CN106050431B - 一体式双燃料输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体式双燃料输送系统，其用于燃气涡轮机。用于燃气涡轮机的双燃料输送系统(400)包括具有主要燃料油导管(406)和主要燃料气体导管(404)的主要燃料管线(402)，其中主要燃料气体导管(404)至少部分地包围主要燃料油导管(406)；以及具有连接到主要燃料油导管(406)的第一燃料油分配器(412)和连接到主要燃料气体导管(404)的第一燃料气体分配器(410)的第一燃料分配器(408)，其中第一燃料气体分配器(410)至少部分地包括第一燃料油分配器(412)。

Description

一体式双燃料输送系统

技术领域

本发明涉及一种燃料输送系统，并且更具体地，本发明涉及用于燃气涡轮发动机的双燃料输送系统。

背景技术

现代燃气涡轮机可以以许多不同燃料(诸如各种种类的液体和气体燃料)运行。为此，发电厂可以具有能够使用双燃料能力(诸如天然气和柴油燃料)运行的燃气涡轮发动机。通常，运行燃料的选择取决于价格、可用性和运行参数。

燃气涡轮机包括被构造成通过在压缩空气中燃烧燃料来产生热气的各种类型的燃烧室。利用一个或多个燃料喷嘴将燃料引入燃烧室中。为了提供操作灵活性，喷嘴通常具有喷射双燃料的能力。

双燃料必须从燃料源输送到燃料喷嘴。这样的双燃料输送系统的设计具有各种挑战，诸如：空间约束、振动不稳定性和热膨胀。

图2示出了燃料输送系统200，其包括两个燃料环形管202和204。每个环形管202和204供给一种类型的燃料，并且每个管具有连接到燃气涡轮机的燃烧室燃烧器(未示出)的多个燃料馈送件206。在每个燃烧器具有一个喷枪(lance)的构造中，来自每个环形管202和204的一个燃料管线向单一燃烧器供给两种类型的燃料。这种设计导致高水平的复杂性和高数量的供给管线和连接。图3示出用于燃烧器312的具有若干(在该示例中三个)喷射喷嘴310的双燃料供给系统300。向每个喷嘴310供给两种类型的燃料302和304。燃料302经由第一燃料管线306供给，同时第二燃料304经由第二燃料管线308供给。类似于来自图2的设计，该燃料输送系统不紧凑并且其可能经受热和振动不稳定性。

因此需要的是，比现有技术的系统更简单并且更有效的双燃料输送系统。

发明内容

考虑到以上提及的问题，本发明的主要目的是提供一种用于燃气涡轮发动机的改进的双燃料输送系统。

本发明的一个目的是提供就复杂性和空间节省而言改进的双燃料输送系统。

本发明的另一个目的是提供就热和振动稳定性而言改进的双燃料输送系统。

本发明的又一个目的是提供特别地适应于实质上矩形形状的燃烧器的改进的双燃料系统。

本发明的上述以及其它目的通过一种用于燃气涡轮机的双燃料输送系统实现，所述双燃料输送系统包括：具有主要燃料油导管和主要燃料气体导管的主要燃料管线，其中主要燃料气体导管至少部分地包围(enclose)主要燃料油导管，以及具有连接到主要燃料油导管的第一燃料油分配器的第一燃料分配器和连接到主要燃料气体导管的第一燃料气体分配器，其中第一燃料气体分配器至少部分地包围第一燃料油分配器。

根据一个实施例，双燃料输送系统进一步包括具有第二燃料油分配器和第二燃料气体分配器的至少一个第二燃料分配器，其中第一燃料分配器的一个出口连接到第二燃料分配器的进口。在一个优选实施例中，双燃料输送系统包括两个第二燃料分配器。

根据又一个实施例，第一燃料分配器定位于第一平面中并且第二燃料分配器定位于第二平面中，并且第一平面与第二平面不同。在一个优选实施例中，这两个平面实质上成90度角度。这种构造就燃气涡轮机内部的空间节约而论尤其有利。

