用于操作燃燒室的方法及燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于操作燃燒室的方法及燃燒室。燃燒室(5)包括本體(10)，其中燃料供應(yīng)導(dǎo)管(14)用于將燃料(F)供應(yīng)到本體(10)中且載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管(15)用于將空氣(A)供應(yīng)到本體(10)中。該燃燒室(5)還包括用于根據(jù)燃料(F)的特性來調(diào)整供應(yīng)到本體(10)中的載體空氣質(zhì)量流的調(diào)整系統(tǒng)(17)。
【專利說明】用于操作燃燒室的方法及燃燒室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容涉及一種用于操作燃燒室的方法及燃燒室。
[0002] 具體而言，該燃燒室為燃氣渦輪的燃燒室。

【背景技術(shù)】
[0003] 燃氣渦輪包括壓縮機、燃燒室和用以使燃燒室中生成的熱氣體膨脹的渦輪。
[0004] 此外，燃氣渦輪可具有渦輪下游的第二燃燒室和第二燃燒室下游的第二渦輪。
[0005] 燃燒室和第二燃燒室（在提供時）供有來自于壓縮機的空氣以及燃料；燃料燃燒 來生成熱氣體。
[0006] 當(dāng)燃料為天然氣時，其成分和特性可隨時間較大變化。例如，氮（不活潑成分，由 于其不參與燃燒過程）的量可隨時間較大地變化。
[0007] 由于提供到燃燒室中的總能量（即，噴射到燃燒室中的燃料的更低發(fā)熱值）限定 了燃氣渦輪的負載，故如果燃氣渦輪的負載保持恒定或大致恒定，則噴射到燃燒室中的燃 料質(zhì)量流可在燃料的特性變化時也較大地變化。
[0008] 當(dāng)燃料噴射到燃燒室中時，由燃料成分的變化引起的燃料質(zhì)量流的該較大變化可 引起穿透到燃燒室中的燃料射流的變化，且因此引起貧混合、較大排放如NOx排放和降低 的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開內(nèi)容的一個方面包括提供在燃料成分變化時也允許正確的燃料射流穿透 的方法及燃氣渦輪。
[0010] 本公開內(nèi)容的另一個方面包括提供一種在燃料成分隨時間變化的情況下也允許 正確的混合、減少的排放和有效操作的方法及燃氣渦輪。
[0011] 這些及其它方面通過提供根據(jù)所附權(quán)利要求的方法和燃氣渦輪來獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 其它特征和優(yōu)點將從通過附圖中的非限制性示例的方式示出的方法和燃氣渦輪 的優(yōu)選但非排他的實施例的描述中更清楚，在附圖中： 圖1和圖2示出了燃氣渦輪的不同實施例； 圖3和圖4示出了燃燒室的不同實施例； 圖5示出了穿過圖4的線V-V的截面。
[0013] 零件清單 1燃氣渦輪 2壓縮機 3燃燒室 4渦輪 5燃燒室 6渦輪 10本體 11導(dǎo)管 14燃料供應(yīng)導(dǎo)管 15載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管 17調(diào)整系統(tǒng) 19噴嘴 20孔口 21通路 24噴槍 25傳感器 27節(jié)流閥 28控制單元 29軸線 A載體空氣 F燃料 Μ混合物。

【具體實施方式】
[0014] 在下文中，首先描述了燃氣渦輪的兩個示例。
[0015] 圖1示出了具有壓縮機2、燃燒室3和渦輪4的燃氣渦輪1。
[0016] 壓縮機2壓縮空氣，空氣供應(yīng)至燃燒室3,在該處，空氣與燃料如天然氣相混合；該 混合物燃燒來生成在渦輪4中膨脹的熱氣體。
[0017] 圖2示出了一個示例，其中燃氣渦輪1具有在渦輪4下游的第二燃燒室5和第二 渦輪6。
[0018] 在第二燃燒室5中，燃料如天然氣噴射到在渦輪4中部分地膨脹的排出氣體中，以 生成熱氣體，熱氣體在渦輪6中膨脹。
[0019] 燃燒室3和5可具有相同或類似的特性，或可具有不同特性。在下文中，對燃燒室 5進行了具體參照，相同的考慮適用于燃燒室3，這與燃燒室3和5具有相同、類似或不同的 特性的事實無關(guān)。
[0020] 燃燒室5包括本體10,本體10限定例如矩形、正方形或梯形的導(dǎo)管11。此外，燃 燒室5具有用于將燃料如天然氣供應(yīng)至本體10中的燃料供應(yīng)導(dǎo)管14,以及用于將空氣供應(yīng) 到本體10中的載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管15。
[0021] 載體空氣為限制燃料射流且增加其動量來加強穿透的空氣質(zhì)量流。這還保護了燃 料免受過快的熱氣體夾帶和自動點火的延遲。
[0022] 燃燒室5還包括用于根據(jù)燃料的特性來調(diào)整供應(yīng)到本體10中的載體空氣質(zhì)量流 的調(diào)整系統(tǒng)17。
