具有再加熱燃燒器的噴射器裝置和渦輪機械的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種具有再加熱燃燒器的噴射器裝置和渦輪機械。所述裝置其包括：第一噴射器，所述第一噴射器位于定位在再加熱燃燒器的下游的渦輪機級的渦輪機噴嘴的表面上，所述渦輪機級包括所述渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排；第二噴射器，所述第二噴射器位于所述再加熱燃燒器的壁上；以及至少一個管路，所述至少一個管路與所述第一噴射器和所述第二噴射器的每一個流體連通，所述至少一個管路將將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種通過所述第一噴射器和所述第二噴射器中的至少一個輸送到所述再加熱燃燒器的后部段，且所述后部段定位在所述再加熱燃燒器中的燃燒反應區(qū)域的下游。
【專利說明】
具有再加熱燃燒器的噴射器裝置和渦輪機械
技術領域
[0001]本實用新型總體上涉及用于燃料和空氣的噴射器裝置和再加熱燃燒器。更具體地，本實用新型涉及修改發(fā)電系統(tǒng)(如燃氣渦輪機系統(tǒng)或渦輪機械)的性能和輸出的用于燃料和空氣的再加熱燃燒器和噴射器。
【背景技術】
[0002]渦輪機系統(tǒng)經常用于例如發(fā)電機的發(fā)電。工作流體(如熱氣體或蒸汽)可以流動橫越機械地聯(lián)接到渦輪機系統(tǒng)的轉子的渦輪機葉片組。工作流體在葉片上的力導致那些葉片(和聯(lián)接的轉子主體)旋轉。在許多情況下，轉子主體聯(lián)接到電動機械(如發(fā)電機)的驅動軸。在這個意義上，啟動渦輪機轉子的旋轉也可以旋轉發(fā)電機中的驅動軸以生成電流和特定功率輸出。
[0003]為了在基于燃燒的渦輪機械中生成工作流體，燃料可以在燃燒器內并且在氧氣的存在下燃燒以生成用于致動渦輪機系統(tǒng)的葉片的熱氣流。在一些系統(tǒng)中，空氣的一部分可能不在燃燒器中反應，并且可能繼續(xù)向下游通過燃氣渦輪機系統(tǒng)。為了改善渦輪機械的功率輸出和效率，該未反應空氣可以進入被稱為再加熱燃燒器的另一燃燒器。在再加熱燃燒器中，未反應的空氣可以在附加燃料的存在下燃燒以生成更多的熱氣并且致動渦輪機械的后續(xù)渦輪機級。該類型的渦輪機械在本領域中被稱為再加熱渦輪機。
[0004]再加熱渦輪機具有獲得比在本領域中目前使用的渦輪機更大的效率的可能性?？梢园ㄔ偌訜釡u輪機的現(xiàn)有的聯(lián)合循環(huán)機組的效率可能受到再加熱燃燒器的輸出和/或效率限制。特別地，將再加熱燃燒器設計成具有不同于第一燃燒器的出口溫度可以影響功率輸出(例如，通過增加或減小再加熱燃燒器中的燃料和燃燒能量的量)和排放物(例如，通過再加熱燃燒器中的燃燒反應，其輸出不同量的一氧化碳(CO)、二氧化碳(C02)以及統(tǒng)稱為“NO/的氧化氮或二氧化氮)。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的實施例提供用于發(fā)電系統(tǒng)中的噴射器裝置，和可以包括噴射器裝置中的一個的再加熱燃燒器。一般而言，本實用新型的實施例可以通過將附加燃料和空氣提供給燃燒室的下游區(qū)域(也被稱為“后部段”)改善基于燃燒的發(fā)電系統(tǒng)的性能。將燃料的一部分轉移到噴射器可以增加在再加熱燃燒器內發(fā)生的燃燒反應的量，減小進入后部段的流體的溫度，并且減小從反應室的排放物輸出。基于噴射裝置和/或再加熱燃燒器部件的位置和技術配置，附加燃燒反應可以在相對熱敏感部件的下游的室的優(yōu)選區(qū)域中發(fā)生。
[0006]本實用新型的第一方面提供一種裝置，其包括:噴射器，所述噴射器與發(fā)電系統(tǒng)中的再加熱燃燒器的后部段流體連通，所述后部段定位在所述再加熱燃燒器中的燃燒反應區(qū)域的下游，并且定位在所述發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機級的上游，其中所述渦輪機級包括渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排；以及管路，所述管路與所述噴射器流體連通，其中所述管路將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種輸送到所述噴射器。
[0007]本實用新型的第二方面提供一種裝置，其包括:噴射器，所述噴射器位于定位在再加熱燃燒器的下游的渦輪機級的渦輪機噴嘴的表面上，其中所述渦輪機級包括所述渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排；以及管路，所述管路與所述噴射器流體連通，其中所述管路將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種輸送到所述噴射器。
[0008]本實用新型的第三方面提供一種再加熱燃燒器，其包括:反應室，所述反應室定位在混合管道和渦輪機噴嘴之間，所述渦輪機噴嘴將所述反應室與發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機級分離，其中所述反應室包括前部段和后部段，所述前部段包括燃燒反應區(qū)域，來自獨立燃料供應管線的燃料供應到所述再加熱燃燒器，并且其中穿過所述混合管道的空氣和燃料在所述反應室的所述前部段中燃燒；以及噴射器，所述噴射器位于所述反應室的壁和所述渦輪機噴嘴的表面中的一個的表面上，其中所述噴射器將運載氣體和將來自燃料供應管線的燃料的一部分中的至少一種輸送到所述反應室的所述后部段。
[0009]所述再加熱燃燒器還包括在所述管路與所述第一噴射器和所述第二噴射器之間的分流閥，用于控制輸送到所述第一噴射器和所述第二噴射器的燃料的第二部分和第三部分的量。
[0010]所述再加熱燃燒器還包括:控制器，所述控制器可操作地連接到所述分流閥；以及與所述控制器通信的至少一個傳感器，用于確定所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項;其中所述控制器配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的至少一項調節(jié)所述分流閥的位置。
[0011]其中，所述第一噴射器和所述第二噴射器與所述渦輪機噴嘴之間的分離距離允許燃料在進入所述渦輪機噴嘴的喉部段之前在所述反應室的所述后部段內點火并且完全反應。
[0012]其中，所述第一噴射器與通過所述再加熱燃燒器的流體流動的方向基本相反地定向。所述運載氣體包括來自外部空氣供給和與所述再加熱燃燒器流體連通的壓縮器中的一種的未反應空氣。
[0013]其中，所述第一噴射器和所述第二噴射器中的一個中的運載氣體與燃料的質量比在大約一比一到大約五比一之間。
[0014]本實用新型的第四方面提供一種裝置，其包括:第一噴射器，所述第一噴射器位于定位在再加熱燃燒器的下游的渦輪機級的渦輪機噴嘴的表面上，其中所述渦輪機級包括所述渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排;第二噴射器，所述第二噴射器位于所述再加熱燃燒器的壁上；以及至少一個管路，所述至少一個管路與所述第一噴射器和所述第二噴射器的每一個流體連通，其中所述至少一個管路將將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種通過所述第一噴射器和所述第二噴射器中的至少一個輸送到所述再加熱燃燒器的后部段，并且其中所述后部段定位在所述再加熱燃燒器中的燃燒反應區(qū)域的下游。