根据另一个实施例，第一燃料油分配器和第一燃料气体分配器两者都具有一个进口和两个出口。

根据又一个实施例，主要燃料气体导管包括第一延伸器件，优选地金属波纹管。这种构造就热膨胀问题而论尤其有利。

根据另一个实施例，第一燃料油分配器包括至少一个第二延伸器件，诸如金属软管或伸缩接头(joint)。

根据又一个实施例，主要燃料油导管和第一燃料油分配器之间的连接包括水平滑动导轨，和/或第一燃料油分配器和第二燃料油分配器之间的连接包括竖直滑动导轨。

根据另一个实施例，双燃料输送系统进一步包括喷射头，其包括至少一个适应于喷射燃料油和/或燃料气体的至少一个喷射喷嘴，其中喷射头连接到第一燃料分配器或第二燃料分配器。在一个优选实施例中，喷射头包括多个喷射部段，其中每个喷射部段连接到第一燃料分配器或第二燃料分配器的一个出口。

根据又一个实施例，双燃料输送系统包括连接到主要燃料管线的进口并且适应于向主要燃料管线供给燃料气体和燃料油的燃料歧管。

本申请还涉及一种包括双燃料输送系统的燃气涡轮机。在一个优选实施例中，燃气涡轮机包括筒形燃烧室、冷却空气壳体，以及适应于接收喷射头的燃烧器，其中主要燃料管线的进口定位于筒形壳体外部，主要燃料管线的出口和通向第一燃料分配器的进口定位在筒形壳体与冷却空气壳体之间。

此外，本申请还提供了一种用于向包括双燃料输送系统的燃气涡轮机的燃烧器内部的喷射头输送双燃料的方法。所述方法包括以下步骤：向主要燃料管线供给燃料油和/或燃料气体，在第一燃料分配器中分配燃料油和/或燃料气体，以及将燃料油和/或燃料气体引导至喷射头。

本发明的附加的优点和特征将部分地在以下的说明书中陈述，并且部分地在查看以下内容时对本领域技术人员将变得显而易见，或可以从本发明的实践中领会到。现在将具体参照附图描述本发明。

附图说明

在下文中参照附图描述本发明的优选实施例，附图是出于说明本发明的优选实施例的目的并且不是出于对其进行限制的目的。附图中，

图1是根据本发明的燃气涡轮机的示意图。

图2是现有技术的双环形燃料输送系统的透视图。

图3是现有技术的燃料输送系统的示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的双燃料输送系统的示意图示。

图5是根据本发明的一个实施例的双燃料输送系统的一部分的透视图。

图6是根据本发明的一个实施例的双燃料输送系统的透视图。

图7是根据本发明的一个实施例的双燃料输送系统的一部分的透视图。

图8是适应于接收喷射喷嘴头的矩形燃烧器的透视图。

图9是根据本发明的一个实施例的燃气涡轮机内部的双燃料输送系统的示意图示。

具体实施方式

现在参照附图，其中贯穿若干视图同样的附图标记指代同样的元件，图1示出根据本发明的一个实施例的燃气涡轮发动机100的示意视图。燃气涡轮机100包括压缩机102，其压缩空气流116。压缩空气118被导向燃烧室106，其可以包括若干燃烧室筒和燃烧器。燃烧室106中，压缩空气118与燃料油112或燃料气体114混合，并且空气和燃料的混合物被点燃以形成热的燃烧气体120的流动，热的燃烧气体120被导向以驱动涡轮机104。涡轮机104中产生的机械功经由轴122驱动压缩机102和负载110。根据本发明，燃料112和114经由双燃料输送系统400被输送至燃烧室106。

