專利名稱：控制燃氣輪機的燃燒器的方法
技術領域：
本發明涉及控制燃氣輪機的燃燒器的方法。
背景技術：
在許多情況下，由于天然氣相比較于代用燃料有更低的成本和合乎需要的燃燒特性的原因，天然氣是用于點燃燃氣輪機的燃料選擇。可是，取決于成本、可用性和期望的燃燒特性，許多燃氣輪機具有燃燒或者天然氣或者液體燃料(包括各種級別的柴油燃料，例如2號柴油燃料)的能力。在許多情況下，液體燃料系統主要用作后備系統。作為實例，目前的干式低NOx (DLN)燃燒器大體使用后備液體燃料系統。在其它情況下，由于液體燃料的較低的成本或增強的可用性的原因，燃氣輪機站點會季節地利用液體燃料來運行。雖然作為后備燃料供應系統或者代用燃料供應系統，液體燃料系統是合乎需要的，但是這些系統的運行成本和維護成本目前是非常高的。經常用霧化空氣來對液體燃料提供霧化，以獲得合乎需要的燃燒特性，包括改進的排放和渦輪性能。霧化空氣系統需要放出壓縮機空氣，并且用泵使空氣壓力升高到足以用于液體燃料霧化的水平。它們強加了額外的資本設備和維護成本，并且會降低渦輪和發電裝置的效率。因此，為了減少資本設備和維護成本，降低系統復雜性以及改進發電裝置可靠性與加熱速率，消除霧化空氣系統是合乎需要的。因此，避免上述缺點的改進的液體燃料供應系統和燃料供應方法是合乎需要的。
發明內容
根據本發明的一方面，公開了一種控制燃氣輪機的燃燒器的方法。該方法包括操作地將燃燒器罐設置在燃氣輪機的燃燒器中。該燃燒器罐包括多個燃燒器燃料噴嘴，各個燃燒器燃料噴嘴具有燃料噴射器且構造成以便選擇性地將液體燃料、液體流體或者液體燃料與液體流體提供到燃料噴射器噴嘴，燃料噴射器噴嘴構造成以便分別提供多個液體燃料射流、多個液體流體射流或者它們的組合，多個液體燃料射流、多個液體流體射流或者它們的組合又構造成以便分別提供霧化的液體燃料流、霧化的液體流體流或者霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。該方法還包括選擇性地將一定量的液體燃料、液體流體或者它們的組合提供到燃料噴射器噴嘴，以便分別產生預定的霧化的液體燃料流、霧化的液體流體流或者霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。根據結合附圖得到的以下描述，這些和其它優點和特征將變得更加顯而易見。
在說明書的結論部分處的權利要求書中特別地指出和清楚地聲明了被視為本發明的主題。根據結合附圖得到的以下詳細描述，本發明的前述和其它特征以及優點是顯而易見的，其中圖1是本文公開的燃料噴射器噴嘴的一個示例性實施例的正面透視圖2是圖1的燃料噴射器噴嘴的后面透視圖；圖3是圖2的放大視圖，其還包括虛線，以示出燃料噴射器噴嘴的內部特征；圖4是沿著截面4-4得到的圖1的燃料噴射器噴嘴的截面圖；圖5是沿著截面5-5得到的圖2的燃料噴射器噴嘴的截面圖；圖6是燃料噴射器噴嘴和結合了該燃料噴射器噴嘴的燃料噴射器的一個示例性實施例的透視圖；圖7是沿著截面7-7得到的圖6的示例性實施例的截面圖；圖8是沿著截面8-8得到的圖6的示例性實施例的截面圖；圖9是本文公開的燃燒器燃料噴嘴的一個示例性實施例的截面圖；圖10是本文公開的多個燃燒器燃料噴嘴和結合了它們的燃燒器罐的一個示例性實施例的正面透視圖；圖11是本文公開的燃料噴射器噴嘴的第二個示例性實施例的截面圖；圖12是制造燃料噴射器噴嘴的方法的流程圖；以及圖13是控制燃氣輪機的燃燒器的方法的流程圖。參照附圖，以實例的方式，詳細描述闡述了本發明的實施例以及優點和特征。部件列表10燃料噴射器噴嘴12噴嘴主體13 階梯14 入口端15 出口端16 出口端17 出口18燃料管道19 出口20燃料入口22燃料出口23 射流M燃料出口管道25獲得的流動流26液體燃料27 入口沘出口管道軸線四縱向軸線31 焦點38流體管道40流體入口42流體出口43 射流
44流體出口管道46液體流體47 入口48出口管道軸線50噴嘴末端51冶金結合部52轉接器100燃料噴射器112 管113 階梯114安裝法蘭116 入口端118 出口端119冶金結合部120內部管121對接焊縫122外部管123內部部分124燃料回路125外部部分126流體回路128 凹部130 焊縫132外部燃料回路134連接器136外部燃料回路138連接器140安裝法蘭管道200燃燒器燃料噴嘴210天然氣回路212內部管214燃料噴射器腔體216 開口218 遠端300燃燒器罐500制造燃料噴射器噴嘴的方法510形成噴嘴主體520 噴嘴530噴嘴主體
532形成轉接器534形成噴嘴末端536將轉接器聯結到噴嘴末端上540將噴嘴主體的入口端聯結到燃料噴射器的出口端上600控制燃氣輪機的燃燒器的方法610設置燃燒器罐620提供一定量的液體燃料
