燃料供应装置及燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃料供应装置及燃气轮机。

背景技术

燃气轮机多采用天然气作为燃料，氢气作为燃料供应燃气轮机的使用也越来越重要，氢气的加入会导致燃料的物理和化学性质发生较大变化，氢气会拓宽传统碳氢燃料的可燃范围，加快燃料的火焰传播速度，提高燃料湍流燃烧中的燃烧速度，且最小点火能更低更易自燃，这些变化对于燃机最显著的影响便是更易发生回火，相关技术中多采用常规天然气点火技术的双燃料系统对氢混/纯氢燃料燃烧进行点火，但是改造后的燃气轮机的点火燃料的供应和燃料系统也只能适应于氢混/纯氢燃料燃烧，无法适应不同的燃料模式。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出了一种燃料供应装置，可以提高燃料供应装置的适应性，适应不同的燃料燃烧。

本发明实施例还提出了一种燃气轮机。

本发明实施例的燃料供应装置，包括：第一燃料供应管路，所述第一燃料供应管路具有第一进口和第一出口，所述第一进口适于与第一燃料源连通，所述第一出口适于与点火支路相连以向所述点火支路供应第一燃料；第二燃料供应管路，所述第二燃料供应管路具有第二进口、第三进口和第二出口，所述第二进口适于与第二燃料源连通，所述第三进口适于与氮气源连通，所述第二出口与所述点火支路连通以向所述点火支路供应第二燃料和氮气的混合气体；第三燃料供应管路，所述第三燃料供应管路的一端适于与第三燃料源连通，所述第三燃料源包括天然气源和氢气源，其中，氢气源为纯氢或混氢气体，所述第三燃料供应管路的另一端适于与燃烧支路和/或点火支路相连以供应天然气或供应氢气。

本发明实施例的燃料供应装置，可以提高燃料供应装置的适应性，适应不同的燃料燃烧。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括第一控制阀，所述第一控制阀的一端与所述第一进口连通，所述第一燃料源为天然气源，所述第一控制阀的另一端与所述第一出口连通以将所述天然气供应至所述点火支路。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括第二控制阀和流量计，所述第二控制阀与所述流量计相连，所述第二控制阀与所述第二进口连通，所述第二燃料源为丙烷，所述流量计与所述第二出口连通以向所述点火支路供应丙烷，所述流量计用以测量进入点火支路的丙烷的流量。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括第三控制阀，所述第三控制阀的一端与所述氮气源连通，所述第三控制阀的另一端与所述第二出口连通以向所述点火支路供应氮气。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括加热件，所述加热件的一端分别与所述流量计与所述第三控制阀相连以接收丙烷和氮气的混合气体并进行加热，所述加热件的另一端与所述第二出口连通以向所述点火支路供应加热后的丙烷和氮气的混合气体。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括第四控制阀和第五控制阀，所述第四控制阀具有第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述第三燃料源连通，所述第二端与所述第五控制阀相连，所述第三端分别与所述第一出口和所述第二出口连通，所述第五控制阀与所述点火支路相连。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括第六控制阀，所述第六控制阀的一端与所述第三燃料源连通，所述第六控制阀的另一端与所述燃烧支路相连。

在一些实施例中，所述第三燃料供应管路包括前置模块和燃料模块，所述前置模块与所述燃料模块相连，所述前置模块与所述第三燃料源连通，所述燃料模块分别与所述第四控制阀和所述第六控制阀相连。