[0015]本實用新型的第五方面提供一種再加熱燃燒器，其包括:反應室，所述反應室定位在混合管道和定位在所述反應室的下游的渦輪機級的渦輪機噴嘴之間，所述渦輪機級包括所述渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排，其中所述反應室包括前部段和后部段，并且其中穿過所述混合管道的空氣和燃料的第一部分在所述反應室的所述前部段中燃燒;第一噴射器，所述第一噴射器定位在所述渦輪機噴嘴的表面上，其中所述第一噴射器將運載氣體的第一部分和燃料的第二部分輸送到所述反應室的所述后部段；以及第二噴射器，所述第二噴射器延伸通過所述反應室的壁，其中所述第二噴射器將運載氣體的第二部分和燃料的第三部分輸送到所述反應室的所述后部段。
[0016]本實用新型的第六方面提供:控制器，所述控制器可操作地連接到定位在燃料供應管線和至少一個噴射器之間的至少一個閥，所述至少一個噴射器用于將燃料和運載氣體噴射到發(fā)電系統(tǒng)的再加熱燃燒器的后部段中，其中所述再加熱燃燒器的所述后部段定位在所述再加熱燃燒器內的反應區(qū)域的下游；以及與控制器通信的傳感器，用于確定所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項；其中所述控制器配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項調節(jié)所述至少一個閥的位置。
[0017]本實用新型的第七方面提供:反應室，所述反應室定位在發(fā)電系統(tǒng)的第一渦輪機級和所述發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機級之間，其中所述渦輪機級包括渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排；多個噴射器，所述多個噴射器定位在所述反應室的壁上；以及管路，所述管路與所述多個噴射器流體連通，其中所述管路將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種通過所述多個噴射器輸送到所述反應室。
[0018]本實用新型的第八方面提供一種再加熱燃燒器，其包括:反應室，所述反應室定位在發(fā)電系統(tǒng)的第一渦輪機級和所述發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機級之間，其中所述渦輪機級包括渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排；以及多個噴射器，用于將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種輸送到所述反應室，其中所述多個噴射器的每一個定位在所述反應室的壁和所述渦輪機級中的所述渦輪機噴嘴的表面中的一個上。
[0019]本實用新型的第九方面提供一種渦輪機械，其包括:第一級燃燒器，用于使燃料與壓縮空氣反應，其中壓縮空氣的未反應部分作為過量空氣穿過第一渦輪機級;反應室，用于使燃料與過量空氣反應，所述反應室與所述第一渦輪機級流體連通，并且定位在發(fā)電系統(tǒng)的第一渦輪機級和渦輪機級之間，其中所述渦輪機級包括渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排;多個噴射器，所述多個噴射器定位在所述反應室和所述渦輪機噴嘴的表面中的一個上；以及管路，所述管路與所述多個噴射器流體連通，用于將燃料和運載氣體中的至少一種輸送到所述反應室，其中所述反應室的溫度導致燃料、過量空氣和運載氣體在所述反應室內燃燒并且完全反應。
[0020]本實用新型的第十方面提供一種裝置，其包括:控制器，所述控制器可操作地連接到定位在燃料供應管線和至少一個噴射器之間的至少一個閥，所述至少一個噴射器用于將燃料和運載氣體噴射到發(fā)電系統(tǒng)的再加熱燃燒器的后部段中，其中所述再加熱燃燒器的所述后部段定位在所述再加熱燃燒器內的反應區(qū)域的下游；以及與控制器通信的傳感器，用于確定所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項；其中所述控制器配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項調節(jié)所述至少一個閥的位置。
[0021 ]其中，所述至少一個噴射器包括兩個噴射器，并且還包括定位在第一噴射器和第二噴射器之間的分流閥，用于控制輸送到第一噴射器的燃料的第一部分和輸送到第二噴射器的燃料的第二部分，其中所述控制器可操作地連接到所述分流閥并且還配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項調節(jié)所述分流閥的位置。
[0022]所述裝置還包括定位在運載氣體供給和所述至少一個噴射器之間的運載氣體控制閥，其中所述控制器還配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的至少一項調節(jié)所述運載氣體控制閥的位置。所述至少一個噴射器包括兩個噴射器，并且還包括定位在第一噴射器和第二噴射器之間的分流閥，用于控制輸送到第一噴射器的運載氣體的第一部分和輸送到第二噴射器的運載氣體的第二部分，其中所述控制器可操作地連接到所述分流閥并且還配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項調節(jié)所述分流閥的位置。
【附圖說明】
[0023]從結合附圖進行的本實用新型的各方面的以下詳細描述將更容易理解本實用新型的這些和其它特征，附圖描繪本實用新型的各實施例，其中:
[0024]圖1是包括再加熱燃燒器的常規(guī)燃氣渦輪機系統(tǒng)的示意圖。
[0025]圖2是常規(guī)再加熱燃燒器的橫截面圖。
[0026]圖3-7提供根據本實用新型的實施例的再加熱燃燒器和裝置的橫截面圖。
[0027]圖8提供根據本實用新型的實施例的渦輪機械的示意圖。
[0028]圖9描繪根據本實用新型的實施例的包括與若干傳感器和閥交互的控制器的示例性環(huán)境。
[0029]應當注意本實用新型的附圖不必按比例繪制。附圖旨在僅僅描繪本實用新型的典型方面，并且因此不應當被認為限制本實用新型的范圍。在附圖中，在附圖之間相似的附圖標記表示相似的元件。
【具體實施方式】
[0030]如本說明書中所述，本實用新型的各方面總體上涉及用于將燃料和空氣噴射到發(fā)電系統(tǒng)的燃燒器、特別是基于燃燒的發(fā)電系統(tǒng)(如燃氣渦輪機)的再加熱燃燒器中的裝置。例如，根據本實用新型的裝置可以包括延伸通過渦輪機噴嘴的表面或再加熱燃燒器的壁的噴射器。噴射器可以將燃料和/或空氣輸送到再加熱燃燒器的“后”部段中，所述后部段大體上限定為燃燒器的一部分，在所述部分處在不噴射附加燃料的情況下不會發(fā)生燃燒反應，例如，在除了再加熱燃燒器的入口以外的位置處。渦輪機噴嘴喉部段可以將再加熱燃燒器的后部段與發(fā)電系統(tǒng)的渦輪機級分離。管路可以與噴射器流體連通，并且可以將來自燃料供應管線的燃料轉移到噴射器中。相同管路或不同管路可以將運載氣體、如冷卻空氣或來自燃燒器的排出空氣、或包括氧和/或惰性氣體的氣體(即，用于燃料的噴射和/或稀釋的氣體)與燃料一起引導到噴射器中。
[0031]參考圖1，顯示呈渦輪機械的形式的常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)10。本實用新型的實施例可以適合用于發(fā)電系統(tǒng)10和/或可以整合到其部件中。發(fā)電系統(tǒng)10通過例子顯示為基于燃燒的渦輪機械組件，但是本實用新型的實施例也可以在適用的情況下適合用于其它類型的燃燒系統(tǒng)。在基于燃燒的渦輪機械的背景下，連接到燃料供給14的燃燒器12典型地位于發(fā)電系統(tǒng)10的壓縮器16和高壓(HP)燃氣渦輪機18之間。燃料供給14可以流體地連接到燃燒器12或以另外方式為聯(lián)接到燃燒器12的一個或多個燃料噴嘴的形式。在實施例中，燃料供給14可以流體地連接到圍繞燃燒器12圓周地定位的組和/或發(fā)電系統(tǒng)10的其它燃燒器。壓縮器16和HP燃氣渦輪機18可以通過可旋轉軸20彼此機械地聯(lián)接。為了增加功率輸出和/或效率，發(fā)電系統(tǒng)10也可以包括與來自HP燃氣渦輪機18的流體輸出流體連通的再加熱燃燒器22和低壓(LP)燃氣渦輪機24。
