向燃料歧管/喷嘴18供应一种或多种液体燃
料。燃料泵42可以是经由泵轴46联接到电机44、利用变频控制装置48(诸如变频驱动(vfd)电机、开关磁阻(sr)电机)控制速度的离心泵或容积泵、或是通过在其排放侧调节几何形状来控制排放压力的泵。在某些实施方案中，燃料供应系统30仅具有一个燃料泵42，该燃料泵被配置成将一个或多个燃料源38联接到将适当燃料流导向到一个或多个燃料歧管/喷嘴18的燃料控制阀50，从而相对于具有多个并行液体燃料泵的燃料供应系统减少燃料供应系统30的占用空间。
18.在某些实施方案中，用于控制电机44变速以及控制燃料控制阀50的排放压力的电机44的vfd/sr 48可以由燃气涡轮控制器52监测和控制。在某些实施方案中，控制器52可以借助于位于燃料泵42的排放附近的压力发射器54，通过控制泵轴46的输出速度来调控排放压力并且通过连续监测排放压力来调控燃料泵42，该压力发射器向控制器52提供反馈以闭合压力调控的控制回路。控制器52的处理器56可以执行存储在控制器52的存储器58中的指令，以控制电机控制管线60上的信号。在某些实施方案中，控制器52可以仅基于来自本文所描述的传感器和发射器的反馈，自动地执行本文所描述的控制功能而无需人类干预。
19.燃料泵42经由燃料泵42的出口64将在燃料泵42的入口62处接收到的燃料递送到一个或多个燃料歧管/喷嘴18。控制器52可以经由，通过在进给阀控制管线68上传送的信号(例如，阀控制信号)控制一个或多个相应燃料进给阀66，来控制一个或多个液体燃料源38中的哪些液体燃料被导向到入口62。例如，在某些实施方案中，第一燃料源38a(例如，柴油)向入口62的供应由第一燃料进给阀66a控制，第二燃料源38b(例如，液态丁烷)向入口62的供应由第二燃料进给阀66b控制，并且第三燃料源38c(例如，石脑油)向入口62的供应由第三燃料进给阀66c控制。如图1所示，可以使用任何数量的燃料源38(例如，图1中示出的第n燃料源38d)和对应的燃料阀66。
20.在某些实施方案中，一个或多个转发泵70可以被布置在燃料源38与燃料泵42的入口62之间。每个转发泵70可以增加来自相应液体燃料源38的液体燃料的压力，以减少或消除进入燃料泵42的入口62的两相流。控制器52可以控制操作一个或多个转发泵70，以及控制燃料进给阀66。例如，控制器52可以在相应燃料进给阀66闭合时停止转发泵70，并且可以在相应燃料进给阀66打开时启动转发泵70。
21.此外，在某些实施方案中，本公开的燃料供应系统30可以从一个或多个气体燃料源72供应气体燃料。控制器52可以命令利用气体燃料进行启动、关停或稳态操作，以及命令传递来自/到多个液体燃料源38中的任一个液体燃料源。
22.在某些实施方案中，液体燃料的比重范围可以在：例如，介于0.2与2.0之间；蒸气压范围可以在20摄氏度下：例如，介于0.015psi与35psi之间；润滑性范围可以在：例如，关于高频往复钻机(hfrr)方法介于350μm与1000μm之间；并且较低热值范围可以在：例如，介于8,000btu/lbm与20,000btu/lbm之间。这种分类包括环境条件下的液态烃、环境条件下的液态醇、环境条件下的液态生物燃料、环境条件下的液态脂肪酸等。气体燃料的比重范围可以在：例如，介于0.2与2.5之间；烃露点范围可以在14.696psia(1atm)下：例如，介于-100f与100f之间；修改的沃泊指数(mwi)范围可以在：例如，介于10与80之间；较低的质量热值范围可以在：例如，介于5,000btu/lbm与22,000btu/1bm之间；并且较低的体积热值范围可以在：例如，介于290btu/scf与3700btu/scf之间。
23.如下面详细讨论的，控制器52的处理器56可以根据各种控制方案执行来自控制器
