用于燃烧器的燃料供应系统的制作方法

本公开整体涉及用于将燃料供应到气体涡轮燃烧器的一个或多个级的系统。具体地，本公开涉及用于将燃料供应到气体涡轮燃烧器的一个或多个级并且独立地加热燃料的系统。

背景技术：

1、气体涡轮发电厂诸如联合循环发电厂(ccpp)通常包括气体涡轮，该气体涡轮具有压缩机区段、燃烧器区段、涡轮区段、设置在气体涡轮下游的热回收蒸汽发生器(hrsg)，以及与hrsg流体连通的至少一个蒸汽涡轮。在操作期间，空气经由入口系统进入压缩机，并且随着空气被引导流向至少部分地围绕燃烧器的压缩机排放或扩散器壳体而逐渐被压缩。压缩空气的至少一部分与燃料混合并且在限定在燃烧器内的燃烧室内燃烧，从而产生高温高压燃烧气体。

2、燃烧气体被引导沿着热气体路径从燃烧器通过涡轮区段，其中当气体流动穿过联接到转子轴的交替的固定叶片级和可旋转涡轮叶片级时气体逐渐膨胀。动能从燃烧气体传递到涡轮叶片，从而导致转子轴旋转。转子轴的旋转能量可以经由发生器转换为电能。燃烧气体作为排气离开气体涡轮，并且该排气进入hrsg。将来自废气的热能传递到流过hrsg的一个或多个热交换器的水中，从而产生过热蒸汽。然后过热蒸汽被引导至蒸汽涡轮中，该蒸汽涡轮可以用于产生额外的电力，从而提高整个发电厂的效率。

3、传统气体涡轮发动机包括一个或多个燃烧器，该一个或多个燃烧器在燃烧室内燃烧天然气和空气的混合物以生成高压和高温燃烧气体。作为副产品，产生氮的氧化物(nox)和其他污染物(诸如co2)并且通过排气区段排出它们。对来自气体涡轮的低排放的法规要求持续地变得更加严格，并且全世界的环境机构现在要求来自新气体涡轮和现有气体涡轮的nox和其他污染物的甚至更低的排放速率。

4、在燃烧器内燃烧天然气和大量氢气的混合物和/或燃烧纯氢气而不是天然气将会显著减小或消除nox和其他污染物(诸如co2)的排放。然而，氢气的物理性质不同于天然气的物理性质，从而导致不同的燃烧特性，该燃烧特性确定例如燃烧动力学水平、通过燃烧器的质量流量和离开燃料喷嘴的火焰速度。因此，传统加燃料系统和燃烧系统不能够毫无问题地向燃烧器提供高水平的氢气和/或纯氢气。例如，由于氢气的高反应性，因此在传统燃烧系统内简单地提供高水平的氢气和/或纯氢气作为燃料可促进回火或火焰保持状况，其中燃烧火焰朝向由喷嘴供应的燃料迁移，从而可能在相对短的时间量内引起对喷嘴的严重损坏。

5、另外，通常加热供应到传统燃烧系统的天然气燃料以补偿进入燃烧器的燃料供应和压缩空气之间的温差，由此减小达到期望燃烧温度所需的燃料量并且增加气体涡轮功率输出。因为加热含氢气燃料将会降低其密度并且增加其速度，所以上述问题可能被加剧。

6、因此，允许灵活且高效的燃烧系统燃烧另选燃料(诸如氢气)的改进加燃料系统是期望的并且在本领域中将被理解。

技术实现思路

1、根据本公开的气体涡轮燃烧系统和联合循环发电厂的各方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过该技术的实践来学习。

2、根据一个实施方案，提供了一种气体涡轮燃烧系统。该气体涡轮燃烧系统包括燃烧器，该燃烧器包括各自被构造成将燃料喷射到该燃烧器的燃烧室中的至少两个喷射级。该气体涡轮燃烧系统还包括燃料供应回路，该燃料供应回路与该至少两个喷射级流体连通以用于将该燃料从燃料供应器提供到该至少两个喷射级。该燃料供应回路包括至少两个分支。该至少两个分支中的每个分支流体联接到该至少两个喷射级中的相应喷射级。该气体涡轮燃烧系统还包括流体联接到热流体供应器的至少两个热交换器。该至少两个热交换器中的每个热交换器被设置成在该至少两个分支中的相应分支上处于热连通以用于修改该相应分支内的燃料的温度。

3、根据另一个实施方案，提供了一种气体涡轮燃烧系统。该气体涡轮燃烧系统包括燃烧器，该燃烧器包括各自被构造成将流体喷射到该燃烧器的燃烧室中的第一喷射级、第二喷射级和第三喷射级。该气体涡轮燃烧系统还包括燃料供应回路，该燃料供应回路与至少该第一喷射级和该第二喷射级流体连通以用于将燃料作为该流体提供到该第一喷射级和该第二喷射级中的每一者。该燃料供应回路包括延伸到该第一喷射级的第一分支和延伸到该第二喷射级的第二分支。该气体涡轮燃烧系统还包括至少一个热交换器，该至少一个热交换器被设置成在该第一分支和该第二分支中的一者上处于热连通。