具體實施例方式參照圖1-10，示出了燃料噴射器噴嘴10的一個示例性實施例。燃料噴射器噴嘴10 包括噴嘴主體12，噴嘴主體12構造成以便附連到在燃氣輪機(未顯示)的燃燒器(未顯示)中使用的燃料筒或燃料噴射器100上，并且與其流體連通，以提供液體燃料射流或液體燃料和另一種流體(例如水)的射流，以使燃料霧化，以便于在燃燒器的燃燒室(未顯示) 中燃燒。噴嘴主體12可具有任何適當的形狀，包括如圖所示的正圓柱形，而且噴嘴主體12 將大體具有這樣的形狀該形狀構造成用于附連到噴嘴主體12聯結到其上(圖6)的燃料噴射器100上。噴嘴主體12具有入口端14和相對的排出端或出口端16。噴嘴主體12還包括燃料管道18，燃料管道18從入口端14上的燃料入口 20延伸到位于出口端16上的燃料出口 22或多個燃料出口 22。燃料出口或多個燃料出口 22與位于出口端16附近的燃料出口管道M或多個燃料出口管道M流體連通。燃料出口 22與燃料管道18和相應的燃料出口管道M流體連通且用作它們的終點。如圖所示，例如，在圖1-7 中，多個燃料出口管道M可從用作增壓室(plenum)的單個燃料管道18延伸，以分配加壓液體燃料(由箭頭26示出)，加壓液體燃料流入燃料入口 20中，流過燃料管道18且流入燃料出口管道M中，在燃料出口管道M中，加壓液體燃料作為液體燃料沈的加壓流動流或射流23而通過出口端16上的燃料出口 22排出。液體燃料沈可包括適于在燃氣輪機的燃燒室中燃燒的任何液態烴，包括各種級別的柴油燃料(例如2號柴油燃料)。燃料管道18 可具有任何適當的大小和形狀。在圖1-7的示例性實施例中，燃料管道18具有半圓形截面形狀，其具有遠離燃料入口 20而大小增加的面積。燃料出口管道M具有位于燃料管道18的半圓形截面內的入口 27。燃料出口管道 M可比燃料管道18具有更小的截面積且具有與燃料管道18不同的截面形狀，以便增大加壓液體燃料26的壓力，并且提供具有預定的射流特性(例如壓力、流率、射流形狀等)的液體燃料26的射流23。燃料出口管道24和燃料出口 22可具有任何適當的截面形狀、截面大小、長度、空間位置和定向，以便使用在其中流動的加壓液體燃料沈的部分來提供具有預定的射流特性的射流23。可選擇預定的射流特性，以對液體燃料提供霧化，如本文所述。在圖1-7的示例性實施例中，燃料出口管道M具有相應的向內會聚的燃料出口管道軸線觀， 并且燃料出口 22和燃料出口管道M間隔開，以提供遠離出口端16而向內會聚的液體燃料沈的射流23。在圖1-7的示例性實施例中，燃料出口 22繞著縱向軸線四沿徑向且沿周向隔開，使得相應的液體燃料的射流23沿著縱向軸線四集中在燃料射流角(α )(圖7)所確定的焦點處，該燃料射流角(α)是由燃料出口管道軸線觀與縱向軸線四的角限定的。可選擇燃料射流角(α )，以提供射流或多個射流23與液體流體的射流或多個射流的預定的沖擊特性(如本文所述)，以提供具有預定的流特性(包括流形狀、大小、霧化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液體燃料質量流率等)的霧化液體燃料26的獲得的流動流25。噴嘴主體12還包括流體管道38，流體管道38從入口端14上的流體入口 40延伸到位于出口端16上的流體出口 42或多個流體出口 42。流體出口或多個流體出口 42與位于出口端16附近的流體出口管道44或多個管道44流體連通。流體出口 42與流體管道38 和相應的流體出口管道44流體連通且用作它們的終點。如圖所示，例如，在圖1-7中，多個流體出口管道44可從用作增壓室的單個流體管道38延伸，以分配加壓液體流體(由箭頭 46示出)，加壓液體流體流入流體入口 40中，流過流體管道38且流入流體出口管道44中， 在流體出口管道44中，加壓液體流體作為液體燃料46的加壓流動流或射流43而通過出口端16上的流體出口 42排出。流體管道38可具有任何適當的大小和形狀。在圖1-7的示例性實施例中，流體管道38在噴嘴主體12內具有沿著其長度相同的半環形或圓環狀的截面形狀。流體出口管道44具有位于流體管道38的該半環形截面內的入口 47。流體出口管道44可比流體管道38具有更小的截面積且具有與流體管道38不同的截面形狀，以便增大加壓液體流體46的壓力，并且提供具有預定的射流特性(例如壓力、流率、射流形狀等) 的液體流體46的射流43。流體出口管道44和流體出口 42可具有任何適當的截面形狀、截面大小、長度、空間位置和定向，以便由在其中流動的加壓液體流體46的部分來提供具有預定的射流特性的射流43。可選擇預定的射流特性，以提供液體燃料沈的霧化，如本文所述。在圖1-7的示例性實施例中，流體出口管道44具有相應的向內會聚的流體出口管道軸線48，并且流體出口 42和管道44間隔開，以提供遠離出口端16而向內會聚的液體流體46 的射流43。在圖1-7的示例性實施例中，流體出口 42繞著噴嘴主體12的縱向軸線四沿徑向且沿周向隔開，使得液體流體46的射流43或多個射流43沿著縱向軸線四集中在燃料射流角(α )和流體射流角(β )所確定的焦點處，以沖擊液體燃料26射流23或多個射流， 其中，角β是由流體出口管道軸線48與縱向軸線四的角限定的。