52的存储器58的指令，以控制供应到液体燃料泵42的一个或多个燃料源的量。例如，控制器52可以控制燃料进给阀66，以从仅一个燃料源38向入口62提供燃料，以在液体燃料泵42中混合来自两个或更多个燃料源38的燃料，并且在提供到入口62的燃料或燃料混合物之间转变。尽管下文论述的实施方案讨论了第一液体燃料与第二液体燃料之间的转变，但是应当理解，燃料供应系统30可以受到控制，以控制从第一液体燃料到包括第一液体燃料的液体燃料混合物的转变，以控制从第一液体燃料到排除第一液体燃料的液体燃料混合物的转变，以控制从液体燃料的混合物到混合物的仅第一液体燃料的转变，或以控制从液体燃料的混合物到不在混合物中的仅第一液体燃料的转变。对于此类转变，控制器可以接收来自传感器、致动器的反馈和/或来自操作员的输入，该输入关于用于燃料供应系统30的液体燃料源38中的每一个液体燃料源的燃料参数。用于液体燃料源38的燃料参数促进控制器的操作以确定液体燃料转变值，该液体燃料转变值可以影响燃料进给阀阈值、电机速度、燃气涡轮系统的速度、燃气涡轮系统上的负载或其任何组合。
24.燃料供应系统30的控制器52可以在整个燃料供应系统30和燃气涡轮系统10中从一个或多个传感器74接收反馈。传感器74可以包括但不限于压力传感器、组合物传感器、流量计、温度传感器、负载传感器、旋转传感器或其任何组合。传感器74可以向控制器52提供反馈，该反馈关于液体燃料源38的温度、液体燃料源38的压力、从压力发射器54所指示的液体燃料泵42导向的一种或多种燃料在出口64处的排放压力、燃料控制阀50的位置、泵轴46的速度、燃气涡轮系统10的压缩机轴26c的速度、燃气涡轮系统10的涡轮轴26t的速度、燃气涡轮系统10上的负载32或其任何组合。控制器52可以至少部分地基于来自一个或多个传感器74的反馈来控制液体燃料泵42、燃料进给阀66和燃料控制阀50。
25.图2描绘了图表75和图表76，该图表75示出了图1的燃气涡轮系统10的实施方案的在燃气涡轮系统10的操作期间的压缩机轴26c的速度，该图表76示出了在图1的燃气涡轮系统10的操作期间的泵轴46的速度。在启动周期78期间，燃气涡轮系统10通过在燃烧器14中燃烧第一液体燃料38a(例如，柴油)而启动，同时压缩机轴26c以启动速度80驱动。在启动周期78期间，燃气涡轮系统10的部件通过操作加热。例如，第一燃料的燃烧加热了燃烧器14和涡轮16，压缩机12中的空气20的压缩加热了压缩机12，并且摩擦可以使压缩机轴26c、涡轮轴26t和驱动负载32中的润滑剂升温。在启动和关停操作期间的燃气涡轮系统上的负载可以小于燃气涡轮系统的额定负载的大约百分之50、40、30、25、20或10。压缩机轴26c可以由启动器初始地以启动速度驱动，直到燃烧器14中燃料的燃烧产生足够的燃烧气体，以便以比启动速度80大的速度驱动涡轮16和压缩机轴26c。
26.控制器52可以控制电机44的vfd/sr 48，以便以初始泵速度82驱动燃料泵42。压缩机轴26c的启动速度80可以为大约2400rpm。在某些实施方案中，以大约3500rpm的初始泵速度82驱动泵轴46导致燃料泵42在大约600psig下将第一液体燃料38a(例如，柴油)导向到燃料歧管/喷嘴18。在燃烧气体驱动涡轮16并在t1处以空闲速度84使压缩机轴26c旋转之后，控制器52可以在t2处控制电机44的vfd/sr 48，以将泵速度从初始泵速度82增加到t3处的启动燃料速度86。在某些实施方案中，燃气涡轮系统10的压缩机轴26c的空闲速度84介于6800rpm与7000rpm之间。在某些实施方案中，在大约5150rpm的启动燃料速度86下驱动泵轴46导致燃料泵42在转变压力(例如，大约1200psig)下将第一液体燃料38a导向到燃料歧管/喷嘴18。轴速度可以响应于在t2处将燃料从泵控制到燃烧器14而从t1处的空闲速度84增加
到t2处介于7100rpm与7500rpm之间的最小负载速度88。
