CN110529878B - 多燃料系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多燃料系统。本发明的多燃料系统，可以独立输送气体燃料、液体燃料和固体燃料，便于单独调节各种燃料的输送流量；另外，还可以输入空气以起到对液体燃料进行辅助雾化的作用，同时与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物，可以有效地提高固体燃料的输送效率；并且，通过电子调节控制器获取燃气轮机实时的技术状态指标参数和外界的控制指令并由此解算出各种燃料的输送量，进而向各个输送管路系统中的计量设备发出燃料量调节指令，确保各个燃料输送管路系统输入至燃气轮机燃烧室中的总燃料量满足燃气轮机的总能量需求，可以随时随地在多种燃料之间切换，且不用停机维护，并且在切换燃料的过程中可以保证连续能源输出。

Description

多燃料系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别地，涉及一种多燃料系统。

背景技术

目前的燃气轮机，特别是由航空发动机改进而成的航改燃气轮机，其主要是以单一种燃料为使用介质，这对于多种燃料的使用环境(如：可移动的应急电源系统、旅行营地、战地临时驻点等)，燃气轮机的燃料可能要求就地取材，有什么烧什么；或者由于某些特殊用途的要求(如：某种特定的排放物要求)，须要求多种燃料按指定的比例进行燃烧。由于各种燃料间物相(固体、液体和气体)和热值的差异，使得每种燃料都需要开发研制相应的燃料供给系统。想更换某燃料就要把燃气轮机的整个燃料供给系统统统换掉，由此将带来燃气轮机维护成本的增加和可靠性的降低。为解决该问题，急需设计一款多燃料系统，能够随时随地切换燃料，而不用停机进行拆换维护。

现有的多燃料系统可以独立使用天然气和燃油，以天然气为主，燃油为辅，在燃气轮机低状态可切换，可保证不停机，但是其切换扰动大，且对于燃料品质要求较高，燃料品种的涵盖面狭窄，甚至规定了某个品种的燃油(如：0#柴油)，并且现有的多燃料系统在切换时不可保证连续能源(电能、热能)输出。

发明内容

本发明提供了一种多燃料系统，以解决现有的多燃料系统存在的切换扰动大、切换时不可保证连续能源输出、对燃料品质要求高及燃料品种涵盖面狭窄的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种多燃料系统，用于给燃气轮机提供燃料，包括

气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统、空气输送管路系统、多相燃料喷嘴及电子调节控制器，所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统均与所述多相燃料喷嘴连接，所述气体燃料输送管路系统用于从气体燃料源中抽取气体燃料并输送至多相燃料喷嘴，所述液体燃料输送管路系统用于从液体燃料源中抽取液体燃料并输送至多相燃料喷嘴，所述固体燃料输送管路系统用于从固体燃料源中抽取固体燃料并输送至多相燃料喷嘴，所述多相燃料喷嘴用于与燃气轮机连接以给燃气轮机的燃烧室提供燃料，所述固定燃料被制成粉末状，所述空气输送管路系统还与所述固体燃料输送管路系统连接以使空气与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物；

所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统均包括一个控制该管路系统输送流量的计量设备，所述计量设备与所述电子调节控制器连接，所述电子调节控制器还用于获取控制指令和燃气轮机的技术状态指标参数并根据获取的控制指令和燃气轮机的技术状态指标参数解算出各种燃料的输送量，进而控制各个管路系统中的计量设备对应地调节其输送的燃料量。

进一步地，在燃气轮机进入工作状态后，所述电子调节控制器获取燃气轮机实时的技术状态指标参数，并基于等转速调节原则和最大排气温度调节原则调整各个输送管路系统输送的燃料量。

进一步地，所述等转速调节原则是指控制燃气轮机按照目标控制转速nL运行的调节规律，所述电子调节控制器根据燃气轮机反馈的当前转速n与目标控制转速nL，通过查取转速n与燃料总能量H的特性曲线中所对应的燃料能量并计算出燃料能量差值ΔH，再根据燃料能量差值ΔH解算出需要调节供给的燃料变化量，最后控制对应燃料路上的计量设备调节燃料流量以增加或减少相应的燃料量。

进一步地，所述最大排气温度调节原则是指燃气轮机按照最大排气温度Tmax调节燃气轮机在不同环境条件下最大输出功率的调节规律，当电子调节控制器获取到燃气轮机的排气温度T0达到最大调节限制值Tmax时控制对应燃料路上的计量设备停止继续增加燃料。

进一步地，当多种燃料混合使用时，所述电子调节控制器根据接收到的或者预设的燃料比例对提供给燃气轮机的总燃料量进行解算，解算出各个燃料输送管路系统各自所需要供给的燃料量并控制各个燃料输送管路系统中的计量设备对应地调节其输出的燃料量。

进一步地，所述电子调节控制器在获取到燃气轮机的技术状态指标参数超过其限制值且判定无法通过调节燃料量将超标的技术状态指标参数调整至安全范围内时，按照预设的应急程序发出警告。

进一步地，所述电子调节控制器在接收到主动切换燃料的控制指令后，根据该控制指令中包含的新的燃料比例解算出各个燃料输送管路系统输出燃料量的变化值，并按照燃料量变化值的正负值分为两组，设定每次增加的燃料量或减少的燃料量，然后控制每个燃料输送管路系统交替、逐一地增加或减少其输出的燃料量，直至达到新的燃料比例。