图4示出根据本发明的双燃料输送系统400，其可以与燃气涡轮机100一起使用。双燃料输送系统400包括具有主要燃料油导管406和主要燃料气体导管404的主要燃料管线402。在图4中所示的优选实施例中，导管404和406呈两个同心导管的形式，其中主要燃料气体导管404完全包围主要燃料油导管406(除导管406的进入部段之外)。总体地，主要燃料气体导管404至少部分地包围主要燃料油导管406。

双燃料输送系统400还包括具有连接到主要燃料油导管406的第一燃料油分配器412和连接到主要燃料气体导管404的第一燃料气体分配器410的第一燃料分配器408。总体地，燃料分配器是用于分配燃料流的装置，并且其具有一个进口和两个或更多个出口。分配器的分支的数量等于出口的数量。燃料流可以在分支当中均等地或不均等地分配。第一燃料气体分配器410至少部分地包围第一燃料油分配器412。在优选实施例中，如图4中所示，第一燃料气体分配器410完全地包围第一燃料油分配器412。燃料气体分配器410的每个分支包围对应的燃料油分配器412的分支。对应的分支可以呈同心导管的形式。在运行中，燃料油供给通道(主要燃料油管线和燃料油分配器)有利地由燃料气体供给通道(主要燃料气体管线和燃料气体分配器)保护免受热空气流的影响。在优选实施例中，燃料分配器408具有一个进口和两个出口，但更多的出口也是可能的。

双燃料输送系统400可以具有第二燃料分配器414。在图4中所示的一个优选实施例中，存在两个第二燃料分配器414。这些分配器的目的是进一步分配来自主要管线402的燃料流。在优选实施例中，第二分配器414可以具有一个进口和两个出口。第二燃料分配器414具有第二燃料油分配器420和第二气体燃料分配器422。第一燃料分配器408的一个出口连接到第二燃料分配器414的进口。在这种构造中，系统400具有一个进口418(主要燃料管线进口)和四个出口416，即两种燃料，燃料气体和燃料油可以分开成四个单独的流。

有利于避免热膨胀和负面振动影响的附加的有利特征也在图4中示出。首先，主要燃料气体导管404可以包括第一延伸器件，优选地金属波纹管424。其次，第一燃料油分配器412可以具有第二延伸器件，诸如至少一个金属软管426或延伸接头。优选地，分配器412具有两个金属软管426，其中分配器412的每个分支中包括一个软管。主要管线402和/或任意分配器的不同分支中的波纹管和软管的其它组合也是可能的。

图4是双燃料输送系统400的示意的、简化的和二维的表示。主要燃料管线402和燃料分配器408和414不必须全部定位在一个平面中。通常，燃料分配器408定位于第一平面中，并且燃料分配器414定位于第二平面中。

图5更详细地示出了根据本发明的一个优选实施例的双燃料输送系统400的一部分(和其内部)。相比于图4中的示例，其中第一燃料分配器408和第二燃料分配器414定位于一个平面中，即，第一平面和第二平面是相同的平面，图5中的实施例的第二燃料分配器414和第一燃料分配器408有利地定位于不同平面中，即，第一平面不同于第二平面。在图5所示的优选实施例中，第二燃料分配器414的进口和第一燃料分配器408的一个出口实质上以90度的角度连接。以这种方式，双燃料输送系统400有利地具有更紧凑的尺寸，这减少了对于燃气涡轮机100内部的大空间的需要。两个平面，第一平面和第二平面，可以以大于10度的角度彼此倾斜，优选地大于50度直到90度。使燃料分配器408和414处于不同平面而不是处于一个平面中的另一个优点是附加的灵活性程度，以补偿沿不同方向的热延伸和/或振动。在不背离本发明的主要构思的情况下，取决于燃气涡轮机的几何构造，其它设计也是可能的。