27.第一液体燃料38a在燃烧器14中燃烧出的燃烧气体可以继续将压缩机轴26c的速度从t2处介于7100rpm与7500rpm之间的最小负载速度88增加到t4处的燃料传递速度90。在燃料传递速度90下，燃气涡轮系统10可以被配置成利用第一液体燃料38a、第二液体燃料38b或其任何组合稳定地操作和驱动燃料传递。在某些实施方案中，用于稳定地操作燃气涡轮系统10的燃料传递速度90介于8200rpm与10000rpm之间。在某些实施方案中，由变速燃料泵42在启动燃料速度86下提供的第一液体燃料38a的压力是基于在第一转变周期92期间添加了第一液体燃料38a的第二液体燃料38b的蒸气压确定的。也就是说，控制器52可以在启动周期78期间利用第一液体燃料38a将连接到燃料泵42的vfd/sr 48控制到启动燃料速度86，以在第一转变周期92期间促进从第一液体燃料38a到第二液体燃料38b的传递而不改变第一液体燃料38a或第二液体燃料38b的相。可以理解的是，如果燃料泵42在比第二液体燃料38b的蒸气压小的压力下接收第一液体燃料38a，则燃料泵42可以接收双相流，在该双相流中，第一液体燃料38a作为液体接收而第二液体燃料38b作为气体接收。控制器52可以控制连接到燃料泵42的vfd/sr48和启动燃料速度86，以避免从燃料源中的任一个燃料源向燃料泵42提供两相流。控制器52可以至少部分地基于来自以下项的反馈来确定启动燃料速度86：燃料源的燃料压力的传感器、燃料源的燃料温度、由操作员输入的燃料特性或其任何组合。
28.在转变周期期间，控制器52可以将第一液体燃料38a的第一流维持到燃料泵42，并且将第二液体燃料38b的第二流增加到燃料泵42。控制器52可以控制电机44的vfd/sr 48，以在转变周期期间将燃料泵42的速度从t4处的启动燃料速度86增加到t5处的初级燃料速度94，以促进将附加的第二液体燃料38b导向到燃料泵42而不调节由燃料泵42供应的燃料的压力(例如，排放压力)。也就是说，控制器52可以控制电机44的vfd/sr 48，以在转变周期期间调节燃料泵42的速度，以将排放压力维持在期望压力范围内(例如，转变压力)。在第一液体燃料38a是柴油液体燃料并且第二液体燃料38b是液态丁烷燃料的实施方案中，初级燃料速度94可以为大约6060rpm。控制器52可以至少部分地基于在斜升周期96、稳态周期100和/或斜降周期102期间导向到燃烧器的一种或多种燃料的燃料参数来确定燃料泵42的初级燃料速度94。在某些实施方案中，控制器52至少部分地基于以下项来确定燃料泵的初级燃料速度94：第二液体燃料38b的较低热值、第二液体燃料38b的润滑性、第二液体燃料38b的比重、或第二液体燃料38b的蒸气压或其任何组合。在某些实施方案中，控制器52可以从传感器74和压力发射器54的反馈来确定燃料的组合物，然后从存储在存储器58中或能够以其他方式由控制器52的处理器56访问的表中确定燃料的一个或多个参数。在第一转变周期92期间，控制器52可以控制燃料进给阀66，以增加提供到燃料泵42的第二液体燃料38b的量，并减少提供到燃料泵42的第一液体燃料38a的量。在某些实施方案中，第一转变周期92介于15秒至180秒、30秒至150秒或60秒至120秒之间。如下文所详细讨论的，首先，控制器52可以将提供到燃料泵42的第二液体燃料38b的量从零增加到第二量，然后，将提供到燃料泵42的第一液体燃料38a的量从第一量降低到零。一般来讲，控制器52被配置成，经由本文所述的控制，确保第一液体燃料38a和第二液体燃料38b各自在第一转变周期92期间保持液相。
29.在某些实施方案中，上文所描述的燃料传递过程可以从燃气涡轮轴速度88到速度90以预定斜升逐渐发生，而不必将燃气涡轮轴速度保持在90；也就是说，将第二燃料进给阀
38b打开到第二阈值，同时将第一燃料进给阀38a从第一阈值闭合到零。在某些实施方案中，此过程可以部分地通过基于第一燃料和第二燃料的燃料特性、环境特性和燃气涡轮轴斜升速率调节泵42的速度来完成。