[0032]空氣26順序地流動通過壓縮器16、燃燒器12、HP燃氣渦輪機18、再加熱燃燒器22和LP燃氣渦輪機24。從壓縮器16提供的壓縮也可以增加空氣26的溫度。燃料供給14可以將燃料提供給燃燒器12和再加熱燃燒器22，其在空氣26的存在下燃燒以產生熱氣流。來自燃燒器12的熱氣流可以進入HP燃氣渦輪機18以，例如，通過旋轉一組渦輪機輪葉將機械能量給予可旋轉軸20，由此將動力輸送回到壓縮器16和/或機械地聯(lián)接到可旋轉軸20的任何負載(未顯示)。類似地，從燃料供給14提供給再加熱燃燒器22的燃料可以在從燃氣渦輪機18輸送的過量空氣的存在下燃燒以產生到達LP燃氣渦輪機24的熱氣流，所述熱氣流可以例如通過旋轉LP燃氣渦輪機24內的旋轉渦輪機輪葉將附加機械能量給予可旋轉軸20。發(fā)電系統(tǒng)10可以是經由相同操作者控制的若干單獨的渦輪機械中的一個和/或可以是更大發(fā)電系統(tǒng)的一部分。
[0033]運載氣體供給28可以與燃燒器12和/或再加熱燃燒器22連通。為了減小從(一個或多個)壓縮器16轉移到燃燒器12和/或再加熱燃燒器22的特定部段的空氣26的量，運載氣體供給28可以與燃燒器12和/或再加熱燃燒器22流體連通。運載氣體供給28可以大體上包括任何專用的運載氣體供給和/或可以從其抽吸或再利用運載氣體的任何其它部件或系統(tǒng)。在具體例子中，運載氣體供給28可以包括與再加熱燃燒器22和/或另一部件流體連通的壓縮器。運載氣體供給28可以位于發(fā)電系統(tǒng)10內和/或與其成一體。在其它實施例中，運載氣體供給28可以作為外部部件或運載氣體的其它外部源在發(fā)電系統(tǒng)10的外部。根據本實用新型的實施例否則將用于冷卻發(fā)電系統(tǒng)10的特定部件的空氣26因而可以再用作與噴射到燃燒器12和/或再加熱燃燒器22的其它區(qū)域的燃料的反應物。
[0034]轉到圖2，顯示能夠被修改、適應或以另外方式用于本實用新型的實施例的常規(guī)再加熱燃燒器22的橫截面圖。在操作中，空氣26可以流動到再加熱燃燒器22的入口 30中。例如經由燃料供應管線34從燃料供給14(圖1)提供的燃料32可以在再加熱燃燒器22的混合管道36內相互混合。燃料供給34中所示的虛線表示不確定長度。空氣26可以呈例如從HP燃氣渦輪機18(圖1)排出的熱氣體的形式，并且可以在自動點火發(fā)生之前以特定方式與燃料32混合以減小延遲量。混合管道36的尺寸和長度可以選擇成在自動點火之前提供特定延遲，并且在燃燒發(fā)生之前提供某種類型的燃料/空氣組合物。再加熱燃燒器22可以保持在足以在其中發(fā)生燃燒反應的溫度，例如至少大約1065攝氏度(C)。當在本說明書中使用時，關于指定數(shù)值(包括基本數(shù)值的百分比)的術語“大約”可以包括指定數(shù)值或百分比的十個百分點(即，高于或低于)內的所有值，和/或不導致修改值和列舉值之間的操作差異或顯著操作差異的所有其它值。該術語大約也可以包括本說明書中指定的其它具體值或范圍。
[0035]混合空氣26和燃料32可以在再加熱燃燒器22的反應區(qū)域38中經由被稱為自動點火(Autoignit1n)的過程燃燒。自動點火通常指的是在不使用位于發(fā)生反應的區(qū)域內或在相對于該區(qū)域的上游的火焰或火花的情況下發(fā)生的燃燒反應。反應區(qū)域38中的一些過量未反應空氣可以再循環(huán)回到混合管道36以觸發(fā)附加燃燒反應，同時未反應空氣的其它部分可以繼續(xù)到達本說明書中所述的其它下游部件。一般而言，術語“上游”指的是在與流體穿過發(fā)電系統(tǒng)10(圖1)所沿著的合成方向相反的方向上延伸的參考路徑。術語“下游”指的是在與流體穿過發(fā)電系統(tǒng)1所沿著的合成方向相同的方向上延伸的參考路徑。因此，燃料和空氣在操作期間大體上在下游方向上行進通過發(fā)電系統(tǒng)10。再加熱燃燒器22可以基于，例如，空氣26和來自燃料供應管線34的燃料32之間的燃燒反應在何處發(fā)生被分成前部段40和后部段42。根據本實用新型的實施例后部段42可以在其中沒有燃燒反應，附加燃料和運載氣體噴射到后部段42的位置除外。在任何情況下，至少一個渦輪機噴嘴44可以將再加熱燃燒器22與發(fā)電系統(tǒng)10的渦輪機級(圖1)(例如，LP燃氣渦輪機24)分離。渦輪機噴嘴44以一般化、簡化形式被顯示并且在實施例中可以包括復合幾何形狀(例如，在具有翼型幾何形狀和/或尺度的部件內或外部的通道)和/或可以為與相同燃燒室22流體連通的多個渦輪機噴嘴44的形式。渦輪機噴嘴44可以包括在其下游端部處的減小表面區(qū)域，其可以被稱為渦輪機噴嘴44的喉部46。穿過喉部46的流體可以在穿行到再加熱燃燒器22的下游的渦輪機級(例如，LP燃氣渦輪機24)之前增加流體速度。反應區(qū)域38可以延伸超過再加熱燃燒器的后部段42的端部進入渦輪機噴嘴44中，但是可以終止于渦輪機噴嘴44的喉部46的上游。
[0036]
【申請人】已確定常規(guī)再加熱燃燒器的效率在特定部署中和/或在特定條件下是次優(yōu)的。在優(yōu)化再加熱循環(huán)中，兩個燃燒器12、22(圖1)的點火溫度將大約相等，而在燃燒器12中釋放的熱將是再加熱燃燒器22的大約兩倍。許多操作和設計限制(例如，環(huán)境損失、過量反應物、制造公差、排放物和/或溫度要求等)會對在操作期間產生再加熱燃燒器22內的這些條件構成設計挑戰(zhàn)。特別地，
【申請人】已確定再加熱燃燒器22中的入口30的溫度似乎限制發(fā)電系統(tǒng)1 (圖1)的整個操作循環(huán)。在常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)1的例子中，再加熱燃燒器22的入口 30的溫度可以為例如大約925°C。該溫度可以與變量相關，該變量如橫越再加熱燃燒器22的壓降和在其中的自動點火反應的數(shù)量。從再加熱燃燒器22的排出溫度可以為大約1550 0C，并且可以由排放物(例如，CO或NOx)和實現(xiàn)排放物低于特定水平(例如，允許的最大廢氣量低于環(huán)境法規(guī))的有效燃燒所需的停留時間限制。
[0037]本實用新型的實施例可以通過在特定位置處將附加燃料和/或空氣的延遲貧噴射施加到燃燒器修改這些限制和/或改善性能，由此增加性質，如其入口溫度。當在本說明書中使用時，延遲貧噴射通常指的是相對于入口 30定位在下游的燃料和/或空氣的任何噴射。增加入口30的溫度可以允許增加例如第一級的點火溫度(S卩，在燃燒器12內發(fā)生燃燒時的溫度)并且由此改善整個循環(huán)的效率。
[0038]參見圖3，顯示根據本實用新型的實施例的裝置50和再加熱燃燒器52。裝置50可以包括延伸通過渦輪機噴嘴44的表面的噴射器54。裝置50的實施例可以包括任何目前已知的或以后開發(fā)的用于噴射流體的器械。作為例子，噴射器54可以呈具有特定噴嘴、如膨脹偏轉(也稱為“針式”)噴嘴、盤形噴嘴、球形噴嘴等的頂部進給、側向進給、和/或主體噴射器的形式。在任何情況下，噴射器54可以連接到用于轉移來自燃料供應管線34的一定量的燃料32的管路56、并且與其流體連通。另外，噴射器54可以通過定位在入口 30和噴射器54之間的空氣管路58與來自入口 30的空氣26流體連通?？諝夤苈?8可以可選地與運載氣體供給28流體連通以將來自除了入口 30以外的源的運載氣體輸送到噴射器54，如定位在發(fā)電系統(tǒng)10(圖1)內或外部的運載氣體的專用供給、或來自壓縮器16(圖1)的未反應空氣。來自運載氣體供給28的運載氣體可以可選地與來自入口 30的過量空氣在空氣管路58內相互混合。