进一步地，在主动切换燃料的过程中，所述电子调节控制器不断获取燃气轮机实时的技术状态指标参数，当判断出燃气轮机的技术状态指标参数超出允许的波动范围时，所述电子调节控制器通过控制各个燃料输送管路系统中的计量设备降低各个燃料输送管路系统每次增加的燃料量和每次减少的燃料量。

进一步地，所述电子调节控制器还用于通过获取各个燃料源中的燃料压力信息判断是否满足变换燃料比例的条件，当获取的某一燃料源中的燃料压力低于阈值时，所述电子调节控制器调整各个燃料输出管路系统输出的燃料量以达到新的燃料比例。

进一步地，所述多相燃料喷嘴包括用于与安装机匣相连的喷嘴本体，所述喷嘴本体内设有用于引流液体燃料的液体燃料流道、用于引流含有固体燃料粉末的气固混合气流的气固混合流道及用于引流气体燃料的气体燃料流道，所述液体燃料流道与所述液体燃料输送管路系统连通，所述气固混合流道与所述固体燃料输送管路系统和所述空气输送管路系统连通，所述气体燃料流道与所述气体燃料管路系统连通，所述液体燃料流道、所述气固混合流道及所述气体燃料流道呈同心圆由内至外依次布设，且所述液体燃料流道的进流口与所述喷嘴本体进流端的端面连通，所述气固混合流道和所述气体燃料流道的进流口分别与所述喷嘴本体的外侧壁连通；

所述喷嘴本体的喷射端内设有燃油雾化器和空气旋流器，所述燃油雾化器与所述液体燃料流道的出流端连通，以将液态的液体燃料雾化后喷入所述空气旋流器内，所述空气旋流器与所述气固混合流道的出流端连通，以使气固混合气流和/或雾化后的液体燃料形成旋流后喷入燃气轮机的燃烧室内，所述喷嘴本体喷射端的端面与所述气体燃料流道的出流端连通，以使气体燃料喷入所述燃烧室内。

本发明具有以下有益效果：

本发明的多燃料系统，通过单独设置气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统以独立输送气体燃料、液体燃料和固体燃料，便于单独调节各种燃料的输送流量；另外，还设置有空气输送管路系统向多相燃料喷嘴中输入空气以起到对液体燃料进行辅助雾化的作用，同时向固体燃料输送管路系统中输入空气以与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物，可以有效地提高固体燃料的输送效率，防止固体燃料在管道内发生堵塞；并且，通过电子调节控制器获取燃气轮机实时的技术状态指标参数和外界的控制指令并由此解算出各种燃料的输送量，进而向气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统中的计量设备发出燃料量调节指令，控制每个管路输送系统中的计量设备对应调节各种燃料的输送量，确保各个燃料输送管路系统经多相燃料喷嘴输入至燃气轮机燃烧室中的总燃料量满足燃气轮机的总能量需求。本发明的多燃料系统，可以随时随地在多种燃料之间切换，且不用停机维护，并且在不同种燃料的切换过程中可以保证连续能源输出，对于燃料的品种也没有任何的限制，适用范围广。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明第一实施例的多燃料系统的模块结构示意图。

图2是本发明优选实施例的图1中的多相燃料喷嘴的剖视主视结构示意图；

图3是图2的右视结构示意图；

图4是图2中A-A向剖视结构示意图；

图5是图2中B-B向剖视结构示意图；

图6是图2中C-C向剖视结构示意图。

附图标号说明

2、燃料泵组；3、计量设备；4、截止阀；5、过滤装置；6、空气储存装置；7、转换器；8、电子调节控制器；9、多相燃料喷嘴；10、芯杆；101、液体燃料流道；102、安装空腔；20、第一本体筒组；201、气固混合流道；202、气固混合流进口；21、第一焊接筒体；22、转接筒体；23、支承筒体；230、连接槽口；24、锁止环；30、第二本体筒组；301、气体燃料流道；302、气体燃料进口；303、燃气喷口；31、第二焊接筒体；310、连接法兰盘；32、端盖体；40、燃油雾化器；41、雾化室体；410、密封凸环；411、第一进流孔；42、密封体；43、喷嘴体；50、空气旋流器；501、第二进流孔；60、转接接头；70、第一密封环件；80、第二密封环件；90、第三密封环件； 110、锁紧端盖；120、锁紧螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的第一实施例提供一种多燃料系统，用于给燃气轮机的燃烧室提供一种或多种不同物相、不同热值的品种燃料，适用的燃料品种范围广，可以随时随地在多种燃料之间切换，且不用停机维护，并且在不同种燃料的切换过程中可以保证连续能源输出，所述多燃料系统包括气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统、空气输送管路系统、多相燃料喷嘴9及电子调节控制器8，所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统均与所述多相燃料喷嘴9连接，所述多相燃料喷嘴9用于与燃气轮机连接以向燃气轮机的燃烧室内提供燃料，所述气体燃料输送管路系统用于从气体燃料源中抽取气体燃料并输送至多相燃料喷嘴9，所述液体燃料输送管路系统用于从液体燃料源中抽取液体燃料并输送至多相燃料喷嘴9，所述固体燃料输送管路系统用于从固体燃料源中抽取固体燃料并输送至多相燃料喷嘴9，其中，固体燃料被制成粉末状，为了便于输送粉末状的固体燃料，所述空气输送管路系统还与所述固体燃料输送管路系统连接以使空气与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物，可以有效地提高固体燃料的输送效率，防止固体燃料在管道内发生堵塞。