30.在t5处的第一转变周期92之后，控制器52可以在斜升周期96期间控制燃气涡轮系统10，以将压缩机轴26c的速度从燃料传递速度90增加到t6处的操作负载速度98。在某些实施方案中，操作负载速度98介于9500rpm与15000rpm之间。在操作负载速度98处，由第二液体燃料38b供应的燃气涡轮系统10被配置成在稳态周期100期间驱动负载。燃气涡轮系统10可以被配置成在稳态周期100中操作数小时、数天、数周或更多。在t7处，控制器52可以在斜降周期102期间控制燃气涡轮系统10，以将压缩机轴26c的速度从操作负载速度98降低到t8处的燃料传递速度90。在t8处，控制器52在第二转变周期104期间控制燃料进给阀66，以减少提供到燃料泵42的第二液体燃料38b的量，并增加提供到燃料泵42的燃料供应系统30的另一液体燃料的量。尽管图2的图表75、图表76示出了第一液体燃料38a与第二液体燃料38b之间的转变的实施方案，但是控制器52还可以控制在多于两种液体燃料间的转变。在第二转变周期104期间，控制器52可以控制进给阀66，以将提供到燃料泵42的第一液体燃料38a的量从零增加到第一量，然后将提供到燃料泵42的第二液体燃料38b的量从第二量减少到零。在t9处，控制器52可以在关停周期106中控制燃气涡轮系统10，以将压缩机轴26c的速度从燃料传递速度90降低到t
10
处的最小负载速度88。控制器52可以将t
10
处泵轴46的速度从启动燃料速度86降低到t
11
处的初始泵速度82，从而为关停燃料供应系统30作准备。在t
11
处，控制器52可以降低压缩机轴26c的速度和泵速度76，使得压缩机轴速度和泵速度分别在t
12
处降低为零rpm。尽管图2示出了压缩机轴26c的速度和泵轴46的速度在t
12
处为零rpm，但是应当理解，在燃气涡轮系统10的某些实施方案中，压缩机轴26c的速度和泵轴46的速度可以在关停周期106期间的不同时间处以不同速率减小并降低到零rpm。一般来讲，控制器52被配置成，经由本文所述的控制，确保第一液体燃料38a和第二液体燃料38b各自在第二转变周期104期间保持液相。
31.液体燃料源38的可用性和成本可以在燃气涡轮系统10的位点中变化。例如，柴油燃料、煤油或汽油可以用于燃气涡轮系统10的标准化启动和关停程序。然而，一些液体燃料(诸如柴油)可以相对于其他液体燃料(诸如馏出物燃料、喷气燃料、石脑油、液态丁烷、液态丙烷、液化石油气(lpg)以及其他烃类或烃混合物)具有更小可用性、更高成本、或更小可用性和更高成本两者。此外，液体燃料的热值不同，使得相较于具有较低热值的第二液体燃料，具有较高热值的第一液体燃料可能期望具有更高负载的操作。因此，控制器52可以控制燃料进给阀66、vfd/sr 48和燃料控制阀50，以基于一种或多种液体燃料的可用性、一种或多种液体燃料的成本和/或通过一种或多种液体燃料的燃烧驱动的所需负载来从燃料供应系统30的一种或多种液体燃料的第一流转变到燃料供应系统30的一种或多种液体燃料的第二流。当可用且便于操作员时，可以利用通过气体燃料系统系的任何气体燃料执行启动和关停。
32.图3示出了燃气涡轮系统的从利用第一液体燃料启动到利用第二液体燃料或液体燃料混合物驱动全负载的操作方法120的实施方案的流程图。燃料供应系统的控制器控制连接到燃料泵的vfd/sr，以将第一液体燃料导向到燃料供应系统的一个或多个燃料歧管或喷嘴(框122)。控制器还打开燃料进给控制阀(框124)，以允许第一液体燃料流动到燃料泵
的入口。控制器可以在大致相同的时间(例如，在1秒至10秒内)执行框122和124。燃气涡轮系统启动(框126)燃气涡轮系统的压缩机和涡轮，从而发起燃气涡轮系统的轴的旋转。在某些实施方案中，启动燃气涡轮系统(框126)的控制器还控制燃料供应系统。当第一液体燃料由主燃料控制阀从燃料泵引导到燃烧器并且氧化剂从压缩机引导到燃烧器时，控制器可以控制燃烧器中的氧化剂-燃料混合物的燃烧(框128)。如上所述，在启动周期78期间，控制器控制供应到燃烧器的燃料和氧化剂，以使燃气涡轮发动机的部件升温(框130)，从而增加燃气涡轮系统的稳定性。
