用于控制燃烧系统中的燃烧动力的系统及方法_4

文档序号:9198470阅读:来源:国知局
流,从而改变燃烧室19的主热释放(或火焰)区中的火焰的当量比。以该方式改变燃料分流改变了火焰的当量比,从而改变燃烧器12的燃烧动力。例如,孔板13可导致一个燃烧器12的燃烧动力的频率和可能的振幅相对于彼此的改变。在某些实施例中,孔板13可以以一种方式改变,以调节燃烧器12来在一定频率下或在一定频率范围内操作。在多燃烧器12的燃气涡轮系统10中,一个或更多个燃烧器12可配备有孔板13,以限制第二燃料6至一个或更多个燃烧器12的燃料流,这调节一个或多个燃烧器12来在一定频率和/或频率范围下操作。此外,其它燃烧器12中的一个或更多个可配备有孔板13,其可与用于第二燃料6的孔板13不同或相同,以限制至一个或更多个其它燃烧器12的第一燃料4的燃料流,这调节其它一个或多个燃烧器12来在不同频率和/或频率范围下操作。以该方式,在相比于其余燃烧器12中的一个或更多个时,一个或更多个燃烧器12可调节成在不同频率下操作,同时保持至各个燃烧器12的类似的燃料流。保持至各个燃烧器12的大致相似的(例如,在一定范围内,如,在10%、5%、3%、2%、1%内或小于彼此)总燃料流可在某些实施例中是合乎需要的,但在其它实施例中,并非所有燃烧器12可具有大致相同的总燃料流。例如,燃烧器12可配备有第一燃料通路5和/或第二燃料流动通路8中的孔板13,其使燃烧动态频率从燃烧器到燃烧器交替,逐渐提升或减慢燃烧动态频率,或在多个燃烧器12之间随机分配燃烧动态频率。在某些实施例中,燃烧器12可在一个或更多个燃烧器12的组中修改,使得成组的多个燃烧器12可产生单个燃烧频率,其不同于另一组中的燃烧器12的燃烧频率。分别产生其自身的燃烧频率的多组燃烧器12可使用,具有成组的燃烧器12的任何期望的空间布置(例如,相邻或交错)。在某些实施例中,可存在一个或更多个燃烧器12或燃烧器组,其不具有第一流动通路5或第二燃料流动通路8中的孔板13,这可导致那些燃烧器12具有不同于包括孔板13的一个或更多个组的燃烧器12的频率。
[0045]端盖52可大体上构造成将液体燃料、气体燃料和/或混合燃料从燃料源发送并且经由燃料喷嘴18中的一个或更多个发送到燃烧室19中。燃气涡轮燃烧器12点燃和燃烧燃烧室19内的加压氧化剂和燃料混合物(例如,氧化剂燃料混合物),并且接着将所得的热加压燃烧气体24 (例如,排气)沿下游方向69传递到涡轮16中。在某些实施例中,改变孔板13的几何形状(例如,设置在四级喷射器70的上游)可改变、调整或更改一个或更多个燃烧器12中的燃料分流,和因此一个或更多个燃烧器12的燃烧动态频率,以实现燃烧器12之间的燃烧动态频率差异,并且因此减小燃气涡轮系统10中的不需要的振动响应。
[0046]如图2中所示,一个或更多个孔板13可沿通向在头端50下游沿燃烧器12设置的一个或更多个延迟贫喷射器72的第二燃料通路8设置。具体而言,延迟贫喷射器72可用于将第二燃料6喷射到燃烧室19中,以调整燃烧室19内的燃烧特征。例如,延迟贫喷射器72可用于调整燃烧室19内的温度范围或曲线,并且/或者调整燃烧室19中产生的燃烧气体24的成分。此外,延迟贫喷射器72可用于改变燃烧室19中的火焰形状和/或热释放的分布,这预计改变燃烧器12的燃烧动力。沿通向延迟贫喷射器72的第二燃料通路8设置的孔板13的几何形状变化可改变穿过燃烧室19的第二燃料6的流,从而改变燃烧器12的燃料分流。因此,通向延迟贫喷射器72的孔板13可以以与通向四级喷射器70的孔板13相似的方式使用,以减小燃烧器12之间的模态耦合。此外,应当注意的是,尽管图2中所示的燃烧器12包括两个四级喷射器70和延迟贫喷射器72,但某些实施例可不包括两种类型的喷射器。
[0047]图3为具有多个燃烧器12的燃气涡轮系统10的示意图,其中一个或更多个燃烧器12具有设置在第二燃料通路8中并且可选设置在第一燃料通路5中的孔板13。在所示的实施例中,燃气涡轮系统10包括联接于涡轮16的四个燃烧器12。然而,在其它实施例中,燃气涡轮系统10包括任何数量的燃烧器12(例如,1,2,3,4, 5,6, 7,8,9, 10,11,12,13,14,15,16个或更多燃烧器)。尽管孔板13在图3中针对燃烧器12中的各个示出,但在某些实施例中,燃气涡轮系统10的并非所有燃烧器12都具有设置在第二燃料通路8中的孔板13。在某些实施例中,燃烧器12的子集可具有设置在第二燃料通路8中的孔板13,而燃烧器12的另一个子集可具有设置在第一燃料通路5中的孔板13,而燃烧器12的第三子集可不具有设置在第一燃料通路5或第二燃料通路8中的孔板13。如图3中所示,燃烧器12中的各个包括沿径向44围绕中心燃料喷嘴92布置的多个外燃料喷嘴90。此外,燃料喷嘴90,92中的各个可具有圆形的截面形状,但其它形状如截断的饼形可用于某些实施例中。在某些实施例中,燃料喷嘴90,92的数量、形状和布置可不同于图3中所示的,并且选定成实现期望的燃烧效率或性能。
