CN101057104B - 燃烧器的启动方法 - Google Patents
燃烧器的启动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101057104B CN101057104B CN2005800388482A CN200580038848A CN101057104B CN 101057104 B CN101057104 B CN 101057104B CN 2005800388482 A CN2005800388482 A CN 2005800388482A CN 200580038848 A CN200580038848 A CN 200580038848A CN 101057104 B CN101057104 B CN 101057104B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel channel
- synthesis gas
- fuel
- burner
- igniting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 183
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 120
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 120
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 39
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 104
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 17
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/26—Starting; Ignition
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
- F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
- F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2227/00—Ignition or checking
- F23N2227/02—Starting or ignition cycles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Abstract
本发明涉及一种启动一燃烧器的方法，其中，所述燃烧器设计用于燃烧一合成气，并具有一第一与一第二燃料通道(7，31)，其中，所述第一燃料通道(31)以与所述第二燃料通道(7)基本同心的方式包围所述第二燃料通道(7)，其中，向所述燃烧器输送合成气，且所述合成气与燃烧用空气混合并进行燃烧；为启动所述燃烧器，先在一初始阶段中为所述第二燃料通道(7)加载合成气，直至达到一规定的燃烧器功率，随后在一紧接在所述初始阶段之后的启动阶段中为所述第一燃料通道(31)加载合成气。
Description
技术领域
本发明涉及一种启动一燃烧器的方法，所述燃烧器设计用于燃烧一合成气，并具有一第一燃料通道与一第二燃料通道。此外，本发明还涉及一种用于一燃烧设备的燃烧器布置，所述燃烧设备特别为一燃气轮机燃烧室。
背景技术
例如EP1 277 920中对一种用于燃气轮机且具有一第一燃料通道与一第二燃料通道的燃烧器进行了说明，其中，第二燃料通道以与第一燃料通道基本同心的方式被第一燃料通道包围。所述燃烧器设计为使用一合成气进行工作，其中，所述合成气被分成一第一分流与一第二分流，并分别通过所述第一和第二燃料通道被输送给燃烧器。可为每个分流设置一用于调节分流输送的调节装置。其中，特别可根据所需实现的燃气轮机功率来调节各分流。所述调节装置特别可对燃气质量流量或所输送的燃料的各特定热值施加影响。对热值施加影响指的是通过添加天然气来提高热值或通过添加蒸气和/或氮气来降低热值。
发明内容
从上文所述的现有技术出发，本发明的目的是在燃烧器的启动方面对操作一具有一第一与一第二燃料通道且用合成气工作的燃烧器的方法进行改进。
本发明的另一目的是提供一种具有一第一燃料通道与一第二燃料通道的燃烧器，其中，第一燃料通道以与第二燃料通道基本同心的方式包围第二燃料通道，所述燃烧器特别在合成气启动方面占有优势。
第一个目的通过一种根据权利要求1所述的启动一燃烧器的方法而达成，第二个目的通过一种根据权利要求16所述的燃烧器布置而达成。从属权利要求说明的是本发明的方法和本发明的燃烧器布置的有利设计方案。
实施本发明的启动一燃烧器的方法时，向所述燃烧器输送一合成气，所述合成气与燃烧用空气混合并进行燃烧，其中，所述燃烧器设计用于燃烧一合成气，且具有一第一与一第二燃料通道，其中，第一燃料通道以与第二燃料通道基本同心的方式包围第二燃料通道。启动燃烧器时，在一初始阶段中首先为第二燃料通道加载合成气，直至达到一预先规定的燃烧器功率。随后在一紧接在初始阶段之后的启动阶段中为第一燃料通道加载合成气。
其中，本发明的方法基于这样一种认识：加载有燃烧用燃料的燃烧器中的燃料侧压力损耗越大，燃气轮机的总效率就越低。一个对压力损耗具有决定性作用的量就是燃烧器对于流动合成气的流阻。
为取得尽可能高的效率，人们力求在燃料通道中实现一尽可能小的压力损耗。但在另一方面，为维持一稳定火焰，必须确保合成气的一最小流出速度。但这一最小流出速度要求燃料通道上存在一特定的最小压力损耗。流出速度与压力损耗之间存在关联。一般情况下，燃料通道上的压力损耗越小，合成气的流出速度就越小。
一燃料通道上的压力损耗近似地与在通道中流动的燃气质量流量成比例，其中，通道的流阻构成比例常数。其结果是，当燃气质量流量较小时，压力损耗就小；反之，当燃气质量流量较大时，压力损耗就大。当一燃气轮机装置需要以低负荷进行工作时，就需要输送一较低的燃料质量流量，与满负荷时出现的燃料质量流量相比，这一燃料质量流量会使燃料通道上出现一较小的压力损耗。由于维持一稳定火焰要求合成气具有一特定的最小流出速度，因此，燃料通道必须建构为，即使在燃料质量流量较小的情况下，也不能低于这个流出速度，也就是说，燃料通道在燃气质量流量较小的情况下应具有一特定的最小压力损耗。但这会导致高燃料质量流量情况下的压力损耗大于所需压力损耗，从而对燃气轮机的效率产生不利影响。
