[發明專利]用于在燃氣渦輪的連續燃燒系統中混合稀釋空氣的方法

有效

• 申請號: 201310371579.8
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103629660A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: M.R.博希恩
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F23C6/04
• 分類號: F23C6/04;F23R3/02;F23R3/42;F02C6/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術領域

本發明涉及用于在燃氣渦輪的連續燃燒系統中混合稀釋空氣的方法。本發明另外涉及用于實施前述方法的稀釋空氣噴射器。此外，本發明涉及以可靠且均勻的方式在燃氣渦輪中或在用于罐形以及環形燃燒器設計的CPSC(恒壓連續燃燒)中使稀釋空氣與熱主流混合。

背景技術

首先，允許本發明的更好理解的一些大體考慮：

為了保護環境，燃氣渦輪發動機的CO排放物需要減少。這些排放物已知為在燃燒室中不存在足夠的時間來確保CO至CO₂的氧化和/或該氧化由于與燃燒器中的冷區接觸而局部驟冷時出現。由于點燃溫度在部分負載條件CO下較低，并且CO至CO₂的氧化變得較慢，因此在這些條件下CO排放物通常傾向于增大。

CO排放物的減少進而可有助于(be?invested?in)降低燃氣渦輪的停機點處的燃氣渦輪負載。這由于減少的CO₂排放物而減小了環境影響，并且由于發動機停機期間的較少燃料消耗而降低了電力總成本。最終，CO排放物減少由于節省了CO催化劑而有助于降低原始成本。在該情況下，可避免(或至少減少)CO催化劑。同時，將消除(或至少減少)由于催化劑而出現的損失，并且由此，發電廠的總效率提高。

根據US2012/0017601A1，該現有技術的基礎為操作燃氣渦輪的方法，其使第二燃燒器的操作噴燃器的空氣比λ保持低于部分負載操作期間的最大空氣比λ_max。該方法基本上特征在于三個新要素以及補充措施，該補充措施可單獨地或組合地實施。

在該情況下，最大空氣比λ_max取決于CO排放物極限，其將在噴燃器和燃燒器的設計以及在操作條件(就是說，尤其是噴燃器入口溫度)下被觀察。

第一要素為可變壓縮機入口導葉排的操作原理的變化，這允許第二燃燒器僅在較高部分負載下投入操作。從空載操作開始，可變壓縮機入口導葉排已經開啟，同時僅第一燃燒器操作。這允許在第二燃燒器必須投入操作之前加載至較高相對負載。如果可變壓縮機入口導葉排開啟，并且高壓渦輪的熱氣體溫度或渦輪入口溫度達到極限，則第二燃燒器供應有燃料。

另外，可變壓縮機入口導葉排快速地閉合。在沒有對抗措施的情況下，可變壓縮機入口導葉排在高壓渦輪的恒定渦輪入口溫度TIT下閉合將導致相關功率的顯著減小。

為了避免該功率減小，可增大引入到第二燃燒器中的燃料質量流。第二燃燒器投入操作所處的最低負載以及流入第二燃燒器中的最低燃料因此顯著地增大。

因此，第二燃燒器的最低熱氣體溫度也增大，這降低了空氣比λ，并且因此減少了CO排放物。

用于降低空氣比λ的第二要素是通過在部分負載操作期間增大高壓渦輪的渦輪排氣溫度TAT1和/或低壓渦輪的渦輪排氣溫度TAT2的操作原理的變化。該增大允許開啟可變壓縮機入口導葉排來轉移至較高負載點。

常規地，第二渦輪的最高渦輪排氣溫度確定用于滿負載情況，并且燃氣渦輪和可能的下游廢熱鍋爐根據該溫度設計。這導致在部分負載操作期間在可變壓縮機入口導葉排閉合的情況下第二渦輪的最高熱氣體溫度不被TIT2(第二渦輪的渦輪入口溫度)限制，但被TAT2(第二渦輪的渦輪排氣溫度)限制。由于在部分負載下，在可變壓縮機入口導葉的至少一排閉合的情況下，質量流和因此橫跨渦輪的壓力比減小，故渦輪入口溫度與渦輪排氣溫度的比率也減小。

對應地，關于恒定的TAT2，TIT2也減小，并且在大多數情況下，處于顯著低于滿負載值。典型地在10℃至30℃的大小范圍內的超過滿負載極限的TAT2的提出的稍微增大公認地導致TIT2的增大，但是這保持在滿負載值以下，并且實際上可在沒有使用壽命損失的情況下實現，或者在沒有顯著的使用壽命損失的情況下實現。設計的修改或材料的選擇不變成必要的，或者可典型地受限于排出氣體側。為了增大TIT2，熱氣體溫度增大，這通過增大燃料質量流和減小與其相關的空氣比λ而實現。CO排放物對應地減少。

在操作中減小噴燃器的空氣比λ的另外的可能性為停用單獨的噴燃器和在恒定TIT2下重新分配燃料。

為了使TIT2保持平均恒定，操作中的噴燃器必須與停用的噴燃器的數量成比例地較熱地操作。為此，燃料供給增加，并且因此局部空氣比λ減小。

對于為了CO排放物而優化的操作而言，在具有分離線的燃氣渦輪中，鄰近分離線的噴燃器(例如，用于第二燃燒器)典型地首先停用。在該情況下，殼體典型地沿其分成上半部和下半部的平面被稱為分離線。相應的殼體半部沿分離線例如通過凸緣連接。