此外，如图5所示，主要燃料油导管406和第一燃料油分配器412之间的连接可以具有水平滑动导轨504。有利地，第一燃料油分配器412和第二燃料油分配器414之间的连接可以具有竖直滑动导轨502。滑动导轨502和504的使用帮助引导金属软管426在燃气涡轮发动机内部的相对运动。图5还示出了连接至主要燃料管线402的进口的燃料歧管506。歧管506用于经由燃料油进口508和燃料气体进口510向主要燃料管线402供给燃料气体和燃料油气体。进口508和510通常连接到外部燃料气体和燃料油供给(未示出)。

图6示出了根据本发明的另一个优选实施例的双燃料输送系统400的透视图。图6仅示出了系统400的外部部分，未示出内部气体油导管和分配器。在根据本发明的该实施例中，系统400还包括喷射头602。喷射头602的作用是将燃料喷射入燃烧器。喷射头602包括适应于喷射燃料油和/或燃料气体的一个或多个喷射喷嘴604。喷射头602连接到第二燃料分配器414。来自歧管506的双燃料可以被引导至喷嘴604。在本发明的一个优选实施例中，喷射头602包括多个燃料喷射部段606。在图6中所示的实施例中，存在4个燃料喷射部段606，每个部段具有九个喷嘴604。喷射部段606的一个示例在专利申请EP2496883A2中描述。在图6所示的该示例中，喷射部段606具有由在前缘处以平滑的圆形过渡连结并且在后缘处以小半径/锐角终止的两个侧面表面限定的流线型主体。旋涡发生器可以位于后缘的上游。喷嘴604位于喷射部段606的流线型主体的后缘上。

图7更详细地示出喷射头602与分配器414的出口之间的连接，其示出每个喷射部段606连接到分配器414的一个出口。

图8示出适应于与根据本发明的双燃料输送系统400一起使用的矩形类型的燃烧器800。如图所示，燃烧器800适应于接收喷射头602。

本发明还公开了适应于与根据本发明的双燃料输送系统400一起使用的燃气涡轮发动机100。图9示出了燃气涡轮机100的一部分的示意性图示，其中仅示出了主要部件的壁的一部分。如图9所示，根据本发明的燃气涡轮机100，优选地包括筒形燃烧室902、冷却空气壳体904，以及适应于接收喷射头602的燃烧器800。在一个优选实施例中，主要燃料管线402的进口定位于筒形壳体902的外部；主要燃料管线402的出口以及通向第一燃料分配器408的进口定位于筒形壳体902与冷却空气壳体904之间。第二燃料分配器的出口定位于燃烧器800的内部。

图9还示出了用于将双燃料，即燃料油112和燃料气体114输送至包括双燃料输送系统400的燃气涡轮机100的燃烧器800内部的喷射头的方法。燃料油112和/或燃料气体114被供给至主要燃料管线402，并且然后在燃料分配器408和燃料分配器414中将它们分配，并且引导至燃烧器800中，在所述燃烧器800中燃料与压缩空气混合并且燃烧。

应当显而易见的是，前述内容仅与本申请的优选实施例相关，并且在不背离由以下权利要求限定的本发明的总体精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本文作出多种改变和改型。

附图标记列表：

100 燃气涡轮发动机

102 压缩机

104 涡轮机

106 燃烧室

110 负荷

112 燃料油

114 燃料气体

116 进入空气

118 压缩空气

120 燃烧气体

122 轴

200 燃料输送系统

202 燃料环管道

204 燃料环管道

206 燃料馈送件

300 双燃料供给系统

302 燃料

304 燃料

306 燃料管线

308 燃料管线

310 喷嘴

312 燃烧器

400 双燃料输送系统

402 主要燃料管线

404 主要燃料气体导管

406 主要燃料油导管

408 第一燃料分配器

410 第一燃料气体分配器

412 第一燃料油分配器

414 第二燃料分配器

416 第二分配器出口

418 主要燃料线路进口

420 第二燃料油分配器

422 第二燃料气体分配器

424 波纹管

426 金属软管

506 燃料歧管

508 燃料油进口

510 燃料气体进口

602 喷射头

604 喷射喷嘴

606 燃料喷射部段

800 燃烧器

902 筒形燃烧室

904 冷却空气壳体

Claims (14)

