[发明专利]喷射稀释空气的轴向分级混合器

说明书

本发明涉及一种用于操作结合燃气涡轮发动机或涡轮机械的燃烧装置而喷射稀释空气或稀释气体的轴向分级混合器装置的方法，其包括至少一个燃烧室、用于将空气或气体部分混合至离开燃烧室的热气流中的至少一个混合器装置。混合器装置适合于在燃烧室下游延伸的热气流路径中引导燃烧气体，其中混合器包括从混合器装置的侧壁向内指向的多个喷射器件，其用于混合空气部分，从而至少冷却离开燃烧室的热气流。在热气流中，在混合器装置的内部，在起作用的喷射器件的最后喷射位置和至少一个后续设置的稀释空气喷射部之间的间距在喷射位置之间没有节点的情况下对应于等于或接近传送波长的一半(λ_conv/2)的距离。

技术领域

本发明涉及一种结合燃气涡轮发动机或涡轮机械的燃烧装置而喷射稀释空气或稀释气体的轴向分级混合器装置以及其操作方法。

背景技术

由于通过不稳定的再生源，例如风力或太阳能发电增加的原因，现有基于燃气涡轮发动机的发电厂越来越多地用于平衡功率需求和稳定电网。因而需要改善操作的灵活性。这意味着燃气涡轮时常在比基本负荷设计点更低的负荷下，即在更低的燃烧器入口温度和点火温度下进行操作。

同时，排放极限值和整个排放许可变得更为严格，所以需要在更低的排放值下操作，在部分负荷操作和在瞬变期间也保持低的排放，因为这些对累积排放限制也有价值。

现有技术状态的燃烧系统被设计用于处理操作条件方面的某些差异性，例如通过调整压缩机入口质量流量或控制不同的喷燃器、燃料级或燃烧器之间的燃料分流。然而，这不足满足新的需求。

为了进一步减少排放和操作灵活性，在DE 10312971 A1中已经提出了顺序燃烧。依赖于操作条件，尤其第一燃烧室的热气温度，可能需要在热气体被允许进入第二喷燃器(也被称为顺序喷燃器)之前冷却热气体。这种冷却可能是有利的，容许喷射燃料以及喷射的燃料与第一燃烧器的热烟道气在第二喷燃器中的预混合。

传统的冷却方法要么需要热交换器结构，其导致主的热气流中的高的压力降，或者建议从侧壁喷射冷却介质。为了从侧壁喷射冷却介质，需要高的压力降，其对于以这种燃烧器装置进行操作的燃气涡轮的效率是有害的，并且控制整个流量的冷却是困难的。

参照WO 2014/063835 A1，顺序燃烧装置包括第一喷燃器、第一燃烧室、用于在操作期间使稀释气体混入到离开第一燃烧室的热气体中的混合器、第二喷燃器以及在流体流动连接中顺序设置的第二燃烧室。混合器适合于在第一燃烧室和第二喷燃器之间延伸的热气流路径中引导燃烧气体，热气流路径包括管道，其在上游端具有适合于连接到第一燃烧室上的入口以及在下游端适合于连接到第二喷燃器上的出口。混合器包括多个从用于混合稀释气体的混合器的侧壁向内指向的喷管，从而冷却离开第一燃烧室的热烟道气。

此外，参照WO2014/063835A1描述了一种用于操作带有至少一个压缩机、燃烧器装置的燃气涡轮的方法，燃烧器装置包括第一喷燃器、第一燃烧室、用于在操作期间使稀释气体混入到离开第一燃烧室的热气体中的混合器、第二喷燃器以及第二燃烧室，它们在流体流动连接中顺序设置。混合器适合于在第一燃烧室和第二喷燃器之间延伸的热气流路径中引导燃烧气体，热气流路径包括管道，其在上游端具有适合于连接到第一燃烧室上的入口以及在下游端适合于连接到第二喷燃器上的出口。混合器包括从管道的侧壁向内指向的多个喷管，用于混合稀释气体，从而冷却离开第一燃烧室和涡轮的热烟道气。稀释气体被混入到混合器的横截面的不同区域中，或者稀释气体通过喷孔和/或第二喷管和第一喷管进行喷射，从而将稀释气体引入到混合器的横截面的不同区域中。

此外，通过利用赫尔姆霍茨(Helmholtz)减振器实现的燃烧动力的衰减被所有公司广泛地用于燃气涡轮段的操作，并且已经提交了若干个发明公开。显现的技术状态聚焦于对环罐式燃烧器的减振应用。在罐式燃烧器周围采用赫尔姆霍茨减振器可参见以下文献：