可選擇這個角(β)，以提供射流或多個射流23和射流或多個射流43的預定的撞擊和沖擊特性，包括具有預定的流特性(包括流形狀、大小、霧化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液體燃料質量流率等)的霧化液體燃料26的獲得的流動流25。液體流體46的射流43用來沖擊液體燃料沈的射流23，以及形成霧化液體燃料 26的流動流25。在一個示例性實施例中，液體流體46可包括液體燃料沈，從而使得射流 43實際上是射流23。在這個實施例中，液體燃料沈的至少兩個射流23彼此沖擊，以使液體燃料26霧化，并且形成包含霧化液體燃料沈的流動流25。任何數量的射流23可彼此沖擊，以提供具有本文所述的預定的流特性(包括液體燃料的預定的質量流率)的、包含霧化液體燃料26的流動流25。在這個實施例中，各個射流23將如本文所述的那樣被定向和引導，以便由也被定向和引導成以便提供期望的沖擊的至少一個其它射流23沖擊。可選擇使焦點31或沖擊點落在縱向軸線四上，或者可通過燃料出口 22和燃料出口管道M的適當定向和位置來選擇焦點31或沖擊點，以使焦點31定位在出口端16的前面的、不在縱向軸線四上的位置處，如圖7所示。將理解，通過限定定向成以便進行如本文所述的沖擊的多個射流23對，對應的多個焦點31可限定在出口端16前面的對應的多個位置處，而且包含霧化液體燃料26的對應的多個流動流25可形成具有預定的復合流特性的復合流動流25'。在這個實施例中，液體燃料沈可通過成圖7所示的構造的(其中液體流體46是燃料)燃料管道18和流體管道38兩者來供應，從而使得兩個管道實際上是燃料管道，或者噴嘴主體只是具有單個燃料管道18，燃料管道18構造成以便為燃料出口管道M和流體出口管道44 進行供應，從而使得它們實際上兩者都是燃料出口管道對。在另一個示例性實施例中，液體流體46可包含水，以提供預定的燃燒特性，例如燃燒器內的溫度、渦輪入口溫度或燃燒溫度的降低。在這個實施例中，液體燃料26的至少一個射流23和液體流體46的至少一個射流43彼此沖擊，以使液體燃料沈和液體流體 46 (例如水)霧化和乳化，并且形成包含霧化及乳化的液體燃料26-液體流體46的流動流 25。不意圖受理論的限制，液體燃料的射流23和液體流體46的射流43的沖擊使液體燃料沈和液體流體46既霧化又相互混合，從而產生液體燃料26-液體流體46的霧化的乳劑。霧化的乳劑可包含被燃料覆蓋或包覆的霧化水滴。燃燒器所提供的熱量導致水滴迅速氣化。與水的氣化相關聯的氣化熱使燃燒器內的待降低的溫度降低，而且快速氣化導致水滴分解，從而提供進一步更小的燃料滴，并且進一步增強其霧化和燃燒特性。任何數量的射流23可與任何數量的射流43沖擊，以提供具有本文所述的預定的流特性的、包含霧化及乳化的液體燃料26-液體流體46的流動流25。在這個實施例中，液體燃料沈的各個射流23 將如本文所述的那樣被定向和引導，以便由也已被定向和引導成以便提供期望的沖擊的液體流體46的至少一個射流43沖擊。可選擇使焦點31或沖擊點落在縱向軸線四上，或者可通過燃料出口 22和燃料出口管道M以及流體出口 42和流體出口管道44的適當定向和位置來選擇焦點31或沖擊點，以便將焦點31定位在出口端16的前面的、不在縱向軸線四上的位置處，如圖7所示。將理解，通過限定定向成以便進行如本文所述的沖擊的多個射流 23和射流43對，對應的多個焦點31可限定在出口端16前面的對應的多個位置處，而且霧化液體燃料26的對應的多個流動流25可形成具有預定的復合流特性的復合流動流25'。可通過任何適當的形成方法來形成包括噴嘴末端50和轉接器52的噴嘴主體 12，包括使噴嘴主體12形成為一體的一件式構件，并且可備選地由單個類型的截面線 (sectioning)或陰影來表示。噴嘴主體12可這樣形成為一體式構件使用熔模鑄造法產生轉接器52的燃料管道18，然后使用傳統的機械加工技術來產生轉接器52的流體管道38 和噴嘴末端50的燃料出口管道M和流體出口管道44。備選地，可通過將具有形成于其中的燃料出口管道M和流體出口管道44的單獨形成的噴嘴末端50聯結到具有形成于其中的燃料管道18和流體管道38的單獨形成的轉接器52上來形成噴嘴主體12。可通過適于在噴嘴末端50和轉接器52之間形成冶金結合部51的任何聯結方法(包括各種形式的焊接)來聯結噴嘴末端50和轉接器52，使得冶金結合部51可包括焊縫。噴嘴末端50和轉接器52也可通過銅焊來進行聯結，以形成冶金結合部51，銅焊是金屬聯結工藝，其中，通過使用毛細作用將銅焊材料吸入各部分之間的空間中且在各部分之間形成冶金結合部，來將填充金屬分布在兩個或更多個緊貼部分之間，使得冶金結合部51可包含銅焊接頭。例如，可通過熔模鑄造產生圓柱形的外部形狀和燃料管道18，然后使用傳統的機械加工技術產生流體管道38，來形成轉接器52。