專利名稱：帶有可調(diào)空氣分流的延遲貧噴射的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方面針對延遲貧噴射(LLI :late lean injection)燃料分級結(jié)構(gòu)及其實 現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，一些燃氣輪機發(fā)動機未能以高效率操作，并產(chǎn)生不希望的空氣污染排放物。通常，由燃燒傳統(tǒng)碳氫燃料的渦輪產(chǎn)生的主要空氣污染排放物為氮氧化物、一氧化碳和未燃燒的碳氫化合物。對此，由于燃氣輪機發(fā)動機中例如分子氮的氧化取決于燃燒器中的高溫和處于高溫的反應(yīng)物在燃燒器中的存留時間，所以通過將燃燒器溫度維持在低于熱N0x形成的水平，或通過限制處于高溫的反應(yīng)物的存留時間，使得N0x形成反應(yīng)的時間不足，從而降低熱N0x形成的水平。
—種溫度控制方法涉及在燃燒之前預(yù)先混合燃料和空氣以形成貧混合物。然而，已經(jīng)看出，對于重型工業(yè)燃氣輪機，即使使用預(yù)先混合的貧燃料，燃燒產(chǎn)物的所需溫度也太高，以致燃燒器必須在反應(yīng)區(qū)以超出熱NOx形成的閾值溫度的峰值氣體溫度操作，導致大量N0x形成。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃氣輪機發(fā)動機，其包括燃燒器，具有第一內(nèi)部，通過燃料回路供應(yīng)給第一內(nèi)部的第一燃料可在第一內(nèi)部中燃燒；渦輪機，包括旋轉(zhuǎn)渦輪葉片，至少可接收第一燃料的燃燒產(chǎn)物，以給渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)提供動力；過渡區(qū)，包括第二內(nèi)部，通過燃料回路給第二內(nèi)部供應(yīng)的第二燃料和第一燃料的燃燒產(chǎn)物可在第二內(nèi)部中燃燒，過渡區(qū)設(shè)置成將燃燒器和渦輪機彼此流體地聯(lián)接；多個燃料噴射器，在結(jié)構(gòu)上由過渡區(qū)支撐并聯(lián)接在燃料回路上，且構(gòu)造成給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任一個的第二內(nèi)部供應(yīng)第二燃料；壓縮機，流體地聯(lián)接在燃燒器和過渡區(qū)上，通過壓縮機將空氣供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部，用于在第一內(nèi)部和第二內(nèi)部中燃燒；和控制系統(tǒng)，聯(lián)接在燃料回路上并構(gòu)造成控制給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部的空氣的相對量和由燃料回路供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部的第一燃料和第二燃料的相對量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種燃氣輪機發(fā)動機，其包括燃燒器，具有第一內(nèi)部，通過燃料回路給所述第一內(nèi)部供應(yīng)的第一燃料可在第一內(nèi)部中燃燒；和渦輪機，包括旋轉(zhuǎn)渦輪葉片，至少可接收第一燃料的燃燒產(chǎn)物，以給渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)提供動力，所述燃氣輪機發(fā)動機包括過渡區(qū)，包括第二內(nèi)部，由燃料回路給所述第二內(nèi)部供應(yīng)的第二燃料和第一燃料的燃燒產(chǎn)物可在第二內(nèi)部中燃燒，過渡區(qū)設(shè)置成將燃燒器和渦輪機彼此流體地聯(lián)接；多個燃料噴射器，在結(jié)構(gòu)上由過渡區(qū)支撐并聯(lián)接在燃料回路上，且構(gòu)造成給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任一個的第二內(nèi)部供應(yīng)第二燃料；壓縮機，流體地聯(lián)接在燃燒器和過渡區(qū)上，通過壓縮機將空氣供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部，用于在第一 內(nèi)部和第二內(nèi)部中燃燒；和控制系統(tǒng)，聯(lián)接在燃料回路上，并構(gòu)造成控制給第一 內(nèi)部和第二內(nèi)部的空氣的相對量和由燃料回路供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部的第一燃料和第二燃料的相對量。