所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统的结构设计相同，其均包括过滤装置5、燃料泵组2、计量设备3、截止阀4。以气体燃料输送管路系统为例，第一个过滤装置5的一端通过管路与气体燃料源连接，另一端通过管路与燃料泵组2连接，燃料泵组2通过管路再与计量设备3连接，计量设备3 通过管路与另一个过滤装置5连接，该过滤装置5最后通过管路与多相燃料喷嘴9连接。所述燃料泵组2从气体燃料源中抽取气体燃料，先经过第一个过滤装置5进行过滤处理，然后再通过计量设备3控制气体燃料的输送流量，最后再经第二个过滤装置 5过滤处理后输送至多相燃料喷嘴9，所述截止阀4设置在计量设备3与第二个过滤装置5连通的管路上以控制气体燃料输送管路系统的通断。所述液体燃料输送管路系统和固体燃料输送管路系统的结构设计与气体燃料输送管路系统相同，故在此不再赘述。所述空气输送管路系统包括空气储存装置6、转换器7、计量设备3、截止阀4、过滤装置5，所述转换器7通过管路分别与空气储存装置6、计量设备3和固体燃料输送管路系统的燃料泵组2连接，计量设备3还通过管路与过滤装置5连接，过滤装置5通过管路与多相燃料喷嘴9连接，所述截止阀4设置在计量设备3与过滤装置5连接的管路上以控制空气输送管路系统的通断。所述空气储存装置6输出的空气经转换器7 后分为两条干路进行传输，其中一条经计量设备3、过滤装置5输送至多相燃料喷嘴9 处，可以起到对液体燃料进行辅助雾化的作用，另一条干路输送至固体燃料输送管路系统的燃料泵组2中以与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物。另外，可选地，燃料轮机还通过管路与转换器7连通以实现空气的循环流通，并且在两者之间设置有过滤装置5用于对回流的空气进行过滤处理。可以理解，所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统中的计量设备3 均与所述电子调节控制器8连接，通过电子调节控制器8控制计量设备3的开合程度可以准确控制各个输送管路系统中输送的燃料流量或空气流量。所述电子调节控制器 8还与燃气轮机连接，其可以获取燃气轮机实时的技术状态指标参数，例如转速、排气温度、燃料总能量需求、输出功率等状态参数和大气温度、大气压力等环境参数，所述电子调节控制器8还用于获取外界传输的控制指令，并根据获取的燃气轮机的技术状态指标参数和控制指令解算出各种燃料的输送量，并向气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统中的计量设备3发出燃料量调节指令，以使各个燃料输送管路系统经多相燃料喷嘴9输入至燃气轮机燃烧室中的总燃料量满足燃气轮机的总能量需求。可以理解，本实施例中所指的燃料量是指燃料质量流量。所述电子调节控制器8可以是PLC或者单片机。

本发明的多燃料系统，通过单独设置气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统以独立输送气体燃料、液体燃料和固体燃料，便于单独调节各种燃料的输送流量；另外，还设置有空气输送管路系统向多相燃料喷嘴9中输入空气以起到对液体燃料进行辅助雾化的作用，同时向固体燃料输送管路系统的燃料泵组2中输入空气以与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物，可以有效地提高固体燃料的输送效率，防止固体燃料在管道内发生堵塞；并且，通过电子调节控制器8获取燃气轮机实时的技术状态指标参数和外界的控制指令并由此解算出各种燃料的输送量，进而向气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统中的计量设备3发出燃料量调节指令，控制每个管路输送系统中的计量设备3对应调节各种燃料的输送量，确保各个燃料输送管路系统经多相燃料喷嘴9输入至燃气轮机燃烧室中的总燃料量满足燃气轮机的总能量需求。本发明的多燃料系统，可以随时随地在多种燃料之间切换，且不用停机维护，并且在不同种燃料的切换过程中可以保证连续能源输出，对于燃料的品种也没有任何的限制，适用范围广。

可以理解，所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统中的燃料泵组2、计量设备3、过滤装置5、截止阀4可以采用相同的设备，也可以根据实际需要进行选择不同的设备，只要实现其对应的功能即可，在此不做具体限定。

当电子调节控制器8接收到启动 控制指令后，按照启动 控制指令的要求选择启动 用的燃料路，例如选择气体燃料管路、液体燃料管路和固体燃料管路中的一种或者其组合，在通常情况下，在启动 时会选择单一的燃料路，以便于调节控制，然后电子调节控制器8根据内置的时序控制的启动 燃料供给程序控制对应燃料路上的计量设备3 按照函数Q_q(t)＝f_q(t)输出相应的燃料量，并经多相燃料喷嘴9输送至燃气轮机的燃烧室中以使燃气轮机启动 。其中：Q_q(t)表示启动 过程中在归一化的时间点t时的燃料流量值，单位为kg/s；f_q(t)表示起动过程中燃料流量关于归一化的时间点t的函数；t表示启动 过程中归一化的时间点，取值0～1，

