[发明专利]运行燃气涡轮的燃烧器的方法和燃气涡轮的燃烧器

说明书

本发明涉及运行燃气涡轮的燃烧器的方法和燃气涡轮的燃烧器。本发明提供一种用于燃气涡轮运行的新型燃烧技术，其具有多燃料能力，NO_x和CO排放少且热效率高。根据本发明，公开一种用于运行燃气涡轮的燃烧器的方法和燃气涡轮的燃烧器，燃烧器至少包括：具有宽运行范围的第一燃烧室(1)；后续的偏转单元(2)，其用于使第一燃烧室(1)的热气流至少沿周向方向偏转，并且包括用于喷射和混合额外的空气(9)和/或燃料(10)的构件(11、12、13、14)；以及具有短停留时间的顺序燃烧室(3)，在顺序燃烧室(3)中，热气的温度达到其最高值。

技术领域

本发明涉及用于运行燃气涡轮的燃烧器的方法，其具有多燃料能力，热效率提高，而且NOx和未完全氧化的燃料(特别是CO)的排放少。另外，本发明涉及一种用于燃气涡轮的燃烧器。

背景技术

在已知的燃气涡轮(航空器发动机和用于发电的固定式燃气涡轮产生两者)中燃料在燃烧室内较完全或不那么完全地转化成燃烧产物，主要是CO₂和H₂O。在燃烧室下游的导叶排中，排气加速，并且朝至少一个叶片排偏转，以做机械功。通常，多个导叶和叶片排级后续布置成利用热气流的动能和热能。

在燃烧室中达到的最高温度和燃烧产物在燃烧室中的停留时间会产生不合需要的NOx和CO。产生氮氧化物的不那么重要的参数是燃烧室中的压力和燃料成分。

本质上了解到，通过提高预混合喷燃器或旋流发生器元件内或者单独的喷燃器或旋流发生器元件之间的燃料和空气的混合质量(包括使燃料和空气混合物均匀)，或者通过减少空气泄漏和燃烧室的热损失，或者通过减少热燃烧气体在燃烧室中的停留时间，来实现很大程度上局部地降低最高燃烧温度和这个温度下的停留时间，以及因而减少不合需要的氮氧化物的形成。这样的改进措施变得越来越有挑战性，而且NOx减少的可实现性变得更低。

通过减少停留时间来减少NOx形成是有限的，因为CO排放在部分负载下增加。

一种在降低燃烧温度的同时保持相同的转子入口温度的方法是用封闭式冷却回路，使用蒸汽作为冷却剂，来冷却涡轮导叶。

这种方法的缺点在于额外的冷却管理的复杂性、额外的费用，以及在某种程度上，系统的可靠性和可用性较低。

WO 2006/053825和DE 10043933描述了一种燃烧器，其通过停留时间较低(因此燃烧不完全)的第一燃烧室、在第一燃烧室的下游的第一导叶排，以及在后面的第二燃烧区，即顺序燃烧室来实现污染物排放(特别是NOx)减少，顺序燃烧室喷射或不喷射额外的燃料，而且停留时间足以进行完全燃烧。所述第一导叶排使热的燃烧气流沿轴向方向对齐。另外，气流加速，因此其温度显著降低。因此，第二燃烧区中的温度低于第一燃烧室中的温度。这个较低的温度水平与NOx的形成的参数相匹配。照这样，NOx的形成显著减少。

WO 2011/061059涉及一种用于燃气涡轮的再热燃烧器。此文献公开了如何用冷却空气冷却第一燃烧室和顺序燃烧室的特征，然后冷却空气供应到燃烧室且与燃料预混合。目标是使燃烧器出口温度和预混合火焰中的最高温度之间的差降低到最低，从而减少强烈依赖于温度的NOx的形成。

发明内容

本发明提供用于燃气涡轮运行的顺序燃烧技术的新功能原理，其基于预混合燃烧，具有多燃料能力，这允许在以下情况下进行燃烧：NOx排放非常低，以及未完全氧化的燃料(特别是CO)的排放非常低，顺序燃烧室处的出口温度高达1820K或更高。