例如在启动燃气轮机装置时会出现上文所述的低燃料质量流量情况下的最小压力损耗与高燃料质量流量情况下的低压力损耗之间的矛盾。
本发明的方法在燃气轮机装置的启动方面对下述情况加以了利用，即，两个燃料通道的存在可提供另一参数，借助这一参数可对燃气轮机装置的启动进行优化。这个参数就是对燃料质量流量的适当分配，也就是将其分成两个由所述的两个分离的燃料通道输送的分流，所述的两个燃料通道上通常会出现不同的压力损耗。
根据所述方法的一设计方案，在初始阶段中只为位于内侧的第二燃料通道加载合成气。位于内侧的燃料通道通常用作一引燃器的燃料通道，与又称为“主燃料通道”的第一燃料通道不同，位于内侧的燃料通道设计用于输送较小的燃料质量流量。其通常具有比主燃料通道更大的流阻，因而即使在燃料质量流量较低的情况下，也能确保足够大的压力损耗和足够大的燃料流出速度。因此，仅通过第二燃料通道的工作就可优化装置的启动，这种优化体现在输送相对较小的燃料质量流量上。在随后的为第一燃料通道加载合成气的启动阶段中，可继续为第二燃料通道加载合成气。作为可选方案，也可不再为第二燃料通道继续加载合成气。在启动阶段接通第一燃料通道的前提是，燃气轮机功率达到一个即使在通过第一燃料通道输送燃料的情况下也能维持一稳定火焰的值。这个功率的其中一个决定因素就是第一燃料通道的流阻。这个流阻越小，在启动阶段中由第一燃料通道输送的燃料质量流量肯定就越大。
本发明的方法的一设计方案是，在初始阶段中向第二燃料通道输送一持续增长的燃料质量流量，直至达到可通过第二燃料通道而实现的最大燃烧器功率。
为能在燃气轮机装置功率给定的情况下在确保功率不增大的同时提高需要输送的燃料质量流量，可向合成气输送一惰性介质。这一惰性介质虽能提高燃料质量流量，但其并不参与燃烧，因而与不输送惰性介质的情况相比，借助惰性介质可在功率相同的情况下获得更大的燃料质量流量。所述惰性介质可掺合在由第一燃料通道输送的合成气和/或由第二燃料通道输送的合成气中。特别可在启动阶段接通第一燃料通道时，在由第一燃料通道输送的合成气中先掺入大量惰性介质来避免在从初始阶段过渡到启动阶段的过程中出现功率突升现象。如果不添加惰性介质，由第一燃料通道输送、用于维持一稳定火焰的最小合成气质量流量就会使燃气轮机的功率急骤上升。
在初始阶段和/或启动阶段的进一步进行过程中，通过不断降低合成气中的惰性介质份额来调整出合成气的所需热值和燃气轮机装置的所需功率。
根据本发明的方法的一改进方案，为达到启动燃烧器的目的，在初始阶段开始时通过一点火引燃器输送一较小的合成气质量流量，并将其点燃来形成一点火引燃火焰。点燃所述点火引燃火焰后接通第二燃料通道，其中，借助所述点火引燃火焰点燃从第二燃料通道中流出的合成气，从而形成一引燃火焰。所述点火引燃器有利地布置在存在于第二燃料通道内的旋流发生器的上游。
在此情况下，第二燃料通道可采用能将引燃火焰转移到旋流发生器区域之外的合成气输送方式。引燃火焰的转移例如可通过避免出现干扰边缘而实现，这种干扰边缘上会形成涡街。涡街由两个平行延伸的涡链构成，其中，这两个涡链的涡流以相反的时针方向进行旋转。这种涡街会导致火焰被困在涡流区域内。这会阻碍火焰的转移(即转移到旋流发生器区域之外)。通过为第二燃料通道采用适当的构造可避免上述干扰边缘的出现，例如不在第二燃料通道内布置电点火装置或用于输送点火引燃气的引燃气管。此外，另一种避免出现涡街的方法是不在有可能出现的干扰边缘的上游布置用于喷射合成气的喷嘴环。
将引燃火焰转移到旋流发生器区域之外的另一种方法是，通过降低由第二燃料通道输送的合成气的热值来对合成气的流速进行调节，使其远大于火焰速度。可通过向合成气输送惰性介质来降低其热值。
作为可选方案，也可在燃烧器下游的燃烧室内借助点火引燃火焰来点燃引燃火焰。为能在燃烧室中借助第二燃料通道中布置在旋流发生器上游的点火引燃器来点燃引燃火焰，由点火引燃器和第二燃料通道输送的燃料质量流量在到达燃烧室之前并不发生混合。换言之就是，这两个燃料质量流量彼此分离地被送入燃烧室内，其方式例如为，第二燃料通道在点火引燃火焰区域内不具有可流出燃料的排出喷嘴。点燃引燃火焰后，点火引燃火焰最好被断开。借助所述可选方案可以实现的是，引燃火焰根本不是在燃烧器中才发生自燃，因而也无需将其转移到燃烧器之外，特别是无需将其转移到旋流发生器区域之外。
本发明的用于一燃烧室，特别用于一燃气轮机燃烧室的燃烧器布置包括：
一主燃烧器，其包括一用于输送一第一燃料质量流量的第一燃料通道；一引燃器，其包括一用于输送一第二燃料质量流量的第二燃料通道，其中，在所述第二燃料通道的区域内布置有至少一个旋流发生器；一点火引燃器，其布置在所述旋流发生器的上游，用于点燃所述引燃器。根据本发明，所述第二燃料通道建构为，避免在点火引燃器和引燃器之间出现会形成涡街的干扰边缘。
在借助一布置在旋流发生器上游的点火引燃火焰来点燃引燃器的方案中，本发明的燃烧器布置特别适合用于实施本发明的方法。如果在初始阶段中通过第二燃料通道将合成气输送给引燃器，借助本发明的燃烧器系统设计方案就可将引燃火焰转移到旋流发生器区域之外。
例如通过不在有可能出现的干扰边缘的上游布置燃料喷嘴可避免出现干扰边缘。
根据本发明的燃烧器布置的一有利改进方案，第二燃料通道在布置有点火引燃器的区域内不具有燃料出口。如果第二燃料通道例如具有一个或多个喷嘴环，且所述喷嘴环具有多个分布在喷嘴环圆周上的燃料喷嘴，就可特别在指向点火引燃器的圆周段上不布置燃料喷嘴。通过这种方法，一方面可避免点火引燃器自身变成一会引起涡街的干扰元件；另一方面，通过不在第二燃料通道的点火引燃器区域内布置燃料出口，可彼此分离地将由点火引燃器和第二燃料通道输送的合成气质量流量导入燃烧室内。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明的其他设计方案进行说明，其中：
图1为本发明的燃烧器布置的示意图形式的截面图；
图2为沿图1所示的II-II线截取的部分燃烧器的示意图；以及
