CN105829801B - 用于燃气轮机、燃气轮机设备的双喷嘴喷枪喷射器以及供给燃气轮机的方法 - Google Patents

Abstract

一种将燃油喷射到燃气轮机燃烧室内的喷枪喷射器，包括：管状壳体，其沿主轴线延伸；第一内部供给导管，其容纳在壳体中，并在相应的供给端连接至第一供给入口；第一喷嘴，其位于第一内部供给导管的相应的喷射端；第二内部供给导管，其容纳在壳体中，并在相应的供给端连接至独立于第一供给入口可从外部进入的第二供给入口；以及第二喷嘴，其位于第二内部供给导管的相应的喷射端。

Description

用于燃气轮机、燃气轮机设备的双喷嘴喷枪喷射器以及供给 燃气轮机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于将燃油喷射到燃气轮机燃烧室内的双喷嘴喷枪喷射器、燃气轮机设备以及供给燃气轮机的方法。

背景技术

已知的是，燃气轮机，尤其是用在发电设备中，可由不同类型的燃料供给。特别地，已知的是采用具有不同性质和特性(天然气、合成气)的气体燃料或采用如柴油机燃料的燃油来运行燃气轮机。出于这个原因，燃气轮机设有燃烧器组件，其包括通常为喷枪型的喷射器，专门设计成供给扩散燃油的受控流体。

喷枪喷射器通常包括多个同轴管体，在其一端装配设有喷嘴的终端。管体于其间限定至少一个在入口和喷嘴之间的输送管线，以及返回管线，其允许回收供给至喷嘴的过剩燃料。可选地，还设置用于供给水的管线。

返回管线的使用允许在非常广的燃气轮机正常运行所需的流量范围内恰当地供给喷射器。实际上，输送管线接收比燃烧室压力高得多的燃油流，并且通过调节返回管线的控制阀施加喷射流。当控制阀完全关闭时，喷射进入燃烧室的流速是最大的。反过来，当控制阀完全打开时，通过返回管线回收的燃料最多，喷射进入燃烧室的流速最小。

所述的这种类型的解决方案允许获得可接受的供给条件，在足以满足在所有负荷条件下的机械需求的流量范围内，同时涉及燃料的压力和雾化。事实上，扩散燃油的流速在低负荷下基本上呈线性增长，在向预混合模式供给的过渡过程中，在中间负荷具有峰值，然后在高负荷降低，其中预混合供给模式是普遍的。在中间负荷的峰值与最小流量之间的流速差是显著的，并且需要一些措施，例如，确切地，在高过压下的供给和返回管线的使用。

然而，从建设性的观点来看，附加管线是相当复杂的，因为需要提供机器上的管道、分配集管和中间连接管道。

其他解决方案需要采用空气的复杂的雾化系统。

无论如何，在已知设备中燃油的动力供给系统的结构是复杂的，需要大量部件，并对设计以及建设和维护的时间和成本有负面影响。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用于将燃油喷射到燃气轮机燃烧室内的喷枪喷射器、燃气轮机设备以及供给燃气轮机的方法，其允许克服或者至少限制上述缺点。

根据本发明，所提供的用于将燃油喷射到燃气轮机燃烧室内的喷枪喷射器、燃气轮机设备以及供给燃气轮机燃烧室的方法分别如权利要求1、10和18所限定。

附图说明

现在将参照附图描述本发明，其示出一些它的非限制性的实施例示例，其中：

-图1示出了发电设备的简化框图；

-图2示出了包含在图1的设备中的、包含根据本发明的实施例的喷枪喷射器的燃气轮机的燃烧器的根据轴向纵平面的侧剖视图，为了清楚而移除了一部分；

-图3示出了图1中的喷枪喷射器的放大的细节；

-图4示出了图1中的设备的一部分的更详细的框图；

-图5示出了根据本发明的不同实施例，图1中的设备的一部分的更详细的框图；以及

-图6示出了显示有关图1中的设备的工程量的曲线图。

实施本发明的最佳模式

在图1中，附图标记1表示为一个整体的燃气轮机设备1，特别用于发电的设备。设备1可选择地连接到已知的配电网络2，并且包括燃气轮机组件3和控制装置5。设备1还包括已知类型的交流发电机4，其机械地连接到燃气轮机组件3的轴7，从而受到驱动。