当燃气轮机启动 成功后进入工作状态，由操纵人员或者燃气轮机中的既定程序发出操纵信号以向电子调节控制器8提出能量输出要求，例如功率输出要求或热能输出要求，电子调节控制器8根据给定的函数曲线H(P)＝f(P)解算出满足该能量输出要求所需要供给的燃料总能量流量H，H(P)＝f(P)表示燃气轮机的输出功率P与燃料总能量流量H的特性曲线，式中：H(P)表示当功率为P时燃气轮机需要的热能流量，单位为MJ/s；f(P)表示热能流量关于功率P的函数。然后再通过内置的时序控制的燃料供给程序控制对应燃料路上的计量设备3调节输出的燃料量，其中电子调节控制器8控制计量设备3按函数H(t)＝(H(P)-H(P₀))*t+H(P₀)调节输出燃料，式中： H(t)表示功率变换过程中在归一化的时间点t时的热能流量值；H(P)表示输出功率P时的热能流量值；H(P₀)表示调节功率前的热能流量值；t表示功率变换过程中归一化的时间点，取值0～1。若在零功率状态，则H(P₀)＝Q_q(1)*LHV*η其中，Q_q(1)表示启动 结束时的燃料流量值，LHV表示燃料的低热值，η表示燃烧效率。

当燃气轮机进入工作状态后，电子调节控制器8开始进行稳态调节。具体地，电子调节控制器8获取燃气轮机实时的技术状态指标参数，例如燃气轮机的转速n、燃料总能量需求H、排气温度T₀、输出功率P等状态参数和大气温度T₁、大气压力P₁等环境参数，然后电子调节控制器8基于等转速调节原则和最大排气温度调节原则控制调整各个输送管路系统输送的燃料量以实现燃气轮机的稳态运行。所述等转速调节原则是指控制燃气轮机按照目标控制转速n_L运行的调节规律，电子调节控制器8根据燃气轮机反馈的当前转速n与目标控制转速n_L，通过查取转速n与燃料总能量H的特性曲线H＝f(n)中所对应的燃料能量，从而得出燃料能量差值ΔH＝f(n)-f(n_L)，电子调节控制器8再根据燃料能量差值ΔH解算出需要调节供给的燃料变化量ΔQ，其中，ΔH＝ΔQ*LHV*η，然后电子调节控制器8再根据解算出来的需要调节供给的燃料变化量ΔQ控制对应燃料路上的计量设备3调节燃料流量以增加或者减少燃料量Δ Q，从而使得燃气轮机的转速从当前转速n调节至目标控制转速n_L。最大排气温度调节原则是指燃气轮机按照最大排气温度T_max调节燃气轮机在不同环境条件下(不同的大气温度、大气压力等环境参数)最大输出功率的调节规律，按照输出功率P增大，则燃料量Q和排气温度T₀也随之增大的原则，当排气温度T₀达到最大调节限制值T_max时，则电子调节控制器8控制对应燃料路上的计量设备3停止继续增加燃料，此时燃气轮机的输出功率为最大输出功率值P_max，若燃气轮机所处的环境参数发生变化，则最大输出功率P_max也会随之发生变化。

另外，当电子调节控制器8获取到燃气轮机的技术状态指标参数超过其限制值且判断无法通过调节燃料量Q将超标的技术状态指标参数调整至安全范围内时，电子调节控制器8按照预设的应急程序发出警告以提醒操纵人员及时停机检修，防止出现严重的安全事故，大大提高了安全性。

当多种燃料混合使用时，本发明的多燃料系统按照燃料比例m来向燃气轮机供给燃料。具体地，所述电子调节控制器8按照接收到的或者预设的燃料比例m，对供给给燃气轮机的总燃料量进行解算，解算出各个燃料输送管路系统各自所需要供给的燃料量Q，并控制对应燃料输送管路系统中的计量设备(3)对应地调节其输出的燃料量，以保证各个燃料输送管路系统供给给燃气轮机的燃料总能量

与燃气轮机需求的燃料总能量H一致。在多燃料应用时，电子调节控制器8将总燃料量Q按照接收到的或者预设的燃料比例m、每种燃料的低热值LHV、每种燃料的燃烧效率η等参数来解算每种燃料输送的燃料量Q，具体遵循以下公式：

m＝Q₁：Q₂：…：Q_n

H_i＝Q_i*LHV_i*η_i。

例如，当多燃料系统中共使用了三种燃料，当m＝1∶1∶1时，表示三种燃料等量使用，当m＝1∶0∶0时，表示仅使用第一种燃料，具体的燃料量的值需要电子调节控制器 8按照上述公式进行解算。

