CN103307632A

CN103307632A - 对燃烧器进行操作以从液体燃料操作转换到气体燃料操作的方法

Info

Publication number: CN103307632A
Application number: CN2013100693871A
Authority: CN
Inventors: G.E.詹森; M.W.平森; W.T.罗斯
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: JP2013185585A; RU2013109394A; JP6050148B2; EP2636953A2; CN103307632B; US9003806B2; US20130227956A1; EP2636953A3

Abstract

本发明公开一种对燃烧器进行操作以从液体燃料操作转换到气体燃料操作的方法。所述燃烧器具有中央喷嘴以及围绕所述中央喷嘴的多个外周喷嘴。所述方法包括在指定的总能量输入下将液体燃料仅提供到所述多个外周喷嘴。所述方法包括减少供应到所述多个外周喷嘴的所述液体燃料，同时增加供应到所述中央喷嘴以及所述多个外周喷嘴的气体燃料以基本上保持所述指定的总能量输入。所述方法包括将燃料-空气比超过一定阈值的所述气体燃料供应到所述中央喷嘴，从而使得中央喷嘴火焰稳定。将空气-燃料比低于所述阈值的所述气体燃料供应到所述多个外周喷嘴，使得多个外周喷嘴火焰升高，直到净化流被供应到所述外周喷嘴为止。

Description

对燃烧器进行操作以从液体燃料操作转换到气体燃料操作的方法

技术领域

本发明涉及对燃气涡轮机的燃烧器进行操作使其从液体燃料操作转换到气体燃料操作的方法。

背景技术

燃气涡轮机包括一个或多个燃烧器，所述燃烧器接收空气和燃料并且将其燃烧以生成热燃烧气体。例如，燃气涡轮机可以包括周向围绕旋转轴放置的多个燃烧室。可以将液体燃料或气体燃料喷射到燃烧器中。在燃气涡轮机采用液体燃料进行操作并且需要转换到气体燃料操作的情况下，首先将液体燃料流关闭或者停止，并且随后通过液体燃料喷嘴输送净化流体。所述净化流体从液体燃料喷嘴中移除所有残留的液体燃料。在足够高的流动速率或者压力下，在关闭液体燃料流以及通过液体燃料喷嘴输送净化空气之间可能存在一定延迟。在延迟期间火焰稳定在液体燃料喷嘴上的情况下，所引起的压力梯度可能会将热的燃烧产物输送到液体燃料喷嘴，进而会引起损坏。

在一些类型的燃烧系统中，例如，干式低NOx燃烧系统，燃烧器可能只会在相对较低负载下从液体燃料操作转换到气体燃料操作。虽然仍然可以执行液体燃料与气体燃料之间的转换，但是首先需要对燃气涡轮机进行卸载，使其降到较低的负载。在联合循环电力设备中，对燃气涡轮机进行卸载，使其到较低的负载可能还需要使蒸汽涡轮机离线。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种对燃烧器进行操作的方法。所述燃烧器具有中央喷嘴以及围绕中央喷嘴的多个外周喷嘴。所述方法包括在指定的总能量输入下，仅将液体燃料提供到多个外周喷嘴。所述方法包括减少供应到多个外周喷嘴的液体燃料，同时增加供应到中央喷嘴以及多个外周喷嘴的气体燃料，以基本上保持指定的总能量输入。所述方法包括使液体燃料到多个外周喷嘴的供应终止，同时基本上保持指定的总能量输入。所述方法包括将燃料-空气比超过一定阈值的气体燃料供应到中央喷嘴，从而使得中央喷嘴火焰稳定/锚定。所述方法包括将燃料-空气比低于所述阈值的气体燃料供应到多个外周喷嘴，从而使得多个外周喷嘴火焰升高（lifted）。所述方法包括供应净化流到多个外周喷嘴。

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本专利申请文件中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1为具有燃烧器的示例性燃气涡轮机系统的示意图；