[0023] 燃料供應(yīng)導(dǎo)管14和載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管15連接到至少一個公共噴嘴19上；換言 之，穿過燃料供應(yīng)導(dǎo)管14和空氣供應(yīng)導(dǎo)管15兩者的流經(jīng)過噴嘴19而噴射到本體10中。通 常，燃料供應(yīng)導(dǎo)管14具有面對噴嘴19的中心部分的開口 20,且空氣供應(yīng)導(dǎo)管15具有噴嘴 19的邊界外的圍繞孔口 20的通路21。
[0024] 有利的是，調(diào)整系統(tǒng)17布置成保持經(jīng)過公共噴嘴19而噴射的燃料和載體空氣的 動量大致恒定，優(yōu)選的是在燃氣渦輪的負載大致恒定時。
[0025] 在優(yōu)選實施例中，提供了噴槍24 ;噴槍24突出至本體10中，且具有公共噴嘴19。 可提供一個或多個此類公共噴嘴19。噴槍24收納燃料供應(yīng)導(dǎo)管14和載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管 15,且燃料供應(yīng)導(dǎo)管14和載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管15連接到公共噴嘴19上。
[0026] 調(diào)整系統(tǒng)17可包括用于測量燃料的特征特性的傳感器25、連接到載體空氣供應(yīng) 導(dǎo)管15上的節(jié)流閥27、以及連接到傳感器25和節(jié)流閥27上用于基于由傳感器25測量的 特征特性來驅(qū)動節(jié)流閥27的控制單元28。
[0027] 作為備選，調(diào)整系統(tǒng)可包括孔口 20和/或通路21，其具有在燃料流變化時產(chǎn)生空 氣流的自動調(diào)節(jié)的形狀和/或尺寸。
[0028] 例如，孔口 20和噴嘴19可具有大致重疊的軸線27,垂直于軸線27的孔口 20的面 積可小于垂直于同一軸線27的噴嘴19的面積。
[0029] 在不同示例中，燃料的特性可為燃料的質(zhì)量流和/或成分和/或沃泊指數(shù)。
[0030] 燃氣渦輪的操作可從下文大致描述和示出的內(nèi)容中清楚。
[0031] 參看圖3的示例，燃料如天然氣穿過燃料供應(yīng)導(dǎo)管14 ;傳感器25檢測所需的燃料 特性，且將其傳送至控制單元28?？刂茊卧?8基于由傳感器25接收到的信號來驅(qū)動節(jié)流 閥27。因此，節(jié)流閥27基于燃料流來調(diào)整載體空氣流。調(diào)整可包括根據(jù)預(yù)定功能調(diào)節(jié)噴射 的空氣和燃料的動量，或保持它們恒定。空氣和燃料的動量為： Ma * va + Mf · vf 其中Ma為載體空氣的質(zhì)量流，va為噴射的載體空氣速度，Mf為燃料的質(zhì)量流，v f為噴 射的燃料速度。
[0032] 參看圖4和圖5的示例，燃料F穿過燃料供應(yīng)導(dǎo)管14,且載體空氣A穿過空氣供應(yīng) 導(dǎo)管15。由于孔口 20和通路21和噴嘴19的特性，故將發(fā)生載體空氣流的自動調(diào)整；事實 上，燃料的特性的變化導(dǎo)致燃料的質(zhì)量流的變化，因為能量（按照更低發(fā)熱值）在大致恒定 的負載下保持大致恒定；作為備選，燃料的質(zhì)量流可根據(jù)期望的負載來調(diào)節(jié)。標(biāo)號Μ表示由 載體空氣Α和燃料F形成的混合物；該混合物形成在噴嘴19處。
[0033] 燃料質(zhì)量流的變化影響穿過通路21的空氣流，使得實現(xiàn)了自動調(diào)整。
[0034] 本公開內(nèi)容還涉及一種用于操作燃燒室5的方法。
[0035] 該方法包括根據(jù)燃料的特性來調(diào)整供應(yīng)到燃燒室5的本體10中的載體空氣質(zhì)量 流。
[0036] 有利的是，燃料和載體空氣兩者都經(jīng)由公共噴嘴19來噴射。
[0037] 此外,經(jīng)過公共噴嘴19而噴射的燃料和載體空氣的動量在燃氣渦輪的負載大致 恒定時保持大致恒定。
[0038] 實際上，使用的材料和尺寸可根據(jù)要求和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平任意選擇。
【權(quán)利要求】