当需要主动切换多燃料系统中的燃料时，操纵人员可以人为调整燃料比例m并发出更换燃料的控制指令给电子调节控制器8，电子调节控制器8根据调整后的燃料比例m解算出各个燃料输送管路系统输出燃料量的变化值ΔQ，按照变化值ΔQ为正和者为负分为两组，即按照燃料量增加和燃料量减少分为两组，设定好每次增加的燃料量或减少燃料量，然后交替、逐一地增加或减少各个燃料输送管路系统输出的燃料量，直至达到新的燃料比例m。并且，在切换燃料的过程中，燃气轮机的技术状态指标参数会发生波动，例如转速n、输出功率P、排气温度T₀均会发生波动，电子调节控制器8不断获取燃气轮机的技术状态指标参数，当判断出燃气轮机的技术状态指标参数超出允许的波动范围时，电子调节控制器8会通过控制各个燃料输送管路系统中的计量设备3降低各个燃料输送管路系统每次增加的燃料量和每次减少的燃料量，以确保各个燃料输送管路系统输出的燃料量平稳变化，以使燃气轮机的技术状态指标参数的变化在允许的波动范围内，确保在燃料切换过程中燃气轮机的输出能源不会发生较大波动，进一步保证了燃气轮机输出能源的持续平稳输出。可以理解，当某一燃料输送管路系统的输出燃料量Q降为0时，可以通过关闭截止阀4来控制该输送管路断开；当某一燃料输送管路的输出燃料量不再为0时，则可以通过打开截止阀4来控制该输送管路工作。例如，当燃料比例从m1＝气体燃料1∶液体燃料0∶固体燃料0切换到m2＝气体燃料0∶液体燃料1∶固体燃料1时，先打开液体燃料输送管路系统中的截止阀4，然后再开始调节液体燃料输送管路系统和气体燃料输送管路系统输出的燃料量，具体按照以下顺序和原则进行调整：先控制液体燃料输送管路系统输出的燃料增加Δq，然后控制气体燃料输送管路系统减少Δq，再依次交替进行调整，直至液体燃料管路系统输出的燃料量增加到Q2；再打开固体燃料输送管路系统中的截止阀4，先控制固体燃料输送管路系统输出的燃料增加Δq，然后控制气体燃料输送管路系统减少Δq，再依次交替进行调整，直至固体燃料管路系统输出的燃料量增加到Q3。此时，液体燃料输送管路系统输出的液体总燃料量和固体燃料输送管路系统输出的固体总燃料量相等，气体燃料管路系统的燃料输出量降为0，关闭气体燃料管路系统中的截止阀4，燃料切换完毕。可以理解，作为一种选择，也可以先调节固体燃料量再调节液体燃料量，也可以同时调节固体燃料量和液体燃料量。

另外，所述电子调节控制器8还可以通过获取各个燃料源中的燃料压力信息来判断是否满足变换燃料比例m的条件，例如，当压力传感器检测到某一燃料源中的燃料压力低于阈值时，意味着该燃料源中的燃料储存不足，压力传感器生成反馈信号传输至电子调节控制器8，电子调节控制器8根据接收到的反馈信号判断满足变换燃料比例m的条件，电子调节控制器8则按照上述主动切换燃料的方式调整各个燃料输出管路系统的输出燃料量，从而达到新的燃料比例m。

如图2所示，所述多相燃料喷嘴9包括：用于与安装机匣相连的喷嘴本体，喷嘴本体内设有用于引流液体燃料的液体燃料流道101、用于引流含有固体燃料粉末的气固混合气流的气固混合流道201及用于引流气体燃料的气体燃料流道301，所述液体燃料流道101与液体燃料输送管路系统连通，所述气固混合流道201与固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统连通，气体燃料流道301与气体燃料管路系统连通，所述液体燃料流道101、气固混合流道201及气体燃料流道301呈同心圆由内至外依次布设，且液体燃料流道101的进流口与喷嘴本体进流端的端面连通，气固混合流道201 和气体燃料流道301的进流口分别与喷嘴本体的外侧壁连通。喷嘴本体的喷射端内设有燃油雾化器40和空气旋流器50，燃油雾化器40与液体燃料流道101的出流端连通，以将液态的液体燃料雾化后喷入空气旋流器50内，空气旋流器50还与气固混合流道 201的出流端连通，以使气固混合气流和/或雾化后的液体燃料形成旋流后喷入燃气轮机的燃烧室内，喷嘴本体喷射端的端面与气体燃料流道301的出流端连通，以使气体燃料喷入燃烧室内。

本发明的多相燃料喷嘴9工作时，液体燃料输送管路系统供给的液体燃料首先由喷嘴本体进流端端面上的进流口进入液体燃料流道101内，然后再由液体燃料流道101 的出流端进入燃油雾化器40内雾化，雾化后的燃油再由燃油雾化器40喷入空气旋流器50，最后由空气旋流器50喷入燃烧室内；固体燃料输送管路系统供给的气固混合气流和空气输送管路系统供给的空气首先由喷嘴本体侧壁上的进流口进入气固混合流道201内，然后再由气固混合流道201的出流端进入空气旋流器50内形成旋流，最后由空气旋流器50喷入燃烧室内；气体燃料输送管路系统供给的气体燃料首先由喷嘴本体侧壁上的进流口进入气体燃料流道301内，然后再由喷嘴本体喷射端端面上的喷射口直接喷入燃烧室内。