噴嘴主體12可由適于經受燃氣輪機燃燒器的燃燒溫度(約四00° F)的任何適當的高溫材料形成。在一個示例性實施例中，噴嘴主體12可由超合金形成，例如鎳基超合金，包括(作為實例)哈式合金X(HastalIoy X) (UNS N06002)。噴嘴主體12的出口端16可具有任何適當的形狀輪廓，包括圖7所示的向內凹的或錐形的形狀。參照圖6-8，燃料噴射器噴嘴10構造成以便與燃料噴射器100 —起使用以及設置在燃料噴射器100中。燃料噴射器100可具有任何適當的截面形狀和長度，包括圖6-8所示的基本圓柱形的形狀。燃料噴射器100包括設置在安裝法蘭114內的分隔流體管112。 分隔管112從入口端116延伸到出口端118上，出口端118聯結到噴嘴主體12的入口端14 上。可使用任何適當的分隔布置來分隔分隔管112，以使得至少兩種流體能夠沿著管的長度從入口端116傳送到出口端118 (如圖7和8所示)，在一個示例性實施例中，使用同心管布置來分隔分隔管112，其中，內部管120同心地設置在外部管122內。根據內部管120和外部管122的相應的內徑和外徑來將內部管120和外部管122大小設置成以便在內部管120 內限定燃料回路124，以及在內部管120和外部管122之間限定流體回路126。在一個示例性實施例中，流體回路126可為用于提供加壓液體燃料的燃料回路，如本文所述。在另一個示例性實施例中，流體回路1 可提供加壓液體流體46，包括水，如本文所述。可使用任何適當的聯結方法(包括各種形式的焊接)來將噴嘴主體12聯結到分隔管112上。分隔管 112的入口端或多個入口端116將設置在形成于安裝法蘭114內的匹配凹部或多個匹配凹部128內，并且可通過焊縫或多個焊縫130來聯結到安裝法蘭114上。燃料回路IM通過外部燃料回路132與加壓液體燃料沈的源流體連通，外部燃料回路132包括各種導管或管道(未顯示)，其可使用適當的能夠可脫開地附連的連接器134而流體地聯接到燃料噴射器 100上。類似地，流體回路1 通過外部流體回路136與加壓液體流體46的源流體連通，外部流體回路136包括用于傳輸液體流體46的各種導管或管道(未顯示)，其可通過能夠可脫開地附連的連接器138而可脫開地附連到燃料噴射器100和安裝法蘭114上。流體回路 126還可包括形成于流體回路126內且與流體回路1 流體連通的安裝法蘭管道140。參照圖9和10，燃料噴射器100可設置在燃燒器燃料噴嘴200中，燃燒器燃料噴嘴200用來將天然氣作為主燃料提供給燃氣輪機的燃燒器。燃燒器燃料噴嘴200包括在一側上由內部管212界定的天然氣回路210，內部管212限定構造成以便接收燃料噴射器100 的燃料噴射器腔體214，燃料噴射器100包括分隔管112和噴嘴10，噴嘴主體12的出口端 16設置在燃燒器噴嘴的遠端218處的開口 216中。噴嘴主體12構造成以便通過開口 216 將輔助或后備燃料作為霧化液體燃料-液體流體乳劑噴射到燃燒器中。如圖10所示，包括燃料噴射器100的多個燃燒器燃料噴嘴200可結合起來形成燃燒器罐300。多個燃燒器罐 300 (未顯示)(各個燃燒器罐包括多個燃燒器燃料噴嘴200和燃料噴射器100)可沿周向以傳統的方式定位在燃氣輪機的燃燒器區段(未顯示)的周圍，以提供具有雙燃料能力的燃氣輪機，或者提供具有主(天然氣)和輔助或后備(液體燃料)燃料供應能力的燃氣輪機。圖11示出了燃料噴射器噴嘴10的第二個示例性實施例。燃料噴射器噴嘴10包括噴嘴主體12和如本文所公開的噴嘴的其它元件。在這個實施例中，轉接器52的燃料管道18和流體管道38可設置成使得一個管道設置在另一個管道內，包括其中一個管道相對于另一個管道同心地設置的構造。在圖11的示例性實施例中，燃料管道18設置在流體管道38內，并且更具體而言，燃料管道18同心地設置在流體管道38內。但是，這個構造可反過來，使得流體管道38設置在燃料管道18內，并且更具體而言，流體管道38同心地設置在燃料管道18內。在圖11所示的構造中，燃料管道18構造成以便與入口端14上的燃料回路1 流體連通，并且具有截頭圓錐形狀，其朝向鄰接噴嘴末端50的轉接器52的出口端15和出口 17而開口。流體管道38構造成以便與入口端14上的流體回路IM流體連通，并且具有截頭圓錐環形狀，其朝向鄰接噴嘴末端50的轉接器52的出口端15和出口 19而開口， 并且包圍燃料管道18。多個四個燃料出口管道M沿徑向與縱向軸線四隔開任何適當的徑向間距，并且沿周向彼此隔開任何適當的周向間距。在圖11的實施例中，管道均等地隔開約90°的間隔。管道包括圖11所示的兩個燃料出口管道對，它們繞著縱向軸線四沿徑向均等地隔開， 并且沿周向隔開180°。但是，可使用具有任何適當的徑向或周向間距的任何數量的額外的燃料出口管道對。燃料出口管道M具有位于燃料管道18的圓形截面內的入口 27。