用於再引入燃氣渦輪機燃燒旁通流的系統及方法

2023-04-24 05:31:06

專利名稱：用於再引入燃氣渦輪機燃燒旁通流的系統及方法
技術領域：
本申請一般地涉及燃氣渦輪機，且更具體地，涉及用於再引入燃氣渦輪機燃燒旁 通流的系統及方法。
背景技術：
燃氣渦輪機包括壓縮機部，其產生壓縮的空氣，壓縮的空氣隨後通過在燃燒部的 反應區域中燃燒燃料而被加熱。來自燃燒部的熱氣被引向渦輪部，在那裡熱氣被用來驅動 轉子軸以產生動力。該燃燒部典型地包括形成室的外殼，該室接收來自壓縮機部的壓縮機 排出空氣。大量圓筒形的燃燒器典型地被布置在室內，並且隨同要燃燒的燃料一起接收壓 縮機排出空氣。管道連接到各燃燒器的後端上，並且用來將熱氣從燃燒器引至渦輪部。因為不斷上升的燃料成本，以前被設計成主要以全部功率輸出運行的燃氣發電廠 現在在間歇性的基礎上運行。煤和原子能通常可構成大部分穩定的功率輸出。燃氣渦輪機 日益被使用以彌補在峰值需求期間的差額。例如，燃氣渦輪機可僅在白天期間使用，然後在 電力需求較低的夜間脫網。在負荷減少期間，或「調低(turndown) 」期間，燃燒系統必須能夠在下降到完全額 定負荷輸出的大約百分之五十(50%)即「基本負荷」的情況下保持在排放限制內。為了在 所需的調低水平下維持可接受的燃料對空氣比，並且為了控制氮氧化物(「NOx」)和一氧化 碳(CO)(它們被認為是大氣汙染物)的形成，有時候需要使來自壓縮機部的壓縮機排出空 氣的一部分旁通過燃燒器。早先的旁通系統通過將旁通流作為稀釋射流直接再噴入將熱氣引向渦輪的管道 而實現了該目的。此方法會遭受若干缺點的影響。將旁通流作為單獨的稀釋射流再噴射可 引起火焰淬熄(flame quenching)以及燃燒系統中高水平的大氣汙染物。另外，在一個局 部的點處將燃燒器旁通空氣直接引入管道可產生溫度分布圖以及流入渦輪部的熱氣體的 輪廓的扭曲。此外，對分布圖和輪廓的影響通常不能被定製以滿足下遊硬體熱要求。因此需要提供一種裝置，用來導致壓縮機排出空氣的一部分旁通過燃燒器並且進 入燃燒器下遊的熱氣流通道。此類旁通可減少對於淬熄和大氣汙染物的憂慮，防止氣體溫 度輪廓的扭曲，並且允許定製分布圖和輪廓因素以滿足下遊硬體熱要求。

發明內容
在一個實施例中，本申請提供了用於燃氣渦輪機的燃燒器。該燃燒器可包括燃燒 器本體，其中該燃燒器本體包括用於燃料和空氣的主燃燒的反應區域。該燃燒器還可包括 圍繞燃燒器本體並且限定環形通路的外殼，該環形通路用來在燃燒器本體的一端處將壓縮 機排出空氣輸入該燃燒器本體。該燃燒器還可包括再引入歧管和一個或多個再引入槽，該 再引入歧管用來接收從在環形通路中的壓縮機排出空氣抽出的燃燒器旁通空氣，該一個或 多個再引入槽與再引入歧管連通，用來將燃燒器旁通空氣噴入反應區域的下遊的燃燒器本 體。該燃燒器還可包括一個或多個冷卻孔，用來向一個或多個再引入槽提供冷卻空氣。
在另一個實施例中，本申請提供了用於燃氣渦輪機的燃燒器。該燃燒器可包括燃燒器本體，其中，該燃燒器本體包括用於燃料和空氣的主燃燒的反應區域。該燃燒器還可包 括圍繞燃燒器本體並且限定環形通路的外殼，該環形通路用來在燃燒器本體的一端處將壓 縮機排出空氣輸入燃燒器本體。該燃燒器還可包括抽出歧管、再引入歧管和導管抽出歧管 用來從環形通路抽出燃燒器旁通空氣；再引入歧管用來接收從環形通路抽出的燃燒器旁通 空氣；導管用來從抽出歧管將該燃燒器旁通空氣輸送到再引入歧管。該燃燒器還可包括一 個或多個再引入槽和一個或多個冷卻孔，一個或多個再引入槽與再引入歧管連通，用來將 燃燒器旁通空氣噴入反應區域的下遊的燃燒器本體，而一個或多個冷卻孔用來向一個或多 個再引入槽提供冷卻空氣。在再一個實施例中，本申請提供了用來旁通過燃氣渦輪機的燃燒器的方法。該方 法可包括從包括壓縮機排出空氣的環形通路抽出燃燒器旁通空氣，其中，環形通路被燃燒 器本體和圍繞該燃燒器本體的外殼之間的空間限定。該方法還可包括將燃燒器旁通空氣輸 送到再引入歧管。該方法還可包括穿過與再引入歧管連通的一個或多個再引入槽將燃燒器 旁通空氣再引入燃燒器本體，其中，該一個或多個再引入槽處在燃燒器本體中的反應區域 的下遊。在聯繫若干附圖和所附權利要求書查看了以下具體實施方式