本发明的多相燃料喷嘴9中，由于液体燃料流道101、气固混合流道201及气体燃料流道301呈同心圆由内至外依次布设，故而可尽可能地使燃料喷嘴的结构集成，缩小燃料喷嘴的几何尺寸，使燃料喷嘴结构简单、紧凑、布局合理，降低产品结构的复杂程度，节省燃料喷嘴更换、维护时间，并降低制作成本；并且，气固混合流道201 中使用的输送空气，除具有用于输送固体燃料的功能外，由于空气旋流器50的作用使得在燃油雾化器40的喷射端与空气旋流器50的喷口之间形成强旋流场，该旋流场可以作为液体燃料的辅助雾化区使用，进一步雾化由燃油雾化器40喷出的燃油，使其在极低的燃料流量(甚至接近0)下，仍能获得良好的液滴雾化效果，从而本发明的多相燃料喷嘴9不仅可以实现任意一种燃料(液体燃料、固体燃料或气体燃料)注入燃烧室，还可使液体燃料流道101可以按任意低的燃料比例向燃烧室供给燃油，进而实现各种燃料在多相燃料喷嘴9中以任意比例注入燃烧室，并仍有良好的燃烧效果，使燃烧室获得实时可变的多燃料供给，并在燃气轮机能源(电能、热能)输出不停止的情况下，进行多种燃料的无缝转换，燃气轮机适用的燃料品种增加、范围扩大，对燃料环境的适应性增强。

可选地，如图2所示，喷嘴本体包括两端连通且沿轴向延伸的芯杆10，芯杆10 的内通道构成液体燃料流道101，芯杆10的进流端与用于液体燃料输送管路系统连通，芯杆10的出流端内凹形成用于安装燃油雾化器40的安装空腔102。燃油雾化器40固定装设于安装空腔102内，且燃油雾化器40与液体燃料流道101的出流端连通。

具体地，如图2所示，燃油雾化器40包括空心筒状的雾化室体41，雾化室体41 与芯杆10同轴布设，且雾化室体41的外周壁外凸形成环状的密封凸环410，雾化室体41的第一端由芯杆10的出流端伸入安装空腔102内，且密封凸环410的端面顶抵芯杆10的出流端以密封安装空腔102。雾化室体41第一端的侧壁上设有贯通的第一进流孔411，第一进流孔411用于使安装空腔102内的液体燃料进入雾化室体41内并形成旋流以雾化。雾化室体41第一端的轴孔中固定装设有用于密封雾化室体41第一端的密封体42，雾化室体41第二端连接有用于将其内雾化后的液体燃料喷入空气旋流器50内的喷嘴体43。工作时，液体燃料流道101中的液体燃料首先由液体燃料流道101的出流端进入安装空腔102内，然后再在第一进流孔411的作用下进入雾化室体41的雾化室内并在雾化室内形成旋流以雾化，最后再由喷嘴体43喷入空气旋流器 50内。

优选地，如图5所示，第一进流孔411的数量为多个，多个第一进流孔411沿雾化室体41的周向均匀间隔布置于雾化室体41上，且各第一进流孔411为以雾化室的外圆为基准圆沿该基准圆的切线方向延伸的切向孔，以将安装空腔102内的液体燃料引入雾化室并在雾化室形成旋流雾化。

可选地，如图2所示，喷嘴本体还包括套装于芯杆10外且呈空心筒状的第一本体筒组20，第一本体筒组20用于与芯杆10配合形成气固混合流道201，第一本体筒组 20的侧壁上设有贯通的气固混合流进口202，气固混合流进口202与固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统连通，以将气固混合气流和空气导入气固混合流道201中。第一本体筒组20的第一端与芯杆10进流端的外环壁密封连接，第一本体筒组20的第二端装设有空气旋流器50。

具体地，如图2所示，空气旋流器50呈空心筒体状并与燃油雾化器40同轴布设，以便由燃油雾化器40喷出的液体燃料直接进入空气旋流器50内，空气旋流器50的外环壁外凸形成环状的连接凸环，连接凸环与第一本体筒组20第二端端面内壁面固定。再结合图4所示，空气旋流器50的侧壁上设有贯通的第二进流孔501，第二进流孔501 用于使气固混合流道201内的气固混合气流进入空气旋流器50内并形成旋流。燃油雾化器40的喷射端沿轴向伸入空气旋流器50内，以在第二进流孔501的作用下使燃油雾化器40的喷射端与空气旋流器50的喷口之间形成旋流场，以使由燃油雾化器40 喷出的液体燃料进一步雾化。工作时，气固混合流道201出流端内的气固混合气流在第二进流孔501的作用下进入空气旋流器50内并在空气旋流器50内形成旋流，以使燃油雾化器40的喷射端与空气旋流器50的喷口之间形成旋流场，进而使由燃油雾化器40喷出的液体燃料进一步雾化后，再由空气旋流器50的喷口喷入燃烧室内。

优选地，如图4所示，第二进流孔501的数量为多个，多个第二进流孔501沿空气旋流器50的周向均匀间隔布置于空气旋流器50上，且各第二进流孔501为以空气旋流器50的内孔圆为基准圆沿该基准圆的切线方向延伸的切向孔或切向槽，以将气固混合流道201内的气固混合气流引入空气旋流器50内。