燃料出口管道M可比燃料管道18具有更小的截面積且具有與燃料管道18不同的截面形狀，以便增大加壓液體燃料26的壓力，并且提供具有預定的射流特性(例如壓力、流率、射流形狀等)的液體燃料26的射流23。燃料出口管道M和燃料出口 22可具有任何適當的截面形狀、截面大小、長度、空間位置和定向，以便使用在其中流動的加壓液體燃料26的部分來提供具有預定的射流特性的射流23。可選擇預定的射流特性，以提供液體燃料的霧化，如本文所述。在圖11的示例性實施例中，燃料出口管道M具有相應的向內會聚的燃料出口管道軸線觀，并且燃料出口 22和燃料出口管道M間隔開，以提供遠離出口端16而向內會聚的液體燃料26的射流23。在圖12的示例性實施例中，燃料出口 22繞著縱向軸線四沿徑向且沿周向隔開，使得相應的液體燃料23的射流沿著縱向軸線四集中在燃料射流角(α) 所確定的焦點31處，該燃料射流角(α)是由燃料出口管道軸線觀與縱向軸線四的角限定的。可選擇燃料射流角(α )，以提供射流23的預定的沖擊特性，以便提供具有預定的流特性(包括流形狀、大小、霧化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液體燃料質量流率等)的霧化液體燃料26的獲得的流動流25。在這個實施例中，燃料噴射器100可有利地僅用加壓液體燃料26流來運行，而不使用在流體回路1 中流動的加壓液體流體46 (例如水)，并且仍然提供霧化液體燃料沈流，以進行燃燒。多個四個流體出口管道44沿徑向與縱向軸線四隔開任何適當的徑向間距，并且沿周向彼此隔開任何適當的周向間距。在圖11的實施例中，管道均等地隔開90°的間隔。 管道包括圖11所示的兩個流體出口管道44，它們繞著縱向軸線四沿徑向均等地隔開，并且沿周向隔開180°。但是，可使用具有任何適當的徑向或周向間距的任何數量的額外的流體出口管道44。在所示實施例中，流體出口管道44的徑向間距大于燃料出口管道M的徑向間距，從而使得燃料出口管道M和燃料出口 22同心地設置在流體出口管道44和流體管道42內。流體出口管道44具有位于流體管道38的環形或圓環形截面內的入口 47。流體出口管道44可比流體管道38具有更小的截面積且具有與流體管道38不同的截面形狀， 以便增大加壓液體流體46的壓力，并且提供具有預定的射流特性(例如壓力、流率、射流形狀等)的液體流體46的射流43。流體出口管道44和流體出口 42可具有任何適當的截面形狀、截面大小、長度、空間位置和定向，以便由在其中流動的加壓液體流體46的部分來提供具有預定的射流特性的射流43。可選擇預定的射流特性，以提供液體燃料沈的進一步霧化，如本文所述。在圖11的示例性實施例中，流體出口管道44具有相應的向內會聚的流體出口管道軸線48，并且流體出口 42和管道44間隔開，以提供遠離出口端16而向內會聚的液體流體46的射流43。在圖11的示例性實施例中，流體出口 42繞著噴嘴主體12的縱向軸線四沿徑向且沿周向隔開，使得液體流體46的射流43或多個射流43集中，以便也沿著縱向軸線四在燃料射流角(α )和流體射流角(β )所確定的焦點處沖擊液體燃料沈的多個射流，其中，角β是由流體出口管道軸線48與縱向軸線四的角限定的。可選擇該角 (β),以提供射流或多個射流23和射流或多個射流43的預定的撞擊和沖擊特性，包括具有預定的流特性(包括流形狀、大小、霧化微粒大小(例如平均大小)和大小分布、液體燃料質量流率等)的霧化液體燃料26的獲得的流動流25。在這個實施例中，液體流體46可包括水，以便提供預定的燃燒特性，例如燃燒器內的溫度、渦輪入口溫度或燃燒溫度的降低。在這個實施例中，液體燃料26的多個射流23 和液體流體46的多個射流43彼此沖擊，以使液體燃料沈和液體流體46 (例如水)霧化和乳化，并且形成包含霧化及乳化的液體燃料26-液體流體46的流動流25。不意圖受理論的限制，液體燃料的射流23和液體流體46的射流43的沖擊使液體燃料沈和液體流體46既霧化又相互混合，從而產生液體燃料26-液體流體46的霧化的乳劑。霧化的乳劑可包含被燃料覆蓋或包覆的霧化水滴。燃燒器所提供的熱量導致水滴迅速氣化。與水的氣化相關聯的氣化熱使燃燒器內的待降低的溫度降低，而且迅速氣化導致水滴分解，從而提供進一步更小的燃料滴，并且進一步增強其霧化和燃燒特性。任何數量的射流23可與任何數量的射流43相沖擊，以提供具有本文所述的預定的流特性的、包含霧化及乳化的液體燃料26-液體流體46的流動流25。在這個實施例中，液體燃料沈的各個射流23將如本文所述的那樣被定向和引導，以便由也已被定向和引導成以便提供期望的沖擊的液體流體46的至少一個射流43沖擊。可選擇使焦點31或沖擊點落在縱向軸線四上，或者可通過燃料出口 22 和燃料出口管道M以及流體出口 42和流體出口管道44的適當定向和位置來選擇焦點31 或沖擊點，以便使焦點31定位在出口端16前面的、不在縱向軸線四上的位置處，如圖7所示。