喷射设备、再加热燃烧器和涡轮机制造技术

本公开的实施例提供喷射设备、再加热燃烧器和涡轮机。喷射设备包括：位于功率产生系统的第一涡轮级和功率产生系统的随后涡轮级之间的反应室，其中每个涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；位于反应室壁上的多个喷射器；和与多个喷射器流体连通的管道，其中管道输送燃料和载运气体的至少一种经过多个喷射器到反应室。

【技术实现步骤摘要】

本公开大体涉及用于燃料和空气的喷射器设备和再加热燃烧器。更具体的，本公开涉及用于燃料和空气的再加热燃烧器和喷射器，其改进了功率产生系统（例如燃气轮机系统或涡轮机）的性能和输出。
技术介绍
涡轮系统通常用于产生用于例如发电机的功率。例如热气体或热气体流的工作流体可以流过涡轮叶片组，该涡轮叶片组机械联接到涡轮系统的转子。在叶片上的工作流体的力引起这些叶片（和连接的转子的主体）旋转。在许多情况下，转子主体连接到例如发电机的电动机械的驱动轴。从这个意义上说，涡轮转子的初始旋转也可以使在发电机中的驱动轴旋转，以产生电流和特定的功率输出。为了在基于燃烧的涡轮机中生成工作流体，燃料可以在燃烧器内并在氧气的存在下燃烧，以生成热气体流以用于致动涡轮系统的叶片。在一些系统中，一部分的空气可能不在燃烧器中反应，并且可能继续向下游穿过燃气轮机系统。为了改进涡轮机的功率输出和效率，这些未反应的空气可以进入被称为再加热燃烧器的另一燃烧器。在再加热燃烧器中，未反应的空气可以在额外的燃料的存在下燃烧，以生成更多的热气体并且致动涡轮级的更后面的涡轮级。这种类型的涡轮机在本领域中被称为再加热涡轮。再加热涡轮比本领域目前已知的涡轮具有获得更高效率的可能性。可包括再加热涡轮的现有的联合循环厂的效率，可能受限于再加热燃烧器的输出和/或效率。尤其是，设计再加热燃烧器为具有不同于第一燃烧器的出口温度，可影响功率输出（例如，通过在再加热燃烧器中增加或减少燃料的量和燃烧能量），和排放物（例如，通过在再加热燃烧器中的燃烧反应，该燃烧反应除了统称为“NOX”的氧化氮或二氧化氮之外输出不同量的一氧化碳（CO），二氧化碳、（CO2））。
技术实现思路
本公开的实施例提供用于功率产生系统中的喷射器设备，和可包括喷射器设备中的一者的再加热燃烧器。通常，本公开的实施例可通过提供额外的燃料和空气到燃烧室的下游区域（也称为“尾段”）提高基于燃烧的功率产生系统的性能。转移燃料的一部分到喷射器可增加再加热燃烧器内发生的燃烧反应的量，减少进入尾端的流体的温度，并且减少从反应室的排放物输出。额外的燃烧反应可基于喷射装置和/或再加热燃烧器部件的位置和技术构造在相对热感应部件的下游的腔室的优选区域中发生。本公开的第一方面提供一种设备，包括：与功率产生系统中的再加热燃烧器的尾段流体连通的喷射器，该尾段位于再加热燃烧器中的燃烧反应区域的下游，并且位于功率产生系统的涡轮级的上游，其中，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；和与喷射器流体连通的管道，其中管道将来自燃料供应管线的燃料和载运气体中的至少一者输送到喷射器。本公开的第二方面提供一种设备，包括：定位于再加热燃烧器下游的涡轮级的涡轮喷嘴表面上的喷射器，其中，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；和与喷射器流体连通的管道，其中，管道将来自燃料供应管线的燃料和载运气体中的至少一者输送到喷射器。本公开的第三方面提供一种再加热燃烧器，包括：位于混合管和涡轮喷嘴之间的反应室，涡轮喷嘴将反应室与功率产生系统的涡轮级分开，其中，反应室包括前部和尾部，前部包括燃烧反应区域，燃料从单独的燃料供应管线供应到再加热燃烧器，并且其中，空气和燃料经过混合管在反应室的前部中燃烧；和位于反应室的壁中的一者的表面上和涡轮喷嘴表面上的喷射器，其中，喷射器将载运气体和来自燃料供应管线的燃料的一部分中的至少一者输送到反应室的后部。