图2为操作模式期间的图1所示的燃烧器的端盖的说明；

图3为另一操作模式期间的图1所示的燃烧器的端盖的说明；

图4为又一操作模式期间的图1所示的燃烧器的端盖的说明；以及

图5为说明了用于操作图1所示的燃烧器的一个方法的工艺流程图。

具体实施方式参考附图并通过实例来介绍本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

图1描绘了以参考编号10表示的示意性示例发电系统。发电系统10为燃气涡轮机系统，其具有压缩机20、燃烧器22和涡轮机24。空气通过向压缩机20提供原料的空气进气口30进入发电系统10，然后由压缩机20对空气做功。然后压缩空气通过燃料喷嘴34与燃料混合。燃料喷嘴34按指定比例将空气-燃料混合物喷射到燃烧器22进行燃烧。所释放的热生成对叶片（未图示）进行驱动的高温加压气体排放物，所述叶片位于涡轮机24内。在一项实施例中，燃烧器22是干式低NOx燃烧器。

现参考图2到图4，燃烧器22包括端盖40，所述端盖40具有中央喷嘴气体燃料口42以及多个外部口，或外周喷嘴组件44。所述中央喷嘴气体燃料口42位于燃烧器22的中心轴A-A上，而外周喷嘴组件44围绕中央喷嘴气体燃料口42。在图2到图4所示的示例性实施例中，有五个围绕中央喷嘴气体燃料口42的外周喷嘴组件44，然而，应理解可以使用任意数目的外周喷嘴组件44。

参考图2到图4，中央喷嘴气体燃料口42和外周喷嘴组件44都选择性地将气体燃料（未图示）提供到燃烧器22。然而，只有外周喷嘴组件44将液体燃料（未图示）提供到燃烧器22。具体而言，只有外周喷嘴组件44每个都包括外周喷嘴气体燃料口48、以及液体筒（liquid cartridge）或外周喷嘴液体燃料口50。也就是说，中央喷嘴气体燃料口42不包括液体筒。中央喷嘴气体燃料口42以及外周喷嘴气体燃料口48提供气体燃料，而外周喷嘴液体燃料口50提供液体燃料。发电系统10（在图1中示出）采用气体燃料，或者，替代地，采用液体燃料来操作。

在发电系统10采用液体燃料进行操作、并且需要转换到气体燃料来进行操作的情况下，停止或终止液体燃料的流动，并且经由外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50对净化流，例如，压缩空气进行输送。在液体燃料的流动终止之后才启用净化流。在一项实施例中，净化流是无反应活性的介质，例如，氮气或水。替代地，在另一项实施例中，净化流是压缩空气。在又一项实施例中，净化流可以是反应活性介质天然气。在采用天然气的情况下，首先用水对液体燃料进行净化。然后用天然气来对水进行净化。

图2是采用液体燃料操作的燃烧器22的说明。如图2所示，只有外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50以指定的总能量将液体燃料提供到发电系统10。在需要转换到气体燃料的情况下，由外周喷嘴液体燃料口50提供的液体燃料逐渐减少，而同时开始以逐渐上升的量提供气体燃料。也就是说，液体燃料逐渐减少，而在同时通过气体燃料的使用仍然保持供应到发电系统10的指定的总能量。

图3是采用气体燃料操作的燃烧器22的说明，其中液体燃料到外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50的供应已经终止，但是该终止过程是在净化流被供应到外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50之前。反而，气体燃料被供应到中央喷嘴气体燃料口42以及外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48。气体燃料按指定的燃料-空气比供应到中央喷嘴气体燃料口42以及外周喷嘴组件44的气体喷嘴48，使得对应于中央喷嘴气体燃料口42的中央喷嘴火焰（未图示）稳定/锚定，而对应于外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48的气体喷嘴火焰（未图示）升高。所述指定的燃料-空气比通常超过一定阈值，从而在中央喷嘴气体燃料口42或外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48处创造火焰锚固/锚定（flame anchoring）。因此，供应到中央喷嘴气体燃料口42的燃料-空气比超过了所述阈值，使得中央喷嘴火焰稳定，而供应到外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48的燃料-空气比低于阈值，使得气体喷嘴火焰升高。