33.控制器至少部分地基于燃料供应系统的燃料源的燃料参数来确定燃料转变值(框132)。在某些实施方案中，控制器至少部分地基于燃气涡轮系统的周围环境的燃料参数和环境参数(例如，温度、压力、湿度)来确定燃料转变值(框132)。燃料转变值可以包括但不限于，用于燃料泵发起从第一液体燃料转变到第二液体燃料的启动燃料速度、在从第一液体燃料转变到第二液体燃料期间的燃气涡轮系统上的传递负载、用于燃料供应系统的一个或多种燃料进给阀的转变阈值、在转变之后的提供到燃烧器的第二液体燃料的液体燃料的混合物或其任何组合。然后，控制器至少部分地基于第一液体燃料和第二液体燃料的燃料参数将连接到燃料泵的vfd/sr控制到启动燃料速度(框134)。如上所述，可以基于在转变周期期间添加了第一液体燃料的第二液体燃料的蒸气压来确定启动燃料速度。控制器可以将连接到燃料泵的vfd/sr控制到启动燃料速度(框134)，该启动燃料速度促进从第一液体燃料到第二液体燃料的传递，而不将多相燃料流供应到燃料泵或到一个或多个燃料歧管/喷嘴。对于这些情况中的任何情况，主燃料控制阀将启动燃料流、转变期间的液体燃料混合物流以及第二液体燃料流调控到歧管/喷嘴作为用于液体燃料流控制目的的变速燃料泵的补充剂。
34.控制器将燃气涡轮系统上的负载控制到传递负载(方框136)，在该传递负载处，控制器可以借助于主燃料控制阀和各个燃料进给阀将供应到燃烧器的燃料从第一液体燃料稳定地转变为第二液体燃料。启动燃料可以分别是柴油、煤油或汽油或气体燃料。第二燃料可以是液体燃料，诸如丁烷、煤油或喷气燃料等等。如上所述，控制器可以至少部分地基于第二液体燃料的燃料参数来确定燃料转变值(框132)，诸如传递负载。例如，如果由第一液体燃料的燃烧支撑的第一空闲负载小于由第二液体燃料的燃烧支撑的第二空闲负载，则传递负载可以是第二空闲负载，使得燃气涡轮可以在从第一液体燃料转变到第二液体燃料期间稳定地提供传递负载。在燃气涡轮系统支撑传递负载之后，控制器从第一液体燃料转变到第二液体燃料(框138)。为了在燃料之间转变，控制器打开用于第二液体燃料的第二燃料进给阀(框140)，同时维持燃气涡轮系统的稳定操作。当第二燃料进给阀已经打开到第二液体燃料转变阈值时，控制器闭合用于第一液体燃料的第一燃料进给阀(框142)，同时维持燃气涡轮系统的稳定操作。为了维持燃气涡轮系统的稳定操作，控制器可以在相应转变周期内逐渐地打开(框140)和闭合(框142)燃料进给阀。
35.打开或闭合燃料进给阀的转变值可以为5秒、10秒、15秒、20秒、30秒、45秒或60秒或更多秒，使得控制器在10秒、20秒、30秒、40秒、60秒、90秒或120秒或更多秒的时间段内执行框140和框142。在某些实施方案中，控制器可以在转变期间(框138)在打开(框140)与闭合(框142)燃料进给阀之间暂停5秒、10秒、15秒、30秒或60秒或更多秒。用于打开(框140)第二燃料进给阀的第二液体燃料转变阈值可以为打开大约百分之50、60、70、80、90或100。在
液体燃料的转变期间(框138)，控制器可以借助于vfd/sr调节燃料泵的速度(框144)，同时在转变周期内控制燃料进给阀和主燃料控制阀。例如，控制器可以在转变到蒸气压比第一液体燃料高的第二液体燃料期间增加燃料泵的速度，同时调节主燃料控制阀的位置以维持燃气涡轮负载。控制器可以增加燃料泵的速度，以在转变周期期间将从泵的出口供应到燃烧器的燃料的排放压力维持在转变压力的范围(例如，0.5％至10％)内，并且调节主燃料控制阀的位置以维持燃气涡轮负载。将供应到燃烧器的液体燃料的排放压力维持在转变压力范围内可以在转变周期期间促进燃烧器内的稳定燃烧。在一些情况下，气体燃料可以用于启动和关停燃气涡轮系统和到液体燃料源的转变，允许燃气涡轮系统在稳态或高于转变负载的负载下执行到第二液体燃料或其他液体燃料的混合物的转变，以便启动和关停过程。