後，本申請的這些和 其它特徵對本領域普通技術人員將變得明顯。


參考附圖可更好地理解本申請。貫穿該圖，匹配的標號代表對應的部件，並且在圖 中的構件不一定按照比例。圖1是如本文中所述的用於燃氣渦輪機的燃燒器的橫截面圖示。圖2是如本文中所述的再引入歧管的詳細圖示。部件列表10燃燒器11燃燒器本體12 外殼13環形通路14頭部端15反應區域16 管道17抽出歧管18 導管19再引入歧管20 閥21再引入槽22 孔23冷卻孔24渦輪部
25燃燒器後架
具體實施例方式以下所述的是用於再引入燃氣渦輪機燃燒旁通流的系統和方法的實施例。現在參考這些圖，圖1顯示了本申請的一個實施例的燃氣渦輪機的燃燒器10的橫截面圖示。該燃 氣渦輪機還可包括壓縮機部和渦輪部(部分地顯示在燃燒器的左側和右側)。燃氣渦輪機的燃燒器10可包括燃燒器本體11。該燃燒器10還可包括圍繞燃燒器 本體11的外殼12。燃燒器本體11和外殼12—起可限定環形通路13。一般而言，該環形 通路13接收從壓縮機排出的壓縮空氣。該環形通路13將壓縮機排出空氣輸往燃燒器本體 11，到達其頭部端14。該燃燒器本體11還可包括用於燃料的主燃燒的反應區域15。該燃 料和壓縮空氣通常被引至反應區域15，在那裡它們燃燒以形成熱氣體。管道16可形成燃燒 器本體11的後端。該管道16可將熱氣體從反應區域15引至渦輪，在那裡熱氣體可膨脹以 驅動轉子軸來產生動力。在某些預定的調低水平下，可能需要使來自壓縮機部的壓縮機排出空氣的一部分 旁通過燃燒器10的反應區域15。根據本申請的一個實施例，該燃燒器10可包括抽出歧管 17，該抽出歧管17用來從環形通路13抽出壓縮機排出空氣的一部分。從環形通路13抽出 的壓縮機排出空氣的該部分形成燃燒器旁通空氣。該抽出歧管17可與導管18連通，用來 將燃燒器旁通空氣從抽出歧管17輸送至再引入歧管19。該燃燒器10還可包括閥20，以調 節流向再引入歧管19的燃燒器旁通空氣。在一個特定的實施例中，該閥20可設置在導管 18內。圖2顯示了本申請的一個實施例的再引入歧管的更詳細的圖示。該再引入歧管19 可接收經過導管18的燃燒器旁通空氣。該再引入歧管19可與位於燃燒器本體11的壁中的 一個或多個再引入槽21連通。在本申請的一個特定實施例中，該再引入槽21可包括位於 燃燒器本體11的壁中的連續的環形槽。在本申請的另一個實施例中，該再引入槽21可包 括位於燃燒器本體11的壁中的大量槽。在本申請的又一個實施例中，這些槽可在燃燒器本 體11的周圍彼此等距地隔開。該一個或多個再引入槽21通常可通過一個或多個孔22與 再引入歧管19連通，該一個或多個孔22連接再引入槽21和再引入歧管19。在再引入後， 燃燒器旁通空氣可通向渦輪部24的第一級，在那裡可提供有用功。在調低水平下，穿過再引入歧管19和一個或多個再引入槽21的燃燒器旁通流通 常足以向再引入歧管19和再引入槽21提供冷卻，並確保溫度維持在可接受的水平內。然 而，在基本負荷下，燃燒器旁通流的量是最小的，並且可能不足以將再引入歧管19和再引 入槽21的溫度維持在可接受的水平內。在特定的實施例中，本申請的燃燒器10可包括大 量冷卻孔23，用來向一個或多個再引入槽21提供冷卻空氣。在特定的實施例中，獨立於燃 燒器旁通空氣的冷卻空氣可穿過冷卻孔23，以向一個或多個再引入槽21提供冷卻空氣。在 其它實施例中，獨立於燃燒器旁通空氣的冷卻空氣可連續地穿過冷卻孔23，以向一個或多 個再引入槽21提供冷卻空氣。在又其它的實施例中，用於冷卻燃燒器後架25的空氣可穿 過冷卻孔23，以向再引入槽21提供恆定水平的冷卻。該冷卻孔23還可尺寸設置成在最小 的燃燒器旁通流期間確保溫度保持在可接受的水平內。另外，由再引入槽21產生的低壓力 區域、冷卻孔23的噴吸作用以及由冷卻孔23提供的冷卻空氣可提供額外的逆流餘量。
應該顯而易見的是，前述僅僅涉及本申請的優選的實施例，且大量的改變和修改可由本領域普通技術人員於此製作而無需脫離本申請的大體精神和範圍，該大體精神和範 圍由所附權利要求書以及它們的等價物限定。
權利要求
