[发明专利]用于动力设备应用的燃气涡轮组件及其操作方法

说明书

本发明涉及用于动力设备应用的燃气涡轮组件及其操作方法。一种用于动力设备应用的由预热的燃料气体进给的燃气涡轮组件，包括：压缩机；顺序燃烧器组件，其串联地包括第一燃烧级和第二燃烧级；涡轮，其构造成用以由热气体驱动以便在转子上做功；燃料源，其构造成用于供应预热的燃料到燃料气体分配系统，该燃料气体分配系统包括用于进给第一燃烧级的第一管线和用于进给第二燃烧级的第二管线，至少第二管线提供有至少金属阀，在金属阀和第二燃烧级之间存在第一管道，泄漏燃料气体可积聚在该第一管道中；其中，燃气涡轮还包括第二管道，该第二管道构造成用于进给冷却的空气到第一管道中，其中，冷却的空气具有的温度低于燃料气体的自动点燃温度。

相关申请的交叉引用

本专利申请主张在2019年12月4日提交的欧洲专利申请号19213681.0的优先权，该欧洲专利申请的整个公开内容通过引用并入文中。

技术领域

本发明涉及用于动力设备应用的燃气涡轮组件（在下文中仅用GT表示）的技术领域。众所周知，GT压缩空气，将压缩空气与燃料混合，在燃烧器中点燃混合物，并且然后在涡轮中膨胀热气体以便在GT的轴上产生机械功。更详细地，本申请的GT配备有顺序燃烧技术（优选为申请人的顺序燃烧技术），在两个顺序级中燃烧燃料-空气混合物。在第一燃烧级中，压缩空气与燃料混合并且燃烧，产生热气流。在第二级中，燃料注入到热气体中，由于热的周围环境而导致燃料的自燃。关于上述两级燃烧器技术，本发明解决了在第一级仍在操作的同时关停第二级并且操作GT组件的问题。

背景技术

一般来讲，GT组件包括下列组件：压缩机、燃烧器和涡轮。轴向压缩机对从发动机的环境吸进到压缩机中的空气加压。压缩的空气在压缩机的出口离开压缩机到固定容积（称为“充气室（plenum）”）中，在其中，主流分配到燃烧器组件并且一部分的压缩空气用作冷却空气。典型地但非仅有地，燃烧器组件包括多个燃烧器罐和喷燃器，将加压的空气与燃料（气体或油）混合并且点燃此混合物。然后，所得的热气体通过涡轮膨胀。由涡轮叶片上的热气流所做的机械功由于GT转子的周向组装叶片而转换成旋转能。

为了效率和排放目标二者都满足，在满负荷期间以及在部分和低负荷操作的同时，可采取多种措施。那些措施之一，但不限于此，是申请人在其GT中的顺序燃烧技术。此技术遵循GT的热力学循环中的再热步骤的原理。现今，至少两种不同的顺序GT是已知的。根据第一实施例，第一燃烧器和第二燃烧器是环状成型的，并且被称为高压涡轮的涡轮叶片级物理地分开。在第二燃烧器下游存在第二涡轮单元（称为低压涡轮）。此种GT由申请人生产，并且在市场上作为“GT26”有售。根据具有顺序燃烧器的GT的第二实施例，GT不提供有高压涡轮而是燃烧器组件以作为围绕转子的环布置的多个罐式燃烧器的形式实现。每个罐式燃烧器包括依次布置的第一级和第二级。另外，此第二种的GT由申请人生产，并且在市场上作为“GT36”有售。GT组件的那两个实例（GT26和GT36）仅被引用作为在其中可应用本发明的非限制性实例。然而，本发明在顺序罐燃烧器GT中的应用可包含更高（或更好）的优点。

众所周知，在顺序GT中使用预热的燃料气体（在下文中仅用FG表示），例如在进给（或供给）至燃烧器之前预热直至300°C的FG，引起燃烧效率的有益效果和改善GT组件性能。然而，在GT中使用此预热的燃料还涉及一些待解决的问题。由于燃料的高温，无法沿着燃料分配管线使用常规的软密封阀。因此，在预热燃料的情况下，燃料分配管线必须提供有金属座阀。有时，GT可在所谓的“仅第一级操作”中进行操作。在此状况下，仅操作第一燃烧级，并且驱动沿着燃料分配管线朝向第二燃烧级布置的阀关闭。然而，金属座阀不是100％紧密的而是必须预料到穿过这些阀的燃料泄漏。此泄漏可在第二燃烧级直接上游的燃料分配管线中（即在第二级喷燃器上游的管道和燃料分配系统中）积聚。在关停燃烧级中存在泄漏FG并且在FG分配系统中存在潜在地积聚FG对GT组件的安全操作带来风险。

发明内容