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種操作燃氣輪機發(fā)動機的方法，其中渦輪機通過過渡區(qū)流體地聯(lián)接在燃燒器上，過渡區(qū)介于渦輪機和燃燒器之間，且其中，壓縮機給燃燒器和過渡區(qū)供應(yīng)空氣，所述方法包括給燃燒器中的第一內(nèi)部供應(yīng)第一燃料；在燃燒器中的第一內(nèi)部中燃燒第一燃料；給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任一個的過渡區(qū)中的第二內(nèi)部供應(yīng)第二燃料；在過渡區(qū)的第二內(nèi)部中燃燒第二燃料和從第一內(nèi)部接收的燃燒產(chǎn)物的流；和控制供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部的空氣和第一燃料和第二燃料的相對量。
在結(jié)合附圖的以下描述中，這些和其它優(yōu)點、特征將變得更加清楚。



將具體指出被認作是本發(fā)明的主題，并在說明書結(jié)尾的權(quán)利要求中清楚地要求保護該主題。在結(jié)合附圖的隨后詳細描述中，本發(fā)明的前述和其它特征、優(yōu)點是明顯的，其中
圖1為包括延遲貧噴射能力的渦輪機的側(cè)剖面圖；
圖2為圖示頭端燃料分流百分比對圖1中渦輪機的點火溫度的圖的圖表；
圖3為圖示操作圖1中渦輪機的方法的流程
圖4A-4D為各種頭端結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖；禾口

圖5A-5D為各種燃料噴射器結(jié)構(gòu)的透視圖。
以下詳細描述將參照附圖以舉例的方式解釋本發(fā)明的實施例和其優(yōu)點、特征。 標號列表 IO燃氣輪機發(fā)動機 11頭端 12多個預(yù)先混合噴嘴 13標準燃燒器結(jié)構(gòu) 14 DLN 1+燃燒器結(jié)構(gòu) 15 DLN 2+燃燒器結(jié)構(gòu)
16 DLN 2. 6/2. 6+燃燒器結(jié)構(gòu) 20燃燒器 21第一內(nèi)部 30壓縮機 40套筒 41第二內(nèi)部 42稀釋孔 43過渡區(qū) 50渦輪機 60燃料噴射器 61閥 70燃料回路 71，72支路 80控制器 90源 91煉廠氣體閥 100熱偶/壓力計 1103通閥 120催化部分氧化反應(yīng)器 125管中管噴射器結(jié)構(gòu) 130管 140沖擊套筒表面 145套筒 150接口部 155旋流噴射器 160歧管 165吹洗件 170旋流器 175濃催化噴射器結(jié)構(gòu) 180濃催化元件 185多管/噴頭噴射器結(jié)構(gòu) 190多個管 300操作渦輪機 310啟動LLI 320確定 330降低LLI水平 340增加LLI水平 350繼續(xù)操作LLI
具體實施例方式
參照圖l，提供了一種燃氣輪機發(fā)動機IO，該燃氣輪機發(fā)動機10包括燃 燒器20，具有第一內(nèi)部21，由燃料回路70供應(yīng)給第一內(nèi)部21的第一燃料可在第一內(nèi)部21 中燃燒；壓縮機30，通過壓縮機30壓縮入口空氣，并將其至少提供給燃燒器20和過渡區(qū) 43 ;和渦輪機50，渦輪機50包括旋轉(zhuǎn)渦輪葉片，其中至少可接收第一燃料的燃燒產(chǎn)物，以給 渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)提供動力。過渡區(qū)43設(shè)置為將燃燒器20和渦輪機50流體聯(lián)接，并包括第 二內(nèi)部41，由燃料回路70給第二內(nèi)部41供應(yīng)第二燃料和第一燃料的燃燒產(chǎn)物可在第二內(nèi) 部41中燃燒。如圖所示，燃燒器20和過渡區(qū)43彼此組合而大致具有頭端11的形式，頭端 11可具有各種結(jié)構(gòu)，如下面所討論的那樣。
