冷卻和稀釋空氣的分開供給的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電站的冷卻和稀釋空氣(稀釋介質(zhì))布置的分開供給，根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，包括至少一個(gè)燃燒室、用于將稀釋空氣摻合到離開燃燒室的熱氣流的至少一個(gè)混合器，其中，混合器適于在熱氣流路徑中引導(dǎo)燃燒氣體，該熱氣流路徑在燃燒室的下游延伸，其中，混合器包括多個(gè)噴射管，該多個(gè)噴射管從混合器的側(cè)壁指向內(nèi)，以用于摻合稀釋介質(zhì)或空氣以冷卻離開燃燒室的熱氣流。
[0002]優(yōu)選地，本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括單個(gè)燃燒器或連續(xù)燃燒器布置。連續(xù)燃燒布置包括流體流動(dòng)連接地按順序布置的第一噴燃器、第一燃燒室、用于在操作期間將稀釋氣體摻合至離開第一燃燒室的熱氣體的混合器、第二燃燒室。
[0003]混合器適于在熱氣流路徑中引導(dǎo)燃燒氣體，該熱氣流路徑在第一燃燒室與第二噴燃器之間延伸，第二噴燃器包括導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有上游端處的適于連接到第一燃燒室的入口，和下游端處的適于連接到第二燃燒室的出口。
[0004]此外，例如，用于操作布置的構(gòu)件涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的筒形燃燒器。而且，操作布置還涉及可經(jīng)歷燃燒的每個(gè)其他發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有圍繞旋轉(zhuǎn)輪廓設(shè)置的若干筒形燃燒器的樣式。
[0006]筒形燃燒器是自主的圓柱形燃燒室。各“筒形燃燒器”具有其自身的燃料噴射器、點(diǎn)火器、襯套和外殼。來(lái)自壓縮機(jī)的主空氣被引導(dǎo)到各獨(dú)立的筒形燃燒器中，在此，其減速、與燃料混合、且然后被點(diǎn)燃。副空氣也來(lái)自壓縮機(jī)，在此，其被供給到襯套外(襯套內(nèi)是發(fā)生燃燒的地方)。副空氣然后通常經(jīng)由襯套中的縫隙而被供給到燃燒區(qū)中，來(lái)冷卻一個(gè)或多個(gè)襯套，襯套通常通過(guò)對(duì)流冷卻而得到冷卻，以避免冷卻空氣進(jìn)入火焰后的熱氣體中。
[0007]此外，多個(gè)筒形燃燒器圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的中心軸線布置，且它們共同的排氣被供給到(多個(gè))渦輪。筒形燃燒器由于它們的設(shè)計(jì)和測(cè)試簡(jiǎn)易性(人們可測(cè)試單個(gè)筒，而無(wú)需測(cè)試整個(gè)系統(tǒng))而很廣泛地用于早期的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。筒形燃燒器可容易維護(hù)，因?yàn)閮H單個(gè)筒需要移除，而非整個(gè)燃燒區(qū)段。
[0008]集中關(guān)注的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)、壓縮機(jī)下游的若干筒形燃燒器，而筒形燃燒器的熱氣體進(jìn)入渦輪，而筒形燃燒器基于筒形燃燒器架構(gòu)而操作。
[0009]此外，另一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括壓縮機(jī)、壓縮機(jī)下游的第一筒形燃燒器布置，而第一筒形燃燒器布置的熱氣體進(jìn)入第一禍輪或第二筒形燃燒器布置，而第二筒形燃燒器布置的熱氣體進(jìn)入第二渦輪或隨后的蒸汽循環(huán)，而至少一個(gè)筒形燃燒器布置基于筒形燃燒器架構(gòu)而操作。
[0010]此外，至少一個(gè)筒形燃燒器包括一個(gè)或更多個(gè)設(shè)置的預(yù)混噴燃器或半預(yù)混噴燃器。第一渦輪連接成從第一筒形燃燒器布置接收工作氣體，第二筒形燃燒器布置連接成從第一渦輪接收排出的工作氣體，且將工作氣體輸送至第二渦輪，其中，第二筒形燃燒器布置包括形成沿流動(dòng)方向從第一渦輪的出口延伸至第二渦輪的入口的燃燒空間的環(huán)形導(dǎo)管，以及用于將燃料引入第二筒形燃燒器布置中來(lái)用于自點(diǎn)燃燃燒的器件。
[0011]而且，本發(fā)明的設(shè)備的操作使用還優(yōu)選涉及其他類型的燃燒器，即環(huán)管燃燒器(cannular combustor)。類似于筒形燃燒器，環(huán)管燃燒器具有容納在其自身的燃料噴射器的單獨(dú)襯套中的分立的燃燒區(qū)。不同于筒形燃燒器，所有燃燒區(qū)共用公共的圈狀(圓環(huán))夕卜殼。
[0012]各燃燒區(qū)不再必須用作壓力容器。燃燒區(qū)還可經(jīng)由允許一些空氣周向地流動(dòng)的襯套孔或連接管道或管來(lái)與彼此“連通”。來(lái)自環(huán)管燃燒器的離開流大體上具有更均勻的溫度輪廓，這對(duì)于渦輪區(qū)段更佳。其還消除了各室具有其自身的點(diǎn)火器的需要。一旦火在一個(gè)或兩個(gè)筒形燃燒器中點(diǎn)燃，則其可容易擴(kuò)散至且點(diǎn)燃其他。
