[实用新型]用于燃气涡轮的燃烧器以及对应的涡轮系统

说明书

本实用新型公开一种用于燃气涡轮的燃烧器以及对应的涡轮系统。所述燃烧器包括：燃料喷嘴；以及被动致动阀，其用于基于燃料的特性来选择性地将燃料供应引导到燃料喷嘴中的至少一个燃料通道。

技术领域

本公开一般涉及燃气涡轮，更具体地，涉及用于燃气涡轮的燃烧器以及对应的涡轮系统。

背景技术

燃气涡轮通常包括压缩机、包括一个或多个燃烧器的燃烧器部段和至少一个涡轮部段。压缩机排放空气被引导到每个燃烧器中，在燃烧器中，燃料被喷入、混合并燃烧。燃烧气体然后被引导到从燃烧气体中提取能量的涡轮部段。

燃气涡轮发动机燃烧系统通常在宽范围的流量、压力、温度和燃料空气比的操作条件下操作。需要控制燃烧器性能以实现和保持满意的整体燃气涡轮系统操作并实现可接受的排放水平(例如，NO_x和CO水平)。

一类燃气涡轮燃烧器通过使用预混燃料进行燃烧来实现低NO_x排放水平，其中燃料和空气在燃烧之前被混合以控制和限制热NO_x产生。这类燃烧器需要管理燃烧条件以实现稳定操作和可接受的NO_x和CO排放，同时限制通常与燃烧过程的声学和不稳定能量释放的组合相关的燃烧动态变化(dynamics)(例如，压力振荡(oscillations))。这样的系统通常需要在一个或多个燃烧器中的每一个中的多个独立控制的燃料喷射点和 /或燃料喷嘴，以允许燃气涡轮从启动到满负载运行。这种燃烧系统通常在相对较窄的燃料喷射器压力比范围内良好地工作，所述燃料喷射器压力比是例如在燃料喷嘴之前和之后的燃料流量、燃料通道流动面积和燃气涡轮循环压力的函数。可以通过选择正确的燃料喷嘴通道面积和调节到燃料喷嘴的燃料流量来管理这种压力比限制。

用于设定燃料气体成分的标准通常使用沃泊指数或修正沃泊指数 (ModifiedWobbe Index；MWI)来限定。修正沃泊指数允许比较不同燃料气体在不同温度下的能量含量。沃泊指数最一般地被定义为相对燃料发热值除以相对密度。修正沃泊指数(MWI)更加有指导意义，因为它考虑了燃料的温度。修正沃泊指数是低位发热值与比重(specificgravity)和绝对气体温度的乘积(product)的平方根的比率。

修正沃泊指数相对于所供应的燃料的指定值的变化可能导致不可接受的燃烧动态变化水平。也就是说，已经确定燃烧动态变化可以是修正沃泊指数的函数。因此，在修正沃泊指数相对于指定值的高水平变化下的操作可能导致硬件受损、燃烧系统的部件寿命缩短和电力中断(outage) 的可能性。

燃气涡轮在避免燃烧动态变化方面的性能对于用于燃烧的燃料和燃料喷嘴的组合敏感。当燃气涡轮燃烧器被调整而用特定喷嘴几何形状和用修正沃泊值的气体燃料(需要高气体燃料温度以实现在基本负载下的排放合规操作)以避免燃烧动态变化时，用冷燃料进行操作可导致燃烧动态变化和非合规排放。这些问题阻止燃气涡轮用冷燃料进行满负载运行 (being fully loaded)。其原因之一在于，当使用冷燃料时(例如，由于高燃料修正沃泊指数)横跨燃料喷嘴中的燃料输送孔的燃料压力比可能太低。

目前，当燃料气体温度低于指定范围和/或修正沃泊指数超出范围时，设计成依靠热气体燃料运行的某些燃气涡轮不能在排放合规燃烧模式下操作。这种限制防止高燃烧动态变化，高燃烧动态变化可能导致硬件损坏和/或机组熄火。通常，发电装置(powerplants)使用装置过程的余热(balance)来加热燃料，这需要大量的时间来达到操作温度。当燃料温度低于指定范围时，排放合规模式的目前的强制锁定(forced lockout) 意味着运营商不能达到较高的负载，并且必须保持低负载水平，以等待燃料温度升高。这种延误使运营商花费时间，延长在非排放合规模式下的操作，并减少发电收入。

实用新型内容

本公开的第一方面提供了一种用于燃气涡轮的燃烧器，其包括：燃料喷嘴；以及被动致动阀，其用于基于燃料的特性来选择性地将燃料供应引导到燃料喷嘴中的至少一个燃料通道。