4、根据又另一个实施方案，提供了一种联合循环发电厂(ccpp)。该ccpp包括气体涡轮，该气体涡轮包括气体涡轮燃烧系统、蒸汽涡轮，以及流体联接到该气体涡轮和该蒸汽涡轮并且介于该气体涡轮和该蒸汽涡轮之间的热回收蒸汽发生器(hrsg)。该气体涡轮燃烧系统包括燃烧器，该燃烧器包括各自被构造成将燃料喷射到该燃烧器的燃烧室中的至少两个喷射级。该气体涡轮燃烧系统还包括燃料供应回路，该燃料供应回路与该至少两个喷射级流体连通以用于将该燃料从燃料供应器提供到该至少两个喷射级。该燃料供应回路包括至少两个分支。该至少两个分支中的每个分支流体联接到该至少两个喷射级中的相应喷射级。该气体涡轮燃烧系统还包括流体联接到热流体供应器的至少两个热交换器。该至少两个热交换器中的每个热交换器被设置成在该至少两个分支中的相应分支上处于热连通以用于修改该相应分支内的燃料的温度。

5、参照以下描述和所附权利要求书，本发明的气体涡轮燃烧系统和联合循环发电厂的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合到本说明书中并构成其一部分的附图示出了本技术的实施方案，并与描述一起用于解释本技术的原理。

技术特征：

1.一种气体涡轮燃烧系统(400,500)，所述气体涡轮燃烧系统包括：

2.根据权利要求1所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)相对于所述燃烧器(18)的轴向中心线(270)彼此轴向间隔开。

3.根据权利要求2所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第一喷射级(414)是安装到端盖(142)并且被构造成将第一燃料流喷射到所述燃烧器(18)的初级燃烧区(172)中的燃料喷嘴(140)；其中燃烧衬里(146)从所述燃料喷嘴(140)向下游延伸到后框(218)；并且其中所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第二喷射级(416)是联接到所述燃烧衬里(146)并且设置在所述燃料喷嘴(140)下游的喷射器(200,204)，所述喷射器(200,204)被构造成将次级所述燃料流喷射到所述燃烧器(18)的次级燃烧区(174)中。

4.根据权利要求1所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述至少两个分支(408,424,426,428,430,524,526,528)包括流体联接到所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第一喷射级(414)的所述第一分支(424)和流体联接到所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第二喷射级(416)的第二分支(426)。

5.根据权利要求4所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述第二分支(426)在所述第一热交换器(434)的下游从所述第一分支(424)延伸。

6.根据权利要求4所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述燃料供应回路(404,504)包括流体联接到所述第一燃料供应器(406,506)并且延伸到所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第三喷射级(418)的第三分支(428)。

7.根据权利要求6所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述燃料供应回路(504)包括在所述第一分支(524)与所述第二分支(526)或所述第三分支(528)中的一者之间延伸的旁路管线(554)。

8.根据权利要求6所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述至少一个热交换器(410,434,436,438,440,515,517)包括被设置成在所述第一分支(424)上处于热连通的所述第一热交换器(434)、被设置成在所述第二分支(426)上处于热连通的第二热交换器(436)，以及被设置成在所述第三分支(428)上处于热连通的第三热交换器(438)。

9.根据权利要求1所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述至少两个分支(408,424,426,428,430,524,526,528)包括流体联接到所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第一喷射级(414)的所述第一分支(424)和流体联接到所述至少两个喷射级中的第二喷射级(416)的第二分支(426)；并且其中第三分支(428)流体联接到第二燃料供应器(252)并且延伸到所述至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502,514,516,518)中的第三喷射级(420)，所述第三分支(428)与所述第一燃料供应源(250)流体隔离。

10.根据权利要求1所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述燃料供应回路(404,504)还包括从所述第一燃料供应器(406,506)延伸的主管线(422,522)，其中所述至少两个分支(408,524,526,528)从所述主管线(422,522)延伸。

11.根据权利要求9所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，所述气体涡轮燃烧系统还包括流体联接到主热流体供应器(448)并且被设置成在所述至少一个热交换器(410,515,517)的上游在所述主管线(422,522)上处于热连通的主热交换器(446)。

12.根据权利要求1所述的气体涡轮燃烧系统(400,500)，其中所述至少一个热交换器(410,515,517)是高能量热交换器(515)或低能量热交换器(517)中的一者。

13.一种联合循环发电厂(ccpp)(10)，所述ccpp包括：

14.根据权利要求13所述的ccpp(10)，其中所述热流体供应器(412,448,513,519)与所述hrsg(32)流体连通。

技术总结
本发明公开了一种气体涡轮燃烧系统(400,500)，该气体涡轮燃烧系统包括具有至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502)的燃烧器(18)，每个喷射级被构造成将燃料喷射到该燃烧器(18)的燃烧室中。燃料供应回路(404,504)与该至少两个喷射级(402,414,416,418,420,502)流体连通以用于将该燃料从燃料供应器(406,506,507)提供到该喷射级。该燃料供应回路包括至少两个分支(524,526,528)，每个分支流体联接到相应喷射级(402,414,416,418,420,502)。该气体涡轮燃烧系统(400,500)还包括流体联接到热流体供应器(412)的至少一个热交换器(410,515,517)。相应热交换器(410,515,517)被设置成在该至少两个分支中的至少一个分支上处于热连通以用于修改该相应分支内的燃料的温度。

技术研发人员：C·米兰达,迈克尔·约翰·休斯
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15