图3为一简图，其表示一燃气轮机根据本发明的启动过程的一实施例，所述燃气轮机包括一具有两个燃料通道的燃烧器。
具体实施方式
图1以示意图形式显示本发明的一燃烧器布置的一截面图。本发明的燃烧器布置包括一中央燃烧器系统1与一主燃烧器系统3，中央燃烧器系统1用作所述燃烧器布置的引燃器系统，主燃烧器系统3以与中央燃烧器系统1同心的方式围绕中央燃烧器系统1布置。主燃烧器系统3至少建构为混合式燃烧器系统，也就是说，其既可以扩散模式工作，又可以预混模式工作。引燃器系统1至少可以扩散模式工作。与扩散模式将燃料直接喷入火焰不同，预混模式是对燃料和空气进行预混合后再将混合物输送到火焰中。预混工作模式特别有利于燃气轮机装置的有害物质排放。
中央燃烧器系统1包括一用于输送液态燃料的中央输送通道5、一用于输送气态燃料的中央燃气输送通道7与一用于输送空气的中央空气输送通道9，在附图所示的实施例中，所述气态燃料为合成气。中央燃气输送通道7以与用于输送液态燃料的中央输送通道5同心的方式围绕其布置，其中，中央输送通道5通向一用于将液态燃料喷入燃烧室13的喷嘴11。而中央空气输送通道9又以与中央燃气输送通道7同心的方式围绕其布置。
中央燃气输送通道7通过排出喷嘴15通入中央空气输送通道9。出口区内布置有旋流发生器12，在所述燃烧器布置以预混模式工作的情况下，所述旋流发生器用于对合成气和通过中央空气输送通道9流入的空气进行预混合。
中央燃烧器系统1此外还具有一包括一管状合成气输送装置8的点火引燃器，所述管状合成气输送装置在旋流发生器12的上游通入中央空气输送通道9。其中，管状合成气输送装置8建构为用于输送一较小且尽可能未经稀释的合成气质量流量。出口区内还布置有一电点火装置10，借助所述电点火装置可点燃从出口中流出的燃气。
中央燃烧器系统1用作引燃器系统，可维持一能稳定燃烧器火焰的引燃火焰。所述引燃器系统原则上可以扩散式燃烧器的工作模式进行工作。借助点火引燃器系统点燃引燃器，点火引燃器系统有时也被称为“次级引燃器系统”。
图2以示意图形式显示沿图1所示的II-II线截取的一截面图，所示截面图涉及的是喷嘴状出口15、管状合成气输送装置8和中央空气输送通道9。喷嘴状出口15构成一封闭中央燃气输送通道7的喷嘴环14。喷嘴15以均匀的间距分布在所述喷嘴环的圆周上。只有位于朝向管状合成气输送装置8与中央空气输送通道9的连通区的区域内的喷嘴环14上不存在喷嘴15。不在这一区域内布置喷嘴15的目的是避免空气输送通道9中的流动受到干扰，这种干扰可能会导致涡街的出现，而涡街会起到非期望的火焰稳定器的作用。此外，不在这一区域内布置喷嘴还可达到下述目的，即，通过中央燃料通道7输送的合成气进入燃烧室13后才开始燃烧，而不是过早地在燃烧器内就开始燃烧。
在图1中，合成气输送装置8布置在中央空气输送通道9的外侧。作为可选方案，管状合成气输送装置8也可穿过中央燃气输送通道7。
以与中央燃烧器系统1同心的方式围绕其布置的主燃烧器系统包括一环形包围中央燃烧器系统1的燃气输送通道31与一空气输送通道35。空气输送通道35中布置有旋流发生器37，其用于在朝燃烧室13方向流动的空气中产生旋流。输送通道35中布置有旋流发生器37的区域构成一可使合成气与流入空气混合的混合通道。为输送合成气，旋流发生器37采取至少部分空心的建构方式。这些空腔通过开口39与外侧的燃气输送通道31相连。旋流发生器37在相应的位置上具有多个出口喷嘴41，由外侧燃气输送通道31输送的合成气可通过这些出口喷嘴进入由空气输送通道35输送的空气流中。出口喷嘴41在旋流发生器中的布置方式使得合成气在进入空气后还与空气一起流过至少一部分旋流发生器37，从而达到在预混模式下与空气良好混合的目的。
下面借助图3对合成气启动(即用合成气启动燃烧器)进行说明，图3显示的是所用合成气的热值与燃气轮机功率P之间的关系。
进行合成气启动时，通过中央燃烧器系统1向燃烧区内送入低热值合成气，并在燃烧区内借助一点火引燃火焰或一电点火装置将合成气点燃。其中，中央燃烧器系统1实施为扩散式燃烧器，且有效截面较小，因而当合成气质量流量较小时，可确保足够高的流阻和高流出速度。中央燃烧器系统1的出口端上形成一稳定火焰后，随着由中央燃气输送通道7输送的合成气质量流量的提高，燃气轮机被进一步施加负荷和同步化，燃气轮机功率不断提高，直至中央燃料通道7上的压力损耗达到可能的最大值。
达到可能的最大值后，既可实施为扩散式燃烧器又可实施为预混燃烧器的主燃烧器系统3受控被接通。当主燃烧器系统开始工作时，原则上就可断开中央燃烧器系统1。作为可选方案，这两个燃烧器系统也可同时工作。
用合成气启动燃气轮机的特别有利的方案是使用一包括合成气输送装置8的点火引燃器(如图1和图2所示)来点燃中央燃烧器系统1。通过合成气输送装置8向空气输送通道9内喷入一较小且尽可能未经稀释的合成气流，并通过电点火装置10点燃喷入的合成气。下一步是借助在旋流发生器12的上游燃烧的点火引燃火焰16来点燃燃气输送通道7的建构为扩散火焰的合成气火焰，并将合成气火焰转移到旋流发生器区域之外。
火焰的转移可通过避免出口10和燃烧室13之间的区域内出现干扰边缘而实现，这种干扰边缘上会形成涡街，而涡街会起到非期望的火焰稳定器的作用。在图1所示的燃烧器布置中，可通过不在空气输送通道9中布置管状合成气输送装置8和电点火装置10来避免出现干扰边缘。此外，有可能出现的干扰边缘的上游也未布置喷嘴环。当火焰扩散到中央空气输送通道9的旋流发生器12之外，且可通过用中央燃料通道7输送合成气来维持这一火焰时，就可断开点火引燃火焰16。
避免中央空气输送通道9的旋流发生器12中发生燃烧的一可选方案为，通过用一惰性介质(例如氮气、二氧化碳或水蒸气)稀释由中央燃料通道7输送的合成气来降低合成气的热值，使得燃烧器可用高质量流量的合成气进行工作。选定的稀释比须满足下述条件，即，通过中央燃料通道7可输送一能使经稀释的合成气在旋流发生器12区域内的流速远大于火焰速度的质量流量。通过这种方法可将火焰转移到旋流发生器12之外。
在燃气轮机功率恒定的情况下，合成气热值的降低会使质量流量增加，从而导致中央燃料通道7上的压力损耗升高。这也会导致这个燃料通道上的最大点火功率降低。因此，通过点火引燃器来点火和通过适度稀释来降低热值，将这二者结合起来特别有利。