1. 一種燃燒室（5)，包括本體（10)，其中燃料供應(yīng)導(dǎo)管（14)用于將燃料（F)供應(yīng)到所 述本體（10)中且載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)用于將空氣（A)供應(yīng)到所述本體（10)中，其特征 在于，所述燃燒室（5)包括調(diào)整系統(tǒng)（17)，其用于根據(jù)所述燃料（F)的特性來調(diào)整供應(yīng)到所 述本體（10)中的載體空氣質(zhì)量流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室（5)，其特征在于，所述燃料供應(yīng)導(dǎo)管（14)和所述載 體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)連接到至少一個公共噴嘴（19)上，所述至少一個公共噴嘴（19)用于 噴射所述燃料（F)和所述載體空氣（A)兩者。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒室（5)，其特征在于，所述調(diào)整系統(tǒng)（17)布置成保持經(jīng) 過所述至少一個公共噴嘴（19)而噴射的所述燃料（F)和所述載體空氣（A)的動量大致恒 定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒室（5)，其特征在于， 所述燃燒室（5)包括突出至所述本體（10)中的噴槍（24)， 所述噴槍（24)具有所述至少一個公共噴嘴（19)， 所述噴槍（24)收納所述燃料供應(yīng)導(dǎo)管（14)和所述載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)， 所述燃料供應(yīng)導(dǎo)管（14)和所述載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)連接到所述公共噴嘴（19)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室（5)，其特征在于，所述燃料的特性為質(zhì)量流和/或成 分和/或沃泊指數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的燃燒室（5)，其特征在于，所述調(diào)整系統(tǒng)（17) 包括： 用于測量所述燃料（F)的特征特性的傳感器（25)， 連接到所述載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)上的節(jié)流閥（27)， 連接到所述傳感器（25)和所述節(jié)流閥（27)上用于基于由所述傳感器（25)測量的所 述特征特性來驅(qū)動所述節(jié)流閥（27)的控制單元（28)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室（5)，其特征在于，所述燃燒室（5)為燃氣渦輪的一部 分，所述燃氣渦輪包括壓縮機（2)、第一燃燒室（3)、第一渦輪（4)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒室，其特征在于，在所述渦輪（4)下游，所述燃氣渦輪 (1)包括供有來自于所述渦輪（4)的排出氣體的第二燃燒室（5)、以及第二渦輪（6)，所述燃 燒室（5)為所述第一燃燒室（3)和/或所述第二燃燒室（5)。
9. 一種用于操作燃燒室（5)的方法， 所述燃燒室（5)包括本體（10)，其中燃料供應(yīng)導(dǎo)管（14)用于將燃料（F)供應(yīng)到所述本 體（10)中且載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)用于將空氣（A)供應(yīng)到所述本體（10)中， 其特征在于， 根據(jù)所述燃料（F)的特性來調(diào)整供應(yīng)到所述本體（10)中的載體空氣質(zhì)量流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于， 所述燃料供應(yīng)導(dǎo)管（14)和所述載體空氣供應(yīng)導(dǎo)管（15)連接到至少一個公共噴嘴（19) 上， 所述方法包括經(jīng)由所述至少一個公共噴嘴（19)來噴射所述燃料（F)和所述載體空氣 (A)兩者。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法保持經(jīng)過所述至少一個公共 噴嘴（19)而噴射的所述燃料（F)和所述載體空氣（A)的動量大致恒定。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述燃料（F)的特性為質(zhì)量流和/或成 分和/或沃泊指數(shù)。
【文檔編號】F23R3/26GK104100999SQ201410141873
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】M.N.波亞帕克卡姆, K.斯耶德, K.克納普, T.溫德 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司