CN103423772A - 带有被动供给燃料的预混合鼓风回路的液体筒 - Google Patents

带有被动供给燃料的预混合鼓风回路的液体筒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带有被动供给燃料的预混合鼓风回路的液体筒。一种气体/液体燃料喷嘴组件，包括具有混合管的阵列的预混合管束、用于将燃料输送至混合管的燃料压室、设于燃料压室内的筒管以及设于筒管中的液体燃料筒。液体燃料筒与筒管间隔开以限定环状空间。筒管和燃料压室构造成流体连通，使得压室中的气体燃料被喷射至环状空间中。

Description

带有被动供给燃料的预混合鼓风回路的液体筒
技术领域
本发明大致涉及燃气涡轮，且更具体地涉及一种可在双燃料模式下运行的燃气涡轮，其中，液体筒鼓风回路被被动地供给燃料以用于气体运行(gas operation)。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括用于压缩进入的空气流的压缩机。空气流与燃料混合并在燃烧器中被点燃以产生热的燃烧气体。燃烧气体继而流向涡轮。涡轮从气体中提取能量以用于驱动轴。轴驱动压缩机和例如发电机的通常另一元件。
在一些设计中，燃烧器以例如液体燃料的备用燃料运行。液体燃料筒***穿过燃烧区域上游的微混合燃料喷嘴组件。当涡轮不以液体燃料运转时，空气经过液体筒而排出。然而，现存设计的问题是液体筒中的空气有助于燃烧区域中的NOx的产生，该燃烧区域中的NOx的产生是不期望的。
将优选在涡轮的仅气体运行的期间通过使气体燃料流出至液体筒的环状空间中以与空气混合从而解决该问题。
发明内容
在一示范性实施例中，气体/液体燃料喷嘴组件包括具有混合管的阵列的预混合管束、用于将燃料输送至混合管的燃料压室、设于燃料压室内的筒管以及设于筒管中的液体燃料筒。液体燃料筒与筒管间隔开以限定环状空间。筒管和燃料压室构造成流体连通，使得压室中的气体燃料被喷射至环状空间中。
在另一示范性实施例中，双燃料燃气涡轮中的微混合器将燃料和空气输送至燃烧器，该微混合器包括预混合管束、燃料压室、筒管以及液体燃料筒，该预混合管束包括混合管的阵列，该燃料压室经由多个气体燃料提取孔而将燃料输送至混合管，该筒管设于压室内并包括多个气体燃料喷射孔，该液体燃料筒设于筒管中。压室中的气体燃料经由气体燃料提取孔和气体燃料喷射孔而被喷射至液体燃料筒和筒管之间的环状空间中。
在又一示范性实施例中，一种运行双燃料燃气涡轮的方法包括如下步骤：(a)以气体燃料模式运行双燃料燃气涡轮；(b)在步骤(a)期间使空气流经液体燃料筒和环状空间；以及(c)在步骤(a)期间将气体燃料从压室喷射至环状空间中。
一种气体/液体燃料喷嘴组件，包括：
预混合管束(22)，包括混合管(24)的阵列；
燃料压室(25)，将燃料输送至混合管；
筒管(26)，设于压室内；以及
液体燃料筒(28)，设于筒管中，液体燃料筒与筒管间隔开以限定环状空间(30)，
其中，筒管和燃料压室构造成流体连通，使得燃料压室中的气体燃料被喷射至环状空间中。
优选地，筒管(26)包括多个气体燃料喷射孔(32)，多个气体燃料喷射孔(32)允许将气体燃料从燃料压室喷射至环状空间。
优选地，燃料压室(25)包括从混合管释放气体燃料的多个气体燃料提取孔(34)。
优选地，还包括设于环状空间(30)的静叶(36)，静叶使空气和气体燃料在离开环状空间之前旋动。
优选地，喷射至环状空间(30)中的气体燃料的量是制定的。
一种双燃料燃气涡轮中的微混合器，将燃料和空气输送至燃烧器，微混合器包括：
预混合管束(22)，包括混合管(24)的阵列；
燃料压室(25)，将燃料输送至混合管，燃料压室包括多个气体燃料提取孔(34)；