如图1和图2所示，如果中央燃料通道7的喷嘴环14在其朝向点火引燃器8的区域内不具有喷嘴15，就可使得由点火引燃器8和中央燃料通道7输送的合成气在进入燃烧室13后才发生混合。在此情况下，由点火引燃器8的合成气输送装置提供的点火引燃火焰16会在由第二燃料通道7输送的合成气进入燃烧室13后才将其点燃，从而不再需要将由第二燃料通道7输送的合成气的火焰转移到旋流发生器12之外。
使燃气轮机同步且通过中央燃料通道7输送经稀释的合成气来达到最大功率P1后，可通过降低由中央燃料通道7输送的合成气的稀释度来进一步提高燃气轮机的功率。换言之就是，逐步用合成气替换输入的惰性介质。这一点之所以可以实现的原因是，在功率为P1的情况下，一未经稀释的合成气的质量流量已经大到足以产生一可防止火焰返回旋流发生器12的流出速度。
在达到可通过中央燃料通道7而实现的最大燃烧器功率P2后，也就是说，在输送一可能的最大未稀释合成气质量流量后，必须通过接通主通道31来进一步提高燃气轮机功率。为避免出现声学不稳定性或燃烧器过热现象，接通主燃料通道31后，也须确保合成气的一最小流出速度，即确保主燃料通道31上的一最小压力损耗。根据通道的尺寸，这个最小压力损耗约为燃气轮机功率的50％。由于可通过中央燃料通道7而实现的可能的最大功率可大幅减小(约10％至20％)，因此，接通主燃料通道31会导致功率突升，这一点通过下述方法可得到避免，即，在启动阶段的第一步骤中，通过向由主燃料通道31输送的合成气输送一大份额的惰性介质来降低合成气的热值。借此可在燃料的能含量较低的情况下实现可降低燃气轮机功率的高体积流量。主燃料通道31以可控方式进行输送，与此同时，以可控方式对由中央燃料通道7输送的合成气质量流量进行调整。
在启动阶段中，先在合成气热值H恒定的情况下将合成气质量流量提高至所需功率P3(图3中的A段)。此后在考虑到允许的梯度的情况下以可控方式逐步用合成气替换高份额的惰性介质，并由此而调整出所需热值(图3中的B段)，直至达到一预先规定功率P4。随后可通过提高由主燃料通道31输送的合成气质量流量来将功率提高至最大功率Pmax。
根据有关启动阶段的一可选设计方案，也可在不输送惰性介质的情况下接通主燃料通道31。在此情况下，并非同时接通燃气轮机的所有燃烧器，而是只接通可分别对其进行控制的燃烧器组。通过接通燃烧器组，合成气质量流量分布在少数几个燃烧器上，从而提高了每个燃烧器的压力损耗。随后可逐步接通其他的燃烧器组，直至所有燃烧器均被接通。
Claims (17)
1.一种启动一燃烧器的方法，其中，所述燃烧器设计用于燃烧一合成气，并具有一第一与一第二燃料通道(7，31)，其中，所述第一燃料通道(31)以与所述第二燃料通道(7)基本同心的方式包围所述第二燃料通道(7)，其中，向所述燃烧器输送合成气，且所述合成气与燃烧用空气混合并进行燃烧，其中，为启动所述燃烧器，首先在一初始阶段中为所述第二燃料通道(7)加载合成气，直至达到一预先规定的燃烧器功率，随后在一紧接在所述初始阶段之后的启动阶段中为所述第一燃料通道(31)加载合成气，
其特征在于，
为启动所述燃烧器，通过一点火引燃器(8，10)输送一较小的合成气质量流量，并将其点燃来形成一点火引燃火焰(16)，点燃所述点火引燃火焰(16)后接通所述第二燃料通道(7)，其中，借助所述点火引燃火焰(16)点燃从所述第二燃料通道(7)中流出的合成气，从而形成一引燃火焰，其中，所述点火引燃器(8，10)布置在存在于所述第二燃料通道(7)内的旋流发生器(12)的上游，在燃烧室(13)中才借助所述点火引燃火焰(16)来点燃从第二燃料通道(7)中流出的合成气，从而形成所述引燃火焰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过下述方法达到在所述燃烧室(13)中点燃所述引燃火焰的目的，即，对由所述点火引燃器(8，10)和由所述第二燃料通道(7)输送的合成气所采取的输送方法使得由所述点火引燃器(8，10)输送的合成气和由所述第二燃料通道(7)输送的合成气在所述燃烧室(13)中才发生混合。
3.一种启动一燃烧器的方法，其中，所述燃烧器设计用于燃烧一合成气，并具有一第一与一第二燃料通道(7，31)，其中，所述第一燃料通道(31)以与所述第二燃料通道(7)基本同心的方式包围所述第二燃料通道(7)，其中，向所述燃烧器输送合成气，且所述合成气与燃烧用空气混合并进行燃烧，其中，为启动所述燃烧器，首先在一初始阶段中为所述第二燃料通道(7)加载合成气，直至达到一预先规定的燃烧器功率，随后在一紧接在所述初始阶段之后的启动阶段中为所述第一燃料通道(31)加载合成气，
其特征在于，
为启动所述燃烧器，通过一点火引燃器(8，10)输送一较小的合成气质量流量，并将其点燃来形成一点火引燃火焰(16)，点燃所述点火引燃火焰(16)后接通所述第二燃料通道(7)，其中，借助所述点火引燃火焰(16)点燃从所述第二燃料通道(7)中流出的合成气，从而形成一引燃火焰，其中，所述点火引燃器(8，10)布置在存在于所述第二燃料通道(7)内的旋流发生器(12)的上游，所述第二燃料通道(7)采用将所述引燃火焰转移到所述旋流发生器(12)的区域之外的方式输送合成气。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述引燃火焰的转移通过避免出现会形成涡街的干扰边缘而实现。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
通过下述方法实现所述引燃火焰的转移，即，通过降低由所述第二燃料通道(7)输送的合成气的热值来对所述合成气的流速进行调节，使其远大于火焰速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
通过用一惰性介质稀释所述第二燃料通道(7)输送的所述合成气来降低所述热值。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
在所述初始阶段中只为所述第二燃料通道(7)加载合成气。
8.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，
在所述启动阶段中继续为所述第二燃料通道(7)加载合成气。
9.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，
