[发明专利]通过燃料分级的燃烧器排出温度轮廓控制及相关方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及燃气涡轮机，并且更具体地涉及一种构造成用于 延迟燃料喷射来管理燃烧器排出温度轮廓(或出口温度轮廓)的筒型燃 烧器。

背景技术

燃气轮机通常包括压缩机、一个或多个燃烧器、燃料喷射系统以 及多级涡轮区段。通常，压缩机使进入空气加压，该进入空气然后转 向或反向流动至燃烧器，在燃烧器中，进入空气用于冷却燃烧器，并 且还向燃烧过程提供空气。在一些多燃烧器涡轮中，燃烧器自身定位 成围绕涡轮转子的圆形布置，通常称为″环筒″阵列，并且过渡管道(duct) 将燃烧气体从各个燃烧器输送至涡轮区段的第一级。

更具体而言，在典型燃气轮机构造中，各燃烧器均包括固定到涡 轮壳体上的大致圆柱形的燃烧器壳体。各燃烧器还包括流动套筒以及 大致同心地布置在流动套筒内的燃烧器衬套。流动套筒和燃烧器衬套 两者都在其下游或后端处的双壁过渡管道和其上游或前端处的燃烧 器衬套帽盖组件之间延伸。过渡管道的外壁和流动套筒的一部分在其 相应表面的大部分上设有冷却空气供送开孔的布置，从而容许压缩机 空气进入过渡件内壁与外壁之间以及燃烧器衬套与流动套筒之间的 径向空间，且反向流至燃烧器的上游部分，在其中，空气流再次反向 流过帽盖组件并进入燃烧器衬套内的燃烧室中。干式低NOx(DLN)燃 气轮机通常使用双燃料燃烧器，其具有液体和气体两种燃料的能力。 一种常见的布置包括五个双燃料喷嘴，其包绕中央双燃料喷嘴，布置 成将燃料和空气供送至燃烧室。

然而，在各种操作状态下，以及为了获得较高的效率，期望的是 保持相对较高的燃烧气体温度来引入到涡轮第一级中。然而，将燃烧 气体温度保持在期望的高水平通常将不利地影响经受此种高温的热 气体通路构件的使用寿命。

发明内容

根据第一示例性而非限制性的实施例，本发明提供了一种燃气轮 机燃烧器，其包括：由燃烧室衬套限定的燃烧室，该衬套具有上游端 盖，其支承布置成用以将燃料供送至燃烧室的一个或多个喷嘴，在燃 烧室中，燃料与从压缩机供送的空气相混合；连接在燃烧室衬套下游 端与第一级涡轮喷嘴之间的过渡管道，该过渡管道将气态燃烧产物供 给至第一级涡轮喷嘴；以及一个或多个附加燃料喷射喷嘴，其布置在 过渡管道后端处以便将用于燃烧的附加燃料和空气在第一级涡轮喷 嘴的上游引入该过渡管道中。

根据另一示例性而非限制性的方面，提供了一种燃气轮机，其包 括压缩机、布置成环形阵列的多个燃烧器，各燃烧器均具有布置成用 以将燃料供给至燃烧室的一个或多个燃料喷嘴，各燃烧器均具有用于 将燃料室连接到第一级涡轮喷嘴上的过渡管道；定位在过渡管道后端 处的一个或多个附加燃料喷射喷嘴；以及布置成用以将燃料供给至各 过渡管道的附加燃料喷射喷嘴的歧管。

在又一示例性而非限制性的方面，提供了一种管理燃烧器排出温 度轮廓的方法，包括：(a)使燃烧气体从涡轮燃烧室经由过渡管道流至 第一级喷嘴，该过渡管道在一端附接到至少部分地限定燃烧室的燃烧 器衬套上；(b)将一个或多个燃料喷射喷嘴布置在远离燃烧室的过渡管 道的后端处；以及(c)向该一个或多个燃料喷射喷嘴供送足量的燃料以 实现期望的燃烧器排出温度轮廓。

现在将结合下文标示的附图来详细描述本发明。

附图说明

图1为公知的燃气轮机燃烧器的局部截面图；

图2为燃烧器过渡管道与涡轮第一级喷嘴之间界面(interface)的顶 部透视和局部示意性视图；

图3为燃烧器过渡管道排出端处的平均温度轮廓和峰值温度轮廓 的图表，该燃烧器并未如在本发明的示例性而非限制性实施例中那样 将附加燃料喷嘴结合到过渡管道中；

图4为类似于图3的图表，但示出了根据示例性而非限制性实施 例的结合有附加喷嘴的过渡管道的平均温度轮廓和峰值温度轮廓；

图5为示出涡轮各种操作状态的流程图，表示根据本文所公开的 示例性而非限制性实施例的延迟贫燃料喷射技术的定时；以及

图6为过渡管道和喷嘴导叶的示意性端视图，示出了根据本文所 述的示例性而非限制性实施例的关于管道壁和喷嘴导叶的峰值温度 区的位置。

具体实施方式