如圖1所示，頭端11可包括多個預(yù)先混合噴嘴12。然而，如圖4A-4D所 示，其它的頭端11結(jié)構(gòu)也是可能的。這些替代結(jié)構(gòu)包括但不限于圖4A中的標準燃燒器結(jié) 構(gòu)13，圖4B中的干式低NOx (DLN) 1+燃燒器結(jié)構(gòu)14，圖4C中的DLN 2+燃燒器結(jié)構(gòu)15，和 圖4D中的DLN 2. 6/2. 6+燃燒器結(jié)構(gòu)16。此外，其它燃燒器結(jié)構(gòu)還包括整體氣化聯(lián)合循環(huán) (IGCC)頭端、催化頭端、擴散型頭端和多噴嘴靜音燃燒(MNQC)型頭端。

對于上述頭端11的各結(jié)構(gòu)，應(yīng)當理解，這些結(jié)構(gòu)的型式可以是延遲貧噴射 (LLI)兼容的。LLI兼容燃燒器可以為具有超過2500 。F的出口溫度或以大于10ms的熱側(cè) 存留時間處理含反應(yīng)性比甲烷強的成分的燃料的任意燃燒器。作為舉例，DLN 1+燃燒器結(jié) 構(gòu)14的LLI兼容型式可具有低于2500下的出口溫度但可處理含反應(yīng)性比甲烷強的成分的 燃料。擴散型頭端燃燒器的LLI兼容型式可具有超過2500下的出口溫度，并可處理含反應(yīng) 性比甲烷強的成分的燃料。類似地，DLN 2.0/DLN 2+燃燒器結(jié)構(gòu)15的LLI兼容型式可具有 超過2500下的出口溫度，并可處理含反應(yīng)性比甲烷強的成分的燃料，同時，催化頭端或DLN 2. 6/2. 6+燃燒器結(jié)構(gòu)16的LLI兼容型式可具有超過2500 °F的出口溫度，并可處理含反應(yīng) 性比甲烷強的燃料。
多個燃料噴射器60各在結(jié)構(gòu)上由過渡區(qū)43的外壁或由繞過渡區(qū)43的套 筒40的外壁支撐，并延伸進入第二內(nèi)部41至不同深度。利用這種構(gòu)造，各燃料噴射器60 構(gòu)造成提供LLI燃料分級能力。就是說，各燃料噴射器60構(gòu)造成通過例如沿一個方向(其 通常橫切于通過過渡區(qū)43的主要流向)噴射燃料來將第二燃料(即LLI燃料)供應(yīng)給單 軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任何一個的第二內(nèi)部41。這樣，對在 燃燒器20和過渡區(qū)43中的情況進行分級，以生成穩(wěn)定燃燒的局部區(qū)域。

參照圖5A-5D，可以看出燃料噴射器60可以具有各種特征和功能。例如， 如圖5A所示，燃料噴射器60可以包括管中管(tube-in-tube)噴射器結(jié)構(gòu)125。在該結(jié)構(gòu) 中，通過管130中噴嘴，將燃料主動地送入過渡區(qū)43的內(nèi)部41，并通過管130和套筒145之 間的環(huán)形空間將空氣被動地送入，套筒145從沖擊套筒表面140延伸到接口部150。如圖 5B所示，燃料噴射器60還可以包括旋流噴射器155。在該結(jié)構(gòu)中，通過歧管160將燃料主 動地送入過渡區(qū)43的內(nèi)部41，并通過中央吹洗件(central purge) 165和/或通過旋流器 170將空氣被動地送入。此外，如圖5C和5D所示，燃料噴射器60結(jié)構(gòu)的其它舉例包括濃 催化噴射器(rich catalytic injector)結(jié)構(gòu)175，其包括濃催化元件180 ;和多管/噴頭 噴射器結(jié)構(gòu)185，其包括多個管190，通過多個管190將燃料送入過渡區(qū)43。應(yīng)當理解，在 各種這些情況中，燃料噴射器60可以在對應(yīng)于過渡區(qū)43的外表面上的之前存在的稀釋孔42(如果存在的話)的位置聯(lián)接到過渡區(qū)43。以這種方式，由于不需要將附加孔鉆入過渡 區(qū)43的外表面，所以限制了或大大地減少了制造成本和負面的性能效果。如果稀釋孔42 已經(jīng)不存在，那么燃料噴射器60可根據(jù)需要放置在過渡區(qū)43的外部。