1.一种用于燃气涡轮机的双燃料输送系统（400），包括：

具有主要燃料油导管（406）和主要燃料气体导管（404）的主要燃料管线（402）， 其中所述主要燃料气体导管（404）至少部分地包围所述主要燃料油导管（406）；并且包括具有连接到所述主要燃料油导管（406）的第一燃料油分配器（412）和连接到所述主要燃料气体导管（404）的第一燃料气体分配器（410）的第一燃料分配器（408）， 其中所述第一燃料气体分配器（410）至少部分地包围所述第一燃料油分配器（412）；

还包括具有第二燃料油分配器（420）和第二燃料气体分配器（422）的至少一个第二燃料分配器（414）；

其中，所述主要燃料油导管（406）和所述第一燃料油分配器（412）之间的连接包括水平滑动导轨（504），和/或其中所述第一燃料油分配器（412）和所述第二燃料分配器（414）之间的连接包括竖直滑动导轨（502）。

2.根据权利要求1所述的双燃料输送系统，其中，所述第一燃料分配器（408）的一个出口连接到所述第二燃料分配器（414）的进口。

3.根据权利要求2所述的双燃料输送系统，其中，所述第一燃料分配器（408）定位于第一平面中并且所述第二燃料分配器（414）定位于第二平面中，并且其中所述第一平面不同于所述第二平面。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的双燃料输送系统，包括两个第二燃料分配器（414）， 其中所述两个第二燃料分配器（414）中的每个连接到所述第一燃料分配器（408）的不同出口。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的双燃料输送系统，其中，所述第一燃料油分配器（412）和所述第一燃料分配器（408）两者都具有一个进口和两个出口。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的双燃料输送系统，其中，所述主要燃料气体导管（404）包括第一延伸器件。

7.根据权利要求6所述的双燃料输送系统，其中，所述延伸器件包括波纹管（424）。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的双燃料输送系统，其中，所述第一燃料油分配器（412）包括至少一个第二延伸器件。

9.根据权利要求2或3所述的双燃料输送系统，还包括喷射头（602），所述喷射头（602）包括适应于喷射燃料油（112）和/或燃料气体（114）的至少一个喷射喷嘴（604），其中所述喷射头（602）连接到所述第二燃料分配器（414）。

10.根据权利要求9所述的双燃料输送系统，其中，所述喷射头（602）包括多个喷射部段（606），并且其中每个所述喷射部段（606）连接到所述第二燃料分配器（414）的一个出口。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的双燃料输送系统，还包括连接到所述主要燃料管线（402）的进口并且适应于向所述主要燃料管线（402）供给所述燃料气体（114）和所述燃料油（112）的燃料歧管（506）。

12.一种燃气涡轮机（100），包括前述权利要求中任一项所述的双燃料输送系统（400）。

13.根据权利要求12所述的燃气涡轮机，还包括筒形燃烧室（902）、冷却空气壳体（904）和燃烧器（800），其中所述主要燃料管线（402）的进口定位于所述筒形燃烧室（902）的外部，所述主要燃料管线（402）的出口和通向所述第一燃料分配器（408）的进口定位于所述筒形燃烧室（902）和所述冷却空气壳体（904）之间。

14.一种用于向权利要求13所述的燃气涡轮机的燃烧器（800）输送双燃料（112、114）的方法，所述方法包括以下步骤：

向所述主要燃料管线（402）供给所述燃料油（112）和/或所述燃料气体（114）；

在所述第一燃料分配器（408）中分配所述燃料油（112）和/或所述燃料气体（114）；以及

将所述燃料油（112）和/或所述燃料气体（114）引导至所述燃烧器（800）。

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