[0039]裝置50的尺寸可以確定成提供具體操作特性。噴射器54和喉部46之間的分離距離S1的大小(尺寸)可以確定成允許基本上所有(例如，至少大約95%)的燃料32在通過喉部46流動到下游部件、如LP燃氣渦輪機24(圖1)中之前，在再加熱燃燒器52中點火并且完全反應。在示例性實施例中，分離距離S1可以具有大約2.0厘米到大約20厘米之間的尺度。管路56和空氣管路58中的流體的流動和/或噴射器54的尺寸可以被控制和/或選擇，使得噴射器54中的運載氣體與燃料的質量比(例如，噴射空氣和/或運載氣體的質量除以噴射燃料32的質量)在大約一比一到大約五比一之間。
[°04°] 噴射器54可以在特定方向上定向，在圖3中通過例子顯示為基本上與通過再加熱燃燒器52和渦輪機噴嘴44的流體(如反應物和/或燃燒反應產物)的流動相反地定向。當在本說明書中使用時，“相反”包含所有這樣的取向:其中來自第一噴射器54的至少一些燃料和至少一些運載氣體和再加熱燃燒器52內和/或從其離開的流體在繼續(xù)作為至少部分相互混合流體流動之前將彼此碰撞(例如，在渦輪機噴嘴44內)。在一個實施例中，噴射器54和通過或來自再加熱燃燒器52的流體(例如，空氣26)的流動可以沿著特定線性方向直接相對，即，具有相反或大致相反的取向，使得噴射器54的角取向(angular orientat1n)和通過再加熱燃燒器52的流體流動相差大約180° (S卩，在高于或低于180°大約五度內)。在另一實施例中，噴射器54和通過再加熱燃燒器52的流體流動的方向可以至少部分地在相對方向上定向，8卩，一個流體流動分量向量沿著一個軸線在與另一出口相同的方向上，另一分量向量沿著不同軸線在不同于另一出口的方向上。例如，通過再加熱燃燒器52的流體的流動可以在大致水平參考方向上，而噴射器54可以相對于該流體流動成量值不大于大約(例如，在五度內)45°的角度定向。在圖3的例子中，噴射器54在具有逆著通過再加熱燃燒器52的流體的流動定向的分量向量的方向上輸送燃料和運載氣體。在本實用新型的實施例中可以預料通過再加熱燃燒器52的流體的流動和噴射器54之間的許多可能相對取向，只要運載氣體和燃料的至少一部分與行進通過再加熱燃燒器52的流體的至少一部分碰撞、相互混合和/或反應。
[0041]為了控制從燃料供應管線34提供給噴射器54的燃料32的量，裝置50可以包括定位在燃料供應管線34和管路56之間的閥60。在一些實施例中，閥60可以配置成將燃料供應管線34中的總燃料32的至多大約百分之二十轉移到管路56。該比例可以允許例如再加熱燃燒器52中的大部分燃燒反應在前部段40內發(fā)生，同時提供的燃料可以用于在后部段42和/或渦輪機噴嘴44中發(fā)生的更小數(shù)量的燃燒反應。對來自噴射器54的燃料和運載氣體的在后反應區(qū)域38中的燃燒反應的量的動態(tài)控制可以經由可操作地連接到閥60的控制器64被提供。控制器64可以大體上包括能夠通過處理部件(例如，微處理器)執(zhí)行操作的任何類型的計算裝置并且作為例子可以包括計算機、計算機處理器、電氣和/或數(shù)字電路和/或用于計算和處理電輸入的類似部件。控制器64的示例性部件和操作功能在本說明書中的別處詳細地進行論述。
[0042]傳感器66可以與控制器64通信并且可以例如定位在再加熱燃燒器52的入口 30內或其中的反應區(qū)域38的下游。(一個或多個)傳感器66可以為溫度傳感器和/或排放物傳感器的形式以便評價特定位置處的排放物(如NOx)的溫度或量。為溫度傳感器的形式的(一個或多個)傳感器66可以包括溫度計、熱電偶(S卩，從電壓的變化指示溫度的變化的電壓裝置)、電阻溫度感測裝置(即，用于從電阻的變化評價溫度的裝置)、紅外傳感器、基于膨脹的傳感器(即，用于從諸如金屬的材料的膨脹或收縮導出溫度的變化的傳感器)和/或狀態(tài)變化傳感器。在一個或多個傳感器66包括溫度傳感器的情況下，穿過(一個或多個)傳感器66的位置的(一種或多種)流體的溫度可以被測量和/或轉換成電信號或輸入。為排放物傳感器的形式的(一個或多個)傳感器66可以包括通用氣體檢測器、熱導率檢測器、量熱檢測管和/或用于測量流體流或廢氣樣本中的特定物質的量或濃度的類似裝置。用(一個或多個)傳感器66測量的排放物的示例性類型可以包括例如氧化氮和二氧化氮(NOx)和/或一氧化碳(CO)和/或氧(02)。在任何情況下，相關排放物可以根據總重量或相對分子量(例如，每克總廢氣的NOx或CO的摩爾數(shù))進行測量，并且可以轉換成到達控制器64的電信號或輸入。(一個或多個)傳感器66也可以檢測或計算從算法導出的參數(shù)，所述算法基于燃氣渦輪機內的其它位置處的測量結果和通過渦輪機的氣流的物理學的數(shù)學模型推斷感興趣的值，例如溫度或氣體組成，其中協(xié)同控制器64執(zhí)行計算。在這里，(一個或多個)傳感器66可以包括用于測量與溫度相關的變量的部件和用于基于相關變量預測和/或計算溫度或其它度量的值的處理部件(例如，計算機軟件)。一般而言，術語“確定”在(一個或多個)傳感器66的背景下指的是通過直接測量、預測建模、從相關量導出和/或用于測量和/或尋找特定量的其它數(shù)學技術尋找特定值的過程。
[0043]控制器64通過到閥60的機械聯(lián)接可以基于從(一個或多個)傳感器66提供的輸入和/或信號調節(jié)閥60的位置。在示例性實施例中，控制器64可以基于再加熱燃燒器52的入口溫度和/或來自再加熱燃燒器52的排放物輸出調節(jié)閥60的位置。閥60的控制可以增加或減小從燃料供應管線34提供到管路56中的燃料32的量。控制器64可以包括由用戶安裝用于將一個或多個變量(例如，溫度和/或排放物輸出)與燃燒和/或輸入的量值(例如，通過噴射器54噴射的燃料或空氣的量)相關以便使再加熱燃燒器52內的燃燒量增加或減小特定量的程序代碼。
[0044]在示例性實施例中，控制器64可以調節(jié)閥60以將來自燃料供應管線34的例如大約百分之十到百分之二十之間的燃料32轉移到管路56，由此調節(jié)再加熱燃燒器52對入口30處的更高溫度的容限。具體地，減小在上游燃燒器(例如，燃燒器12(圖1))中燃燒的燃料32的量可以減小存在于混合管道36之前的入口 30中的燃料的量，并且因此減小在其中發(fā)生的過早燃燒反應的可能性?？刂破?4可以基于用(一個或多個)傳感器66檢測到的操作條件和/或燃料32的組成控制從燃料供應管線34提供的燃料32的百分比。另外，控制器64可以通過可操作地連接到燃料供應管線34和/或定位在其內的燃料供應閥68控制輸送到再加熱燃燒器52而不是不同燃燒器(例如，燃燒器12)的燃料32的相對量。控制器64可以通過其可操作地連接到燃料供應閥68控制例如通過燃料供應管線34和管路56提供給再加熱燃燒器52的燃料32的總量。盡管閥60和燃料供應閥68在圖3中通過例子顯示為獨立部件，但是三通閥(未顯示)可以代替閥60和燃料供應閥68以執(zhí)行相同功能。本說明書中所述的用于控制流體的相對量的其它閥和閥組也可以在適用的情況下由多向閥(未顯示)代替。
[0045]轉向圖4，顯示再加熱燃燒器52的另一實施例。相比于圖3，圖4顯示再加熱燃燒器52具有與再加熱燃燒器52的后部段42流體連通的噴射器54。如本說明書中別處所述，后部段42可以被限定為位于反應區(qū)域38的下游的再加熱燃燒器52的一部分，在所述部分處在沒有延遲貧噴射的情況下不發(fā)生燃燒。在圖4所示的實施例中，管路56可以將來自燃料供應管線34的燃料32傳到噴射器54。另外，空氣管路58可以提供空氣和/或運載氣體從入口 30和/或運載氣體供給28到噴射器54的流體連通。關于圖4還未具體論述的本說明書中別處所述的關于圖3的各種增加和/或修改(例如，閥60、控制器64和傳感器66的放置、使用和/或操作)可用于和/或適用于裝置50和再加熱燃燒器52的所有實施例。另外，噴射器54和再加熱燃燒器52的后部段42之間的分離距離52可以允許基本上所有(例如，至少大約95%)燃料32在到達渦輪機噴嘴44的喉部46之前在再加熱燃燒器52內點火并且完全反應。管路56和空氣管路58中的流體的流動和/或噴射器54的尺寸也可以允許噴射器54中的空氣與燃料的質量比在大約一比一到大約五比一之間。