筒管(26)，设于压室内，筒管包括多个气体燃料喷射孔(32)；以及
液体燃料筒(28)，设于筒管中，
其中，压室中的气体燃料经由气体燃料提取孔和气体燃料喷射孔而被喷射至液体燃料筒和筒管之间的环状空间(30)中。
优选地，还包括设于环状空间(30)的静叶(36)，静叶使空气和气体燃料在离开环状空间之前旋动。
优选地，喷射至环状空间(30)中的气体燃料的量是制定的。
一种运行双燃料燃气涡轮的方法，双燃料燃气涡轮包括带有混合管(24)的阵列的预混合管束(22)、用于将燃料输送至混合管的燃料压室(25)、设于燃料压室内的筒管(26)以及设于筒管中并与筒管间隔开以限定环状空间(30)的液体燃料筒(28)，其中，筒管和燃料压室构造成流体连通，方法包括：
(a)以气体燃料模式运行双燃料燃气涡轮；
(b)在步骤(a)期间，使空气流经液体燃料筒和环状空间；以及
(c)在步骤(a)期间，将气体燃料从燃料压室喷射至环状空间中。
优选地，燃料压室(25)包括多个燃料提取孔(34)，并且，通过从燃料压室经由燃料提取孔提取气体燃料从而实施步骤(c)。
优选地，筒管(26)包括多个燃料喷射孔(32)，并且，还通过将气体燃料经由燃料喷射孔喷射至环状空间中从而实施步骤(c)。
优选地，还包括对环状空间(30)中的流给予旋动。
优选地，通过将气体燃料径向向内地喷射至环状空间(30)中来实施步骤(c)。
优选地，还包括以液体模式运行双燃料燃气涡轮，并且在液体模式中防止气体燃料被喷射至环状空间(30)中。
优选地，还包括制定从燃料压室(25)喷射至环状空间(30)中的气体燃料的量。
附图说明
图1是燃气涡轮的简化示意图；以及
图2是双燃料喷嘴中的微混合器多管组件的横截面图。
部件列表
10：燃气涡轮；
12：压缩机；
14：燃烧器；
16：涡轮；
20：燃料喷嘴；
22：预混合管束；
24：混合管；
25：燃料压室；
26：筒管；
28：液体燃料筒；
30：环状空间；
32：气体燃料喷射孔；
34：气体燃料提取孔；
36：静叶。
具体实施方式
图1示出了典型的燃气涡轮10。如图所示，燃气涡轮10通常包括位于前方的压缩机12、中间周围的一个或多个燃烧器14以及位于后方的涡轮16。压缩机12和涡轮16通常共享公共转子。压缩机12将入口空气加压，随后该入口空气转向或逆向流向燃烧器14，在该燃烧器14处，该入口空气用于冷却燃烧器并还对燃烧过程提供空气。燃烧器14将燃料喷射至压缩的工作流体的流中并点燃混合物以产生具有高的温度、压力以及速度的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧器14并流向涡轮16，在该涡轮16处，该燃烧气体膨胀以产生功。
图2是气体/液体燃料喷嘴中的微混合器多管组件的横截面图。优选实施例的理念采用了非雾化空气的液体筒设计，并将其应用于预混合管束段、微混合器、头端。燃料喷嘴20包括预混合管束22，其包括混合管24的阵列。燃料压室25将燃料输送至混合管24。筒管26设于燃料压室25内，且液体燃料筒28设于筒管26中。液体燃料筒28与筒管26间隔开以限定环状空间30。筒管26和燃料压室25构造成流体连通，使得压室25中的气体燃料被喷射至环状空间30中。
在一优选的构造中，筒管26包括多个气体燃料喷射孔32，其允许将气体燃料从燃料压室25喷射至环状空间30。燃料压室25包括多个气体燃料提取孔34，其从混合管释放气体燃料。
如图所示，气体燃料径向向内地喷射至环状空间30中，以使气体燃料和空气在喷射至燃烧室中之前预混合。在涡轮的仅气体运行的期间，该设计允许液体筒中的空气在进入燃烧器之前与气体燃料预混合，从而在以气体燃料运行时允许燃烧器产生更少的NOx排放。
