[发明专利]用于在燃气涡轮的连续燃烧系统中混合稀释空气的方法有效

专利信息
申请号: 201310371579.8 申请日: 2013-08-23
公开(公告)号: CN103629660A 公开(公告)日: 2014-03-12
发明(设计)人: M.R.博希恩 申请(专利权)人: 阿尔斯通技术有限公司
主分类号: F23C6/04 分类号: F23C6/04;F23R3/02;F23R3/42;F02C6/00
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 肖日松;严志军
地址: 瑞士*** 国省代码: 瑞士;CH
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摘要:
搜索关键词: 用于 燃气 涡轮 连续 燃烧 系统 混合 稀释 空气 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及用于在燃气涡轮的连续燃烧系统中混合稀释空气的方法。本发明另外涉及用于实施前述方法的稀释空气喷射器。此外,本发明涉及以可靠且均匀的方式在燃气涡轮中或在用于罐形以及环形燃烧器设计的CPSC(恒压连续燃烧)中使稀释空气与热主流混合。

背景技术

首先,允许本发明的更好理解的一些大体考虑:

为了保护环境,燃气涡轮发动机的CO排放物需要减少。这些排放物已知为在燃烧室中不存在足够的时间来确保CO至CO2的氧化和/或该氧化由于与燃烧器中的冷区接触而局部骤冷时出现。由于点燃温度在部分负载条件CO下较低,并且CO至CO2的氧化变得较慢,因此在这些条件下CO排放物通常倾向于增大。

CO排放物的减少进而可有助于(be invested in)降低燃气涡轮的停机点处的燃气涡轮负载。这由于减少的CO2排放物而减小了环境影响,并且由于发动机停机期间的较少燃料消耗而降低了电力总成本。最终,CO排放物减少由于节省了CO催化剂而有助于降低原始成本。在该情况下,可避免(或至少减少)CO催化剂。同时,将消除(或至少减少)由于催化剂而出现的损失,并且由此,发电厂的总效率提高。

根据US2012/0017601A1,该现有技术的基础为操作燃气涡轮的方法,其使第二燃烧器的操作喷燃器的空气比λ保持低于部分负载操作期间的最大空气比λmax。该方法基本上特征在于三个新要素以及补充措施,该补充措施可单独地或组合地实施。

在该情况下,最大空气比λmax取决于CO排放物极限,其将在喷燃器和燃烧器的设计以及在操作条件(就是说,尤其是喷燃器入口温度)下被观察。

第一要素为可变压缩机入口导叶排的操作原理的变化,这允许第二燃烧器仅在较高部分负载下投入操作。从空载操作开始,可变压缩机入口导叶排已经开启,同时仅第一燃烧器操作。这允许在第二燃烧器必须投入操作之前加载至较高相对负载。如果可变压缩机入口导叶排开启,并且高压涡轮的热气体温度或涡轮入口温度达到极限,则第二燃烧器供应有燃料。

另外,可变压缩机入口导叶排快速地闭合。在没有对抗措施的情况下,可变压缩机入口导叶排在高压涡轮的恒定涡轮入口温度TIT下闭合将导致相关功率的显著减小。

为了避免该功率减小,可增大引入到第二燃烧器中的燃料质量流。第二燃烧器投入操作所处的最低负载以及流入第二燃烧器中的最低燃料因此显著地增大。

因此,第二燃烧器的最低热气体温度也增大,这降低了空气比λ,并且因此减少了CO排放物。

用于降低空气比λ的第二要素是通过在部分负载操作期间增大高压涡轮的涡轮排气温度TAT1和/或低压涡轮的涡轮排气温度TAT2的操作原理的变化。该增大允许开启可变压缩机入口导叶排来转移至较高负载点。

常规地,第二涡轮的最高涡轮排气温度确定用于满负载情况,并且燃气涡轮和可能的下游废热锅炉根据该温度设计。这导致在部分负载操作期间在可变压缩机入口导叶排闭合的情况下第二涡轮的最高热气体温度不被TIT2(第二涡轮的涡轮入口温度)限制,但被TAT2(第二涡轮的涡轮排气温度)限制。由于在部分负载下,在可变压缩机入口导叶的至少一排闭合的情况下,质量流和因此横跨涡轮的压力比减小,故涡轮入口温度与涡轮排气温度的比率也减小。

对应地,关于恒定的TAT2,TIT2也减小,并且在大多数情况下,处于显著低于满负载值。典型地在10℃至30℃的大小范围内的超过满负载极限的TAT2的提出的稍微增大公认地导致TIT2的增大,但是这保持在满负载值以下,并且实际上可在没有使用寿命损失的情况下实现,或者在没有显著的使用寿命损失的情况下实现。设计的修改或材料的选择不变成必要的,或者可典型地受限于排出气体侧。为了增大TIT2,热气体温度增大,这通过增大燃料质量流和减小与其相关的空气比λ而实现。CO排放物对应地减少。

在操作中减小喷燃器的空气比λ的另外的可能性为停用单独的喷燃器和在恒定TIT2下重新分配燃料。

为了使TIT2保持平均恒定,操作中的喷燃器必须与停用的喷燃器的数量成比例地较热地操作。为此,燃料供给增加,并且因此局部空气比λ减小。

对于为了CO排放物而优化的操作而言,在具有分离线的燃气涡轮中,邻近分离线的喷燃器(例如,用于第二燃烧器)典型地首先停用。在该情况下,壳体典型地沿其分成上半部和下半部的平面被称为分离线。相应的壳体半部沿分离线例如通过凸缘连接。

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