控制装置5使用测量的设备数量(此处未详细示出)和设定的基准值以产生控制信号，以便控制设备1的运行。

燃气轮机组件3包括压缩机8、燃烧室9和燃气轮机10。

压缩机8是多级轴向类型，并设有入口可调节叶片级或IGV(入口引导叶片)级11，由IGV致动器12和由控制装置5提供的各自的控制信号(未示出)驱动。

燃烧室9接收来自供给系统15的燃料，其由控制装置5控制，如以下更详细的解释。

燃烧室9包括多个燃烧器组件20，其中一个如图2所示，意味着其他的具有相同的结构。

燃烧器组件20沿着主轴线A延伸，并包括外围主燃烧器21、中央引燃器22和用于将燃油喷射到燃烧室9内的喷枪喷射器23。

主燃烧器21是预混合类型，围绕引燃器22布置，并设有对角旋流器25，对角旋流器25包括多个叶片26，且限定了其间的用于输送的各流路，各流路具有相对于主轴线A倾斜的模式，燃烧空气和燃料气体朝向燃烧室9流动。在一个实施例中，燃料通过设置在叶片26上的喷嘴27供给。

引燃器22与主燃烧器21同轴布置，并设有轴向旋流器30，轴向旋流器30包括多个叶片31，且限定了其间的用于输送的、基本上沿着主轴线A的各流道，燃烧空气进一步朝向燃烧室9流动。

喷枪喷射器23沿主轴线A延伸，并具有插入引燃器22内的一端。

喷枪喷射器23包括管状壳体33、第一内部供给导管35、第二内部供给导管36和设有分别用于第一内部供给导管35和第二内部供给导管36的第一喷嘴40和第二喷嘴41的终端元件38。此外，喷枪喷射器23设有安装法兰42。

管状壳体33从安装法兰42沿喷射器的主轴线A延伸，并在其中容纳第一内部供给导管35和第二内部供给导管36。

第一内部供给导管35和第二内部供给导管36依次沿主轴线A延伸，它们绕主轴线A扭转。在一个实施例中，特别地，第一内部供给导管35和第二内部供给导管36沿着以主轴线A为盘绕轴线、具有相同长度和相等流动横截面的各自的盘绕路径延伸。

第一内部供给导管35的供给端35a连接至形成在安装法兰42上的第一供给入口44，同时喷射端35b连接至第一喷嘴40。

同样地，第二内部供给导管36的供给端36a连接至形成在安装法兰42上的第二供给入口45，同时喷射端36b连接至第二喷嘴41。第二供给入口45可独立于第一供给入口44从外部进入。因为在喷枪喷射器23内部没有相互的流体连接，所以能独立地供给两个内部供给导管35、36和相关的喷嘴40、41。

如图3中更详细地示出，将第一喷嘴40和第二喷嘴41形成在其上的终端元件38装配到第一内部供给导管35和第二内部供给导管36的喷射端35b、36b上，并且通过固定套筒47附接到终端壳体的一端。在管状壳体33的侧面通过螺纹连接或通过热焊接，并在终端元件33的侧面通过相反的周向凸起48、49获得固定。引导套筒50，插入管状壳体33内部一段路程并在此焊接，被收容在相应的底座中，并保持在第一内部供给导管35和第二内部供给导管36的喷射端35b、36b的适当位置。此外，引导套筒50用作管状壳体33的端部与终端元件38之间的间隔元件。终端元件38通过固定套筒47保持与引导套筒50抵靠邻接。

第一内部供给导管35和第二内部供给导管36的喷射端部35b、36b通过基本上直的、在终端元件38内部平行延伸、并相对于主轴线A对称布置的第一出口通道51和第二出口通道52分别与第一喷嘴40和第二喷嘴41连通。

第一喷嘴40和第二喷嘴41是相同的并相对于主轴线A对称布置，此外，它们具有平行于主轴线A的各自的喷射轴线B₁、B₂。

第一旋流器51a和第二旋流器52a分别布置在第一出口通道51和第二出口通道52内部。第一旋流器51a和第二旋流器52a配置成能够产生强的紊流并使输送中的流体绕喷嘴40、41的喷射轴B₁、B₂旋转。

图4示意性地示出了供给系统15、一些燃烧器组件20和控制装置5。此外，示出了具有各自的供给泵54的水供给管线53，用在某些用于冲洗或冷却的运行条件下。

供给系统15包括预混合供给管线55和扩散供给管线56，二者连接至燃料泵组件57以接收燃油的各自的流速。

预混合供给管线55还连接至燃烧器组件20的预混合部分，即通过预混合集管58和预混合配件59连接至主燃烧器21和引燃器22。截止阀60和预混合控制阀61允许调节至主燃烧器21和引燃器22的燃料流速Q_FP。截止阀60和预混合控制阀61设置有各自的致动器60a、61a，它们由控制装置5分别通过预混合截止信号S_SP和预混合控制信号S_RP进行控制。为了简化，在此示出的预混合供给管线55为独立的管线。然而，可以理解的是，可为主燃烧器21和引燃器22提供独立的控制管线和/或部件。在不同的实施例中，在此未示出，燃烧器组件20的预混合部分接收代替燃油的燃料气体，并且从而由相对于扩散供给管线56单独的和独立的管线供给。