[0046]圖3和4一起描繪根據本實用新型的裝置50和再加熱燃燒器52的替代實施例。在一些情況下，常規(guī)再加熱燃燒器22(圖1、2)可以進行機械加工、修改、改造和/或以另外方式處理成具有安裝在其中的噴射器54的再加熱燃燒器52，所述噴射器可以延伸通過后部段42或渦輪機噴嘴44的壁/表面。在該配置中，經由噴射器54噴射的空氣26和燃料32可以在后部段42中燃燒。引入再加熱燃燒器54(S卩，來自燃料供應管線34)的空氣26和燃料32的剩余部分可以在前部段40中燃燒。如圖3中所示，反應區(qū)域38可以是從再加熱燃燒器52的前部段40、通過后部段42并且一直到和/或包括渦輪機噴嘴44而不與喉部段46交叉的基本連續(xù)反應區(qū)域。關于裝置50的本說明書中所述的附加修改也可以根據需要應用于再加熱燃燒器52(例如，閥60、控制器64和傳感器66的放置、使用和/或操作)。在任何情況下，再加熱燃燒器的噴射器54可以定位在后部段42或渦輪機噴嘴44內以提供再加熱燃燒器52內的不同量的相互混合和/或附加燃燒。
[0047]裝置50的實施例可以改變操作期間的發(fā)電系統(tǒng)10(圖1)的性能。例如，由于在再加熱燃燒器52的入口 30處的更高溫度容限，燃料在后部段42處噴射到再加熱燃燒器52中可以允許附加燃料提供給較早的燃燒器級(例如，燃燒器12(圖1))。在入口 30處的更大溫度容限可以至少部分地基于一些燃料32轉移到噴射器54中，由此減小提供給入口 30的燃料的量和入口 30內的過早燃燒的風險。在操作中，渦輪機噴嘴44可以通過處于特定溫度(例如，大約315°C)的運載氣體(例如，來自運載氣體供給28)冷卻，并且該運載氣體可以在之后在進入噴射器54之前與從燃料供應管線34提供的燃料32混合。在示例性實施例中，該混合可以使入口 30的溫度增加大約140 °(:達到大約1065 0C的高溫。另外，到達燃燒器12的燃料的流動可以增加大約百分之二十，其可以表示例如提供給發(fā)電系統(tǒng)10的總燃料的大約百分之十?？側剂系脑摬糠挚梢允褂瞄y68從其它燃燒器被提供。相反地，提供給再加熱燃燒器52的燃料比常規(guī)組件中低百分之二十(例如表示總燃氣渦輪機燃料的大約百分之十)，導致再加熱燃燒器52變得更容忍入口 30的增加溫度。
[0048]參見圖5，顯示根據本實用新型的實施例的裝置70。裝置70可以形成再加熱燃燒器72的至少一部分。關于裝置50和再加熱燃燒器52的本說明書中所述的若干元件和/或部件可適應和/或可修改以便用于裝置70和再加熱燃燒器72。再加熱燃燒器可以是定位在入口30和渦輪機噴嘴44之間的反應室的形式，并且可以進行成形、尺寸確定等以便用于在其中發(fā)生的預定水平的燃燒。裝置70可以包括延伸通過渦輪機噴嘴44的表面的第一噴射器74。裝置70也可以包括延伸通過再加熱燃燒器72的壁的第二噴射器76。管路56和空氣管路58均可以與第一噴射器74和第二噴射器76流體連通。管路56可以將來自燃料供應管線34的燃料32輸送到第一和第二噴射器74、76?？諝夤苈?8可以將來自入口 30和/或運載氣體供給28的空氣(例如，為未反應空氣的形式)輸送到第一和第二噴射器74、76。第一和第二噴射器74、76可以以任何期望的相對比例將燃料32和空氣26輸送到再加熱燃燒器72。在示例性實施例中，每個噴射器74、76可以以大約一的質量比(S卩，具有燃料32和空氣26的相同量和/或流量)將燃料32和空氣26提供給再加熱燃燒器72。再加熱燃燒器72可以被分成前部段40和后部段42。前部段40可以被限定為再加熱燃燒器72的一部分，在所述部分處可以發(fā)生來自離開燃料供應管線34的燃料32的燃燒反應，S卩，在反應區(qū)域38內。后部段42可以被限定為再加熱燃燒器72的一部分，在所述部分處發(fā)生來自離開第一和第二噴射器74、76的燃料和空氣的燃燒反應。因此，后部段42定位在再加熱燃燒器72內的前部段40的下游。
[0049]裝置70可以包括定位在燃料供應管線34和管路56之間的閥60。裝置70也可以包括機械地聯(lián)接到燃料供應管線34的燃料供應閥68。燃料供應閥68可以控制輸送到再加熱燃燒器72和其它燃燒器(未顯示)的燃料的量。閥60和/或燃料供應閥68可以可操作地連接到控制器64。控制器64可以基于再加熱燃燒器72的操作特性調節(jié)閥60和/或燃料供應閥68的位置。這些操作特性可以包括例如利用與控制器64通信的(一個或多個)傳感器66確定的入口30的溫度和/或再加熱燃燒器72的排放物輸出(例如，CO和/或NOx水平)。控制器64可以基于排放物低于預定閾值和/或入口 30的溫度高于預定閾值增加提供給管路56的燃料32的量。一個或多個閾值可以在控制器64中經由用戶輸入和/或數(shù)學計算被限定并且可以存儲在例如控制器64的存儲器(未顯示)中。在實施例中，控制器64可以調節(jié)閥60和/或燃料供應閥68以將燃料供應管線34中的燃料32的至多大約百分之二十轉移到管路56，并且更具體地可以將燃料供應管線34中的大約百分之十到百分之二十之間的燃料轉移到管路56。
[0050]裝置70可以包括定位在管路56和第一和第二噴射器74、76之間的分流閥78，用于控制輸送到第一和第二噴射器74、76的燃料32和空氣26的相對比例。控制器64可以基于操作變量、例如由(一個或多個)傳感器66確定的入口 30的溫度和/或排放物輸出調節(jié)分流閥78以將燃料32和空氣26的不同量提供給噴射器74、76。例如，由于噴射器76更接近反應區(qū)域38，將燃料32提供給在第一噴射器74的上游的第二噴射器76可以產生附加和/或更高溫度燃燒反應。
[0051 ] 第一和第二噴射器74、76均可以與噴嘴44的喉部46分離相應的第一和第二分離距離ShS2t3第一分離距離S1可以限制在進入渦輪機噴嘴44的喉部46之前從第一噴射器74到達反應區(qū)域38的燃料的燃燒?？梢酝ㄟ^例如針對通過第一噴射器74的預期噴射速率預測燃燒的量和相應反應體積、并且至少用基于該預測的長度的預定值產生分離距離S1而確定分離距離S1。在示例性實施例中，分離距離S1可以具有大約2.0厘米到大約20厘米之間的尺度。為了進一步增加燃料32和空氣26的相互混合，第一噴射器74和/或第二噴射器76可以與通過再加熱燃燒器72的流體流動的方向基本相對地從渦輪機噴嘴44的表面和/或再加熱燃燒器72的壁突出。構成與流體的流動“相對”的噴射器72、74的位置的一般限定在本說明書中的別處被提供。
[0052]本實用新型的實施例也提供用于控制將燃料32和空氣26噴射到獨立制造的或現(xiàn)有的再加熱燃燒器72中的系統(tǒng)。裝置70的實施例可以包括可操作地連接到閥60的控制器64，閥60定位在燃料供應管線34和到達第一和第二噴射器74、76的管路56之間。如本說明書中別處所述，閥60可以控制例如從燃料供應管線34提供到管路56中的空氣的量?？刂破?4可以與用于確定再加熱燃燒器72的一個或多個操作條件(如入口 30的溫度和/或來自再加熱燃燒器72的排放物輸出)的(一個或多個)傳感器66通信?？刂破?4可以包括具有指令(例如，算法、程序代碼、查找表等)的計算系統(tǒng)，所述指令用于基于來自(一個或多個)傳感器66的讀數(shù)調節(jié)閥60和/或本說明書中所述的其它部件(例如，本說明書中的別處所述的燃料供應閥68、分流閥78和/或空氣供應閥80)的位置。