根據(jù)實施例，單軸向級包括當前操作的單個燃料噴射器60，沒有用于多個 的先行基礎(chǔ)的多軸向級包括多個當前操作的燃料噴射器60，多個當前操作的燃料噴射器 60分別設(shè)置在過渡區(qū)43的多個軸向位置，單軸向圓周級包括分別繞過渡區(qū)43的單個軸向 位置的圓周設(shè)置的多個當前操作的燃料噴射器60，而多軸向圓周級包括多個當前操作的燃 料噴射器60，所述多個當前操作的燃料噴射器60繞過渡區(qū)43的圓周設(shè)置在過渡區(qū)43的多 個軸向位置上。
這里，在多個燃料噴射器60繞過渡區(qū)43的圓周設(shè)置的地方，燃料噴射器 60可基本上均勻地或不均勻地彼此隔開。作為舉例，八個或十個燃料噴射器60可應(yīng)用在特 定的圓周級，2、3、4或5個燃料噴射器60安裝成在過渡區(qū)43的上半部和下半部(northern andsouthern hemispheres)上具有彼此分離的變化的角度。另外，在多個燃料噴射器60設(shè) 置在過渡區(qū)43的多個軸向級的地方，燃料噴射器60可相對于彼此排列成行和/或交錯。

在燃氣輪機發(fā)動機10的操作期間，各燃料噴射器60可聯(lián)合地或分離地被 激勵(activate)或被去激勵(deactivate)，使得形成單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級 和多軸向圓周級中的當前有效的一個。為此，應(yīng)當理解，可通過燃料回路70借助于設(shè)置在 對應(yīng)的燃料噴射器60和燃料回路70的支路71或72之間的閥61給各燃料噴射器60供應(yīng) LLI燃料。閥61與發(fā)送信號給閥61的控制器80信號通信，以便使閥61打開或關(guān)閉，并由 此激勵或去激勵對應(yīng)的燃料噴射器60。
因而，如果當前希望各燃料噴射器60當前被激勵(S卩，多軸向圓周級)，那 么控制器80發(fā)送信號給各閥61，并使這些閥61打開，并由此激勵各燃料噴射器60。相反 地，如果當前希望過渡區(qū)43的特定軸向級的各燃料噴射器60當前被激勵(即，單軸向圓周 級)，那么控制器80僅發(fā)送信號給對應(yīng)于單軸向圓周級的燃料噴射器60的各閥61，并使這 些閥61打開，并由此激勵各燃料噴射器60。當然，該控制系統(tǒng)僅僅是示范性的，應(yīng)當理解， 燃料噴射器結(jié)構(gòu)的多種組合是可能的，用于控制燃料噴射器60的激勵和去激勵中的至少 一個的其它系統(tǒng)和方法是可獲得的。
此外，通過具有多個燃料噴射器結(jié)構(gòu)的多個燃料噴射器60的存在，如上所 述，控制器80可進一步構(gòu)造成在任意時間僅激勵具有特定燃料噴射器結(jié)構(gòu)的那些燃料噴 射器60。因而，如果當前希望具有管中管噴射器結(jié)構(gòu)125的各燃料噴射器60當前被激勵， 那么控制器80發(fā)送信號給對應(yīng)于那些燃料噴射器60的各閥61，并使這些閥61打開。相反 地，如果當前希望激勵包括旋流噴射器155的各燃料噴射器60，那么控制器80僅發(fā)送信號 給對應(yīng)于包括旋流噴射器155的燃料噴射器60的各閥61，并使這些閥61打開。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種操作燃氣輪機發(fā)動機10的方法，其 中，渦輪機50通過介于渦輪機50與燃燒器20之間的過渡區(qū)43而流體聯(lián)接到燃燒器20。 該方法包括給燃燒器20內(nèi)的第一內(nèi)部21供應(yīng)第一燃料；在燃燒器20內(nèi)的第一內(nèi)部21 中燃燒第一燃料；給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中任一個的過渡區(qū) 43內(nèi)的第二內(nèi)部41供應(yīng)第二燃料；以及在過渡區(qū)內(nèi)的第二內(nèi)部41中燃燒第二燃料和從第 一內(nèi)部21接收的燃燒產(chǎn)物的流。