36.在控制器已闭合(框142)第一燃料进给阀并且燃气涡轮系统完全通过第二液体燃料的燃烧操作之后，控制器可以基于所需负载控制燃气涡轮系统(框146)同时利用第二液体燃料操作燃气涡轮系统。如可以理解的，控制器可以借助于主燃料控制阀，响应于燃气涡轮系统上负载的变化而在燃气涡轮系统的稳态操作期间调节供应到燃烧器的第二液体燃料的量和/或压力。控制器可以重复如上所述的框132至框144，以从第二液体燃料转变到第一液体燃料、转变到第三液体燃料、或转变到燃料供应系统的一种或多种液体燃料的混合物。
37.图4示出了控制燃料进给阀以在上述液体燃料之间转变的实施方案的图表160。在燃料转变162之前，被配置成将第一液体燃料供应到燃料泵的第一燃料进给阀的第一位置164被打开到第一液体燃料阈值166。可以由燃料供应系统的控制器基于用于燃气涡轮系统的确定传递负载来确定第一液体燃料阈值166。如上所述，可以基于燃气涡轮系统的环境条件和第一液体燃料和第二液体燃料的燃料参数来确定传递负载。例如，燃料供应系统的控制器可以从对第一液体燃料和第二液体燃料的燃料参数的分析来确定，从第一液体燃料到第二液体燃料的稳定转变可以在传递负载下发生，该传递负载通过在第一燃料进给阀打开到第一液体燃料阈值时供应的第一量的第一液体燃料的燃烧支撑。还可以从对第一液体燃料和第二液体燃料的燃料参数的分析来确定控制器，传递负载可以通过在第二燃料进给阀的第二位置168打开到第二液体燃料阈值170时的第二量的第二液体燃料的燃烧支撑。控制器可以基于来自监测相应液体燃料的传感器的反馈、来自与相应液体燃料的燃料参数相关联的控制器的输入或其任何组合来分析第一液体燃料和第二液体燃料的燃料参数。在某些实施方案中，第一液体燃料阈值166打开介于大约25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或100％之间。在某些实施方案中，第二液体燃料阈值170打开介于大约25％、30％、40％、50％、60％、70％、75％、80％、90％或100％之间。例如，第一液体燃料阈值166可以打开大约40％，并且第二液体燃料阈值可以打开大约75％。
38.为了开始燃料转变162，控制器在ta处调节第二燃料进给阀的第二位置168以打开第二燃料进给阀。打开第二燃料进给阀的第二速率172可以至少部分地基于以下项来控制：第二燃料进给阀的阀类型(例如，蝶阀、球阀、闸阀、球心阀)、燃气涡轮系统的稳定性、和第二液体燃料的参数(例如，粘度、蒸气压、比重、润滑性)或其任何组合。针对将第二燃料进给阀的第二位置168打开到第二液体燃料阈值170的第二转变周期174可以介于大约5秒、10秒、15秒、20秒、30秒、45秒或60秒之间。控制器将第二燃料进给阀打开到第二液体燃料阈值170，而第一进给阀保持打开到第一液体燃料阈值166。在tb处，第二燃料进给阀打开到第二
液体燃料阈值170，而第一燃料进给阀保持打开到第一液体燃料阈值166。因此，第一液体燃料和第二液体燃料在燃料转变162期间被供应到燃料泵。如上所述，燃料泵的速度可以由vfd/sr在燃料转变162期间基于第一液体燃料和第二液体燃料的燃料参数并且基于来自压力发射器的排放压力来控制，以避免燃料泵内和/或燃料泵下游的两相流。燃气涡轮系统在燃料转变162期间燃烧第一液体燃料和第二液体燃料的混合物。
39.在某些实施方案中，控制器在tb处调节第一燃料进给阀的第一位置164，以在第二燃料进给阀打开到第二液体燃料阈值170时立即闭合第一燃料进给阀。在某些实施方案中，控制器可以在tb处暂停稳定的时间间隔(例如，介于1秒和60秒之间)，以确保燃气涡轮系统在调节第一燃料进给阀的第一位置164之前的燃烧稳定性。闭合第一燃料进给阀的第一速率176可以至少部分地基于以下项来控制：第一燃料进给阀的阀类型(例如，蝶阀、球阀、闸阀、球心阀)、燃气涡轮系统的稳定性、和第一液体燃料的参数(例如，粘度、蒸气压、比重、润滑性)或其任何组合。针对将第一燃料进给阀的第一位置164从第一液体燃料阈值166闭合到完全闭合位置180的第一转变周期178可以介于大约5秒、10秒、15秒、20秒、30秒、45秒或60秒之间。控制器闭合第一燃料进给阀，同时第二进给阀保持打开到第二液体燃料阈值170。在tc处，第二燃料进给阀保持打开到第二液体燃料阈值170，而第一燃料进给阀被命令到完全闭合位置180。因此，仅第二液体燃料在燃料转变162之后被供应到燃料泵。在tc处，控制器可以借助于vfd/sr调节主燃料控制阀的位置和燃料泵的速度，以将所需量和压力的第二液体燃料供应到燃气涡轮系统的燃烧器，以驱动所需负载。