本公开的第四方面提供一种设备，包括：定位于再加热燃烧器下游的涡轮级的涡轮喷嘴表面上的第一喷射器，其中，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；位于再加热燃烧器的壁上的第二喷射器；和与第一喷射器和第二喷射器中的每一个流体连通的至少一个管道，其中，至少一个管道输送来自燃料供应管线的燃料和载运气体中的至少一者穿过第一喷射器和第二喷射器中的至少一者到再加热燃烧器的尾部，并且其中，尾部定位于在再加热燃烧器中的燃烧反应区域的下游。本公开的第五方面提供了一种再加热燃烧器包括：定位于反应室下游的涡轮级的涡轮喷嘴和混合管之间的反应室，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组，其中，反应室包括前部和尾部，并且其中，穿过混合管燃料的第一部分和空气在反应室的前部中燃烧；位于涡轮喷嘴的表面上的第一喷射器，其中，第一喷射器输送载运气体的第一部分和燃料的第二部分到反应室的尾部；和延伸穿过反应室的壁的第二喷射器，其中，第二喷射器输送载运气体的第二部分和燃料的第三部分到反应室的尾部。本公开的第六方面提供：可操作地连接到定位于燃料供应线和至少一个喷射器之间的至少一个阀的控制器，该至少一个喷射器用于喷射燃料和载运气体入功率产生系统的再加热燃烧器的尾部，其中，再加热燃烧器的尾部定位于再加热燃烧器内的反应区域的下游；和传感器，其与控制器通信以用于测定入口温度、出口温度、和再加热燃烧器的排放物输出中的一者；其中，控制器构造为基于入口温度、出口温度、和再加热燃烧器的排放物输出中的一者，调整至少一个阀的位置。本公开的第七方面提供：定位于功率产生系统的第一涡轮级和功率产生系统的涡轮级之间的反应室，其中，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；多个喷射器，定位于反应室的壁上；和与多个喷射器流体连通的管道，其中，管道穿过多个喷射器输送来自燃料供应管线的燃料和载运气体中的至少一者到反应室。本公开的第八方面提供一种再加热燃烧器，包括：位于功率产生系统的第一涡轮级和功率产生系统的涡轮级之间的反应室，其中，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；和多个喷射器，用于输送来自燃料供应管线的燃料和载运气体中的至少一者到反应室，其中，多个喷射器中的每一个定位于反应室的壁和在涡轮级中的涡轮喷嘴的表面中的一者上。本公开的第九方面提供一种涡轮机，包括：第一级燃烧器，用于使燃料和压缩空气反应，其中，压缩空气的未反应部分作为过量空气行进穿过第一涡轮级；反应室，用于使燃料和过量空气反应，该反应室与第一涡轮级流体连通，并且位于功率产生系统的第一涡轮级和涡轮级之间，其中，涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；多个喷射器，位于反应室和涡轮喷嘴表面中的一者上；和管道，其与多个喷射器流体连通，以用于输送燃料和载运气体中的至少一者到反应室，其中，反应室的温度使燃料、过量空气、和载运气体在反应室内燃烧和充分反应。附图说明从结合描述本专利技术的各种实施例的附图进行的本专利技术的各种方面的以下详细描述，本专利技术的这些和其它的特征将更容易被理解，其中：图1是包括再加热燃烧器的常规燃气轮机系统的示意图。图2是常规再加热燃烧器的剖视图。图3-7提供了根据本公开的实施例的再加热燃烧器和设备的剖视图。图8提供根据本公开的实施例的涡轮机的示意图。图9绘出了根据本公开的实施例的包括与数个传感器和阀相互作用的控制器的示例性环境。应当注意到的是，本专利技术的附图是不需要遵循比例的。