扩散供给管线56具有：第一支路56a，其通过第一扩散集管63、各自的第一扩散配件64和各自的第一内部供给导管35供给第一喷嘴40；以及第二支路56b，其通过第二扩散集管65、各自的第二扩散配件66和各自的第二内部供给导管36供给第二喷嘴41。

截止阀68、第一扩散控制阀69和第二扩散控制阀70，由下面描述的控制装置5控制，允许调节作为运行条件函数的、至每个喷枪喷射器23的第一喷嘴40和第二喷嘴41的燃油的第一流速Q_FD1和燃油的第二流速Q_FD2。至第一喷嘴40的燃油的第一流速Q_FD1的调节独立于燃油的第二流速Q_FD2的调节。

截止阀68和第一扩散控制阀69在第一支路56a与第二支路56b之间的分叉的上游沿扩散供给管线56布置，同时第二扩散控制阀70沿第二支路56b布置。

在不同的实施例中，如图5所示，第一扩散控制阀69沿第一支路56a布置，第二扩散控制阀70沿第二支路56b布置。

截止阀68、第一扩散控制阀69和第二扩散控制阀70设有各自的致动阀68a、69a、70a，它们由控制装置5分别通过扩散截止信号S_SD、第一扩散控制信号S_RD1和第二扩散控制信号S_RD2控制。

特别是，控制装置5配置成在燃气轮机10的整个运行期间，用于连续地供给喷枪喷射器23的第一喷嘴40，并且可选择地例如在启动时或在预混合运行时的低负荷条件与燃气轮机10基本上释放额定功率的高负荷条件之间的中间负荷的条件下，用于供给第二喷嘴41。中间负荷条件相当于例如燃气轮机10能够释放的最大负荷的30％与55％之间的负荷范围。

图6中的曲线图示出了根据负荷供给至喷枪喷射器23的燃料的流速。图6的上部示出了总的燃料流速Q_FD1+Q_FD2；下部分别示出了供给至第一喷嘴40的燃油的第一流速Q_FD1和供给至第二喷嘴41的燃油的第二流速Q_FD2。可以看出，当系统进行预混合运行时，控制装置5在低负荷条件和高负荷条件下停止向第二喷嘴41供给燃油。

在这种方式下，当使用第一喷嘴40和第二喷嘴41时，喷射条件对于它们来说总是最优的，并且甚至在没有返回管线或雾化空气时，所需的流速也能够被恰当地雾化。喷枪喷射器23总是以有效的方式工作，同时允许获得足以满足所有负荷条件的全部流量范围。由于喷枪喷射器23的结构使得设备得以简化，因为不需要提供专门的集管和配件。

再次参考图4，在一个实施例中，水供给管线53连接至扩散供给管线56的第二支路56a，例如连接至第二扩散集管65。截止阀71和水控制阀72，沿水供给管线布置，并设有各自的致动器71a、72a，用于向燃烧器的第二喷嘴41供给水流。致动器71a、72a由控制装置5通过水截止信号S_SW和水控制信号S_RW控制。特别是，当向第二喷嘴41供给燃油未激活时，即在低负荷条件或高负荷条件下，供给水流。

最后，很明显可以在不脱离如所附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，对所描述的喷枪喷射器、设备和方法作出改变和变化。

Claims (21)

1.一种将燃油喷射到燃气轮机燃烧室内的喷枪喷射器，该喷枪喷射器包括：

管状壳体(33)，其沿主轴线(A)延伸；

第一内部供给导管(35)，其容纳在壳体(33)中，并在相应的供给端(35a)连接至第一供给入口(44)；

第一喷嘴(40)，其位于第一内部供给导管(35)的相应的喷射端(35b)；

第二内部供给导管(36)，其容纳在壳体(33)中，并在相应的供给端(36a)连接至第二供给入口(45)，该第二供给入口(45)能够独立于第一供给入口(44)从外部进入；以及

