[發明專利]噴射稀釋空氣的軸向分級混合器

有效

• 申請號: 201510967517.2
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105716116B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: M.R.博蒂恩;L.塔沃鐘希拉雷斯;A.伊羅格魯;B.舒爾曼斯;M.德辛格
• 申請（專利權）人: 安薩爾多能源瑞士股份公司
• 主分類號: F23R3/26
• 分類號: F23R3/26;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;傅永霄

本發明涉及一種用于操作結合燃氣渦輪發動機或渦輪機械的燃燒裝置而噴射稀釋空氣或稀釋氣體的軸向分級混合器裝置的方法，其包括至少一個燃燒室、用于將空氣或氣體部分混合至離開燃燒室的熱氣流中的至少一個混合器裝置。混合器裝置適合于在燃燒室下游延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，其中混合器包括從混合器裝置的側壁向內指向的多個噴射器件，其用于混合空氣部分，從而至少冷卻離開燃燒室的熱氣流。在熱氣流中，在混合器裝置的內部，在起作用的噴射器件的最后噴射位置和至少一個后續設置的稀釋空氣噴射部之間的間距在噴射位置之間沒有節點的情況下對應于等于或接近傳送波長的一半(λ_conv/2)的距離。

技術領域

本發明涉及一種結合燃氣渦輪發動機或渦輪機械的燃燒裝置而噴射稀釋空氣或稀釋氣體的軸向分級混合器裝置以及其操作方法。

背景技術

由于通過不穩定的再生源，例如風力或太陽能發電增加的原因，現有基于燃氣渦輪發動機的發電廠越來越多地用于平衡功率需求和穩定電網。因而需要改善操作的靈活性。這意味著燃氣渦輪時常在比基本負荷設計點更低的負荷下，即在更低的燃燒器入口溫度和點火溫度下進行操作。

同時，排放極限值和整個排放許可變得更為嚴格，所以需要在更低的排放值下操作，在部分負荷操作和在瞬變期間也保持低的排放，因為這些對累積排放限制也有價值。

現有技術狀態的燃燒系統被設計用于處理操作條件方面的某些差異性，例如通過調整壓縮機入口質量流量或控制不同的噴燃器、燃料級或燃燒器之間的燃料分流。然而，這不足滿足新的需求。

為了進一步減少排放和操作靈活性，在DE 10312971 A1中已經提出了順序燃燒。依賴于操作條件，尤其第一燃燒室的熱氣溫度，可能需要在熱氣體被允許進入第二噴燃器(也被稱為順序噴燃器)之前冷卻熱氣體。這種冷卻可能是有利的，容許噴射燃料以及噴射的燃料與第一燃燒器的熱煙道氣在第二噴燃器中的預混合。

傳統的冷卻方法要么需要熱交換器結構，其導致主的熱氣流中的高的壓力降，或者建議從側壁噴射冷卻介質。為了從側壁噴射冷卻介質，需要高的壓力降，其對于以這種燃燒器裝置進行操作的燃氣渦輪的效率是有害的，并且控制整個流量的冷卻是困難的。

參照WO 2014/063835 A1，順序燃燒裝置包括第一噴燃器、第一燃燒室、用于在操作期間使稀釋氣體混入到離開第一燃燒室的熱氣體中的混合器、第二噴燃器以及在流體流動連接中順序設置的第二燃燒室。混合器適合于在第一燃燒室和第二噴燃器之間延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，熱氣流路徑包括管道，其在上游端具有適合于連接到第一燃燒室上的入口以及在下游端適合于連接到第二噴燃器上的出口。混合器包括多個從用于混合稀釋氣體的混合器的側壁向內指向的噴管，從而冷卻離開第一燃燒室的熱煙道氣。

此外，參照WO2014/063835A1描述了一種用于操作帶有至少一個壓縮機、燃燒器裝置的燃氣渦輪的方法，燃燒器裝置包括第一噴燃器、第一燃燒室、用于在操作期間使稀釋氣體混入到離開第一燃燒室的熱氣體中的混合器、第二噴燃器以及第二燃燒室，它們在流體流動連接中順序設置。混合器適合于在第一燃燒室和第二噴燃器之間延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，熱氣流路徑包括管道，其在上游端具有適合于連接到第一燃燒室上的入口以及在下游端適合于連接到第二噴燃器上的出口。混合器包括從管道的側壁向內指向的多個噴管，用于混合稀釋氣體，從而冷卻離開第一燃燒室和渦輪的熱煙道氣。稀釋氣體被混入到混合器的橫截面的不同區域中，或者稀釋氣體通過噴孔和/或第二噴管和第一噴管進行噴射，從而將稀釋氣體引入到混合器的橫截面的不同區域中。

此外，通過利用赫爾姆霍茨(Helmholtz)減振器實現的燃燒動力的衰減被所有公司廣泛地用于燃氣渦輪段的操作，并且已經提交了若干個發明公開。顯現的技術狀態聚焦于對環罐式燃燒器的減振應用。在罐式燃燒器周圍采用赫爾姆霍茨減振器可參見以下文獻：