40.本公开的技术效果包括利用一个燃料泵从供应到燃气涡轮系统的燃烧器的第一液体燃料转变到供应到燃烧器的第二液体燃料，该一个燃料泵被配置成在转变期间从一个燃料泵供应两种燃料而不关停燃气涡轮系统。通过利用一个燃料泵并在转变期间调节泵的操作，可以避免与多个液体燃料系统相关联的附加成本、大小和操作复杂性，以利用多种液体燃料促进燃气涡轮系统的操作。在燃气涡轮系统的操作期间利用多种液体燃料通过使得能够在稳态操作期间利用变化的液体燃料源和/或局部液体燃料源而非利用标准化燃料源(例如，柴油、煤油、汽油和在一些情况下，气体燃料)启动或关停程序来增加燃气涡轮系统的操作灵活性。
41.本书面描述使用示例来公开本公开的实施方案，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。
42.元件列表
43.10-燃气涡轮系统
44.12-压缩机
45.14-燃烧器
46.16-涡轮
47.18-燃料歧管/喷嘴
48.20-空气
49.24-燃烧气体
50.26c-压缩机轴
51.26t-燃气涡轮轴
52.28-废气
53.30-燃料供应系统
54.32-负载
55.34-进气口
56.36-加压气流
57.38-液体燃料源
58.40-燃料或空气-燃料混合物
59.42-燃料泵
60.44-电机
61.46-泵轴
62.48-变频驱动器(vfd)或开关磁阻(sr)电机变速装置
63.50-主燃料控制阀
64.52-控制器
65.54-压力发射器
66.56-处理器
67.58-存储器
68.60-电机控制管线
69.62-泵入口
70.64-泵出口
71.66-燃料进给阀
72.68-进给阀控制管线
73.70-转发泵
74.72-气体燃料源
75.74-传感器
76.75-燃气涡轮压缩机轴速度
77.76-燃料泵轴速度
78.78-启动周期
79.80-启动速度
80.82-初始泵速度
81.84-空闲速度(燃气涡轮轴)
82.86-启动燃料速度(泵)
83.88-最小负载速度(燃气涡轮轴)
84.90-传递负载速度(燃气涡轮轴)
85.92-第一转变周期
86.94-初级燃料速度(泵)
87.96-斜升周期
88.98-操作负载速度(燃气涡轮轴)
89.100-稳态周期
90.102-斜降周期
91.104-第二转变周期
92.106-关停周期
93.120-方法
94.122-控制燃料泵以将第一燃料导向到燃料歧管/喷嘴
95.124-打开燃料进给控制阀
96.126-启动燃气涡轮系统
97.128-燃烧液体燃料混合物
98.130-升温燃气涡轮系统
99.132-确定燃料转变值
100.134-将燃料泵控制到启动燃料速度
101.136-将燃气涡轮系统上的负载控制到传递负载
102.138-转变周期期间的转变燃料
103.140-打开燃料进给阀以增加第二液体燃料
104.142-闭合燃料进给阀以减少第一液体燃料
105.144-调节燃料泵速度
106.146-基于负载控制燃气涡轮系统
107.160-图表
108.162-燃料转变周期
109.164-第一燃料进给阀位置
110.166-第一液体燃料阈值
111.168-第二燃料进给阀位置
112.170-第二液体燃料阈值
113.172-第二速率(第二液体燃料)
114.174-第二转变周期(第二燃料进给阀打开)
115.176-第一速率(第一液体燃料)
116.178-第一转变周期(第一燃料进给阀闭合)
117.180-完全闭合位置(第一燃料进给阀)