附图意图仅仅描述本专利技术的典型方面，并且因此不应当认为是限制本专利技术的范围。在附图中，相似的附图标记代表附图之间的相似的元件。附图标记功率产生系统10燃烧器12燃料供应14压缩机16燃气轮机18、24可旋转轴20再加热燃烧器22、52、72低压（LP）燃气轮机24空气26载运气体供应28入口30燃料32燃料供应管线34混合管36反应区域38前部40尾部42涡轮喷嘴44喉部46设备50、70、90喷射器54管道56空气管道58阀60控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷射设备，包括：反应室，其位于功率产生系统的第一涡轮级和所述功率产生系统的随后的涡轮级之间，其中，每个涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；多个喷射器，其定位于所述反应室的壁上；和管道，其与所述多个喷射器流体连通，其中，所述管道经过所述多个喷射器输送燃料和载运气体中的至少一者到所述反应室。

【技术特征摘要】
2014.12.11 US 14/5677611.一种喷射设备，包括：反应室，其位于功率产生系统的第一涡轮级和所述功率产生系统的随后的涡轮级之间，其中，每个涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；多个喷射器，其定位于所述反应室的壁上；和管道，其与所述多个喷射器流体连通，其中，所述管道经过所述多个喷射器输送燃料和载运气体中的至少一者到所述反应室。2.根据权利要求1所述的喷射设备，其中，所述管道通过所述多个喷射器输送所述燃料到所述反应室，并且还包括在燃料供应管线和所述管道之间的至少一个阀，以用于控制从所述燃料供应管线提供到所述管道的所述燃料的量。3.根据权利要求2所述的喷射设备，其中，所述至少一个阀构造为从所述燃料供应管线输送最多三分之一的所述燃料入所述管道。4.根据权利要求2所述的喷射设备，还包括：控制器，其可操作地连接到所述至少一个阀；和至少一个传感器，其与所述控制器连通，以用于测定所述反应室的入口温度、所述反应室的出口温度、和所述反应室的排放物输出中的至少一者；其中，所述控制器构造为基于所述反应室的所述入口温度、所述反应室的所述出口温度、和所述反应室的所述排放物输出中的一者调整所述至少一个阀的位置。5.根据权利要求1所述的喷射设备，还包括至少一个喷嘴喷射器，其定位于所述随后的涡轮级的所述涡轮喷嘴上并且与来自所述反应室的流体流的方向大体相反地朝向。6.根据权利要求1所述的喷射设备，其中，在所述多个喷射器中的一者中的所述载运气体与所述燃料的质量比在一比一到五比一之间。7.一种再加热燃烧器，包括：反应室，其定位于功率产生系统的第一涡轮级和所述功率产生系统的随后的涡轮级之间，其中，每个涡轮级包括涡轮喷嘴和涡轮叶片组；和多个喷射器，其用于输送燃料和载运气体中的至少一者到所述反应室，其中，所述多个喷射器中的每一个定位于所述反应室的壁和在所述随后的涡轮级中的所述涡轮喷嘴的表面中的一者上。8.根据权利要求7所述的再加热燃烧器，其中，经过所述多个喷射器输送到所述反应室的所述燃料包括从燃料供应管线输送到所述反应室的所述燃料的全部。9.根据权利要求7所述的再加热燃烧器，其中，输送到所述多个喷射器的所述燃料的相对量为最多三分之一的从燃料供应管线输送到所述反应室的所述燃料。10.根据权利要求7所述的再加热燃烧器，还包括：在燃料供应管线和所述多个喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·B·小戴维斯，G·T·福斯特，K·M·格拉厄姆，K·文卡塔拉曼，S·K·维德纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：新型
国别省市：美国;US