可被动地以有效流动区域选择(effective-flow area selection)或主动地利用另一单独的燃料回路来制定气体喷射的量，以产生与周围微混合器管相比相同、更少或更多的燃料空气混合物。在典型的运行中，环状空间中的燃料/空气将比周围混合管更稀薄。
环状空间30可设计为具有旋动或非旋动的空气，以增强喷嘴的性能。在本文中，静叶36可设于环状空间30中，该环状空间30用于使空气和气体燃料在离开环状空间30之前旋动(swirl)。
作为结果的结构由于没有雾化空气子***需要动力，因而提供额外的效率，更低廉，并且通过更低的气体燃料火焰温度而实现了更低的排放。
虽然已结合目前被认为最实用且优选的实施例而描述了本发明，但应当理解本发明不限于所公开的实施例，相反，旨在覆盖包括于所附权利要求的要旨和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种气体/液体燃料喷嘴组件，包括：
预混合管束(22)，包括混合管(24)的阵列；
燃料压室(25)，将燃料输送至所述混合管；
筒管(26)，设于所述压室内；以及
液体燃料筒(28)，设于所述筒管中，所述液体燃料筒与所述筒管间隔开以限定环状空间(30)，
其中，所述筒管和所述燃料压室构造成流体连通，使得所述燃料压室中的气体燃料被喷射至所述环状空间中。
2.根据权利要求1所述的气体/液体燃料喷嘴组件，其特征在于，所述筒管(26)包括多个气体燃料喷射孔(32)，所述多个气体燃料喷射孔(32)允许将气体燃料从所述燃料压室喷射至所述环状空间。
3.根据权利要求2所述的气体/液体燃料喷嘴组件，其特征在于，所述燃料压室(25)包括从所述混合管释放气体燃料的多个气体燃料提取孔(34)。
4.根据权利要求1所述的气体/液体燃料喷嘴组件，其特征在于，还包括设于所述环状空间(30)的静叶(36)，所述静叶使空气和气体燃料在离开所述环状空间之前旋动。
5.根据权利要求1所述的气体/液体燃料喷嘴组件，其特征在于，喷射至所述环状空间(30)中的气体燃料的量是制定的。
6.一种双燃料燃气涡轮中的微混合器，将燃料和空气输送至燃烧器，所述微混合器包括：
预混合管束(22)，包括混合管(24)的阵列；
燃料压室(25)，将燃料输送至所述混合管，所述燃料压室包括多个气体燃料提取孔(34)；
筒管(26)，设于所述压室内，所述筒管包括多个气体燃料喷射孔(32)；以及
液体燃料筒(28)，设于所述筒管中，
其中，所述压室中的气体燃料经由所述气体燃料提取孔和所述气体燃料喷射孔而被喷射至所述液体燃料筒和所述筒管之间的环状空间(30)中。
7.根据权利要求6所述的微混合器，其特征在于，还包括设于所述环状空间(30)的静叶(36)，所述静叶使空气和气体燃料在离开所述环状空间之前旋动。
8.根据权利要求6所述的微混合器，其特征在于，喷射至所述环状空间(30)中的气体燃料的量是制定的。
9.一种运行双燃料燃气涡轮的方法，所述双燃料燃气涡轮包括带有混合管(24)的阵列的预混合管束(22)、用于将燃料输送至所述混合管的燃料压室(25)、设于所述燃料压室内的筒管(26)以及设于所述筒管中并与所述筒管间隔开以限定环状空间(30)的液体燃料筒(28)，其中，所述筒管和所述燃料压室构造成流体连通，所述方法包括：
(a)以气体燃料模式运行所述双燃料燃气涡轮；
(b)在步骤(a)期间，使空气流经所述液体燃料筒和所述环状空间；以及
(c)在步骤(a)期间，将气体燃料从所述燃料压室喷射至所述环状空间中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述燃料压室(25)包括多个燃料提取孔(34)，并且，通过从所述燃料压室经由所述燃料提取孔提取所述气体燃料从而实施步骤(c)。
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