[发明专利]具有稀释气体的顺序燃烧组件

说明书

本发明涉及具有稀释气体的顺序燃烧组件。本发明涉及顺序燃烧器组件(4)，其包括：第一燃烧器(I)，其具有用于在运行期间允许第一燃料(28)进入到燃烧器入口气体中的第一喷燃器(106)，以及用于燃烧第一燃料的第一燃烧室；稀释气体掺合器(II)，其用于将稀释气体掺合到离开第一燃烧室的第一燃烧器燃烧产物；用于掺合第二燃料(29)的第二喷燃器(103)；以及第二燃烧室(102)。为了确保在宽运行范围上的良好的混合，第一燃烧器(I)的压力损失与稀释气体掺合器的压力损失的比率在1至6的范围中。本公开还涉及包括这种顺序燃烧器组件(4)的燃气涡轮(1)，以及运行具有这种顺序燃烧器组件(4)的燃气涡轮(1)的方法。

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮的顺序燃烧器组件，其中将稀释气体掺合到顺序燃烧器组件中。本发明另外涉及用于运行燃气涡轮的方法，其中将稀释气体掺合到顺序燃烧器组件中。

背景技术

由于不稳定的可再生能源如风能或太阳能的发电量的增加，现有的基于燃气涡轮的发电站越来越多地用来平衡电力需求和稳定电网。因而需要改进的运行灵活性。这表示燃气涡轮通常以比基本负载设计点更低的负载运行，即在较低的燃烧器入口和燃烧温度下运行。

同时，排放极限值和总体排放许可变得越来越严格，使得需要以较低的排放值运行，还在部分负载运行时和在过渡期间保持低排放，因为这些也会关系到累计排放极限。

现有技术燃烧系统设计成例如通过调节压缩机入口质量流量或控制在不同的喷燃器、燃料级或燃烧器之间的燃料分割而应对运行状况的某些变化。但是，这不足以满足新的需求。

为了进一步减少排放和增加运行灵活性，在DE 10312971 A1中提出了顺序燃烧。取决于运行状况，具体而言取决于第一燃烧室的热气温度，必须在允许热气进入到第二喷燃器(也称为顺序喷燃器)之前冷却热气。这个冷却可有利于允许燃料喷射和在第二喷燃器中预混合喷射的燃料与第一燃烧器的热烟道气。

第二燃烧室的入口温度的良好的控制和喷射在第二喷燃器中的燃料与离开第一燃烧器的气体的良好的混合对于具有低排放值的稳定燃烧是必需的。

发明内容

本公开的目标是提供一种顺序燃烧器组件，其包括在第一燃烧室和第二燃烧室之间的用于掺合稀释气体和第二燃料的器件。对于燃气涡轮的宽运行范围，这种“稀释喷燃器”必须对第二燃烧室提供恰当的入口流状况。基本上，对于第二燃烧器运行所处的所有运行状况必须确保预先限定的入口状况。具体而言，热气冷却到预先确定的热气温度。进一步，针对第二燃烧室，可利用恰当地掺合稀释气体来调节速度分布、氧和燃料含量(例如控制到规定的分布)。

相对于规定的入口温度的偏差可导致高排放(例如，NOx、CO和未燃烧的烃)和/或在稀释喷燃器中的逆燃。由于高入口气体温度或高氧浓度，逆燃和NOx由喷射的燃料的减少的自燃时间引起，高入口气体温度或高氧浓度导致较早的点燃(导致逆燃)或减少燃料空气混合的时间，从而导致燃烧期间的局部热点且因此导致增加的NOx排放。低温区域可产生CO排放，由于增加了自燃时间。这可减少CO完全烧成CO₂的时间，以及降低局部火焰温度，这可进一步减慢CO完全烧成CO₂。最终，局部热点可导致混合器的下游的某些区域中的过热。

稀释气体可例如为压缩空气或空气和燃气涡轮的烟道气的混合物。而且压缩烟道气可用作稀释气体。