在所述启动阶段中只为所述第一燃料通道(31)加载合成气。
10.根据权利要求1或3中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
在所述初始阶段中向所述第二燃料通道(7)输送一持续增长的合成气质量流量，直至达到一可通过所述第二燃料通道(7)而实现的最大燃烧器功率。
11.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，
在所述第一燃料通道(31)输送的合成气中针对性地掺入一惰性介质，从而调整出一所需热值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
在所述启动阶段接通所述第一燃料通道(31)时，在由所述第一燃料通道(31)输送的合成气中先掺入大量惰性介质来避免在从所述初始阶段过渡到所述启动阶段的过程中出现功率突升现象。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
不断降低所述合成气中的惰性介质份额，直至调整出所述所需热值。
14.一种用于一燃气轮机燃烧室(13)的燃烧器装置，包括：
一主燃烧器(3)，所述主燃烧器包括一用于输送一第一燃料质量流量的第一燃料通道(31)，
一引燃器(1)，所述引燃器包括一用于输送一第二燃料质量流量的第二燃料通道(7)，其中，在所述第二燃料通道(7)的区域内布置有至少一个旋流发生器(12)，以及
一点火引燃器(8，10)，所述点火引燃器布置在所述旋流发生器(12)的上游，用于点燃所述引燃器(1)，
其特征在于，
所述第二燃料通道(7)的可流出燃料的喷嘴(15)设置在点火引燃火焰区域之外，或者，不在所述第二燃料通道(7)内布置电点火装置(10)或用于输送点火引燃气的引燃气管(8)，从而避免在所述点火引燃器(8，10)和所述燃烧室(13)之间出现会形成涡街的干扰边缘。
15.根据权利要求14所述的燃烧器装置，其特征在于，
有可能出现的干扰边缘的上游未布置燃料喷嘴。
16.根据权利要求14或15所述的燃烧器装置，其特征在于，
所述第二燃料通道(7)在布置有点火引燃器(8，10)的区域内不具有燃料喷嘴(15)。
17.根据权利要求16所述的燃烧器装置，其特征在于，
所述第二燃料通道(7)配有至少一个喷嘴环(14)，所述喷嘴环具有多个分布在其圆周上、用作燃料出口的所述燃料喷嘴(15)，其中，在所述喷嘴环(14)指向所述点火引燃器(8，10)的圆周段上不存在燃料喷嘴。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004055763.2 | 2004-11-18 | ||
| DE102004055763 | 2004-11-18 | ||
| EP05004361A EP1659339A1 (de) | 2004-11-18 | 2005-02-28 | Verfahren zum Anfahren eines Brenners |
| EP05004361.1 | 2005-02-28 | ||
| PCT/EP2005/055973 WO2006053866A1 (de) | 2004-11-18 | 2005-11-15 | Verfahren zum anfahren eines brenners |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101057104A CN101057104A (zh) | 2007-10-17 |
| CN101057104B true CN101057104B (zh) | 2010-09-01 |
Family
ID=35789007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2005800388482A Expired - Fee Related CN101057104B (zh) | 2004-11-18 | 2005-11-15 | 燃烧器的启动方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8177547B2 (zh) |
| EP (2) | EP1659339A1 (zh) |
| CN (1) | CN101057104B (zh) |
| WO (1) | WO2006053866A1 (zh) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1645805A1 (de) * | 2004-10-11 | 2006-04-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Brenner für fluidische Brennstoffe und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Brenners |
| WO2007036964A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Ansaldo Energia S.P.A. | Method for starting a gas turbine equipped with a gas burner, and axial swirler for said burner |
| US8769960B2 (en) | 2005-10-21 | 2014-07-08 | Rolls-Royce Canada, Ltd | Gas turbine engine mixing duct and method to start the engine |
| EP1944547A1 (en) * | 2007-01-15 | 2008-07-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of controlling a fuel split |
