[发明专利]驱动燃气轮机中燃料调整阀的方法和装置

说明书

此申请是国际申请日为2004年11月10日、中国申请号为200480033103.2的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于驱动燃气轮机中燃料调整阀来调整每个燃烧室的方法和装置。此外，本发明涉及一种调整燃气轮机中的每个燃烧室从而尽可能减少燃烧器压力振荡、氮氧化物、一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的方法。

背景技术

燃料调整装置通常用于控制进入一台工业涡轮机如燃气轮机的多室燃烧器中的一个燃烧室的燃料。通常，这些装置匹配进入每个燃烧室的燃烧空气流，使得燃料-空气混合物在燃烧时尽可能少地产生氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(UHC)。为了尽可能减少CO和UHC并获得更大的总效率，人们希望提高涡轮机内的燃烧温度。但是，随着燃烧温度的提高，涡轮机中NO_x的氧化作用剧烈增强。

减少NO_x的一种通用方法是降低涡轮机系统中的燃烧温度，或使燃料-空气比贫化。但是，如果燃料-空气混合物太贫化，那么发生“贫化烧尽”现象，并剧烈增加不希望有的排放。因此，在下列两项之间必须找到一种谨慎的平衡：(1)通过提高燃烧温度而提高效率(尽可能减少UHC和CO)；以及(2)降低燃烧温度以尽可能减少NO_x，或减小燃料-空气比，使得贫化烧光现象发生，这与通过增大燃料-空气比而尽可能提高效率相对立。

在工业燃气轮机的多个燃烧室中获得均匀的温度和压力分布是特别困难的。每个燃烧室中的空气流的变化使得难于维持所有燃烧室中的恒定的燃料-空气比。

该技术的专业人员已知的这些各种说明描述于下列专利中。Wilkes等人的美国专利4,292,801公开了一种能够减少氮氧化物排放的二级燃气轮机。Beebe等人的美国专利5,319,931公开了一种用于多室燃气轮机的燃料调整系统。Beebe等人的美国专利5,423,175公开了一种用于多室燃气轮机系统的燃料调整系统，其中，测量带一燃料流动速率的传感器输入以及每个燃烧室中的动态压力和涡轮机排气温度，并成为变化该燃料一空气混合物的原因。

虽然这些专利公开了包括用于以燃料供应多室燃气轮机的每个燃烧室中的燃料喷嘴的多个歧管，但这些参考文件没有一个对该技术的专业人员说明、建议或公开一种用于控制每个燃烧室中的每个燃料喷嘴的燃料调整阀。其次，没有明显地向每个燃烧室中的每个燃料喷嘴提供一个燃料调整阀，由于这是非常困难的，因为：1)燃气轮机中管道空间有限，不能让每个燃料喷嘴包括一个燃料调整阀；2)为了提高效率，必须包括多个燃料歧管，使得跨过每个燃料调整阀的压力降处在一个小的均匀范围内；以及3)调整每个燃烧室中的每个燃料调整阀是一项艰巨的任务。

因此，需要的是利用一个与每个燃料喷嘴一起的燃料调整阀来控制一台多室燃气轮机的燃料-空气比的系统和方法。

同样需要的是这样的控制一台多室燃气轮机的每个燃烧室中的燃料-空气混合物的系统和方法，它们能够对该燃气轮机的给定的能量输出尽可能减少燃烧室的压力振荡和NO_x、UHC、CO的排放。

还需要的是用于调整每个燃烧室中的每个燃料阀的简单的系统和方法，使得能够优化每个燃烧室中的燃料-空气比，从而对燃气轮机尽可能减少燃烧室的压力振荡和NO_x、UHC、CO的排放。

发明内容

因此，用于驱动燃气轮机中的燃料调整阀的现有系统和方法的上述缺点是通过有关用于调整燃气轮机的系统和方法的本发明的实施例来克服的。本发明的燃气轮机有多个燃烧室，每个燃烧室内有多个燃料喷嘴。每个喷嘴有其自身的燃料控制阀来控制流到喷嘴的燃料。为了尽可能减小通过燃料控制阀的压力降，利用多个歧管。每个歧管向多个燃烧室中的至少一个燃料喷嘴供应燃料。燃料控制阀安装在歧管上，使得燃料控制阀和喷嘴的重量由歧管而不是由多个燃烧室来承载。

在一方面，本发明包括一种燃气轮机，该轮机有多个燃烧室、用于每个燃烧室的多个燃料喷嘴、用于将燃料供应到多个燃烧室中的至少一个燃料喷嘴的多个歧管，所述多个歧管中的每个有燃料控制阀，用于由所述歧管向其供应燃料的每个所述燃料喷嘴，其中所述燃料控制阀安装在所述多个歧管上，用于控制通到每个所述燃烧室中的所述燃料喷嘴的所述燃料。

另一方面，本发明也包括一种燃气轮机，该轮机有多个燃烧室、用于每个所述燃烧室的多个燃料喷嘴、用于将燃料供应到每个所述燃烧室中的至少一个燃料喷嘴的多个歧管，所述多个歧管中的每个有燃料控制阀，用于由所述歧管向其供应燃料的每个所述燃料喷嘴，以及多个用于测量从所述多个燃烧室来的废气的热电偶。