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這里，給在單軸向級中的第二內(nèi)部41供應(yīng)第二燃料包括激勵單個燃料噴 射器60，給在多軸向級中的第二內(nèi)部41供應(yīng)第二燃料包括激勵分別設(shè)置在過渡區(qū)43的多 個軸向位置的多個燃料噴射器60，給在單軸向圓周級中的第二內(nèi)部41供應(yīng)第二燃料包括 激勵分別繞過渡區(qū)43的圓周設(shè)置在過渡區(qū)43的單個軸向位置的多個燃料噴射器60，而給 在多軸向圓周級中的第二內(nèi)部41供應(yīng)第二燃料包括激勵分別繞過渡區(qū)43的圓周設(shè)置在過 渡區(qū)43的多個軸向位置的多個燃料噴射器60。
參照圖2，可以看出，圖2提供了用于燃料分流控制的各種選擇的圖表圖 示。在圖2中，繪制了相對于Tfire值的頭端燃料分流的百分比，Tfire值為燃燒器20和 /或過渡區(qū)43中溫度的測量。由于控制器80進一步構(gòu)造成控制第一燃料和第二燃料朝頭 端11和/或燃料噴射器60的流向，所以可以看出LLI燃料分級還可以根據(jù)圖2中顯示的 控制選擇由控制器80進行進一步控制。為此，控制器80聯(lián)接在閥61上，如上面所討論的 那樣，并聯(lián)接在閥73上，以控制給燃料噴射器60的第二燃料的輸送和控制給頭端11的第 一燃料和/或LLI燃料的輸送。
如圖2所示，用于這種控制的第一選擇采用固定頭端分流，其中，一旦達到 Tfire的預(yù)先選擇的值，便將某百分比(< 100%)的第一燃料和/或LLI燃料輸送給過渡 區(qū)43，用于LLI燃料分級。從這一點來說，輸送給過渡區(qū)43的燃料的百分比保持基本上恒 定。第二選擇采用頭端分流規(guī)劃(head end split schedule)。在該情況下，隨著Tf ire值 增加到超出預(yù)先選擇的值，LLI燃料的百分比成比例地或基于一些其它適當?shù)暮瘮?shù)而增加。 第三選擇為將LLI燃料的百分比作為燃燒器20、壓縮機30、過渡區(qū)43和/或渦輪機50的 內(nèi)部環(huán)境的若干特性中的任意一個或多個的函數(shù)。例如，百分數(shù)可以是Tcd或Pcd(測得的 壓縮機排放溫度和壓力條件)的函數(shù)；燃燒器20、壓縮機30或過渡區(qū)43內(nèi)的濕度讀數(shù)的 函數(shù)；燃氣輪機排氣溫度和/或T39 (計算所得的燃燒器出口溫度)的函數(shù)。

以上討論的第三選擇還可變更，以適應(yīng)當前修正的沃泊指數(shù)(麗I)。在 該情況下，由于已知麗I計量燃料的能量密度，且對于給定的燃料噴嘴區(qū)域，較低的麗I 指示頭端燃料噴嘴上壓力比率的增加，而壓力比率的增加可能造成不希望的動力學特性 (dynamics)，且LLI燃料噴嘴對動力學特性不靈敏，所以LLI燃料的百分比也可以是麗I的 函數(shù)。以這種該方式，隨著麗I增加，更大百分比的LLI燃料轉(zhuǎn)向過渡區(qū)43。根據(jù)這些選 擇中的各選擇，應(yīng)當理解，熱偶/壓力計100或任何其它適當?shù)沫h(huán)境測量裝置可安裝在燃燒 器20、壓縮機30、過渡區(qū)43和/或渦輪機50中，這被認為是測量燃燒器20、壓縮機30、過 渡區(qū)43和渦輪機50中的溫度和壓力所需要的。
參照圖3，可以看出，控制具有LLI能力的渦輪的方法包括在步驟300操作 渦輪機、在步驟310，在特定時間段之后或一旦達到Tfire的預(yù)先選擇的值時啟動LLI，和在 步驟350根據(jù)第一選擇在相同水平繼續(xù)操作LLI。相反地，根據(jù)第二選擇，該方法包括在步 驟350以增加的水平繼續(xù)操作LLI。同時，根據(jù)第三選擇，在步驟320確定燃燒器20、壓縮 機30和/或過渡區(qū)域43的任何特定的測量特征是否高于或低于確定的參數(shù)，并且基于確 定的結(jié)果，在步驟330降低LLI水平、在340增加LLI水平、或在步驟350維持并隨后繼續(xù) LLI操作。
再參照圖1，控制器80進一步構(gòu)造成控制3通閥IIO，和在一些實施例中， 控制繞燃料噴射器60設(shè)置在歧管上的附加閥或上述閥61。因此，控制器80能夠控制由壓縮機30輸送至燃燒器20和過渡區(qū)43或各燃料噴射器60的入口空氣的空氣分流。通過這 種方式，控制器80能夠同時改變?nèi)剂戏至骱涂諝夥至?。因此，控制?0因此能產(chǎn)生用于燃 燒系統(tǒng)的操作路徑，其注重燃燒系統(tǒng)的最優(yōu)的燃料與空氣的比率。根據(jù)本發(fā)明的不同實施 例，3通閥110可進一步集成為整體空氣冷卻劑系統(tǒng)、廣義調(diào)節(jié)規(guī)劃(extended turndown efforts)和/或能源部(DoE)計劃的一部分。