將理解，通過限定定向成以便進行如本文所述的沖擊的多個射流23和射流43對，對應的多個焦點31可限定在出口端16前面的對應的多個位置處，而且霧化液體燃料沈的對應的多個流動流25可形成具有預定的復合流特性的復合流動流25'。燃料噴射器噴嘴10和噴嘴主體12可形成為一體式構件，或者可通過聯結轉接器 52和噴嘴末端50來形成為兩件式構件，如本文所述。燃料噴射器噴嘴10的入口端14設置在燃料噴射器100的出口端118上。噴嘴10 可通過任何適當的附連件或附連方法來設置在燃料噴射器100上，但是優選將用冶金結合部119進行附連。可使用任何適當的冶金結合部119，包括可通過各種形式的焊接形成的銅焊接頭或焊縫。在圖11的示例性實施例中，冶金結合部119包括對接焊縫121。例如，可通過首先將內部管120對接焊接到轉接器52的入口端14的內部部分123上來形成對接焊縫 121。在對對接焊縫121的內部部分進行任何必要的檢查之后，外部管122可對接焊接到轉接器52的入口端14的外部部分125上。如圖11所示，噴嘴主體12的入口端14包括階梯 13，并且燃料噴射器100的出口端118包括階梯113，而且這些階梯13、113以匹配的方式設置。這些匹配階梯可用來通過允許在不同的平面上產生焊縫和使用單獨的焊接操作而幫助聯結。在一個示例性實施例中，入口端可向外成階梯形，入口端14的內部部分123遠離轉接器52而向外突出，同時燃料噴射器100的出口端與在向外凸出的外部管122內內凹的內部管120成階梯形。參照圖12，制造燃料噴射器噴嘴10的方法500包括形成510噴嘴主體12，以用于用來產生液體燃料射流23的液體燃料沈與用來產生流體射流43的液體流體46的流體連通，如本文所述。如本文所述，形成510可以可選地包括(例如)通過熔模鑄造或燒結粉末金屬塊來形成520 —體式噴嘴主體12，并且還可采用機械加工、鉆削和其它金屬形成方法來產生噴嘴主體12的各種特征。備選地，形成510還可包括通過形成532轉接器52、形成 534噴嘴末端50和將轉接器52聯結536到噴嘴末端50上(例如通過焊接或銅焊，如本文所述)來形成兩件式噴嘴主體530。該方法500還可包括將噴嘴主體12的入口端14聯結 540到燃料噴射器100的出口端118上，其中，噴嘴主體12的入口端成階梯形而具有階梯 13，并且構造成以便與燃料噴射器100的出口端118上的階梯113匹配接合。參照圖13，公開了一種控制燃氣輪機的燃燒器的方法600。燃燒器和燃氣輪機可為任何適當的設計，包括各種傳統的燃燒器和燃氣輪機設計。方法600包括將本文所述的燃燒器罐300操作性地設置610在燃氣輪機的燃燒器中。燃燒器罐300包括多個燃燒器燃料噴嘴200，燃燒器燃料噴嘴各自具有燃料噴射器100，燃料噴射器100構造成以便選擇性地對燃料噴射器噴嘴10提供液體燃料、液體流體或液體燃料和液體流體，燃料噴射器噴嘴 10構造成以便分別提供多個液體燃料射流、多個液體流體射流或它們的組合，多個液體燃料射流、多個液體流體射流或它們的組合又構造成以便分別提供霧化液體燃料流、霧化液體流體流或霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。該方法600還包括選擇性地對燃料噴射器噴嘴提供620 —定量的液體燃料、液體流體或它們的組合，以分別產生預定的霧化液體燃料流、霧化液體流體流或霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。方法600可用于(例如)圖11所示的燃料噴射器100，以選擇性地僅通過燃料管道18和燃料出口管道M提供620加壓燃料，以產生霧化液體燃料流25，以用于燃燒器中的燃燒。可在燃氣輪機的這樣的預定的低負荷狀態期間使用這種運行構造其中，不一定要限制燃燒溫度，或者其中，例如，使燃燒器斜坡上升到預定的燃燒溫度。在一個示例性實施例中，低負荷狀態是小于或等于燃氣輪機的基本負荷的約30%的負荷，并且更具體而言，為基本負荷的約10%至約30%的負荷狀態。高負荷狀態是大于燃氣輪機的基本負荷的約30% 的負荷。這個構造可有利地例如在燃氣輪機的啟動期間使用，以限定啟動模式。在啟動時， 存在低負荷狀態，從而使得一般不必使用冷卻流體(例如水)來冷卻燃燒器以控制排氣排放。因此，僅可在啟動時使用燃料供應，但是加壓燃料沈被霧化，如本文所述，以改進燃燒效率。方法600還可用于(例如)圖11所示的燃料噴射器100，以選擇性地通過燃料管道18和燃料出口管道M提供620加壓液體燃料，以及通過流體管道38和流體出口管道44 提供620加壓流體，包括冷卻流體(例如水)，以產生霧化及乳化的液體燃料26-液體流體 46流25，以便于在燃燒器中燃燒。可在燃燒器的這樣的預定的運行狀態期間使用這種運行構造其中，至少一個燃燒器燃料噴嘴200構造成以便提供液體燃料和液體流體兩者，并且對應的液體燃料射流和液體流體射流提供霧化及乳化的液體燃料-液體流體流，以便于在燃燒器中燃燒。