[0053]本實用新型的實施例也可以包括分流閥78，其可操作地連接到控制器64以便控制輸送到第一噴射器74或第二噴射器76的燃料34的相對量。運載氣體控制閥80也可以可操作地連接到控制器64，并且可以定位在運載氣體供給28和空氣管路58之間。運載氣體控制閥80可以控制從運載氣體供給28和/或入口 30提供給第一和第二噴射器74、76的空氣的量。在一些實施例中，作為在第一和第二噴射器74、76之間分配燃料34的替代或附加，分流閥78可以控制在第一和第二噴射器74、76之間分配的空氣的量(S卩，來自運載氣體供給28的空氣26和/或運載氣體的第一和第二部分)。控制器64可以基于再加熱燃燒器72的操作特性、例如用與控制器64通信的(一個或多個)傳感器66確定的入口 30的溫度和/或來自再加熱燃燒器72的排放物輸出，調節(jié)分流閥78和/或運載氣體控制閥80的位置。盡管分流閥78在圖5中通過例子顯示為單個部件，但是應當理解閥78可以呈用于燃料32和空氣26的兩個獨立閥的形式，每個閥可以定位在噴射器74、76和管路56或空氣管路58之間。應當理解裝置50、70、再加熱燃燒器52、72和/或其部件的實施例可以根據特定應用的需要和/或需求混合、修改和/或以另外方式彼此應用。
[0054]簡單地參考圖6，顯示裝置70和再加熱燃燒器72的替代實施例。在這里，多個管路56和空氣管路58可以通過第一和第二噴射器74、76流體地連接到再加熱燃燒器72。在具體例子中，如圖6中所示，每個噴射器74、76可以流體地連接到相應的管路56和空氣管路58。每個管路56和空氣管路58也可以包括用于控制提供給每個噴射器74、76的燃料32和空氣26的部分的相應分流閥78。此外，在該示例性例子中，運載氣體控制閥80顯示為用于控制提供給每個空氣管路58的空氣26或運載氣體的部分的三通閥。應當理解閥60、(一個或多個)分流閥78、和運載氣體控制閥80可以根據需要和/或在適合于特定實現(xiàn)方式的情況下被分成多個部件和/或組合。
[0055]本實用新型預料到用于改善效率和以另外方式增加發(fā)電系統(tǒng)10(圖1)中的發(fā)電量的附加設備。轉向圖7，本實用新型的實施例可以包括裝置90，其可以代替常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)中的再加熱燃燒器22(圖2)。裝置90可以為具有在其中的反應室92的替代再加熱燃燒器的形式，并且可以代替發(fā)電系統(tǒng)10(圖1)的一個或多個常規(guī)再加熱燃燒器22。在需要時，裝置90的實施例也可以用于與再加熱燃燒器52、72(圖3-6)組合和/或用于代替所述再加熱燃燒器。裝置90可以沒有定位在入口 30和反應室92之間的混合管道36 (圖3_6)。
[0056]裝置90可以包括延伸通過反應室92的壁的多個噴射器94，和/或延伸通過渦輪機噴嘴44的附加噴射器94。如本說明書中別處所述，渦輪機噴嘴44可以將反應室92與特定發(fā)電系統(tǒng)的第二渦輪機級(例如，LP燃氣渦輪機24(圖1))分離。噴射器94可以為任何目前已知的或以后開發(fā)的用于噴射空氣26和/或燃料32的部件的形式，并且作為非限制例子，一個或多個噴射器94可以呈“耙(rake )，，型浸沒噴射器、噴嘴噴射器、噴氣燃料噴射器、壓力霧化噴射器、預混噴射器和/或預蒸發(fā)噴射器的形式。噴射器94可以與通過反應室92的流體(例如，空氣26)的流動基本相反地定向，使得燃料和空氣與流動通過裝置90的(一種或多種)流體的相互混合增加。在示例性實施例中，噴射器94的每一個中的燃料與運載氣體的比率可以為例如大約一比一，或者可以基于位置和/或裝置90的操作特性的期望值或值的范圍從該量變化。在任何情況下，通過噴射器94噴射到裝置90的燃料32可以組成噴射到裝置90的全部燃料32，沒有與裝置90的反應室92直接流體連通的初級燃料供應管線(例如，燃料供應管線 34)。
[0057]多個噴射器94的使用可以減小或一起消除入口30和反應室92之間的混合管道36(圖2-6)的存在。在反應室92具有與再加熱燃燒器22、52、72近似相同的長度時，噴射器94的增加和混合管道36的缺少可以改變燃料32和空氣26在其中燃燒所需的溫度和/或時間的量。在實施例中，燃料32可以在離開特定噴射器94之后在反應室92內燃燒小于大約一毫秒(millisecond)。已發(fā)現(xiàn)反應條件的該變化可以允許空氣26和燃料32的更大量反應，諸如一氧化碳(CO)的排放物的更完全燒盡，和在反應室92各處的總反應溫度的減小。反應條件的這些變化部分是由于由每個噴射器94沿著反應室92和噴嘴44的長度提供的燃料32的減小量。相比于常規(guī)再加熱燃燒器22，裝置90中的反應物的更完全燃燒也可以限制NOx排放物的產生。反應條件的該變化也可以增加入口 30處的增加溫度的容限，進一步減小橫越裝置90(SP，在入口30和渦輪機噴嘴44之間)的壓力損失，原因是裝置90沒有混合區(qū)域，并且適應在反應室92各處的燃燒而不使用專用的混合區(qū)域和/或管道。
[0058]裝置90可以根據需要和/或在適用的情況下可選地包括本說明書中的別處所述的其它部件和特征作為裝置50、70或再加熱燃燒器52、72的部件。例如，裝置90可以包括定位在燃料供應管線34和到達噴射器94的管路56之間的閥98。燃料供應管線34可以將其中的多數(shù)燃料32(例如，總流體流動的至少三分之二)輸送到獨立于裝置90的另一燃燒器，例如燃燒器12(圖1)。閥98可以將燃料供應管線34中的燃料32的一部分輸送到管路56和噴射器94以啟動裝置90的反應室92內的燃燒反應。在示例性實施例中，閥98的尺寸可以確定/設置成將燃料供應管線34中的燃料32的總流動的高達三分之一轉移到噴射器94。
[0059]為了進一步控制提供給噴射器94的燃料32的量，裝置90也可以包括可操作地連接到閥98的控制器64。(一個或多個)傳感器66也可以與控制器64通信以確定入口40的溫度、出口溫度(即，在渦輪機噴嘴44內或超出渦輪機噴嘴44的溫度)、和/或來自反應室92的排放物輸出。控制器64可以配置成通過使用設在其中的程序代碼和/或軟件并且參考用(一個或多個)傳感器66確定的值調節(jié)閥98的位置(S卩，打開或閉合)。例如，如本說明書中別處所述，控制器64可以響應用(一個或多個)傳感器66確定的排放物輸出太高而閉合閥98以減小提供給裝置90的燃料32的量，基于入口 30的溫度大于閾值而打開閥98，和/或基于用(一個或多個)傳感器66確定的裝置90的操作條件以另外方式調節(jié)閥98的位置。
[0060]一起參見圖7和8，本實用新型的實施例可以提供適合于在其中包括裝置90的渦輪機械100。渦輪機械100可以包括為用于經由燃料供應管線34接收來自燃料供給14的燃料的第一級燃燒器的形式的燃燒器12。燃燒器12也可以與壓縮器16和/或運載氣體供給28流體連通以接收與來自燃料供給14的燃料反應的空氣。裝置90可以定位在HP燃氣渦輪機18和LP燃氣渦輪機24之間，由此導致其中的反應室92與上游渦輪機級和下游渦輪機級(例如，HP燃氣渦輪機18(上游)和LP燃氣渦輪機24(下游))流體連通。管路56可以將可以與從入口 30抽吸的空氣26相互混合的燃料32輸送到反應室92。反應室92內的溫度可以導致燃燒反應在其中發(fā)生。至少一些燃料32可以與從上游渦輪機級(例如，HP燃氣渦輪機18)產生的、可以為來自壓縮器12的空氣和/或從運載氣體供給28輸送的運載氣體的形式的空氣26的過量部分反應。在實施例中，從管路56和噴射器94進入反應室92的燃料可以在進入反應室92之后燃燒小于大約一毫秒。
