[發明專利]燃料適應性燃燒系統的燃燒器噴管

有效

• 申請號: 200780045487.3
• 申請日: 2007-10-05
• 公開（公告）號: CN101563533A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 喬爾·M·海恩斯;戴維·M·莫斯巴赫;喬納森·S·詹森;文卡特拉曼·A·伊耶
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C3/28
• 分類號: F02C3/28;F23D14/20;F02C9/40;F23N1/00;F23C7/00;F23R3/14;F23D14/06;F23R3/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 封新琴

關于聯邦政府資助研究和開發的聲明

本發明依據美國能源部授予的合同號DE-FC26-03NT41776在政府支持 下完成。政府可享有本發明中的一些權利。

發明背景

本發明總體上涉及燃燒系統，更具體地涉及燃料適應性燃燒系統 (fuel-flexible?combustion?system)和操作方法。

各種類型的燃燒器是已知的并用于諸如聯合循環發電廠等系統。通常， 這些系統的燃燒器經設計以減少排放，例如NO_x和一氧化碳的排放。在大 多數燃燒天然氣的系統中，使用貧燃預混火焰(lean?premixed?flame)使燃燒器 工作。在這些系統中，燃料在反應區的上游與空氣混合而在貧燃條件下(lean condition)形成預混火焰，以減少燃燒系統的排放。不幸的是，這些燃燒系 統的操作窗極小。另外，期望避免燃燒動態變化(combustion?dynamic)并同 時保持低的NOx以及避免火焰的貧燃噴出(lean?blow?out)。設計方案的指標 通常訂為窄的燃料組成范圍，因而使設計用于天然氣的系統與設計用于氣 化煤或合成氣燃料的系統不相容。

一些其它的系統采用擴散燃燒(diffusion?combustion)，以通過在反應區 增加稀釋劑來減少排放。例如，在整體煤氣化聯合循環(IGCC)系統中，可 使用蒸汽或氮氣作為稀釋劑以促進燃燒并減少燃燒器的排放。通常，對于 IGCC系統，燃燒器設計成使用煤氣化燃料以擴散模式工作并可具有以擴散 模式使用天然氣的備用燃燒模式。然而，設計能夠使用熱值不同的煤氣化 燃料工作并同時保持低排放的燃燒器富有挑戰性。目前的IGCC燃燒器采用 擴散燃燒并根據氣化燃料儲備基于site-by-site設計。由此得到為滿足排放要 求而具有有限的燃料適應性的特定燃燒系統。

因而，需要可使用多種燃料工作并同時保持低排放的燃燒系統。此外， 有利的是，提供使用備用燃料燃燒時保持低排放以及適用于不同發電廠構 造并同時保持發電廠總效率的燃燒系統。

發明內容

簡言之，根據一種實施方案，提供燃燒器噴管。該燃燒器噴管包括： 第一燃料系統，該第一燃料系統經配置以將合成氣燃料引入燃燒室，從而 能夠在燃燒室內實現貧燃預混燃燒；第二燃料系統，該第二燃料系統經配 置以將合成氣燃料或烴類燃料或稀釋劑或它們的組合引入燃燒室，從而能 夠在燃燒室內實現擴散燃燒。

在另一實施方案中，提供燃料適應性燃燒系統。該燃料適應性燃燒系 統包括：燃燒器噴管，該燃燒器噴管經配置以將燃料流引入燃燒系統；燃 燒室，該燃燒室經配置以使燃料流和空氣按照基于燃料流的燃料類型選擇 的燃燒模式燃燒。該燃燒器噴管包括：第一燃料系統，該第一燃料系統經 配置以將烴類燃料或合成氣燃料或它們的組合引入燃燒室，從而能夠在燃 燒室內實現預混燃燒模式；第二燃料系統，該第二燃料系統經配置以將合 成氣燃料或氮氣、蒸汽或烴類燃料或它們的組合引入燃燒室，從而能夠在 燃燒室內實現擴散燃燒模式。

在另一實施方案中，提供整體煤氣化聯合循環(IGCC)系統。IGCC系統 包括：氣化器，該氣化器經配置以由煤生成合成氣燃料；燃氣渦輪機，該 燃氣渦輪機經配置以接收來自氣化器的合成氣燃料并使合成氣燃料和空氣 在燃燒系統內燃燒而產生電能。該燃燒系統包括：燃燒噴管，該燃燒噴管 具有將合成氣引入噴管內以進行預混的第一和第二燃料系統以及擴散操作 模式；燃燒室，該燃燒室經配置以使合成氣燃料和空氣按照預混或擴散燃 燒模式燃燒。

在另一實施方案中，提供燃料適應性燃燒系統的操作方法。該方法包 括：經由燃燒器噴管將燃料流引入燃燒系統；使烴類燃料流以低排放燃燒 模式燃燒；使合成氣燃料以第二燃燒模式燃燒。該方法還包括：基于合成 氣的熱值轉變第二燃燒模式；使燃料流和空氣按照低排放燃燒模式或第二 燃燒模式或它們的組合燃燒。

附圖說明

參照附圖閱讀下述詳細說明時將更好地理解本發明的這些和其它特 征、方面和優勢，其中相同的標記在附圖中始終表示相同的部分，其中：

圖1是根據本發明的方面具有燃料適應性燃燒系統的整體煤氣化聯合 循環(IGCC)系統的示意圖。

圖2是根據本發明的方面圖1的IGCC系統中使用的燃氣渦輪機的示 意圖。