第二喷嘴(41)，其位于第二内部供给导管(36)的相应的喷射端(36b )，

其中，第一内部供给导管(35)和第二内部供给导管(36)绕主轴线(A)扭转。

2.如权利要求1所述的喷射器，其中，第一内部供应导管(35)和第二内部供应导管(36)沿着相应的绕主轴线(A)的盘绕路径延伸。

3.如权利要求1所述的喷射器，其中，第一内部供应导管(35)和第二内部供应导管(36)具有相同的长度和横截面。

4.如权利要求1所述的喷射器，其中，第一喷嘴(40)和第二喷嘴(41)具有平行于主轴线(A)的各自的喷射轴线(B₁、B₂)。

5.如权利要求1所述的喷射器，其中，第一喷嘴(40)和第二喷嘴(41)形成在装配到第一内部供给导管(35)和第二内部供给导管(36)的喷射端(35b、36b)的终端元件(38)上。

6.如权利要求1所述的喷射器，其中，第一喷嘴(40)和第二喷嘴(41)相对于主轴线(A)对称布置。

7.如权利要求1所述的喷射器，包括在第一内部供给导管(35)和第一喷嘴(40)之间的第一出口通道(51)，以及在第二内部供给导管(36)和第二喷嘴(41)之间的第二出口通道(52)，并且其中第一出口通道(51)和第二出口通道(52)是直的，平行于主轴线(A)，并相对于主轴线(A)对称布置。

8.如权利要求7所述的喷射器，包括在第一出口通道(51)中的第一旋流器(51a)，和在第二出口通道(52)中的第二旋流器(52a)，并且其中，第一旋流器(51a)和第二旋流器(52a)配置成使传输中的流体旋转。

9.一种燃气轮机设备，包括至少一个具有如权利要求1所述的喷枪喷射器(23)的燃烧器组件(20)。

10.一种包括权利要求9所述的燃气轮机设备的系统，包括：

燃料供给管线(56)，其具有流体地连接至第一内部供给导管(35)的第一支路(56a)和流体地连接至第二内部供给导管(36)的第二支路(56b)；以及

调节元件(68、69、70)，其配置成独立地调节沿着燃料供给管线(56)的第一支路(56a)供给至第一内部供给导管(35)的第一燃油流(Q_F1)，和沿燃料供给管线(56)的第二支路(56b)供给至第二内部供给导管(36)的第二燃油流(Q_F2)。

11.如权利要求10所述的系统，包括控制装置(5)，该控制装置(5)用于控制调节元件(68、69、70)并配置成沿燃料供给管线(56)的第一支路(56a)向第一喷嘴(40)供给第一燃油流，并且可选择地在第一运行条件下，沿燃料供给管线(56)的第二支路(56b)向第二喷嘴(41)供给第二燃油流。

12.如权利要求11所述的系统，其中控制装置(5)配置成可选择地在第二运行条件下切断第二燃油流(Q_F2)。

13.如权利要求10所述的系统，其中调节元件(68、69、70)包括沿燃料供给管线(56)位于第一支路(56a)和第二支路(56b)上游的第一扩散调节阀(69)，和沿第二支路(56b)的第二扩散调节阀(70)。

14.如权利要求10所述的系统，其中调节元件(68、69、70)包括沿第一支路(56a)的第一扩散调节阀(69)和沿第二支路(56b)的第二扩散调节阀(70)。

15.如权利要求10所述的系统，包括连接至第二支路(56b)并配置成向第二支路(56b)供给水的水供给管线(53)，以及沿水供给管线(53)的水调节阀(72)。

16.如权利要求15所述的系统，其中水调节阀(72)由控制装置(5)控制，并且控制装置(5)配置成在第二运行条件下供给水。

17.一种供给燃气轮机的方法，该燃气轮机包括权利要求1所述的喷枪喷射器(23)，所述方法包括：

沿燃料供给管线(56)的第一支路(56a)向喷枪喷射器(23)的第一喷嘴(40)供给第一燃油流(Q_F1)；以及

可选择地在第一运行条件下，沿燃料供给管线(56)的第二支路(56b)向喷枪喷射器(23)的第二喷嘴(41)供给第二燃油流(Q_F2)。

18.如权利要求17所述的方法，包括可选择地在第二运行条件下切断第二燃油流(Q_F2)。

19.如权利要求18所述的方法，包括在第二运行条件下沿燃料供给管线(56)的第二支路(56b)供给水。

20.如权利要求17所述的方法，包括独立于第一燃油流(Q_F1)地调节第二燃油流(Q_F2)。

21.如权利要求17所述的方法，其中第一运行条件包括当前燃气轮机的输出负荷值在最大负荷值的30％和55％之间变动。