這個流可用來(例如)通過燃料的霧化和乳化來提供增強的燃燒，包括預定的燃燒效率，如本文所述。液體流體(例如水)還會降低燃燒溫度，這可用來控制來自燃燒器的排氣排放(特別是通過降低燃燒期間產生的NOx的量)，并且提供預定的排放成分分布和預定的燃燒溫度。因此，可控制燃料噴射器所供應的液體燃料26和液體流體46的相對量，以提供預定的燃燒效率、燃燒溫度或排放成分分布或它們的組合。可將該量控制為 (不管是以重量百分比還是以體積百分比進行測量)100 > X > 0，其中，X是以總的液體燃料和液體流體的體積或重量百分比表示的燃料的量，并且液體流體的量由I-X限定。可通過在燃燒器和燃氣輪機的正常運行狀態的寬泛范圍上控制霧化及乳化的液體燃料26-液體流體46流25的量來有利地使用霧化及乳化的液體燃料26-液體流體46流25，以限定運行模式。可尤其有利地在更高的渦輪速度和負荷處使用它，更高的渦輪速度和負荷大體會具有更高的燃燒溫度，并且在更高的渦輪速度和負荷處，排氣排放遵從性要求降低燃燒溫度來提供預定的排放成分分布。方法600還可用于(例如)圖11所示的燃料噴射器100，以選擇性地僅通過流體管道38和流體出口管道44提供620加壓液體和加壓液體流體，以產生霧化液體流體流 25。這個流可與供應用于燃燒的霧化燃料沈流25或霧化及乳化的液體燃料26-液體流體 46流25的其它燃料噴射器結合起來使用，以冷卻燃燒器或降低燃燒溫度，以及提供冷卻模式。可尤其有利地在更高的渦輪速度和負荷處使用它，更高的渦輪速度和負荷大體會具有更高的燃料消耗和燃燒溫度，并且在更高的渦輪速度和負荷處，排氣排放遵從性要求進一步降低燃燒溫度，以提供預定的排放成分分布。在燃燒器的高負荷狀態期間，至少一個燃燒器燃料噴嘴200構造成以便提供僅液體流體，并且對應的液體流體射流提供霧化液體流體流，以冷卻燃燒器或降低燃燒溫度。選擇性地提供620還可包括在燃燒器從低負荷狀態過渡到運行狀態期間，使至少一個燃燒器燃料噴嘴200構造成以便提供僅液體燃料沈，并且對應的液體燃料射流23提供霧化液體燃料流25，以在低負荷狀態期間在燃燒器中燃燒，而且過渡包括也對這些燃燒器燃料噴嘴提供液體流體，從而使得液體燃料射流和液體流體射流提供霧化及乳化的液體燃料-液體流體流，以便于在燃燒器中燃燒。備選地，過渡可包括使多個其它燃燒器燃料噴嘴200構造成以便同時提供液體燃料沈和液體流體43兩者，并且其它燃燒器燃料噴嘴 200的對應的液體燃料射流沈和液體流體射流23提供了霧化及乳化的液體燃料-液體流體流25，以便于在燃燒器中燃燒。在過渡期間提供的液體流體的量可作為時間的函數(即隨時間)而改變。例如，液體流體的量可作為時間的函數根據預定的分布而增大。這可用來(例如)控制燃燒器的加熱速率，或者燃燒溫度的增長速率，以便獲得燃燒器溫度的預定值或燃燒溫度的預定值或它們的組合，或者獲得預定的排放成分分布。選擇性地提供620還可包括在從運行狀態過渡到冷卻狀態期間，使至少一個燃燒器燃料噴嘴200構造成以便對燃燒器燃料噴嘴200提供液體燃料沈和液體流體46，從而使得液體燃料射流23和液體流體射流43提供霧化及乳化的液體燃料一液體流體流25，以便于在運行狀態期間在燃燒器中燃燒，而且過渡包括從燃燒器燃料噴嘴中除去燃料，從而使得液體流體射流提供霧化液體流體流，以便于在燃燒器中進行冷卻。在過渡期間提供的液體燃料26的量可作為時間的函數而改變。例如，液體流體的量可作為時間的函數根據預定的分布增大。這可用來(例如)控制燃燒器的冷卻速率，或燃燒溫度的降低速率，以便獲得燃燒器溫度的預定值或燃燒溫度的預定值或它們的組合，或者獲得預定的排放成分分布。除了可在容納在單個燃燒器燃料噴嘴200內的單個燃料噴射器100內受影響的 (affected)本文所述的控制之外，控制還可在單個燃燒器罐300的多個燃燒器燃料噴嘴 200內，或在燃氣輪機的燃燒器內的多個燃燒器罐300的多個燃燒器燃料噴嘴200之中受影響。例如，在一個示例性實施例中，燃燒器的任何或全部燃燒器罐300均可構造成使得可在其中提供本文所述的啟動模式、運行模式或冷卻模式或它們的組合。
使用燃料噴射器噴嘴10和燃料噴射器100使得能夠消除霧化空氣系統，同時還改進了燃料霧化，并且通過在結合了燃料噴射器噴嘴10和燃料噴射器100(如本文所述)的燃氣輪機燃燒器的液體燃料運行期間降低運行溫度而實現了減排，從而顯著降低了它們的復雜性以及系統維護成本和運行成本。目前，已經噴射水來降低運行溫度，以及在液體燃料運行期間減少排放，但是使用燃料噴射器100和燃料噴射器噴嘴10以及本文公開的它們的使用方法對液體流體(例如水)噴射進行了雙重利用，以便還提供液體燃料的霧化，而且具有另外的重要優點，因為它們可被容易地改型到現有燃氣輪機的燃燒器中。雖然已經結合僅有限數量的實施例來對本發明進行了詳細描述，但是應當容易地理解，本發明不限于這種公開的實施例。相反，本發明可修改成以便結合此前未描述但與本發明的精神和范圍相當的任何數量的變化、更改、替換或等效布置。另外，雖然已經描述了本發明的各實施例，但是將理解，本發明的各方面可包括所描述的實施例中的僅一些。因此，本發明不應視為受前述描述的限制，而是僅由所附的權利要求書的范圍限制。