具体地，如图2所示，第一本体筒组20包括沿轴向依次设置的第一焊接筒体21 和转接筒体22，及装设于第一焊接筒体21内的支承筒体23。转接筒体22的第一端与芯杆10进流端的外周壁密封连接，转接筒体22的第二端与第一焊接筒体21的第一端螺纹连接，气固混合流进口202设置于转接筒体22上。进一步地，如图2所示，第一本体筒组20还包括用于锁紧转接筒体22的锁止环24，锁止环24装设于第一焊接筒体21第一端的外圆上，并变形后与转接筒体22第二端的外环壁卡紧。支承筒体23 的两端分别与转接筒体22第二端的端面及芯杆10出流端的外周壁顶抵，支承筒体23 的侧壁上设有使气固混合流道201连通的连接槽口230。空气旋流器50设置于第一焊接筒体21第二端的轴孔中。更进一步地，再结合图6所示，连接槽口230的数量为多个，多个连接槽口230沿支承筒体23的周向均匀间隔布设于支承筒体23上。

可选地，如图2所示，喷嘴本体还包括套装于第一本体筒组20外且呈空心筒状的第二本体筒组30，第二本体筒组30用于与第一本体筒组20配合形成气体燃料流道301，第二本体筒组30的侧壁上设有贯通的气体燃料进口302，气体燃料进口302与气体燃料输送管路系统连通。第二本体筒组30的第一端与第一本体筒组20第一端的外环壁密封连接，第二本体筒组30第二端的端面上设有贯通的燃气喷口303，以供气体燃料流道301内的气体燃料喷入燃烧室。工作时，外部管路供给的气体燃料首先由气体燃料进口302进入气体燃料流道301内，然后再在气体燃料流道301的出流端由燃气喷口303直接喷入燃烧室内。

具体地，如图2所示，第二本体筒组30包括沿轴向依次设置的第二焊接筒体31 和端盖体32。第二焊接筒体31第一端的外周壁外凸形成环状的连接法兰盘310，第二焊接筒体31第二端的端面上设有燃气喷口303。端盖体32密封装设于第一本体筒组20第一端的外圆上，且端盖体32的开口侧与连接法兰盘310可拆卸式密封连接，并端盖体32的侧壁上设有气体燃料进口302。燃料喷嘴通过穿过连接法兰盘310和端盖体32的连接件与安装机匣可拆卸式连接。

优选地，如图2所示，第一焊接筒体21和第二焊接筒体31通过焊接方式连成整体，便于装配、连接，且第一焊接筒体21和第二焊接筒体31两者的第一端连接形成喷嘴本体的喷射端端面，以便安装固定空气旋流器50和在该端面上开设燃气喷口303。燃气喷口303的数量为多个，多个燃气喷口303沿第二焊接筒体31的周向均匀、间隔布设于第二焊接筒体31上，以将气体燃料均匀喷射至燃烧室内。

具体地，如图2和图3所示，多相燃料喷嘴9还包括用于引入气固混合气流的转接接头60及用于锁紧转接接头60的锁紧端盖110。转接接头60密封装设于第一本体筒组20第一端的外圆上，且转接接头60的一侧抵靠第二本体筒组30第一端的端面，转接接头60分别与固体燃料输送管路系统、空气输送管路系统及气固混合流进口202 连通。锁紧端盖110螺纹连接于第一本体筒组20第一端的外圆上且抵靠转接接头60 的另一侧，用于将转接接头60锁紧定位于第一本体筒组20的外圆上。

优选地，如图2所示，多相燃料喷嘴9还包括用于密封间隙的第一密封环件70、第二密封环件80、第三密封环件90及用于锁紧固定的锁紧螺母120，锁紧螺母120 螺纹连接于芯杆10第一端的外圆上且靠近第一本体筒组20第一端。第一密封环件70 装设于第一本体筒组20第一端的外圆上，且卡紧于转接接头60第一侧与第二本体筒组30第一端端面之间，用于密封转接接头60第一侧与第一本体筒组20外圆面及第二本体筒组30第一端端面之间的间隙，防止气体燃料由该些间隙处泄露。第二密封环件 80装设于第一本体筒组20第一端的外圆上，且卡紧于锁紧端盖110与转接接头60第二侧之间，用于密封转接接头60第二侧与第一本体筒组20外圆面及锁紧端盖110之间的间隙，防止气体燃料由该些间隙处泄露。第三密封环件90装设于芯杆10第一端的外圆上，且卡紧于锁紧螺母120与第一本体筒组20第一端端面之间，用于密封第一本体筒组20第一端与芯杆10外圆面及锁紧螺母120之间的间隙，防止气固混合气流从该些间隙处泄露。

具体地，第一密封环件70、第二密封环件80及第三密封环件90均为易变形的金属环。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多燃料系统，用于给燃气轮机提供燃料，其特征在于，

包括：

气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统、空气输送管路系统、多相燃料喷嘴(9)及电子调节控制器(8)，所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统均与所述多相燃料喷嘴(9)连接，所述气体燃料输送管路系统用于从气体燃料源中抽取气体燃料并输送至多相燃料喷嘴(9)，所述液体燃料输送管路系统用于从液体燃料源中抽取液体燃料并输送至多相燃料喷嘴(9)，所述固体燃料输送管路系统用于从固体燃料源中抽取固体燃料并输送至多相燃料喷嘴(9)，所述多相燃料喷嘴(9)用于与燃气轮机连接以给燃气轮机的燃烧室提供燃料，固定燃料被制成粉末状，所述空气输送管路系统还与所述固体燃料输送管路系统连接以使空气与粉末状的固体燃料掺混形成气固混合物；