| JP5057363B2 (ja) * | 2007-01-30 | 2012-10-24 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | ガスタービン燃焼器 |
| US20090025396A1 (en) * | 2007-07-24 | 2009-01-29 | General Electric Company | Parallel turbine fuel control valves |
| EP2217117B1 (en) * | 2007-12-11 | 2014-04-09 | Garland Commercial Industries LLC | Energy efficient char-broiler |
| EP2107312A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Pilot combustor in a burner |
| EP2107309A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Quarls in a burner |
| EP2107311A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Size scaling of a burner |
| EP2107313A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel staging in a burner |
| US8636500B2 (en) * | 2008-09-26 | 2014-01-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Transient operation of oxy/fuel combustion system |
| EP2312215A1 (de) * | 2008-10-01 | 2011-04-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Brenner und Verfahren zum Betrieb eines Brenners |
| US8443607B2 (en) * | 2009-02-20 | 2013-05-21 | General Electric Company | Coaxial fuel and air premixer for a gas turbine combustor |
| US8453454B2 (en) | 2010-04-14 | 2013-06-04 | General Electric Company | Coannular oil injection nozzle |
| US9017064B2 (en) * | 2010-06-08 | 2015-04-28 | Siemens Energy, Inc. | Utilizing a diluent to lower combustion instabilities in a gas turbine engine |
| EP2397764A1 (de) * | 2010-06-18 | 2011-12-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenbrenner |
| EP2434221A1 (en) | 2010-09-22 | 2012-03-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and arrangement for injecting an emulsion into a flame |
| EP2551470A1 (de) * | 2011-07-26 | 2013-01-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Hochfahren einer stationären Gasturbine |
| KR101371291B1 (ko) * | 2012-05-04 | 2014-03-07 | 고등기술연구원연구조합 | 비 용융 및 부분 용융형 분류층 가스화기 |
| JP5584260B2 (ja) * | 2012-08-08 | 2014-09-03 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置用バーナー |
| US9404654B2 (en) | 2012-09-26 | 2016-08-02 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine combustor with integrated combustor vane |
| US9482432B2 (en) | 2012-09-26 | 2016-11-01 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine combustor with integrated combustor vane having swirler |
| US9335050B2 (en) | 2012-09-26 | 2016-05-10 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine combustor |
| EP3209941B1 (en) * | 2014-10-20 | 2020-08-19 | Ansaldo Energia S.p.A. | Gas turbine unit with multifluid fuel supply |
| DE102015206227A1 (de) * | 2015-04-08 | 2016-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Brenneranordnung |
| US11041621B2 (en) * | 2016-07-26 | 2021-06-22 | Jfe Steel Corporation | Auxiliary burner for electric furnace |