在一些实施例中，所述燃料供应装置还包括第一截止阀和第二截止阀，所述第一截止阀设在所述天然气源与所述前置模块之间，所述第二截止阀设在氢气源与所述前置模块之间。

本发明实施例的燃气轮机，包括如上述任一项实施例所述的燃料供应装置。

本发明实施例的燃气轮机，可以适应不同的燃料燃烧。

附图说明

图1是本发明实施例的燃料供应装置的示意图。

附图标记：

第一燃料源100，点火支路200，第二燃料源300，氮气源400，第三燃料源500，天然气源510，氢气源520，燃烧支路600，

第一燃料供应管路1，第一进口101，第一出口102，

第二燃料供应管路2，第二进口201，第三进口202，第二出口203，混合管路204，

第三燃料供应管路3，前置模块301，燃料模块302，第一进口端303，第二进口端304，第一出口端305，第二出口端306，

第一控制阀4，第二控制阀5，流量计6，第三控制阀7，加热件8，

第四控制阀9，第一端901，第二端902，第三端903，

第五控制阀10，第六控制阀11，第一截止阀12，第二截止阀13。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的燃料供应装置包括第一燃料供应管路1、第二燃料供应管路2和第三燃料供应管路3。第一燃料供应管路1具有第一进口101和第一出口102，第一进口101适于与第一燃料源100连通，第一出口102适于与点火支路200相连以向点火支路200供应第一燃料。第二燃料供应管路2具有第二进口201、第三进口202和第二出口203，第二进口201适于与第二燃料源300连通，第三进口202适于与氮气源400连通，第二出口203与点火支路200连通以向点火支路200供应第二燃料和氮气的混合气体。第三燃料供应管路3的一端适于与第三燃料源500连通，第三燃料源500包括天然气源510和氢气源520，其中，氢气源520为纯氢或混氢气体，第三燃料供应管路3的另一端适于与燃烧支路600和/或点火支路200相连以供应天然气或供应氢气。

具体地，如图1所示，第一燃料通过第一进口101进入第一燃料供应管路1内，并通过第一出口102将第一燃料传输至点火支路200，实现第一燃料向点火支路200的供应，以便点火支路200可以点燃第一燃料。

第二进口201与第二燃料源300连通以将第二燃料传输至第二燃料供应管路2内，第三进口202与氮气源400连通以将氮气传输至第二燃料供应管路2内，第二燃料和氮气在第二燃料供应管路2内混合后通过第二出口203将混合后的第二燃料和氮气传输至点火支路200，以便点火支路200可以点燃第二燃料。

第三燃料供应管路3具有第一进口端303和第二进口端304，第一进口端303与天然气源510连通，第二进口端304与氢气源520连通，通过第一进口端303和第二进口端304的设置可以向第三燃料供应管路3供应天然气或者氢气。第三燃料供应管路3具有第一出口端305和第二出口端306，第一出口端305与燃烧支路600相连，第二出口端306与点火支路200相连，通过第一出口端305向燃烧支路600供应天然气或氢气，通过第二出口端306向点火支路200供应天然气以便点火支路200进行点火。

当点火支路200与燃烧支路600所需要的燃料均为天然气时，天然气供应给点火支路200和燃烧支路600，在点火阶段，天然气供应给点火支路200，当点火成功后形成稳定的值班火焰后，再向燃烧支路600供应天然气。点火成功可以通过排气温度持续上升，或者火焰检测器检测到的火焰进行判断。

当点火支路200与燃烧支路600所需要的燃料不同时，先通过第一燃料供应管路1或第二燃料供应管路2向点火支路200供应燃料进行点火，当点火成功后形成稳定的值班火焰后，再通过第三燃料供应管路3向燃烧支路600供应氢气或混氢气体形成燃烧。

可以理解的是，本实施例中的氢气源520是指纯氢气体或者混氢气体，第三燃料供应管路3内每次只通入天然气或者氢气中的一种，确保第三燃料供应管路3的安全性。

本发明实施例的点火支路200可以接收来自第一燃料供应管路1供应的第一燃料，或者，接收来自第二燃料供应管路2供应的第二燃料和氮气的混合气体，或者，还可以接收来自第三燃料供应管路3供应的天然气。燃烧支路600可以接收来自第三燃料供应管路3供应的天然气，或者，可以接收来自第三燃料供应管路3供应的氢气，通过对控制第一燃料供应管路1、第二燃料供应管路2和第三燃料供应管路3的开启或关闭，以调整供应不同的燃料至点火支路200内进行点火形成稳定的值班火焰，再通过调整第三燃料供应管路3向燃烧支路600供应天然气或氢气燃料的供应，使得燃料供应装置可以适应不同的燃料燃烧，提高燃料供应装置的适应性。