如上所述，實現(xiàn)了 3通閥110的控制，用來優(yōu)化燃燒系統(tǒng)的燃料對空氣的比 率。這些比率可基于燃燒器20和過渡區(qū)43的規(guī)格或可基于當前環(huán)境條件進行預(yù)先選擇。 在該情況下，控制器80可基于安裝在燃燒器20、壓縮機30、過渡區(qū)43和渦輪機50中的熱 偶/壓力計100的溫度和/或壓力讀數(shù)，增加燃燒器20或過渡區(qū)43中的燃料對空氣的比率。
延遲貧噴射(LLI)還可允許將包括諸如煉廠氣體的替代氣體的多種氣體 流噴施進入過渡區(qū)43，通常這是非LLI燃燒器不能處理的。由于關(guān)注預(yù)先混合器中不希望 的駐焰，所以諸如煉廠氣體的強反應(yīng)性氣體典型地不能通過預(yù)先混合的燃燒器處理。另一 方面，可將在特定情況下可以或不可以與天然氣混合的煉廠氣體直接噴射進入過渡區(qū)43， 而沒有此類問題，尤其是在燃料噴射器60容許駐焰的情況下。這里，在煉廠氣體與天然氣 混合時，使用的天然氣的量可以是上述Tcd、 Pcd和T39的函數(shù)。另外，應(yīng)當理解，在將煉廠 氣體噴射進入過渡區(qū)43時，可在頭端11采用對駐焰靈敏的預(yù)先混合器，以防止或極大地減 少駐焰事故的可能性。
如圖1所示，可以借助于由控制器80控制的煉廠氣體閥91，將替代氣體從 源90噴射進入燃料回路70的支路71或72。以這種方式，當確定已將替代氣體噴射進入過 渡區(qū)43時，控制器80可以打開煉廠氣體閥91，使得替代氣體可以通過燃料回路70向燃料 噴射器61傳播。
作為進一步的實施例，應(yīng)當理解，替代氣體可以與天然氣混合，以形成第一 燃料，其組成反映使用的具體頭端ll的容許度。替代氣體可以提供具有或不具有這樣的混 合，以形成第二燃料。
此外，還應(yīng)當理解，替代氣體可包括上述由燃料回路70從源90接收的煉廠 氣體和由反應(yīng)性比甲烷強的成分組成的氣體。更具體地說，替代氣體可包括含約O. 5% (體 積)以上的量的氫、約5% (體積)以上的量的乙烷、約10% (體積)以上的量的丙烷、約 5%(體積)的以上的量丁烷或量丁烷以上的碳氫化合物的氣體。
燃料回路70也可結(jié)合多個支路71和72以適應(yīng)燃料流的改變。多個支路 71和72然后也可用來通過提供額外的燃料流區(qū)域，或通過以產(chǎn)生分離的燃燒模式(即擴散 和預(yù)混合)的方式引入燃料而允許燃料成分的大的變化。支路71和72也可允許燃料沃泊 值、燃料成分的變化以及動態(tài)調(diào)整。燃料回路70的支路71和72可實施為燃料回路70的 支路，過渡區(qū)43中的附加燃料噴嘴或這些選擇的組合以及其它合適的選擇。

支路71和72可進一步包括沿其長度方向設(shè)置的催化部分氧化反應(yīng)器 (CPCR) 120。 CPCR120將第一燃料或第二燃料中的甲烷轉(zhuǎn)化成氫，和/或部分地氧化甲烷而 不生成氮氧化物。結(jié)果，由于用于LLI的已反應(yīng)燃料已經(jīng)部分地氧化，燃料可甚至晚于其在 其它情況下將要噴射的時間而噴射到過渡區(qū)43中。
盡管已經(jīng)結(jié)合有限數(shù)量的實施例，對本發(fā)明進行了詳細描述，但容易理解的是，本發(fā)明不限于這些公開的實施例。本發(fā)明可以修改成結(jié)合以上未描述的任意數(shù)量的 變型、變更、替代或等同配置，這些變型、變更、替代或等同配置雖未作描述，但其屬于本發(fā) 明的精神和范圍。此外，盡管對本發(fā)明的各種實施例進行了描述，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明的 方面可能僅包括其中一些描述的實施例。因此，本發(fā)明不限于上述描述，而是僅由權(quán)利要求 的范圍限定。
權(quán)利要求