| CN109489071B (zh) * | 2018-11-28 | 2023-09-12 | 中国华能集团有限公司 | 一种低NOx排放的燃烧室、燃气轮机系统、燃气轮机系统的启动方法及负荷调节方法 |
| CN109489069A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-19 | 中国华能集团有限公司 | 一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构及使用方法 |
| US11073114B2 (en) * | 2018-12-12 | 2021-07-27 | General Electric Company | Fuel injector assembly for a heat engine |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3973390A (en) * | 1974-12-18 | 1976-08-10 | United Technologies Corporation | Combustor employing serially staged pilot combustion, fuel vaporization, and primary combustion zones |
| DE3107649A1 (de) * | 1981-02-27 | 1982-11-11 | Steag Ag, 4300 Essen | Verfahren zum mindestens zweistufigen zuenden einer brennstaubleistungsbrennerflamme und brennsystem zur durchfuehrung des verfahrens |
| DE3663189D1 (en) * | 1985-03-04 | 1989-06-08 | Siemens Ag | Burner disposition for combustion installations, especially for combustion chambers of gas turbine installations, and method for its operation |
| DE3860569D1 (de) * | 1987-01-26 | 1990-10-18 | Siemens Ag | Hybridbrenner fuer vormischbetrieb mit gas und/oder oel, insbesondere fuer gasturbinenanlagen. |
| DE59204270D1 (de) * | 1991-04-25 | 1995-12-14 | Siemens Ag | Brenneranordnung, insbesondere für gasturbinen, zur schadstoffarmen verbrennung von kohlegas und anderen brennstoffen. |
| US5735681A (en) * | 1993-03-19 | 1998-04-07 | The Regents, University Of California | Ultralean low swirl burner |
| DE4424639A1 (de) * | 1994-07-13 | 1996-01-18 | Abb Research Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Brennstoffverteilung in einem sowohl für flüssige als auch für gasförmige Brennstoffe geeigneten Brenner |
| US5548952A (en) * | 1994-08-22 | 1996-08-27 | Stock; Theodore | Hydrogen jet-phase engine |
| DE19549141A1 (de) * | 1995-12-29 | 1997-07-03 | Asea Brown Boveri | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit niederkalorischem Brennstoff |
| DE19549140A1 (de) * | 1995-12-29 | 1997-07-03 | Asea Brown Boveri | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit niederkalorischem Brennstoff |
| EP1064498B1 (de) * | 1998-03-20 | 2002-11-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbinenbrenner |
| EP1105678B1 (de) * | 1998-08-20 | 2004-10-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum betrieb eines hybridbrenners |
| DE19839085C2 (de) * | 1998-08-27 | 2000-06-08 | Siemens Ag | Brenneranordnung mit primärem und sekundärem Pilotbrenner |
| EP1277920A1 (de) * | 2001-07-19 | 2003-01-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb eines Brenners einer Gasturbine sowie Kraftwerksanlage |
