[发明专利]适合供给有普通燃料和高反应性燃料的用于针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴

说明书

本发明涉及适合供给有普通燃料和高反应性燃料的用于针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴。具体而言，一种用于针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴，该预混烧嘴包括：具有下游端和由压缩空气供给的上游端的旋流器，旋流器本体构造成用于使空气流成旋流，并且提供有连接到第一气体燃料源的预混喷射喷嘴；具有第二端和连接到旋流器的下游端的第一端的壳；沿旋流器轴向地延伸并且具有容纳在壳中的下游端的导燃喷枪，导燃喷枪的下游端提供有连接到第一气体燃料源的导燃喷射喷嘴；套环本体，其具有连接到壳的第二端的上游端，以及面向燃烧室的下游端；套环提供有连接到第二气体燃料源的下游喷射喷嘴。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有来自2021年12月21日提交的欧洲专利申请第21216659.9号的优先权，该欧洲专利申请的全部公开通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及针对发电厂的燃气涡轮组件（以下仅“燃气涡轮”）的技术领域。众所周知，在这些组件中，进入的空气流在压缩机中压缩，并且然后在进入涡轮中之前在燃烧器中与燃料（气体燃料和/或油燃料）混合，其中热气体膨胀在继而又连接到用于发电的发电机的转子上生成旋转功。具体而言，本发明涉及所有种类的以上燃气涡轮（非常大体的限定），其中燃烧器至少包括“预混烧嘴”。预混烧嘴是构造成不仅用于将燃料喷射到压缩空气流中，而且用于在将混合物喷射到燃烧室中之前混合（利用旋流）压缩空气和燃料的烧嘴。在此上下文中，本发明涉及如何改进预混烧嘴以便允许不仅供给有普通燃料而且供给有高反应性燃料（例如包括H₂的燃料）的问题。

背景技术

众所周知，大体上，针对发电厂的燃气涡轮组件（以下仅燃气涡轮）包括转子、压缩机、燃烧器和涡轮单元。压缩机构造成用于压缩在压缩机入口处供应的空气。离开压缩机的压缩空气流入燃烧器中，该燃烧器提供有多个烧嘴，该多个烧嘴构造成用于将燃料喷射到压缩空气中。燃料和压缩空气的混合物流入燃烧室中，在燃烧室处燃烧该混合物以用于生成热气体流。涡轮内侧的该热气体流的膨胀在继而又连接到发电机的转子上生成旋转功。众所周知，涡轮和压缩机包括由多级或多排导叶插置的多级或多排转子叶片，多级或多排导叶由围绕该组件的外壳支承。

为了实现高效率，需要高涡轮入口温度。然而，大体上，该高温度涉及不期望的高NOx排放水平。为了减少该排放并且增加操作灵活性而不降低效率，所谓的“顺序”燃气涡轮尤其适合。大体上，顺序燃气涡轮包括串联的两个燃烧器或燃烧级，其中每个燃烧器提供有多个烧嘴，并且提供有至少燃烧室。通常，上游或第一燃烧器包括多个所谓的“预混烧嘴”。

大体上，预混烧嘴是构造成不仅用于将燃料喷射到压缩空气中，而且还用于在将混合物喷射到燃烧室中之前利用旋流混合压缩空气和燃料的烧嘴。该旋流混合物通过提供构造成用于在空气流中生成旋流的旋流锥获得，其中该锥提供有多个燃料喷射喷嘴（称为预混喷嘴）。该旋流混合物允许减少NOx排放，但生成的火焰在一些条件下不够稳定。为了解决预混火焰稳定性的该问题，在锥的中部中，烧嘴还提供有构造成用于将燃料以更集中的方式喷射到非旋流的空气流中的导燃喷枪。由导燃器生成的扩散火焰实际上更稳定，但其生成更高的NOx排放。大体上，预混烧嘴因此广泛使用，因为其允许在正常操作期间选择性使用具有低NOx排放的预混火焰，并且仅在一些条件下（例如在冷启动操作期间）使用更稳定的扩散火焰。请注意，本发明不仅限于顺序燃气涡轮，而是可应用于提供有如以上描述的预混烧嘴的所有燃气涡轮中。