燃氣輪機(10)發(fā)動機，包括燃燒器(20)，具有第一內(nèi)部(21)，由燃料回路(70)供應(yīng)給所述第一內(nèi)部(21)的第一燃料可在所述第一內(nèi)部(21)中燃燒；渦輪機(50)，包括旋轉(zhuǎn)渦輪葉片，所述旋轉(zhuǎn)渦輪葉片至少可接收所述第一燃料的燃燒產(chǎn)物，以便為所述渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)提供動力；過渡區(qū)(43)，包括第二內(nèi)部(41)，由所述燃料回路(70)給所述第二內(nèi)部(41)供應(yīng)的第二燃料和所述第一燃料的燃燒產(chǎn)物可在所述第二內(nèi)部(41)中燃燒，所述過渡區(qū)(43)設(shè)置成將所述燃燒器(20)和所述渦輪機(50)彼此流體聯(lián)接；多個燃料噴射器(60)，在結(jié)構(gòu)上由所述過渡區(qū)(43)支撐，并聯(lián)接在所述燃料回路(70)上，且構(gòu)造成給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任一個的所述第二內(nèi)部(41)供應(yīng)所述第二燃料；壓縮機(30)，流體聯(lián)接在所述燃燒器(20)和所述過渡區(qū)(43)上，通過所述壓縮機(30)將空氣供應(yīng)給所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)，用于在所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)中燃燒；和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)聯(lián)接在所述燃料回路(70)上并構(gòu)造成控制至所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)的空氣的相對量和由所述燃料回路(70)供應(yīng)給所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)的所述第一燃料和第二燃料的相對量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機發(fā)動機(IO)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括閥(110)的系統(tǒng)，所述閥(110)的系統(tǒng)的至少一部分設(shè)置成靠近所述壓縮機(30)的出 口并介于所述壓縮機(30)、所述燃燒器(20)和所述過渡區(qū)(43)之間；禾口控制器(80)，聯(lián)接在所述閥(110)的系統(tǒng)上，并構(gòu)造成打開和關(guān)閉獨立的閥(IIO)，用 于至少增加或減少供應(yīng)給所述第一內(nèi)部(21)和第二內(nèi)部(41)的空氣的相對量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機發(fā)動機(IO)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先 選擇的燃料對空氣的比率來控制供應(yīng)給所述第一 內(nèi)部和第二內(nèi)部的空氣的相對量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機發(fā)動機(IO)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述 燃燒器(20)、所述壓縮機(30)、所述過渡區(qū)(43)和所述渦輪機(50)中的當前環(huán)境條件來 控制供應(yīng)給所述第一 內(nèi)部和第二內(nèi)部的空氣的相對量。
5. 燃氣輪機發(fā)動機(IO)，包括燃燒器(20)，所述燃燒器(20)具有第一內(nèi)部(21)，由 燃料回路(70)供應(yīng)給所述第一內(nèi)部(21)的第一燃料可在所述第一內(nèi)部(21)中燃燒；和渦 輪機(50)，包括旋轉(zhuǎn)渦輪葉片，所述旋轉(zhuǎn)渦輪葉片至少可接收所述第一燃料的燃燒產(chǎn)物，以 給所述渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)提供動力，所述燃氣輪機發(fā)動機(10)包括過渡區(qū)(43)，包括第二內(nèi)部(41)，由所述燃料回路(70)給所述第二內(nèi)部(41)供應(yīng)的 第二燃料和所述第一燃料的燃燒產(chǎn)物可在所述第二內(nèi)部(41)中燃燒，所述過渡區(qū)(43)設(shè) 