CN101532433A - 用于燃气涡轮机燃烧器中燃料供给系统的受控净化的方法 - Google Patents

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A·巴尔达萨尔
M·贝蒂
M·德尔科尔
M·佩奇
S·里瓦
J·斯图尔特
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Abstract

本发明描述了一种用于燃气涡轮机燃烧器中燃料供给系统的受控净化的方法，该燃气涡轮机包括压缩机(10)，燃烧器(14)以及涡轮(20)，该压缩机(10)能够压缩经过进口管道(12)引入的空气；在该燃烧器(14)中所述压缩的空气被与来自供给管道(16)的气态燃料混合并燃烧；而该涡轮(20)能够将来自所述燃烧室(14)的该燃烧气体的能量转换为能够被用来启动一个或多个工作机(22)的工作能。燃烧器(14)配备有一个或多个燃烧装置(30)，其具有引导喷嘴(36)和主喷嘴(38)。本方法包括当所述涡轮机处于扩散火焰功能模式时，用气态燃料的流净化主喷嘴(38)和相关歧管(34)的至少一部分。

Description

用于燃气涡轮机燃烧器中燃料供给系统的受控净化的方法
技术领域
示范性实施例大致涉及一种用于燃气涡轮机的燃烧器中燃料供给系统的受控净化的方法。
背景技术
燃气涡轮机的使用通常包括多级压缩机，由外界吸入的空气在此被压缩；燃烧器，在此被加入压缩空气的气态燃料发生燃烧；以及涡轮或膨胀器，在此来自燃烧器的气体被膨胀，此即已知的电能的产生过程。因此，涡轮能够产生用于驱动工作机的机械能或者对发电机，例如一个或多个交流发电机进行充电的机械能。
当前燃气涡轮机中所用的燃烧器可基于两类功能进行区分。第一类功能是所谓的“扩散火焰”，根据仍用于航空航天应用的涡轮机的传统设计，其中空气和气态燃料被允许分别地进入燃烧装置。第二类功能被称作“预混火焰”，或者用缩写DLN(干式低氧化氮Dry LowNOx)或LPP(稀预混预气化Lean Premixed Prevaporized)表示，其中空气和燃料预先混合，允许在燃烧器中获得更均匀比例的混合物，从而获得具有污染物显著降低的更清洁的燃烧。
有能够基于上述的两种模式工作的配备有一个或多个燃烧装置(burner)的燃烧器，而燃烧器中的燃烧装置自身的布置可基于所谓的管形、环形或管-环形的已知结构来获得。
燃气涡轮机，尤其如果是配备有具有多个燃烧装置的燃烧器，通常要求有排气或者净化系统，此处“净化”指当燃烧装置的相关管路未被使用时对气态燃料输送管道的周期性清洁操作。为了消除杂质的存在，避免燃烧器之间的所谓的“串扰”现象(干扰)，并阻止来自燃烧器的热气向外部管道和燃气的输送管道逆流，造成由此引起的损坏和/或产生爆炸性的空气/燃气混合物，在所有的燃气涡轮机中净化也是必需的。
净化通常通过压缩空气来实现，压缩空气由机器的主压缩机或特定压缩机供给，该压缩空气必须被冷却并引导通过配备有阀门、控制装置和其它使净化系统的适当的管路，以使该净化系统能够正常工作，并防止净化气体和气态燃料之间的意外混合。使用空气的净化阶段也要求相对长的启动和停止时间，因为系统必须被逐步激活以防止关于燃烧和设备的快速瞬变(high transient)，且只能在燃气供给完全隔绝后进行。
此外，使用空气的净化系统设想了不工作的燃烧装置重新点火带来的负载瞬变和额外的运行时间，因为它需要对燃烧装置的输送管预先加注燃气。
发明内容
因此示范性实施例的一个目标是提供一种用于净化燃气涡轮机中的燃烧器的方法，该方法能够显著地降低净化系统的复杂性，从而降低运行成本，启动/停止的运行时间并显著地提高系统的可靠性。
示范性实施例的另一个目标是提供一种用于净化燃气涡轮机中的燃烧器的方法，该方法能够限制扩散燃烧模式和预混燃烧模式之间的转换时间，反之亦然。