一種用於燃氣渦輪機的燃燒器(10)，其構造成用於再引入從壓縮機排出空氣抽出的燃燒器旁通空氣，包括燃燒器本體(11)，其中，所述燃燒器本體(11)包括用於主燃燒的反應區域(15)；外殼(12)，其圍繞所述燃燒器本體(11)，並且在彼此之間限定環形通路(13)，該環形通路(13)用來在所述燃燒器本體(11)的一端(14)處將所述壓縮機排出空氣輸入所述燃燒器本體(11)；再引入歧管(19)，其用來接收從在所述環形通路(13)中的所述壓縮機排出空氣抽出的燃燒器旁通空氣；一個或多個再引入槽(21)，其與所述再引入歧管(19)連通，用來將所述燃燒器旁通空氣噴入所述反應區域(15)的下遊的所述燃燒器本體(11)；以及一個或多個冷卻孔(23)，其用來向所述一個或多個再引入槽(21)提供冷卻空氣。
2.根據權利要求1所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述一個或多個冷卻孔(23)連續 地向所述一個或多個再引入槽(21)提供冷卻空氣。
3.根據權利要求1所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述燃燒器(10)還包括閥(20)， 以調節流向所述再引入歧管(19)的所述燃燒器旁通空氣。
4.根據權利要求1所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述燃燒器(10)還包括抽出歧管(17)，所述抽出歧管(17)用來從所述環形通路(13)抽出所述燃燒器旁通空氣。
5.根據權利要求4所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述燃燒器(10)還包括導管(18)，所述導管(18)用來將所述燃燒器旁通空氣從所述抽出歧管(17)輸送到所述再引入 歧管(19)。
6.根據權利要求1所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述一個或多個再引入槽(21)包 括與所述再引入歧管(19)連通的連續的環形槽。
7.根據權利要求1所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述一個或多個再引入槽(21)包 括與所述再引入歧管(19)連通的多個槽。
8.根據權利要求7所述的燃燒器(10)，其特徵在於，所述多個槽在所述燃燒器本體 (11)的周圍彼此等距地隔開。
9.一種用來在燃氣渦輪機的燃燒器(10)周圍旁通燃燒器旁通空氣的方法，包括 從包括壓縮機排出空氣的環形通路(13)抽出所述燃燒器旁通空氣，其中，所述環形通路(13)被燃燒器本體(11)和圍繞所述燃燒器本體(11)的外殼(12)之間的空間限定； 向再引入歧管(19)輸送所述燃燒器旁通空氣；以及通過與所述再引入歧管(19)連通的一個或多個再引入槽(21)將所述燃燒器旁通空氣 再引入所述燃燒器本體(11)，其中，所述一個或多個再引入槽(21)在所述燃燒器本體(11) 中的反應區域(15)的下遊。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括通過一個或多個冷卻孔 (23)向所述一個或多個再引入槽(21)提供冷卻空氣。
全文摘要
本申請涉及用於再引入燃氣渦輪機燃燒旁通流的系統及方法。該系統可包括燃燒器本體，其中，該燃燒器本體包括用於燃料和空氣的主燃燒的反應區域，以及圍繞燃燒器本體並且限定環形通路的外殼，該環形通路用來在一端處將壓縮機排出空氣輸入該燃燒器本體。該系統還可包括再引入歧管和一個或多個再引入槽，再引入歧管用來接收從環形通路中的壓縮機排出空氣抽出的燃燒器旁通空氣，一個或多個再引入槽與該再引入歧管連通，用來將燃燒器旁通空氣噴入燃燒器本體的反應區域下遊。該方法可包括從環形通路抽出燃燒器旁通空氣；將該燃燒器旁通空氣輸往再引入歧管；以及通過與再引入歧管連通的一個或多個再引入槽將燃燒器旁通空氣再引入燃燒器本體。
文檔編號F23D14/00GK101839482SQ20101014553
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月19日 優先權日2009年3月20日
發明者K·W·麥馬漢, S·K·維德曼, T·E·詹森 申請人:通用電氣公司