本发明实施例的燃料供应装置，可以利用内部或外部的燃料气源实现安全可靠的点火，有效避免了氢混/纯氢燃料带来控制系统的修改以及喷嘴等硬件的改动，从而保证点火的可靠性和一次点火的成功率，确保氢燃机燃料供应以及点火的可靠性。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括第一控制阀4，第一控制阀4的一端与第一进口101连通，第一燃料源100为天然气源510，第一控制阀4的另一端与第一出口102连通以将天然气供应至点火支路200。

具体地，如图1所示，第一控制阀4的进口端与第一进口101连通，第一控制阀4的出口端与第一出口102连通，即天然气通过第一控制阀4的进口端进入第一燃料供应管路1，并从第一控制阀4的出口端将天然气传输至第一出口102，再通过第一出口102与点火支路200的连通将天然气传输至点火支路200，通过第一控制阀4的设置，实现第一燃料供应管路1的开启和关闭。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括第二控制阀5和流量计6，第二控制阀5与流量计6相连，第二控制阀5与第二进口201连通，第二燃料源300为丙烷，流量计6与第二出口203连通以向点火支路200供应丙烷，流量计6用以测量进入点火支路200的丙烷的流量。

具体地，第二控制阀5的进口端与第二进口201连通，第二控制阀5的出口端与流量计6的进口端连通，流量计6的出口端与第二出口203连通，通过第二控制阀5和流量计6的设置实现将丙烷供应至点火支路200，而且通过流量计6的设置可以对供应至点火支路200的丙烷流量进行测量。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括第三控制阀7，第三控制阀7的一端与氮气源400连通，第三控制阀7的另一端与第二出口203连通以向点火支路200供应氮气。

具体地，第三控制阀7的进口端与氮气源400连通，第三控制阀7的出口端与第二出口203连通，通过第三控制阀7的设置以向点火支路200供应氮气。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括加热件8，加热件8的一端分别与流量计6与第三控制阀7相连以接收丙烷和氮气的混合气体并进行加热，加热件8的另一端与第二出口203连通以向点火支路200供应加热后的丙烷和氮气的混合气体。

可以理解的是，流量计6与加热件8以及第三控制阀7与加热件8之间设置有混合管路204，混合管路204的设置便于丙烷与氮气混合均匀后传输至加热件8。

具体地，加热件8的进口端分别与流量计6和第三控制阀7相连以接收丙烷和氮气的混合气体并进行加热，通过加热件8的出口端与第二出口203的连通，以及第二出口203与点火支路200的连通，将加热后的丙烷和氮气的混合气体传输至点火支路200。

需要说明的是，采用第一燃料供应管路1或第二燃料供应管路2供应天然气或丙烷的外部点火气源，需要通过加热器保证丙烷燃料的华白指数，点燃点火支路200，再开启燃烧支路600的天然气或氢气燃料供应，完成整个燃烧室的正常燃烧工作。

本实施例在采用第二燃料供应管路2供应丙烷作为点火燃料时，需要根据点火转速、进口可调导叶的开度以及燃机温度对丙烷点火支路200的流量进行计算，再通过流量计6对丙烷作为点火燃料时的丙烷的流量进行实际的测量，调节和控制点火支路200的接收流量，并通过加热件8对丙烷和氮气的混合气体进行加热，确保丙烷点火支路200的温度在需求温度范围内，保证丙烷点火支路200的华白指数与天然气作为点火支路200燃料时的华白指数基本相同，变化在正负5％-10％之间，确保点火的可靠性。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括第四控制阀9和第五控制阀10，第四控制阀9具有第一端901、第二端902和第三端903，第一端901与第三燃料源500连通，第二端902与第五控制阀10相连，第三端903分别与第一出口102和第二出口203连通，第五控制阀10与点火支路200相连。