置成將所述燃燒器(20)和所述渦輪機(50)彼此流體聯(lián)接；多個燃料噴射器(60)，在結(jié)構(gòu)上由所述過渡區(qū)(43)支撐，并聯(lián)接在所述燃料回路(70) 上，且構(gòu)造成給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任一個的所述第二 內(nèi)部(41)供應(yīng)所述第二燃料；壓縮機(30)，流體聯(lián)接在所述燃燒器(20)和所述過渡區(qū)(43)上，通過所述壓縮機 (30)將空氣供應(yīng)給所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)，用于在所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)中燃燒；禾口控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)聯(lián)接在所述燃料回路(70)上并構(gòu)造成控制至所述第一內(nèi)部 和第二內(nèi)部(21，41)的空氣的相對量和由所述燃料回路(70)供應(yīng)給所述第一內(nèi)部和第二 內(nèi)部(21，41)的所述第一燃料和第二燃料的相對量。
6. 操作燃氣輪機發(fā)動機(10)的方法，其中，渦輪機(50)通過過渡區(qū)流體地聯(lián)接到燃 燒器(20)，所述過渡區(qū)介于所述渦輪機(50)和所述燃燒器(20)之間，且其中，壓縮機(30) 給所述燃燒器(20)和所述過渡區(qū)(43)供應(yīng)空氣，所述方法包括給所述燃燒器(20)中的第一內(nèi)部(21)供應(yīng)第一燃料； 在所述燃燒器(20)中的所述第一內(nèi)部(21)中燃燒所述第一燃料； 給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中的任一個的所述過渡區(qū)(43)的第二內(nèi)部(41)供應(yīng)第二燃料；在所述過渡區(qū)(43)的所述第二內(nèi)部(41)中燃燒所述第二燃料和從所述第一內(nèi)部(21)接收的燃燒產(chǎn)物的流；禾口控制供應(yīng)給所述第一內(nèi)部和第二內(nèi)部(21，41)的空氣和所述第一燃料和第二燃料的相對量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制根據(jù)預(yù)先選擇的燃料對空氣的 比率來實現(xiàn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制根據(jù)在所述燃燒器(20)、所述壓 縮機(30)、所述過渡區(qū)(43)和所述渦輪機(50)中的當前環(huán)境條件來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃氣輪機發(fā)動機(10)，其包括燃燒器(20)，具有第一內(nèi)部(21)，第一燃料可在第一內(nèi)部(21)中燃燒；渦輪機(50)，其至少可接收第一燃料的燃燒產(chǎn)物；過渡區(qū)(43)，包括第二內(nèi)部(41)，第二燃料和第一燃料的燃燒產(chǎn)物可在第二內(nèi)部(41)中燃燒；多個燃料噴射器(60)，構(gòu)造成給單軸向級、多軸向級、單軸向圓周級和多軸向圓周級中任一個的第二內(nèi)部(41)供應(yīng)第二燃料；壓縮機(30)，通過壓縮機(30)將空氣供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部，用于在第一內(nèi)部和第二內(nèi)部中燃燒；和控制系統(tǒng)，構(gòu)造成控制給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部的空氣的相對量和供應(yīng)給第一內(nèi)部和第二內(nèi)部的第一燃料和第二燃料的相對量。
文檔編號F02C9/00GK101776018SQ20101000396
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者G·D·邁爾斯, K·K·文卡塔拉曼, L·B·小戴維斯, W·S·齊明斯基 申請人:通用電氣公司