示范性实施例的另一个目标是提供一种用于净化燃气涡轮机的燃烧器的燃料输送管道的方法，该方法特别有效、安全并能够避免对涡轮机本身的任何形式的潜在损坏。
根据示范性实施例的这些和其它目标通过提供一种用于净化燃气涡轮机的燃烧器的方法来实现，且更具体地，提供一种如本文所述的用于净化燃气涡轮机的燃料内收(adduction)管路、气态燃料的供给喷嘴以及燃烧器中的燃烧装置的方法。
附图说明
根据本发明，通过以下说明性且非限制性的描述，参考所附的原理图，一种用于净化燃气涡轮机中的燃烧器的方法的特征和优势将显得更为明显，在附图中：
图1是燃气涡轮机的原理图，对该燃气涡轮机可应用根据示范性实施例的燃烧器的净化方法；
图2为图1的燃气涡轮机的燃烧器的一个实例的横向截面图；
图3为燃烧器内气态燃料的供给喷嘴的示意性截面图。
具体实施方式
尤其参考图1，显示了一般的燃气涡轮机的原理图，该燃气涡轮机优选为双轴型，包括能够压缩经过进口12所引入的空气的压缩机10。被压缩的空气然后被送至燃烧器14以和来自供给管道16的气态燃料混合。燃烧提高了气流的温度、速率和体积并因此增加了其中内含的能量。通过通向涡轮20的管道18引导燃气流，这使得气体能转换为可用于启动工作机的工作能，工作机为例如通过轴24连接到涡轮20的发电机22。涡轮20也供给必要的能量以通过轴26启动压缩机10，而排放的气体则由涡轮20通过排气管道28排出。
图2示意性地图示了根据示范性实施例的示范性多管型燃烧器14的横向截面。该燃烧器14配备了绕该燃烧器14的轴线环形地布置的多个燃烧装置30。
各燃烧装置30连接至少一个第一歧管32和至少一个第二燃料内收歧管34并配备有至少一个引导喷嘴36(图3)及用于将气态燃料添加(adduction)到燃烧装置30内的一个或多个主喷嘴38(图3)。与第一内收歧管32一致定位的引导喷嘴36包括燃烧喷嘴，该燃烧喷嘴能够以扩散火焰模式工作并因此而在涡轮机的点火阶段被激活。通常与第二内收歧管34一致地布置在引导喷嘴32周围的主喷嘴38能够准备空气/燃料混合物，以允许涡轮机以预混火焰模式正常工作。
根据示范性实施例，涡轮机的各燃烧装置30的主喷嘴38和相关燃料内收歧管34的至少一部分只有在不使用时，即当涡轮机处于扩散火焰功能模式时，才利用优选为稳定的相同燃气流或可能是包含燃气和受控量的空气的混合气流而不是空气流来排空或净化。用这种方式，没有必要为每个燃烧装置30配备压缩空气净化系统，从而避免了安装管道、阀门、控制装置和其它特定部件。
为了防止同一燃气经过喷嘴38的逆流，并防止在净化阶段期间在燃料的供给管道16内形成冷凝，当在各燃烧装置30的净化阶段使用气态燃料时，必须调节气态燃料的压力以使其大于燃烧器14内部的测量压力。
又在扩散火焰工作模式下，即在涡轮机的点火阶段，也有可能在测量和估算燃烧器14内部的动态压力和温度后，为了预混功能模式，利用优选为稳定的燃气流或空气/燃气混合物来将净化阶段扩展至所有燃料内收歧管34。
除此之外，当引导喷嘴36和相关的燃料内收歧管32不使用时，即当涡轮机以预混火焰模式(常规功能)工作时，它们也可以通过优选稳定的燃气流或空气/燃气混合物而包括在净化阶段中。用这种方式，有可能从燃烧器14的所有燃烧装置30完全地消除使用压缩空气的净化系统，从而减小应用于涡轮机的阀门、管道和控制装置的数量。
因此可以看出，根据示范性实施例的用于净化燃气涡轮机中的燃烧器的方法达到了上述目标。尤其是，其能够提供下述优点：
·降低净化系统的运行成本；
·提高净化系统的可靠性；
·消除净化的启动和停止时间；
·消除用燃气对被净化管道的预充时间；
·消除由于停止燃烧装置的重点火导致的负载瞬变；以及
·消除由于激活净化空气时燃烧装置中的燃气推力所产生的负载瞬变。
根据示范性实施例的用于净化燃气涡轮机内燃烧器的方法能够在任何情形下进行多种更改和变型，所有的更改和变形都包括在同样的发明理念内。