[0013]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器包括至少一個(gè)預(yù)混噴燃器，它們應(yīng)當(dāng)優(yōu)選由根據(jù)文獻(xiàn)EPO 321 809 Al和/SEP O 704 657 A2的燃燒過(guò)程和目的形成，其中，這些文獻(xiàn)形成了本描述的組成部分。具體而言，所述預(yù)混噴燃器可利用所有類型的液體和/或氣態(tài)燃料操作。因此，可能容易在單獨(dú)的筒內(nèi)提供不同燃料。這還意味著預(yù)混噴燃器還可利用不同燃料同時(shí)地操作。
【背景技術(shù)】
[0014]由于通過(guò)不穩(wěn)定的可再生源(如風(fēng)或太陽(yáng)光)進(jìn)行的發(fā)電的增加，基于現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪的發(fā)電站越來(lái)越多地用于平衡功率需求和穩(wěn)定電網(wǎng)。因此，需要改善的操作靈活性。這意味著燃?xì)鉁u輪通常在比基本負(fù)載設(shè)計(jì)點(diǎn)低的負(fù)載下，即，在較低的燃燒器入口和發(fā)火溫度下操作。
[0015]同時(shí)，排放限制值和總體排放許可變得更為嚴(yán)格，使得需要在更低的排放值下操作，也在部分負(fù)載操作下且在瞬變期間保持低排放，因?yàn)檫@些也有助于累積排放限制。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)成例如通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)入口質(zhì)量流量或控制不同噴燃器、燃料級(jí)或燃燒器之間的燃料分流來(lái)應(yīng)對(duì)操作條件中的某些變化。然而，這不足以滿足新的要求。
[0017]為了進(jìn)一步減小排放和操作靈活性，在DE10312971 Al中已提出了連續(xù)燃燒。取決于操作條件，特別是取決于第一燃燒室的熱氣體溫度，可能需要在熱氣體進(jìn)入第二噴燃器(也稱為連續(xù)噴燃器)之前冷卻熱氣體。該冷卻可有利地允許燃料噴射和噴射的燃料與第一燃燒器的熱煙道氣體在第二噴燃器中的預(yù)混。
[0018]常規(guī)冷卻方法或者需要熱交換器結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致主要彎曲氣流中的高壓降，或者要求來(lái)自側(cè)壁的冷卻介質(zhì)噴射。為了從側(cè)壁噴射冷卻介質(zhì)，需要高壓降，這不利于利用此種燃燒器布置操作的燃?xì)鉁u輪的效率，且整個(gè)流動(dòng)的受控冷卻很難。
[0019]參看WO 2014/063835 Al，公開了連續(xù)燃燒器布置，其包括流體流動(dòng)連接地連續(xù)布置的第一噴燃器、第一燃燒室、用于將稀釋氣體摻合到在操作期間離開第一燃燒室的熱氣體的混合器、第二噴燃器，以及第二燃燒室布置?；旌掀鬟m于在熱氣流路徑中引導(dǎo)燃燒氣體，該熱氣流路徑在第一燃燒室與第二噴燃器之間延伸，第二噴燃器包括導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有適于連接到第一燃燒室的在上游端處的入口，以及適于連接到第二噴燃器的在下游端處的出口?；旌掀靼ǘ鄠€(gè)噴射管，它們從混合器的側(cè)壁指向內(nèi)，以用于摻合稀釋氣體來(lái)冷卻離開第一燃燒室的熱煙道氣體。
[0020]此外，WO2014/063835 Al描述了一種用于操作燃?xì)鉁u輪的方法，該燃?xì)鉁u輪具有至少一個(gè)壓縮機(jī)和燃燒器布置，該燃燒器布置包括流體流動(dòng)連接地布置的第一噴燃器、第一燃燒室、用于將稀釋氣體摻合到在操作期間離開第一燃燒室的熱氣體的混合器、第二噴燃器，以及第二燃燒室?；旌掀鬟m于在熱氣流路徑中引導(dǎo)燃燒氣體，該熱氣流路徑在第一燃燒室與第二噴燃器之間延伸，第二噴燃器包括導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有適于連接到第一燃燒室的在上游端處的入口，以及適于連接到第二噴燃器的下游端處的出口?；旌掀靼ǘ鄠€(gè)噴射管，它們從導(dǎo)管的側(cè)壁指向內(nèi)，以用于摻合稀釋氣體來(lái)冷卻離開第一燃燒室的熱煙道氣體，以及渦輪。稀釋氣體被摻合到混合器截面的不同區(qū)域中，或者稀釋氣體經(jīng)由噴射孔和/或第二噴射管和第一噴射管噴射，以便將稀釋氣體引入混合器截面的不同區(qū)域中。
[0021]此外，通過(guò)利用亥姆霍茲阻尼器進(jìn)行的燃燒動(dòng)力的衰減被燃?xì)鉁u輪領(lǐng)域中運(yùn)營(yíng)的所有公司廣泛地使用，且已提交了若干發(fā)明公開。形成的技術(shù)水平聚焦于對(duì)環(huán)管燃燒器的阻尼器應(yīng)用。采用圍繞筒形燃燒器的亥姆霍茲阻尼器可在以下文獻(xiàn)中看到:
US 2005/0166596 Al描述了一種通流諧振器，其當(dāng)置于具有燃燒器系統(tǒng)的流動(dòng)路徑內(nèi)的最高聲壓振幅的點(diǎn)處或附近時(shí)，有效地阻尼來(lái)自聲能的不穩(wěn)定性，同時(shí)當(dāng)諧振器的一部分與系統(tǒng)的具有超過(guò)大約0.10英寸的厚度的區(qū)段一體時(shí)避免繞過(guò)系統(tǒng)的質(zhì)量空氣流增大。諧振器的聲阻尼性能可以以聲導(dǎo)率來(lái)表示，其定義為穿過(guò)下游孔組的體積速度的同相分量除以諧振器下游面處的壓力振蕩的幅度。聲導(dǎo)率的高值指示高阻尼性能。因