權利要求
1.一種控制燃氣輪機的燃燒器的方法(600)，包括將燃燒器罐操作地設置(610)在燃氣輪機的燃燒器中，所述燃燒器罐(300)包括多個燃燒器燃料噴嘴O00)，各個燃燒器燃料噴嘴(200)具有燃料噴射器(100)且構造成以便選擇性地將液體燃料( )、液體流體G6)或者液體燃料和液體流體提供到燃料噴射器噴嘴 (10)，所述燃料噴射器噴嘴(10)構造成以便分別提供多個液體燃料射流(23)、多個液體流體射流^幻或者它們的組合，多個液體燃料射流( )、多個液體流體射流或者它們的組合又構造成以便分別提供霧化的液體燃料流、霧化的液體流體流，或者霧化及乳化的液體燃料-液體流體流；以及選擇性地將一定量的液體燃料、液體流體G6)或者它們的組合提供(620)給所述燃料噴射器噴嘴(10)，以分別產生預定的霧化的液體燃料流、霧化的液體流體流，或者霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。
2.根據權利要求1所述的方法(600)，其特征在于，在所述燃燒器的低負荷狀態期間， 至少一個燃燒器燃料噴嘴(200)構造成僅提供液體燃料( )，且對應的液體燃料射流03) 提供霧化的液體燃料流，以便在所述燃燒器中燃燒。
3.根據權利要求2所述的方法(600)，其特征在于，所述多個液體燃料射流通過在焦點處彼此撞擊來提供霧化的液體燃料流。
4.根據權利要求2所述的方法(600)，其特征在于，所述低負荷狀態與所述燃燒器的啟動相關聯。
5.根據權利要求1所述的方法(600)，其特征在于，在所述燃燒器的運行狀態期間，至少一個燃燒器燃料噴嘴(200)構造成以便提供液體燃料06)和液體流體06)兩者，而對應的多個液體燃料射流和多個液體流體射流提供霧化及乳化的液體燃料-液體流體流，以便在所述燃燒器中燃燒。
6.根據權利要求5所述的方法(600)，其特征在于，所述多個液體燃料射流和多個液體流體射流通過在焦點處彼此撞擊來提供霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。
7.根據權利要求5所述的方法(600)，其特征在于，可控制在燃燒期間由所述燃料噴射器供應的液體燃料06)和液體流體06)的量，以便提供預定的燃燒效率、燃燒溫度或者排放成分分布，或者它們的組合。
8.根據權利要求1所述的方法(600)，其特征在于，選擇性地提供包括以以下方式從所述燃燒器的低負荷狀態過渡到運行狀態將至少兩個燃燒器燃料噴嘴(200)構造為僅提供液體燃料(沈)，且對應的多個液體燃料射流提供霧化的液體燃料流，以便在所述低負荷狀態期間在所述燃燒器中燃燒；以及還將液體流體G6)提供到這些燃燒器燃料噴嘴000)，使得所述多個液體燃料射流和多個液體流體射流提供霧化及乳化的液體燃料-液體流體流，以便在所述燃燒器中燃燒，以實現所述運行狀態。
9.根據權利要求1所述的方法(600)，其特征在于，選擇性地提供包括以以下方式從運行狀態過渡到冷卻狀態將液體燃料06)和液體流體06)提供到所述燃燒器燃料噴嘴 000)，使得所述多個液體燃料射流和所述多個液體流體射流提供霧化及乳化的液體燃料-液體流體流，以用于在所述運行狀態期間在所述燃燒器中燃燒；以及對所述燃燒器燃料噴嘴(200)去除燃料，使得所述多個液體流體射流提供霧化的液體流體流， 以便提供所述冷卻狀態以及冷卻所述燃燒器。
10.根據權利要求1所述的方法(600)，其特征在于，操作地設置所述燃燒器罐包括將多個所述燃燒器罐(300)操作地設置(610)在所述燃氣輪機的燃燒器中。
全文摘要
公開了一種控制燃氣輪機的燃燒器的方法(600)。該方法(600)包括將燃燒器罐操作地設置(610)在燃氣輪機的燃燒器中。該燃燒器罐包括多個燃燒器燃料噴嘴，它們各自具有燃料噴射器且構造成以便選擇性地將液體燃料、液體流體或者液體燃料和液體流體提供到燃料噴射器噴嘴，燃料噴射器噴嘴構造成以便分別提供多個液體燃料射流、多個液體流體射流或它們的組合，它們又構造成以便分別提供霧化的液體燃料流、霧化的液體流體流或霧化及乳化的液體燃料-液體流體流。該方法還包括選擇性地將一定量的燃料、流體或它們的組合提供(620)給燃料噴射器噴嘴，以分別產生霧化的燃料流、霧化的流體流或者霧化及乳化的燃料-流體流。
文檔編號F02C9/26GK102162398SQ20111003922
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月11日 優先權日2010年2月12日
發明者D·S·策亨特鮑爾, M·拉爾, S·霍斯拉 申請人:通用電氣公司