[0061]如本說明書中別處所述，渦輪機械100可以包括閥98，所述閥可操作地連接到管路56以便控制從燃料供應管線34輸送到噴射器94的燃料32的量值。閥98更具體地可以控制從燃料供應管線34提供的燃料的相對量。用閥98提供的燃料32的量可以由例如閥98的物理限制(打開和/或閉合的最大位置)、存儲在控制器64中并且應用于閥98的調節(jié)的用戶確定最大值和/或這些技術和其它技術的組合限制。在示例性實施例中，閥98可以將燃料供應管線34內的燃料32的高達大約三分之一轉移到管路56中。閥98的位置和提供到管路56中的燃料32的量可以由例如聯(lián)接到閥98的控制器64控$1」?？刂破?4可以基于例如用與控制器64通信的(一個或多個)傳感器66確定的值調節(jié)閥98的位置。關于裝置90的本說明書中所述的其它特征在需要時也可以應用于渦輪機械100。作為例子，并且如圖7中所示，噴射器94可以與通過反應室92的流體的流動基本相反地定向，和/或噴射器94可以以大約一比一的比率將運載氣體和燃料噴射到反應室92中。
[0062]燃燒器12和裝置90之間的燃料的分配可以使用控制器64基于渦輪機械100的當前和/或期望操作條件和待燃燒的特定燃料32的組成進行設置和調節(jié)。例如，渦輪機械100的燃燒器12可以被分配燃料供給14中的總燃料的大約三分之二，并且裝置90的入口 30處的溫度可以為例如大約1340°C以提供縮短的自動點火延遲時間(例如，小于大約0.5毫秒)。在另一例子中，渦輪機械100內的燃燒器12和裝置90的操作溫度可以大致彼此相同。來自燃料供給14的燃料在燃燒器12和裝置90之間的分配可以確定例如每一級內的點火溫度。另外，提供給燃燒器12和裝置90的運載氣體的總量可以被選擇以保持預定的燃氣渦輪機廢氣溫度并且運載氣體的該量可以經由控制器64連續(xù)地和/或定期地調節(jié)。由燃料32和運載氣體26的量和分配影響的其它變量可以包括:來自渦輪機械100的排放物、總燃料攝取、和入口 30的溫度的容限范圍。
[0063]圖9描繪根據實施例的與(一個或多個)傳感器66連通的示例性環(huán)境100，其用于控制一個或多個閥60、(一個或多個)燃料供應閥68、(一個或多個)分流閥78、(一個或多個)運載氣體控制閥80和/或(一個或多個)閥98(統(tǒng)稱為“(一個或多個)閥” )ο就此而言，環(huán)境100包括控制器64，其用于執(zhí)行過程并且將電命令給予(一個或多個)閥60、68、78、80、98和關聯(lián)的系統(tǒng)和工具。盡管在圖9中通過例子顯示本說明書中所述的每種類型的閥60、68、78、80、98，但是應當理解具有控制器64的環(huán)境100可以用于本說明書中所述的本實用新型的僅僅一個或多個實施例，包括而不限于一個或多個再加熱燃燒器52、72(圖3-6)和/或裝置50、70、90 (圖3-8)?？刂破?4顯示為包括閥控制系統(tǒng)112，所述閥控制系統(tǒng)使控制器64可操作以引導和操作本說明書中所述的(一個或多個)閥60、68、78、80、98和關聯(lián)的系統(tǒng)和工具并且執(zhí)行本說明書中所述的任何/所有實施例。在操作中，閥控制系統(tǒng)112可以發(fā)出電命令，所述電命令又可以響應特定條件轉換成機械動作(例如，打開和閉合一個或多個閥60、68、78、80、98的動作)。用于打開和/或閉合閥60、68、78、80、98的條件可以包括例如入口 30(圖2-7)的溫度或來自渦輪機噴嘴44 (圖2-7)的排放物輸出在閾值的范圍之內或之外，或用(一個或多個)傳感器66確定的其它操作變量和/或值在閾值的特定范圍之內或之外。
[0064]控制器64顯示為包括處理部件104(例如，一個或多個處理器)、存儲器106(例如，存儲層次)、輸入/輸出(I/o)部件108(例如，一個或多個I/O接口和/或裝置)和通信路徑110。一般而言，處理部件104執(zhí)行至少部分地固定在存儲器106中的程序代碼，如閥控制系統(tǒng)112。當執(zhí)行程序代碼時，處理部件104可以處理數(shù)據，所述處理數(shù)據可以導致讀取和/或寫入存儲器106和/或I/O部件108的變換數(shù)據以便進一步處理。路徑110提供控制器64中的部件的每一個之間的通信鏈路。I/O部件108可以包括一個或多個人I/O裝置，其使人或系統(tǒng)用戶114能夠與控制器64和/或一個或多個通信裝置交互以使(一個或多個)用戶114能夠使用任何類型的通信鏈路與控制器64通信。就此而言，閥控制系統(tǒng)112可以管理使(一個或多個)用戶112能夠與閥控制系統(tǒng)112交互的一組接口(例如，(一個或多個)圖形用戶接口，應用程序接口等)。此外，閥控制系統(tǒng)112可以使用任何解決方案管理(例如，存儲、檢索、創(chuàng)建、操作、組織、呈現(xiàn)等)數(shù)據，如系統(tǒng)數(shù)據116 (包括測量或記錄溫度、排放物輸出等)。
[0065]在任何情況下，控制器64可以包括能夠執(zhí)行安裝在其上的程序代碼(如閥控制系統(tǒng)112)的一個或多個通用或專用計算制造物品(例如，計算裝置)。當在本說明書中使用時，應當理解“程序代碼”表示導致具有信息處理能力的計算裝置直接地或在下列的任何組合之后執(zhí)行特定功能的任何語言、代碼或符號的指令的任何集合:(a)轉換成另一語言、代碼或符號；(b)以不同材料形式再現(xiàn);和/或(c)解壓縮。就此而言，閥控制系統(tǒng)112可以體現(xiàn)為系統(tǒng)軟件和/或應用軟件的任何組合。
[0066]此外，閥控制系統(tǒng)112可以使用一組模塊118實現(xiàn)。在該情況下，模塊118可以使控制器64能夠執(zhí)行由閥控制系統(tǒng)112使用的一組任務，并且可以獨立于閥控制系統(tǒng)112的其它部分獨立地開發(fā)和/或實現(xiàn)。控制器64也可以包括用戶接口模塊120以便在顯示部件(如監(jiān)視器)上顯示(例如，經由圖形、文本和/或其組合)特定用戶界面。當固定在包括處理部件104的控制器64的存儲器106中時，模塊是執(zhí)行功能的部件的相當大部分。無論如何，應當理解兩個或更多個部件、模塊和/或系統(tǒng)可以共用它們的相應硬件和/或軟件的一些/全部。此夕卜，應當理解可以不執(zhí)行本說明書中所述的一些功能性并且附加功能性可以作為控制器64的一部分被包括。
[0067]當控制器64包括多個計算裝置時，每個計算裝置可以具有固定在其上的閥控制系統(tǒng)112的僅僅一部分(例如，一個或多個模塊118)。然而，應當理解控制器64和閥控制系統(tǒng)112僅僅表示可以執(zhí)行本說明書中所述的過程的各種可能的等效計算系統(tǒng)。就此而言，在其它實施例中，由控制器64和閥控制系統(tǒng)112提供的功能性可以至少部分地由包括具有或不具有程序代碼的通用和/或專用硬件的任何組合的一個或多個計算裝置實現(xiàn)。在每個實施例中，可以分別使用標準工程和編程技術產生硬件和程序代碼(如果包括的話)。
[0068]無論如何，當控制器64包括多個計算裝置時，計算裝置可以在任何類型的通信鏈路上通信。此外，當執(zhí)行本說明書中所述的過程時，控制器64可以使用任何類型的通信鏈路與一個或多個其它計算系統(tǒng)通信。在任一情況下，通信鏈路可以包括各種類型的有線和/或無線鏈路的任何組合;包括一種或多種類型的網絡的任何組合;和/或使用各種類型的傳輸技術和協(xié)議的任何組合。
[0069]應當理解本實用新型的方面還提供各種替代實施例。例如，在一個實施例中，本實用新型提供一種用于通過調節(jié)(一個或多個)閥60、68、78、80、98的位置調節(jié)提供給再加熱燃燒器52、72(圖3-6)和/或裝置50、70、90(圖3-7)的部件的燃料和/或空氣的量的控制器。在其它實施例中，使用再加熱燃燒器52、72和/或裝置90可以包括手動地(例如，由技術人員)或通過與其可操作地連接的一個或多個計算機系統(tǒng)的介入操作控制器64。應當理解控制器64可以在超出一般操作的其它背景下用于技術目的，包括而不限于:檢查、維護、修理、替換、測試等。