图4是采用气体燃料操作的燃烧器22的说明，其中液体燃料到液体燃料喷嘴的供应已经终止，而净化流被供应到外周喷嘴液体燃料口50。气体燃料按指定的燃料-空气比供应到中央喷嘴气体燃料口42以及外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48，使得对应于中央喷嘴气体燃料口42的中央喷嘴火焰仍然稳定/锚定（anchored）。另外，随着净化流被供应到外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50，对应于外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48中的一个的至少一个气体喷嘴火焰也是稳定/锚定（anchored）的，而其余的气体燃料喷嘴火焰是升高的。在图4所示的示例性实施例中，三个气体喷嘴火焰是稳定/锚定（anchored）的。具体而言，对应于位于端盖40的1点、6点，以及11点位置的外周喷嘴气体燃料口48的气体喷嘴火焰是稳定/锚定（anchored）的。对应于位于端盖40的4点和8点位置的气体喷嘴的气体喷嘴火焰是升高的。应注意图4的说明仅仅是一项实施例，也可以采用其他的方法。例如，在一项替代性实施例中，位于端盖40的1点、6点，以及11点位置的外周喷嘴气体燃料口48可以是升高的，而端盖40的4点和8点位置的外周喷嘴气体燃料口48是稳定/锚定（anchored）的。

图5是在需要从液体燃料转换到气体燃料的情况下对操作发电系统10的方法进行了说明的工艺流程图。现参考图2和图5，流程200开始于步骤202，此处液体燃料按指定的总能量仅被提供到外周部喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50。随后，流程200可以进入步骤204。

在步骤204，供应到外周喷嘴液体燃料口50的液体燃料逐渐减少，而同时增大供应到中央喷嘴气体燃料口42以及外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48的气体燃料，以大体上保持到燃气涡轮机的指定的总能量输入。随后，流程200可以进入步骤206。

在步骤206，供应到中央喷嘴气体燃料口42的气体燃料的燃料-空气比超过了所述阈值，使得中央喷嘴火焰稳定/锚定（anchored）。具体而言，所述指定的燃料-空气比通常必须超过所述阈值，以在中央喷嘴气体燃料口42处创造火焰锚固。随后，流程200可以进入步骤208。

在步骤208，供应到外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48的气体燃料的燃料-空气比小于所述阈值，使得气体喷嘴火焰升高。随后，流程200可以进入步骤210。

在步骤210，液体燃料到外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50的供应终止，同时基本上保持了输入到燃气涡轮机的指定的总能量。随后，流程200可以进入步骤212。

在步骤212，净化流被供应到外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50。随后，流程200可以进入步骤214。

在步骤214，随着净化流被供应到外周喷嘴组件44的外周喷嘴液体燃料口50，对应于外周喷嘴组件44的外周喷嘴气体燃料口48中的一个的至少一个气体喷嘴火焰是稳定/锚定（anchored）的，而其余的气体燃料喷嘴火焰是升高的。例如，在图4所示的实施例中，三个气体喷嘴火焰是稳定/锚定（anchored）的。随后，过程200可以终止。

在图2到图5所描述的需要从液体燃料转换到气体燃料的情况下，操作发电系统10的方法允许燃气涡轮机从液体燃料转换到气体燃料而无需显著地降低负载。在联合循环电力设备中，在从液体燃料转换到气体燃料的过程中负载的维持还允许蒸汽涡轮机保持在线。因此，当采用发电系统10时，可以更加频繁的执行从液体燃料操作到气体燃料操作的转换。

尽管仅结合了有限数目的实施例来详细描述本发明，但容易理解，本发明并不限于所揭示的此类实施例。相反，本发明可以经修改以涵盖之前并未描述、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可以仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims

1.一种对燃烧器进行操作的方法，所述燃烧器具有中央喷嘴以及围绕所述中央喷嘴的多个外周喷嘴，所述方法包括：

在指定的总能量输入下将液体燃料仅提供到所述多个外周喷嘴；

减少供应到所述多个外周喷嘴的所述液体燃料，同时增加供应到所述中央喷嘴以及所述多个外周喷嘴的气体燃料以基本上保持所述指定的总能量输入；

将燃料-空气比超过一定阈值的所述气体燃料供应到所述中央喷嘴，从而使得中央喷嘴火焰锚定；

将燃料-空气比低于所述阈值的所述气体燃料供应到所述多个外周喷嘴，从而使得多个外周喷嘴火焰升高；

终止供应所述液体燃料到所述多个外周口，同时基本上保持所述指定的总能量输入；并且

将净化流供应到所述多个外周喷嘴。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括将所述燃料-空气比超过所述阈值的所述气体燃料供应到所述多个外周喷嘴，从而使得随着所述净化流供应到所述多个外周喷嘴，所述多个外周喷嘴火焰中的至少一个锚定。

3.根据权利要求2所述的方法，其包括将所述燃料-空气比超过所述阈值的所述气体燃料供应到位于端盖的1点、6点以及11点位置的所述多个外周喷嘴中的每一个上。

4.根据权利要求1所述的方法，其包括提供反应活性介质作为所述净化流。

5.根据权利要求4所述的方法，其包括在提供所述反应活性介质之前对所述液体燃料进行净化。

6.根据权利要求1所述的方法，其包括提供一种非反应活性介质或者压缩空气作为所述净化流，所述非反应活性介质是氮气和水中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其包括使所述多个外周喷嘴中的每一个都含有气体燃料口以及液体燃料口。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述气体燃料口提供所述气体燃料，而所述液体燃料口提供所述液体燃料。

9.根据权利要求1所述的方法，其包括沿着所述燃烧器的中心轴来定位所述中央喷嘴。

10.根据权利要求1所述的方法，其包括提供五个外周喷嘴作为所述多个外周喷嘴。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧器是干式低NOx燃烧器。

12.一种对具有燃烧器的燃气涡轮机进行操作的方法，所述燃烧器具有中央喷嘴以及围绕所述中央喷嘴的多个外周喷嘴，所述方法包括：

在所述燃气涡轮机的指定总能量输入下将液体燃料仅提供到所述多个外周喷嘴；

减少供应到所述多个外周喷嘴的所述液体燃料，同时增加供应到所述中央喷嘴以及所述多个外周喷嘴的气体燃料以基本上保持所述燃气涡轮机的指定总能量输入；

将所述燃料-空气比超过一定阈值的所述气体燃料供应到所述中央喷嘴，从而使得中央喷嘴火焰锚定；

终止供应所述液体燃料到所述多个外周喷嘴，同时基本上保持所述燃气涡轮机的指定总能量输入；

将净化流供应到所述多个外周喷嘴；并且

将所述燃料-空气比超过所述阈值的所述气体燃料供应到所述多个外周喷嘴，从而使得随着所述净化流供应到所述多个外周喷嘴，所述多个外周喷嘴火焰中的至少一个锚定。

13.根据权利要求12所述的方法，其包括将所述燃料-空气比超过所述阈值的所述气体燃料供应到位于端盖的1点、6点以及11点位置的所述多个外周喷嘴中的每一个上。

14.根据权利要求12所述的方法，其包括提供反应活性介质作为所述净化流。

15.根据权利要求14所述的方法，其包括在提供所述反应活性介质之前对所述液体燃料进行净化。

16.根据权利要求12所述的方法，其包括提供一种非反应活性介质或者压缩空气作为所述净化流，所述非反应活性介质至少是氮气和水中的一种。

17.根据权利要求12所述的方法，其包括使所述多个外周喷嘴中的每一个都包括气体燃料口以及液体燃料口。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述气体燃料口提供所述气体燃料，而所述液体燃料口提供所述液体燃料。

19.根据权利要求12所述的方法，其包括沿着所述燃烧器的中心轴来定位所述中央喷嘴。

20.根据权利要求12所述的方法，其包括提供五个外周喷嘴作为所述多个外周喷嘴。