具体地，通过第四控制阀9的设置可以连通或闭合第三燃料源500和点火支路200，通过第五控制阀10的进口端分别与第一出口102、第二出口203和第四控制阀9的第二端902相连，第五控制阀10的出口端与点火支路200相连，可以控制点火支路200的开启和闭合，确保点火支路200的安全性，同时也提高燃料供应的安全性。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括第六控制阀11，第六控制阀11的一端与第三燃料源500连通，第六控制阀11的另一端与燃烧支路600相连。

具体地，第六控制阀11的进口端与第三燃料源500连通，第六控制阀11的出口端与燃烧支路600连通，通过第六控制阀11的设置实现第三燃料源500与燃烧支路600的连通或闭合，确保燃烧支路600的安全性。

在一些实施例中，第三燃料供应管路3包括前置模块301和燃料模块302，前置模块301与燃料模块302相连，前置模块301与第三燃料源500连通，燃料模块分别与第四控制阀9和第六控制阀11相连。

具体地，前置模块301与第三燃料源500连通以对进入前置模块301的燃料进行过滤和加热，燃料模块302与前置模块301相连并接收经前置模块301过滤和加热后的燃料，燃料模块302控制进入燃烧支路600和点火支路200的流量，通过前置模块301和燃料模块302的设置，提高燃烧支路600的燃烧安全性。

在一些实施例中，燃料供应装置还包括第一截止阀12和第二截止阀13，第一截止阀12设在天然气源510与前置模块301之间，第二截止阀13设在氢气源520与前置模块301之间。

具体地，本发明实施例通过第一截止阀12控制天然气源510与第三燃料供应管路3之间的连通和关闭，通过第二截止阀13控制氢气源520与第三燃料供应管路3之间的连通和关闭，实现第三燃料供应管路3的燃料供应。

当燃料支路的燃料为天然气，点火支路的燃料也为天然气时，此时点火支路可以使用燃气轮机的天然气支路供应的天然气燃料进行点火，点火过程包括如下步骤：首先，打开第一截止阀连通天然气源与第三燃料供应管路，天然气通过前置模块和燃料模块，供应到燃机轮机的燃料支路和点火支路控制阀前的管路；其次，打开第四控制阀和第五控制阀以向点火支路内通入天然气，同时，在值班喷嘴出口附近点火，形成稳定扩散燃烧的值班小火焰，点火成功后，燃烧室建立火焰，在燃料喷嘴形成稳定的值班火焰，此时，因预混喷嘴通道在此过程中没有燃料，故在该点火过程中不会出现回火等问题；然后，打开第六控制阀向燃烧支路内供应天然气，经预混通道进入燃烧室的预混气体被值班火焰引燃，形成稳定预混燃烧；最后，完成上述点火过程形成稳定的燃烧后，关闭第四控制阀和第五控制阀，燃烧室进入正常燃烧工作，点火完成。

当燃料支路的燃料为天然气，点火支路的燃料为丙烷时，此时点火支路采用的是外部气源丙烷，点火过程包括如下步骤：首先，打开第一截止阀连通天然气源与第三燃料供应管路，天然气通过前置模块和燃料模块，供应到燃机轮机的燃料支路控制阀前的管路；其次，打开第二控制阀、第三控制阀和第五控制阀以向点火支路内通入丙烷和氮气的混合气体，并打开加热件控制点火支路的气体温度，同时，在值班喷嘴出口附近点火，形成稳定扩散燃烧的值班小火焰，点火成功后，燃烧室建立火焰，在燃料喷嘴形成稳定的值班火焰，此时，因预混喷嘴通道在此过程中没有燃料，故在该点火过程中不会出现回火等问题；然后，打开第六控制阀向燃烧支路内供应天然气，经预混通道进入燃烧室的预混气体被值班火焰引燃，形成稳定预混燃烧；最后，完成上述点火过程形成稳定的燃烧后，关闭第二控制阀、第三控制阀和第五控制阀，燃烧室进入正常燃烧工作，点火完成。