[0048]如图3中所示,燃料喷嘴90,92可分成各种组或回路,以便于燃气涡轮系统10的操作范围内的多种加燃料制度。例如,中心燃料喷嘴92可限定主燃料喷嘴组,并且可从第一燃料供应管线94接收第一燃料4,同时包绕的外燃料喷嘴90可组合为二级和/或三级燃料喷嘴组,以从相应的燃料供应管线96,98接收第一燃料4 (或不同燃料)。所示的实施例示出了燃料喷嘴90,92的一个特定布置,其中二级燃料喷嘴组的两个不相邻的燃料喷嘴90由第二燃料供应管线96供应,并且三级燃料喷嘴组的三个燃料喷嘴90由第三燃料供应管线98供应。然而,在某些实施例中,可改为使用其它组的燃料喷嘴90,92,包括包含中心燃料喷嘴92和外燃料喷嘴90中的一个或更多个的组。此外,如图3中所示,一个或更多个孔板13可设置在燃料供应管线94,96和/或98中,以调整至燃料器12中的一个或更多个的第一燃料4的流率。如下文所述,这些孔板13可用于有助于保持至燃烧器12中的各个的总(例如,第一燃料4的流率和第二燃料6的流率的和)燃料流率大致相同。第一燃料通路5中的孔板13还可改变主火焰区的当量比和/或头端50中的一个或更多个燃料喷嘴18的压力比,这还可改变一个或更多个燃烧器12的燃烧动力振幅和/或频率。
[0049]在基本负载操作期间,所有燃料管线94,96和98都可用于将第一燃料4供应至燃烧器12中的燃料喷嘴90,92 (其中相应的燃料管线94,96和98供应相应的一级、二级和三级成组的燃料喷嘴90,92)。如由联接于对应的一级、二级和三级燃料歧管106,108和110的一级、二级和三级气体控制阀100,102和104指出的,第一燃料4的流可在降低或下调操作期间从一个或更多个成组燃料喷嘴90,92减少或完全消除。此外,至四级喷射器70和/或延迟贫喷射器72的第二燃料6的流可在燃气涡轮系统10的较高负载下使用。
[0050]如图3中所示,第二燃料6沿第二燃料通路8提供至燃烧器12中的一个或更多个,其可通过联接于第二燃料歧管114的第二燃料控制阀112来调整。对于燃烧器12中的一个或更多个,孔板13可沿独立的第二燃料供应管线设置。例如,一个或更多个燃烧器12可经由四级燃料供应管线116或延迟贫燃料供应管线118联接于第二燃料歧管114。尽管四级燃料供应管线116和延迟贫燃料供应管线118两者示为联接于图3中的第二燃料歧管114,但在某些实施例中,单独的第二燃料歧管114可提供用于供应管线116和118。换言之,四级燃料歧管可将第二燃料6供应至四级燃料供应管线116,并且延迟贫燃料歧管可将第二燃料6供应至延迟贫燃料供应管线118。在此类实施例中,单独的四级歧管和延迟贫燃料歧管可使不同的燃料能够供应至四级喷射器70和延迟贫喷射器72,并且/或者使至喷射器70和72的燃料能够被与彼此不同地控制。在某些实施例中,燃烧器12可包括四级喷射器70或延迟贫喷射器72,但不是两者。因此,在此类实施例中,燃气涡轮系统10可不包括单独的四级歧管和延迟贫燃料歧管。如图3中所示,四级燃料供应管线116中的一个或更多个可包括孔板13,并且/或者延迟贫燃料供应管线118中的一个或更多个也可包括孔板13。在某些实施例中,四级燃料供应管线116中的至少一个包括孔板13,并且/或者延迟贫燃料供应管线118中的至少一个包括孔板13。此外,在某些实施例中,燃烧器12中的一个或更多个可不包括四级供应管线116或延迟贫燃料供应管线118中的孔板13,而是可包括第一燃料供应管线94,96和/或98中的一个或更多个中的一个或更多个孔板13。换言之,燃烧器12之间的模态耦合的减少可在没有具有孔板13的所有供应管线116和118的情况下实现。此外,如上文所述,孔板13可包括与彼此的一个或更多个差异。然而,在某些实施例中,用于燃气涡轮系统10中的孔板13可不同于彼此。例如,孔板13可设置在用于第一组燃烧器12的第一燃料通路5中,孔板13可设置在用于第二组燃烧器12的第二燃料通路8中,并且第三组燃烧器14可不包括任何孔板13。在此类实施例中,尽管孔板13可类似于彼此,但燃气涡轮系统10中的孔板13的放置可有助于减小燃气涡轮系统10中的燃烧动力和/或燃烧动力的模态耦合。
[0051]当孔板13基于从一个燃烧器12 (例如,第一燃烧器)到另一个燃烧器12 (例如,第二燃烧器)的燃料分流中的期望的差异或偏差用于第一燃料4时,各个孔板13的有效孔口面积可对于燃料供应管线116,118和第一燃料管线94,96和98大致不同。使用孔板13改变燃烧器12之间的燃料分流直接地影响燃烧动力的频率和/或振幅,并且相比于其它燃烧器12改变一个或更多个燃烧器12中的频率可减小相干性,和因此燃烧动力的模态耦合。
[0052]在图3中所示的实施例中,例如,设置在四级燃料供应管线116 (或延迟贫燃料供应管线118)中的孔板13中的至少一个的有效孔口面积大致不同于另一个燃料供应管线116 (或燃料供应管线118)中设置的另一个孔板13的有效孔口面积。在一个实施例中,孔板13的有效
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