帶有被動供給燃料的預混合鼓風迴路的液體筒的製作方法與工藝
2023-05-21 00:53:53 1
本發明大致涉及燃氣渦輪，且更具體地涉及一種可在雙燃料模式下運行的燃氣渦輪，其中，液體筒鼓風迴路被被動地供給燃料以用於氣體運行(gasoperation)。
背景技術：
燃氣渦輪發動機通常包括用於壓縮進入的空氣流的壓縮機。空氣流與燃料混合併在燃燒器中被點燃以產生熱的燃燒氣體。燃燒氣體繼而流向渦輪。渦輪從氣體中提取能量以用於驅動軸。軸驅動壓縮機和例如發電機的通常另一元件。在一些設計中，燃燒器以例如液體燃料的備用燃料運行。液體燃料筒插入穿過燃燒區域上遊的微混合燃料噴嘴組件。當渦輪不以液體燃料運轉時，空氣經過液體筒而排出。然而，現存設計的問題是液體筒中的空氣有助於燃燒區域中的NOx的產生，該燃燒區域中的NOx的產生是不期望的。將優選在渦輪的僅氣體運行的期間通過使氣體燃料流出至液體筒的環狀空間中以與空氣混合從而解決該問題。
技術實現要素：
在一示範性實施例中，氣體/液體燃料噴嘴組件包括具有混合管的陣列的預混合管束、用於將燃料輸送至混合管的燃料壓室、設於燃料壓室內的筒管以及設於筒管中的液體燃料筒。液體燃料筒與筒管間隔開以限定環狀空間。筒管和燃料壓室構造成流體連通，使得壓室中的氣體燃料被噴射至環狀空間中。在另一示範性實施例中，雙燃料燃氣渦輪中的微混合器將燃料和空氣輸送至燃燒器，該微混合器包括預混合管束、燃料壓室、筒管以及液體燃料筒，該預混合管束包括混合管的陣列，該燃料壓室經由多個氣體燃料提取孔而將燃料輸送至混合管，該筒管設於壓室內並包括多個氣體燃料噴射孔，該液體燃料筒設於筒管中。壓室中的氣體燃料經由氣體燃料提取孔和氣體燃料噴射孔而被噴射至液體燃料筒和筒管之間的環狀空間中。在又一示範性實施例中，一種運行雙燃料燃氣渦輪的方法包括如下步驟：(a)以氣體燃料模式運行雙燃料燃氣渦輪；(b)在步驟(a)期間使空氣流經液體燃料筒和環狀空間；以及(c)在步驟(a)期間將氣體燃料從壓室噴射至環狀空間中。一種氣體/液體燃料噴嘴組件，包括：預混合管束(22)，包括混合管(24)的陣列；燃料壓室(25)，將燃料輸送至混合管；筒管(26)，設於壓室內；以及液體燃料筒(28)，設於筒管中，液體燃料筒與筒管間隔開以限定環狀空間(30)，其中，筒管和燃料壓室構造成流體連通，使得燃料壓室中的氣體燃料被噴射至環狀空間中。優選地，筒管(26)包括多個氣體燃料噴射孔(32)，多個氣體燃料噴射孔(32)允許將氣體燃料從燃料壓室噴射至環狀空間。優選地，燃料壓室(25)包括從混合管釋放氣體燃料的多個氣體燃料提取孔(34)。優選地，還包括設於環狀空間(30)的靜葉(36)，靜葉使空氣和氣體燃料在離開環狀空間之前旋動。優選地，噴射至環狀空間(30)中的氣體燃料的量是制定的。一種雙燃料燃氣渦輪中的微混合器，將燃料和空氣輸送至燃燒器，微混合器包括：預混合管束(22)，包括混合管(24)的陣列；燃料壓室(25)，將燃料輸送至混合管，燃料壓室包括多個氣體燃料提取孔(34)；筒管(26)，設於壓室內，筒管包括多個氣體燃料噴射孔(32)；以及液體燃料筒(28)，設於筒管中，其中，壓室中的氣體燃料經由氣體燃料提取孔和氣體燃料噴射孔而被噴射至液體燃料筒和筒管之間的環狀空間(30)中。優選地，還包括設於環狀空間(30)的靜葉(36)，靜葉使空氣和氣體燃料在離開環狀空間之前旋動。優選地，噴射至環狀空間(30)中的氣體燃料的量是制定的。