当燃料支路的燃料为纯氢或氢混燃料时，点火支路的燃料为天然气时，此时点火支路可以使用燃气轮机的天然气支路供应的天然气燃料进行点火，点火过程包括如下步骤：首先，打开第二截止阀连通氢气源与第三燃料供应管路，纯氢或氢混燃料通过前置模块和燃料模块，供应到燃机轮机的燃料支路控制阀前的管路；其次，打开第一控制阀和第五控制阀以向点火支路内通入天然气，同时，在值班喷嘴出口附近点火，形成稳定扩散燃烧的值班小火焰，点火成功后，燃烧室建立火焰，在燃料喷嘴形成稳定的值班火焰，此时，因预混喷嘴通道在此过程中没有燃料，故在该点火过程中不会出现回火等问题；然后，打开第六控制阀向燃烧支路内供应纯氢或氢混燃料，经预混通道进入燃烧室的预混气体被值班火焰引燃，形成稳定预混燃烧；最后，完成上述点火过程形成稳定的燃烧后，关闭第一控制阀和第五控制阀，燃烧室进入正常燃烧工作，点火完成。

当燃料支路的燃料为纯氢气或氢混燃料，点火支路的燃料为丙烷时，此时点火支路采用的是外部气源丙烷，点火过程包括如下步骤：首先，打开第二截止阀连通氢气源与第三燃料供应管路，纯氢或氢混燃料通过前置模块和燃料模块，供应到燃机轮机的燃料支路控制阀前的管路；其次，打开第二控制阀、第三控制阀和第五控制阀以向点火支路内通入丙烷和氮气的混合气体，并打开加热件控制点火支路的气体温度，同时，在值班喷嘴出口附近点火，形成稳定扩散燃烧的值班小火焰，点火成功后，燃烧室建立火焰，在燃料喷嘴形成稳定的值班火焰，此时，因预混喷嘴通道在此过程中没有燃料，故在该点火过程中不会出现回火等问题；然后，打开第六控制阀向燃烧支路内供应纯氢或氢混燃料，经预混通道进入燃烧室的预混气体被值班火焰引燃，形成稳定预混燃烧；最后，完成上述点火过程形成稳定的燃烧后，关闭第二控制阀、第三控制阀和第五控制阀，燃烧室进入正常燃烧工作，点火完成。

本发明实施例的燃气轮机，包括如上述任一项实施例的燃料供应装置。

具体地，本发明实施例的燃气轮机，可以通过调整第一燃料供应管路、第二燃料供应管路和第三燃料供应管路的供应状态适应不同的燃料燃烧，进而使燃气轮机使用不同的燃料燃烧，提高燃气轮机的适应性。

本发明实施例的燃气轮机可以采用天然气或者采用氢混/纯氢燃料作为燃烧燃料，通过燃料供应管路供应天然气或者丙烷等外部多种点火气源，通过加热件保证丙烷燃料的华白指数，点燃点火支路形成稳定的值班火焰后，在点火阶段由于燃烧支路内没有燃料，点火过程不会出现回火等问题，建立了燃烧场后，再开启通过第三燃料供应管路对燃烧支路供应天然气或氢混/纯氢燃料，通过值班火焰引燃燃烧支路的燃料建立稳定的燃烧，完成整个燃烧室的正常燃烧工作，有效避免在点火过程中氢气作为燃料产生的回火及爆燃，进而避免了潜在的爆燃转爆轰的燃烧安全问题，提高氢混或纯氢燃气轮机的点火成功率和点火可靠性。

而且，本发明实施例在采用纯氢或氢混燃料燃烧时，相应采用第一燃料供应管路、第二燃料供应管路对点火支路供应点火燃料的方式，不需要对燃气轮机的点火器和喷嘴进行深度改造，降低了改造成本，本实施例的燃气轮机只需要对燃机本体的外围进行改造，对燃气本体没有很大的改造，而且还可以使用于天然气燃烧和纯氢或氢混燃烧，提高了燃料供应装置的适应性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。