所述气体燃料输送管路系统、液体燃料输送管路系统、固体燃料输送管路系统和空气输送管路系统均包括一个控制该管路系统输送流量的计量设备(3)，所述计量设备(3)与所述电子调节控制器(8)连接，所述电子调节控制器(8)还用于获取控制指令和燃气轮机的技术状态指标参数并根据获取的控制指令和燃气轮机的技术状态指标参数解算出各种燃料的输送量，进而控制各个管路系统中的计量设备(3)对应地调节其输送的燃料量；

所述电子调节控制器(8)在接收到主动切换燃料的控制指令后，根据该控制指令中包含的新的燃料比例解算出各个燃料输送管路系统输出燃料量的变化值，并按照燃料量变化值的正负值分为两组，设定每次增加的燃料量或减少的燃料量，然后控制每个燃料输送管路系统交替、逐一地增加或减少其输出的燃料量，直至达到新的燃料比例；

在主动切换燃料的过程中，所述电子调节控制器(8)不断获取燃气轮机实时的技术状态指标参数，当判断出燃气轮机的技术状态指标参数超出允许的波动范围时，所述电子调节控制器(8)通过控制各个燃料输送管路系统中的计量设备(3)降低各个燃料输送管路系统每次增加的燃料量和每次减少的燃料量。

2.如权利要求1所述的多燃料系统，其特征在于，

在燃气轮机进入工作状态后，所述电子调节控制器(8)获取燃气轮机实时的技术状态指标参数，并基于等转速调节原则和最大排气温度调节原则调整各个输送管路系统输送的燃料量。

3.如权利要求2所述的多燃料系统，其特征在于，

所述等转速调节原则是指控制燃气轮机按照目标控制转速n_L运行的调节规律，所述电子调节控制器(8)根据燃气轮机反馈的当前转速n与目标控制转速n_L，通过查取转速n与燃料总能量H的特性曲线中所对应的燃料能量并计算出燃料能量差值△H，再根据燃料能量差值△H解算出需要调节供给的燃料变化量，最后控制对应燃料路上的计量设备(3)调节燃料流量以增加或减少相应的燃料量。

4.如权利要求2所述的多燃料系统，其特征在于，

所述最大排气温度调节原则是指燃气轮机按照最大排气温度T_max调节燃气轮机在不同环境条件下最大输出功率的调节规律，当电子调节控制器(8)获取到燃气轮机的排气温度T₀达到最大调节限制值T_max时控制对应燃料路上的计量设备(3)停止继续增加燃料。

5.如权利要求1所述的多燃料系统，其特征在于，

当多种燃料混合使用时，所述电子调节控制器(8)根据接收到的或者预设的燃料比例对提供给燃气轮机的总燃料量进行解算，解算出各个燃料输送管路系统各自所需要供给的燃料量并控制各个燃料输送管路系统中的计量设备(3)对应地调节其输出的燃料量。

6.如权利要求1所述的多燃料系统，其特征在于，

所述电子调节控制器(8)在获取到燃气轮机的技术状态指标参数超过其限制值且判定无法通过调节燃料量将超标的技术状态指标参数调整至安全范围内时，按照预设的应急程序发出警告。

7.如权利要求1所述的多燃料系统，其特征在于，

所述电子调节控制器(8)还用于通过获取各个燃料源中的燃料压力信息判断是否满足变换燃料比例的条件，当获取的某一燃料源中的燃料压力低于阈值时，所述电子调节控制器(8)调整各个燃料输出管路系统输出的燃料量以达到新的燃料比例。

8.如权利要求1所述的多燃料系统，其特征在于，

所述多相燃料喷嘴(9)包括用于与安装机匣相连的喷嘴本体，所述喷嘴本体内设有用于引流液体燃料的液体燃料流道(101)、用于引流含有固体燃料粉末的气固混合气流的气固混合流道(201)及用于引流气体燃料的气体燃料流道(301)，所述液体燃料流道(101)与所述液体燃料输送管路系统连通，所述气固混合流道(201)与所述固体燃料输送管路系统和所述空气输送管路系统连通，所述气体燃料流道(301)与所述气体燃料管路系统连通，所述液体燃料流道(101)、所述气固混合流道(201)及所述气体燃料流道(301)呈同心圆由内至外依次布设，且所述液体燃料流道(101)的进流口与所述喷嘴本体进流端的端面连通，所述气固混合流道(201)和所述气体燃料流道(301)的进流口分别与所述喷嘴本体的外侧壁连通；

所述喷嘴本体的喷射端内设有燃油雾化器(40)和空气旋流器(50)，所述燃油雾化器(40)与所述液体燃料流道(101)的出流端连通，以将液态的液体燃料雾化后喷入所述空气旋流器(50)内，所述空气旋流器(50)与所述气固混合流道(201)的出流端连通，以使气固混合气流和/或雾化后的液体燃料形成旋流后喷入燃气轮机的燃烧室内，所述喷嘴本体喷射端的端面与所述气体燃料流道(301)的出流端连通，以使气体燃料喷入所述燃烧室内。

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