一種運行雙燃料燃氣渦輪的方法，雙燃料燃氣渦輪包括帶有混合管(24)的陣列的預混合管束(22)、用於將燃料輸送至混合管的燃料壓室(25)、設於燃料壓室內的筒管(26)以及設於筒管中並與筒管間隔開以限定環狀空間(30)的液體燃料筒(28)，其中，筒管和燃料壓室構造成流體連通，方法包括：(a)以氣體燃料模式運行雙燃料燃氣渦輪；(b)在步驟(a)期間，使空氣流經液體燃料筒和環狀空間；以及(c)在步驟(a)期間，將氣體燃料從燃料壓室噴射至環狀空間中。優選地，燃料壓室(25)包括多個燃料提取孔(34)，並且，通過從燃料壓室經由燃料提取孔提取氣體燃料從而實施步驟(c)。優選地，筒管(26)包括多個燃料噴射孔(32)，並且，還通過將氣體燃料經由燃料噴射孔噴射至環狀空間中從而實施步驟(c)。優選地，還包括對環狀空間(30)中的流給予旋動。優選地，通過將氣體燃料徑向向內地噴射至環狀空間(30)中來實施步驟(c)。優選地，還包括以液體模式運行雙燃料燃氣渦輪，並且在液體模式中防止氣體燃料被噴射至環狀空間(30)中。優選地，還包括制定從燃料壓室(25)噴射至環狀空間(30)中的氣體燃料的量。附圖說明圖1是燃氣渦輪的簡化示意圖；以及圖2是雙燃料噴嘴中的微混合器多管組件的橫截面圖。部件列表10：燃氣渦輪；12：壓縮機；14：燃燒器；16：渦輪；20：燃料噴嘴；22：預混合管束；24：混合管；25：燃料壓室；26：筒管；28：液體燃料筒；30：環狀空間；32：氣體燃料噴射孔；34：氣體燃料提取孔；36：靜葉。具體實施方式圖1示出了典型的燃氣渦輪10。如圖所示，燃氣渦輪10通常包括位於前方的壓縮機12、中間周圍的一個或多個燃燒器14以及位於後方的渦輪16。壓縮機12和渦輪16通常共享公共轉子。壓縮機12將入口空氣加壓，隨後該入口空氣轉向或逆向流向燃燒器14，在該燃燒器14處，該入口空氣用於冷卻燃燒器並還對燃燒過程提供空氣。燃燒器14將燃料噴射至壓縮的工作流體的流中並點燃混合物以產生具有高的溫度、壓力以及速度的燃燒氣體。燃燒氣體離開燃燒器14並流向渦輪16，在該渦輪16處，該燃燒氣體膨脹以產生功。圖2是氣體/液體燃料噴嘴中的微混合器多管組件的橫截面圖。優選實施例的理念採用了非霧化空氣的液體筒設計，並將其應用於預混合管束段、微混合器、頭端。燃料噴嘴20包括預混合管束22，其包括混合管24的陣列。燃料壓室25將燃料輸送至混合管24。筒管26設於燃料壓室25內，且液體燃料筒28設於筒管26中。液體燃料筒28與筒管26間隔開以限定環狀空間30。筒管26和燃料壓室25構造成流體連通，使得壓室25中的氣體燃料被噴射至環狀空間30中。在一優選的構造中，筒管26包括多個氣體燃料噴射孔32，其允許將氣體燃料從燃料壓室25噴射至環狀空間30。燃料壓室25包括多個氣體燃料提取孔34，其從混合管釋放氣體燃料。如圖所示，氣體燃料徑向向內地噴射至環狀空間30中，以使氣體燃料和空氣在噴射至燃燒室中之前預混合。在渦輪的僅氣體運行的期間，該設計允許液體筒中的空氣在進入燃燒器之前與氣體燃料預混合，從而在以氣體燃料運行時允許燃燒器產生更少的NOx排放。可被動地以有效流動區域選擇(effective-flowareaselection)或主動地利用另一單獨的燃料迴路來制定氣體噴射的量，以產生與周圍微混合器管相比相同、更少或更多的燃料空氣混合物。在典型的運行中，環狀空間中的燃料/空氣將比周圍混合管更稀薄。環狀空間30可設計為具有旋動或非旋動的空氣，以增強噴嘴的性能。在本文中，靜葉36可設於環狀空間30中，該環狀空間30用於使空氣和氣體燃料在離開環狀空間30之前旋動(swirl)。作為結果的結構由於沒有霧化空氣子系統需要動力，因而提供額外的效率，更低廉，並且通過更低的氣體燃料火焰溫度而實現了更低的排放。雖然已結合目前被認為最實用且優選的實施例而描述了本發明，但應當理解本發明不限於所公開的實施例，相反，旨在覆蓋包括於所附權利要求的要旨和範圍內的各種修改和等效布置。