[0070]閥控制系統(tǒng)112可以呈固定在至少一個計算機可讀介質中的計算機程序的形式，當執(zhí)行時，其使控制器64能夠操作和調節(jié)(一個或多個)閥60、68、78、80、98的位置。就此而言，計算機可讀介質包括執(zhí)行本說明書中所述的過程和/或實施例中的一些或全部的程序代碼。應當理解術語“計算機可讀介質”包括現(xiàn)在已知的或以后開發(fā)的有形表達介質的任何類型中的一種或多種，計算裝置可以從其感知、再現(xiàn)或以另外方式通信程序代碼的拷貝。例如，計算機可讀介質可以包括:一個或多個便攜式存儲制造物品；計算裝置的一個或多個存儲器/存儲部件;紙;等。
[0071]本實用新型的裝置和方法不限于任何特定燃氣渦輪機、燃燒系統(tǒng)、內燃機、發(fā)電系統(tǒng)或其它系統(tǒng)，并且可以與其它發(fā)電系統(tǒng)和/或系統(tǒng)(例如，聯(lián)合循環(huán)、簡單循環(huán)、核反應堆等)一起使用。另外，本實用新型的裝置可以與本說明書中未描述的其它系統(tǒng)一起使用，所述其他系統(tǒng)可以受益于本說明書中所述的裝置的增加操作范圍、效率、耐用性和可靠性。本實用新型的技術效果可以包括而不限于例如通過調節(jié)在不同燃燒器和相同燃燒器的不同部分之間分配的燃料和運載氣體的量增加、減小或以另外方式調節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的燃燒器和再加熱燃燒器中的入口溫度和燃燒量的能力。
[0072]本實用新型的實施例可以提供若干技術和商業(yè)優(yōu)點。作為一個例子，本實用新型的實施例可以作為修改或改造部件提供給現(xiàn)有的燃氣渦輪機系統(tǒng)。將本實用新型的實施例與常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)和/或其部件組合可以允許總燃氣渦輪機燃料流動的更大分數(shù)提供給第一級燃燒器，具有對系統(tǒng)中的任何再加熱燃燒器的更低負擔和更大操作效率。另外，本說明書中所述的各實施例可以允許第一級燃燒器以較高溫度燃燒燃料，原因是下游再加熱燃燒器中的分級燃燒反應可以在多個反應區(qū)域中分級，如本說明書中所述。
[0073]本說明書中所述的術語僅僅是為了描述特定實施例而不旨在限制本實用新型。當在本說明書中使用時，單數(shù)形式“一”和“所述”也旨在包括復數(shù)形式，除非上下文另外清楚地說明。還將理解當在該說明書中使用時術語“包括”和/或“包含”指示所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的組合的存在或加入。
[0074]該書面描述使用例子來公開包括最佳模式的本實用新型，并且也使本領域的任何技術人員能夠實施本實用新型，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何包含的方法。本實用新型的專利范圍由權利要求限定，并且可以包括本領域的技術人員想到的其它例子。這樣的其它例子旨在屬于權利要求的范圍內，只要它們具有與權利要求的文字語言沒有區(qū)別的結構元件，或者只要它們包括與權利要求的文字語言無實質區(qū)別的等效結構元件。
【主權項】
1.一種裝置，其包括: 第一噴射器，所述第一噴射器位于定位在再加熱燃燒器的下游的渦輪機級的渦輪機噴嘴的表面上，其中所述渦輪機級包括所述渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排； 第二噴射器，所述第二噴射器位于所述再加熱燃燒器的壁上；以及 至少一個管路，所述至少一個管路與所述第一噴射器和所述第二噴射器的每一個流體連通，其中所述至少一個管路將將來自燃料供應管線的燃料和運載氣體中的至少一種通過所述第一噴射器和所述第二噴射器中的至少一個輸送到所述再加熱燃燒器的后部段，并且其中所述后部段定位在所述再加熱燃燒器中的燃燒反應區(qū)域的下游。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，其還包括在所述燃料供應管線和所述至少一個管路之間的至少一個閥，用于控制輸送到所述第一噴射器和所述第二噴射器的燃料的量。3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述燃料供應管線與所述再加熱燃燒器的混合管道流體連通，并且所述至少一個閥配置成將來自所述燃料供應管線的燃料的至多大約百分之三十轉移到所述噴射器。4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，其還包括: 控制器，所述控制器可操作地連接到所述至少一個閥；以及 與所述控制器通信的傳感器，用于確定所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項； 其中所述控制器配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項調節(jié)所述至少一個閥的位置。5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一噴射器和所述第二噴射器與所述渦輪機噴嘴之間的分離距離允許燃料在進入所述渦輪機噴嘴的喉部段之前在所述再加熱燃燒器的所述后部段內點火并且完全反應。6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一噴射器在所述渦輪機噴嘴的表面上與通過所述再加熱燃燒器的流體流動的方向基本相反地定向。7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一噴射器和所述第二噴射器中的一個中的冷卻空氣與燃料的質量比在大約一比一到大約五比一之間。8.一種具有再加熱燃燒器的渦輪機械，所述再加熱燃燒器包括: 反應室，所述反應室定位在混合管道和定位在所述反應室的下游的渦輪機級的渦輪機噴嘴之間，所述渦輪機級包括所述渦輪機噴嘴和渦輪機葉片排，其中所述反應室包括前部段和后部段，并且其中穿過所述混合管道的空氣和燃料的第一部分在所述反應室的所述前部段中燃燒； 第一噴射器，所述第一噴射器定位在所述渦輪機噴嘴的表面上，其中所述第一噴射器將運載氣體的第一部分和燃料的第二部分輸送到所述反應室的所述后部段;以及 第二噴射器，所述第二噴射器延伸通過所述反應室的壁，其中所述第二噴射器將運載氣體的第二部分和燃料的第三部分輸送到所述反應室的所述后部段。9.根據權利要求8所述的渦輪機械，其特征在于，其還包括: 管路，所述管路與所述第一噴射器、所述第二噴射器和所述燃料供應管線中的一個流體連通，其中所述燃料供應管線還與聯(lián)接到所述反應室的混合管道流體連通;以及 在所述燃料供應管線和所述管路之間的至少一個閥，用于控制輸送到所述第一噴射器和所述第二噴射器的燃料的第二部分和第三部分的量。10.根據權利要求9所述的渦輪機械，其特征在于，其還包括: 控制器，所述控制器可操作地連接到所述至少一個閥；以及 與所述控制器通信的至少一個傳感器，用于確定所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項； 其中所述控制器配置成基于所述再加熱燃燒器的入口溫度、出口溫度和排放物輸出中的一項調節(jié)所述至少一個閥的位置。
【文檔編號】F02C9/26GK205559073SQ201521031307
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年12月11日
【發(fā)明人】L.B.小戴維斯, G.T.福斯特, K.M.格雷厄姆, K.文卡塔拉曼, S.K.維德納
【申請人】通用電氣公司