[发明专利]通过温度检测进行燃烧器逆燃/驻焰探测

说明书

技术领域

本发明涉及使用温度传感器来探测燃烧器逆燃/驻焰(flameholding)。

背景技术

在燃气涡轮中，燃料在具有一个或多个燃料喷嘴的一个或多个燃烧器中与压缩机产生的压缩空气一起燃烧，该燃料喷嘴构造成在位于燃烧区(主燃烧区)的上游的预混合区中提供燃料和空气的预混合。燃气涡轮燃烧器实质上是用于混合大量燃料和空气且燃烧所产生的混合物的装置。具有设计成在没有注入水或蒸汽的情况下将NOx排放降低到40ppm以下的水平的燃烧系统的燃气涡轮采用这样的燃烧过程：燃料在燃烧过程之前与空气均匀地混合。在预混合区中，有时候会发生燃料和空气的引燃。不管其原因，这种事件称为“逆燃”。由于大多数预混合系统的设计，燃料和空气在预混合段中的燃烧通常对构件造成相当大的损害。由于各种原因，设计火焰在预混合段中的满意地操作的低NOx的燃烧器常常是不实际的。

之前，已经通过具有驻焰余量和限制可燃烧的燃料类型来防止逆燃/驻焰。可通过探测逆燃的发生和通过迅速采用补救措施来避免对燃料喷嘴(以及潜在地对下游的任何燃气涡轮硬件)的灾难性损害。另外，通过使用逆燃探测传感器，可实现燃料适应性，使得可燃烧高阶碳氢化合物燃料和/或包含一部分纯氢的燃料。

发明内容

在示例性实施例中，一种燃烧器包括限定具有多个燃烧区的燃烧室的燃烧器壳体。多个温度探测器设置成与燃烧室连通。多个温度探测器探测多个燃烧区中的温度。与多个温度探测器连通的控制器被编程为基于来自多个温度探测器的信号来确定多个燃烧区中的驻焰状况或逆燃状况的发生。

在另一个示例性实施例中，一种燃气涡轮包括构造成压缩空气的压缩机，以及与压缩机流连通的所提到的燃烧器。燃烧器接收来自压缩机的压缩空气，且燃烧燃料流，以产生燃烧器排气流。

在又一个示例性实施例中，一种燃烧器包括：预混合装置，其将燃料和空气混合成气态预混合物，且将该气态预混合物引入燃烧室中；与燃烧室连通的多个温度探测器，其监测燃烧室中的温度升高；以及控制器，其与多个温度探测器连通，且被编程为基于来自多个温度探测器的信号来确定燃烧区中的驻焰状况或逆燃状况的发生。多个温度探测器沿监测预混合装置的上游的温度的定向而设置。

附图说明

图1是燃气涡轮的示意图；

图2是在图1的燃气涡轮系统中采用的具有预混合装置的燃烧器的示意图；

图3是显示了燃烧器的相关部件的侧视图和截面图；

图4是显示了用于操作燃烧器的方法的流程图；以及

图5是期望的逆燃检测和调节的时序/时间图。

标号列表

10 燃气涡轮

12 燃烧器

14 压缩机

16 环境空气

18 压缩空气

20 燃料流

22 排气流

24 涡轮

26 发电机

28 轴

40 燃烧器

42 预混合装置

44 气态预混合物

46 燃烧室

48 下游过程

50 旋流器叶片

60 温度探测装置

65 控制单元

100 燃气涡轮

110 压缩机

115 压缩空气

120 燃烧器管(combustor can)

130 涡轮

140 燃烧室

150 扩散器

160 燃料喷嘴

165 排气流

170 外部壳体

180 温度探测器

具体实施方式

本文描述的示例性实施例包括用于通过通到例如燃料喷嘴的出口且放置在燃料喷嘴的出口附近的温度传感器所提供的温度检测来探测和校正燃气涡轮燃料喷嘴中的逆燃/驻焰的结构。监测火焰/壁温度使得能够探测任何异常，包括火焰冒出或逆燃。当探测到驻焰/逆燃时，需要采取恰当的措施，以及防止对燃气涡轮的损害。

参照图1，示出了具有燃烧器12的燃气涡轮10。燃气涡轮10包括构造成压缩环境空气16的压缩机14。燃烧器12与压缩机14流连通，且构造成接收来自压缩机14的压缩空气18，且燃烧燃料流20，以产生燃烧器排气流22。燃气涡轮10包括位于燃烧器12的下游的涡轮24，涡轮24构造成使燃烧器排气流22膨胀，以驱动外部负载，例如发电机26。在所示实施例中，涡轮24产生的动力通过轴28驱动压缩机14。燃烧器12采用构造成探测燃气涡轮燃烧室中的驻焰/逆燃且采取恰当的措施来防止对燃气涡轮10的损害的温度探测装置和控制器。