[发明专利]催化燃烧空气加热系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种燃气轮机。更具体地说，本发明涉及一种用于加热位于限定于燃气轮机的燃烧器内的燃烧室上游的工作流体的催化燃烧空气加热系统。

背景技术

典型燃气轮机包括入口段、压缩机段、燃烧段、涡轮段和排气段。入口段清洁并且调节“工作流体”（例如，空气）并且将工作流体供应至压缩机段。压缩机段逐渐增加工作流体的压力，并且将压缩工作流体供应至燃烧段。压缩工作流体与燃料在燃烧段内混合并且在燃烧室中燃烧，以生成具有高温高压的燃烧气体。燃烧气体通过热气通路被输送至涡轮段中，在涡轮段处，燃烧气体膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮段中的膨胀可使连接至发电机的轴转动以发电。

燃烧段通常包括环形地布置并设置在压缩机段与涡轮段之间的一个或多个燃烧器。多个参数影响燃烧器的设计及运行。例如，燃气轮机制造商经常承担在不产生不希望的空气污染排放物的情况下提高燃气轮机效率的任务。典型地由燃气轮机燃烧常规烃燃料产生的主要空气污染排放物是氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和未燃烧的烃（UHC）。吸气式发动机（如燃气轮机）中的分子氮的氧化和因此造成的NOx的形成是温度的指数函数。燃烧气体的温度越高，不希望的NOx排放物的形成速率越高。

降低燃烧气体的温度从而控制NOx的形成的一种方式是采用贫预混燃烧系统。贫预混燃烧系统通过使燃料与工作流体预混合以向燃烧室提供贫（或富空气）预混可燃混合物来运行。这样，在燃烧期间，存在于富空气或贫可燃混合物中的过量空气的热容量或热容允许在燃烧室内吸收热量，从而降低燃烧气体的温度，因此减少NOx排放物的形成。

决定贫预混燃烧系统在贫预混模式下的可操作性范围的一个因素是压缩工作流体在其进入燃烧室时的温度。例如，如果进入燃烧室的压缩工作流体的温度下降至低于某些温度，那么当贫预混可燃混合物燃烧时，在燃烧室内和整个燃烧系统上可能出现大幅温度上升和大量热量释放。结果，燃烧器内的各种压力脉动的幅度（也称为燃烧动态）可能增大。此外，大幅温度上升和大量热量释放还可能导致产生可能超过排放物合规标准（emissions compliance standard）的CO。

压缩工作流体的温度通常受燃气轮机的运行模式影响，并且受在通向压缩机的入口处的局部环境温度影响。大多数贫预混燃烧系统设计用于在ISO标准日条件（ISO standard day conditions）下在贫预混模式下运行，在电力工业中，ISO标准日条件对应于59华氏度的环境温度。一般来说，当燃气轮机在低于全速/满载条件下（诸如在压缩机以小于全容量运行的部分负载运行期间）运行时，局部环境温度对燃烧室动态和CO水平具有最大影响。这样，当工作流体通过压缩机流动至燃烧器时，有较少热能传递至所述工作流体。因此，一种用于加热在燃烧器内位于燃烧室上游的压缩工作流体的系统将是有用的。

发明内容

本发明的各个方面和优点在以下说明中阐明，或者这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者可以通过实践本发明而知晓。

本发明的一个实施例是一种用于加热燃烧器内的压缩工作流体的系统。所述系统包括用于向所述燃烧器提供压缩工作流体的压缩机。外壳设置在所述压缩机的下游。所述外壳至少部分地限定至少部分地围绕所述燃烧器的高压气室。燃烧室在所述燃烧器内限定在所述高压气室的下游。催化燃烧器在所述燃烧室的上游设置在所述高压气室内。所述催化燃烧器向所述燃烧室上游的工作流体提供热能。

本发明的另一实施例是一种用于燃气轮机的燃烧器。所述燃烧器包括燃烧衬管和至少部分地限定在所述燃烧衬管内的燃烧室。燃料喷嘴设置在所述燃烧室的上游。所述燃料喷嘴至少部分地限定位于所述燃烧室上游的预混流室（pre-mix flow chamber）。外壳至少部分地围绕所述燃烧衬管的至少一部分。高压气室在所述外壳内限定在所述预混流室的上游。催化燃烧器在所述高压气室内设置在所述预混流室的上游。

本发明的另一实施例包括一种燃气轮机。所述燃气轮机包括用于提供压缩工作流体流的压缩机。燃烧段设置在所述压缩机的下游，并且包括限定高压气室的外壳。涡轮设置在所述燃烧段的下游。所述燃烧段进一步包括在所述高压气室内延伸的燃烧器。所述燃烧器包括：燃烧衬管、在所述高压气室下游限定在所述燃烧衬管内的燃烧室，以及设置在所述燃烧室上游的燃料喷嘴。所述燃气轮机进一步包括在所述高压气室内设置所述燃烧室上游的催化燃烧器，以便向所述压缩工作流体流提供热能。

所属领域的普通技术人员通过查看说明书将更好地了解此类实施例的特征和方面及其他内容。

附图说明