| ITTO20040309A1 (it) * | 2004-05-13 | 2004-08-13 | Ansaldo Energia Spa | Metodo per controllare un combustore a gas di una turbina a gas |
-
2005
- 2005-02-28 EP EP05004361A patent/EP1659339A1/de not_active Withdrawn
- 2005-11-15 EP EP05810983.6A patent/EP1812756B1/de not_active Not-in-force
- 2005-11-15 CN CN2005800388482A patent/CN101057104B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-15 WO PCT/EP2005/055973 patent/WO2006053866A1/de active Application Filing
- 2005-11-15 US US11/791,097 patent/US8177547B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-03-14 US US13/419,839 patent/US9033697B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1812756A1 (de) | 2007-08-01 |
| EP1659339A1 (de) | 2006-05-24 |
| WO2006053866A1 (de) | 2006-05-26 |
| US8177547B2 (en) | 2012-05-15 |
| US20120167583A1 (en) | 2012-07-05 |
| US20080044782A1 (en) | 2008-02-21 |
| CN101057104A (zh) | 2007-10-17 |
| EP1812756B1 (de) | 2016-12-28 |
| US9033697B2 (en) | 2015-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101057104B (zh) | 燃烧器的启动方法 | |
| CA2381018C (en) | Variable premix-lean burn combustor | |
| JP2758301B2 (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| US5623819A (en) | Method and apparatus for sequentially staged combustion using a catalyst | |
| EP0335978B1 (en) | Gas turbine combustor | |
| US7878799B2 (en) | Multiple burner arrangement for operating a combustion chamber, and method for operating the multiple burner arrangement | |
| EP0800041B1 (en) | Gas turbine engine combustion equipment | |
| CN201497349U (zh) | 一种分级燃烧分解炉 | |
| TW230233B (en) | Gas turbine ultra low nox combustor | |
| CN104633711A (zh) | 具有顺序燃烧组件的燃气涡轮 | |
| JPH0771759A (ja) | 低排出物量のガスタービン用の固定形態燃焼器 | |
| US20040177615A1 (en) | Advanced fuel nozzle design with improved premixing | |
| CN208920103U (zh) | 燃气轮机轴向分级燃烧室 | |
| CN102116479A (zh) | 带有结合的通道的燃料喷嘴和操作方法 | |
| CN102538008A (zh) | 燃气轮机燃烧器及燃料供给方法 | |
| US8484979B2 (en) | Burner fuel staging | |
| CN108592083A (zh) | 采用变截面进气与多级燃料供给的燃烧室及其控制方法 | |
| JPH02183720A (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| CN108332234B (zh) | 适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法 | |
| CN107559882B (zh) | 一种轴向分级低污染燃烧室 | |
| CN104048325B (zh) | 一种双凹腔无焰燃烧器 | |
| CN104595927B (zh) | 燃气轮机低热值燃料气燃烧室 | |
| JPS5913822A (ja) | 低発熱量ガスの燃焼方法および低発熱量ガス用バ−ナ | |
| CN100529546C (zh) | 燃气轮机燃烧器的工作方法 | |
| JPH0745935B2 (ja) | 低ＮＯｘガスタ−ビン燃焼器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220218 Address after: Munich, Germany Patentee after: Siemens energy Global Ltd. Address before: Munich, Germany Patentee before: SIEMENS AG |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100901 |