因此，本发明的保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种用于燃气涡轮机的燃烧器中的燃料供给系统的受控净化的方法，该燃气涡轮机包括至少一个压缩机(10)，至少一个燃烧器(14)，以及至少一个涡轮(20)，该压缩机(10)能够压缩经过进口管道(12)引入的空气；在该燃烧器(14)中所述压缩的空气被与来自供给管道(16)的气态燃料混合并燃烧；而该涡轮(20)能够将来自所述燃烧室(14)的该燃烧气体的能量转换为能够被用来启动一个或多个工作机(22)的工作能，其中，所述至少一个燃烧器(14)配备有一个或多个燃烧装置(30)，各燃烧装置(30)配备有至少一个引导喷嘴(36)和一个或多个主喷嘴(38)，用于所述燃烧装置(30)内该气态燃料的内收，所述方法包括：当所述涡轮机处于扩散火焰功能模式时，利用所述气态燃料的流净化所述一个或多个主喷嘴(38)和相关歧管(34)的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述净化期间，为了防止经过一个或多个主喷嘴(38)的所述气态燃料的逆流，并防止在所述供给管道(16)内形成冷凝，所述方法还包括调节在所述一个或多个主喷嘴(38)和相关歧管(34)的至少一部分的净化中所使用的所述气态燃料的压力，以便在所述净化期间所述气态燃料的所述压力大于所述燃烧器(14)内的测量压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述涡轮机处于预混火焰功能模式时，利用所述气态燃料的流净化所述引导喷嘴(36)和相关歧管(32)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个主喷嘴(38)和相关歧管(34)的净化中使用的所述气态燃料的流为稳定的流。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述一个或多个主喷嘴(38)和相关歧管(34)的净化中使用的所述气态燃料的流混合有受控量的空气。
6.一种用于燃气涡轮机的燃烧器中的燃料供给系统的受控净化的方法，该燃气涡轮机包括至少一个压缩机(10)，至少一个燃烧器(14)，以及至少一个涡轮(20)，该压缩机(10)能够压缩经过进口管道(12)引入的空气；在该燃烧器(14)中所述压缩的空气被与来自供给管道(16)的气态燃料混合并燃烧；而该涡轮(20)能够将来自所述燃烧室(14)的该燃烧气体的能量转换为能够被用来启动一个或多个工作机(22)的工作能，其中，所述至少一个燃烧器(14)配备有一个或多个燃烧装置(30)，各燃烧装置(30)配备有至少一个引导喷嘴(36)和一个或多个主喷嘴(38)，用于将该气态燃料添加到所述燃烧装置(30)内，所述方法包括：当所述涡轮机处于预混火焰功能模式时，利用所述气态燃料的流净化所述引导喷嘴(36)和相关的歧管(32)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述净化期间，为了防止经过所述引导喷嘴(36)的所述气态燃料的逆流，并防止在所述供给管道(16)内形成冷凝，所述方法还包括调节在所述引导喷嘴(36)的和相关歧管(32)的净化中所使用的所述气态燃料的压力，以便在所述净化期间所述气态燃料的所述压力大于所述燃烧器(14)内的测量压力。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述引导喷嘴(36)和相关歧管(32)的净化中使用的所述气态燃料的流为稳定的流。
9.根据任意权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述引导喷嘴(36)和相关歧管(32)的净化中使用的所述气态燃料的流混合有受控量的空气。
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