[发明专利]用于燃气涡轮机燃烧器的轴向燃料分级系统

说明书

本公开提供一种用于燃气涡轮机燃烧器的轴向燃料分级系统。所述燃烧器包括：头端，所述头端包括一次燃料喷嘴；衬里，所述衬里限定位于所述头端附近的一次燃烧区域以及下游二次燃烧区域；前壳体，所述前壳体位于所述衬里的至少一部分的径向外部并且围绕所述衬里的至少一部分；以及所述轴向燃料分级系统。所述轴向燃料分级系统包括多个燃料喷射组件。每个燃料喷射组件包括安装到所述衬里的套管组件，以及附接到所述前壳体的喷射器单元。所述套管组件的套管延伸穿过所述衬里中的套管孔。

技术领域

本公开大体上涉及用在发电燃气涡轮机中的燃气涡轮机燃烧器，并且更确切地说，涉及与所述燃烧器相关联的轴向燃料分级(axial fuel staging，AFS)系统。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮机组件用于发电。所述燃气涡轮机组件包括压缩机、燃烧器和涡轮。气体(例如，环境空气)流动通过压缩机，其中在所述压缩机中，所述气体被压缩，然后输送到一个或多个燃烧器。在每个燃烧器中，所述压缩空气与燃料组合并且点燃以产生燃烧气体。所述燃烧气体沿管道从每个燃烧器输送到并且输送通过涡轮，从而驱动所述涡轮，所述涡轮又为连接到所述涡轮的发电机提供动力。所述涡轮还可以通过公共轴或转子来驱动所述压缩机。

在一些燃烧器中，燃烧气体的产生发生在两个轴向间隔开的级中，以减少排放并且/或者提供在减小负载(通常称为“调低(turndown)”)下操作燃气涡轮机的能力。所述燃烧器在本说明书中是指包括将燃料和氧化剂输送到燃烧器头端下游的一个或多个燃料喷射器的“轴向燃料分级”(AFS)系统。在具有AFS系统的燃烧器中，燃烧器上游端处的一个或多个一次燃料喷嘴沿轴向方向将燃料和空气(或燃料/空气混合物)喷射到一次燃烧区域中，并且位于一个或多个一次燃料喷嘴下游位置处的一个或多个AFS燃料喷射器将燃料和空气(或二次燃料/空气混合物)以横流的形式通过衬里喷射到所述一次燃烧区域下游的二次燃烧区域中。所述横流大体上横向于来自所述一次燃烧区域的燃烧产物流。

在某些情况下，对所述AFS喷射器的燃料供应已经被传送通过附接到所述燃烧器衬里并且位于所述燃烧器壳体内的燃料管线。所述配置可能引起组装问题并且难以检测泄漏。此外，由于燃烧室壳体可能发生泄漏，高反应性燃料的使用已经限于或者约束在具有AFS喷射器的现有燃烧室中，因为泄漏的高反应性燃料可能在燃烧器壳体的高压高温环境中燃烧。

发明内容

根据本说明书中所提供的第一方面，一种用于发电燃气涡轮机的燃烧器包括：头端，所述头端包括一次燃料喷嘴；衬里，所述衬里连接到所述头端并且限定位于所述头端附近的一次燃烧区域以及位于所述一次燃烧区域下游的二次燃烧区域；前壳体，所述前壳体位于所述衬里的至少一部分的径向外部并且围绕所述衬里的至少一部分；以及轴向燃料分级系统(axial fuel staging system)。所述轴向燃料分级系统包括第一燃料喷射组件，所述第一燃料喷射组件包括：第一套管组件(a first thimble assembly)和第一喷射器单元。所述第一套管组件安装到所述衬里并且包括第一套管(first thimble)，所述第一套管延伸穿过所述衬里中的第一套管孔。所述第一喷射器单元附接到所述前壳体并且延伸穿过所述前壳体，使得所述第一喷射器单元的一部分设置在所述第一套管内，并且主燃料入口设置在所述前壳体的外部。所述第一燃料喷射组件将燃料流引入流动通过所述第一套管的空气流中，使得燃料和空气沿横向于来自所述一次燃烧区域的燃烧产物流的方向喷射到所述二次燃烧区域中。