CN103486616A - 控制燃气涡轮发电机的火焰稳定性的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于控制燃气涡轮发电机火焰稳定性的方法和设备。所述方法包括：在所述燃气涡轮发电机的燃烧室的多个燃料喷嘴处形成可燃混合物；更改所述多个燃料喷嘴中所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物中的至少一种可燃混合物的氧浓度；以及燃烧所述多个燃料喷嘴处的所述可燃混合物，以便控制所述燃气涡轮发电机的所述火焰稳定性。

Description

控制燃气涡轮发电机的火焰稳定性的方法和设备
技术领域
在本说明书中披露的主题涉及一种用于在燃气涡轮发电机中控制火焰稳定性的方法和设备。
背景技术
燃气涡轮发电机通过燃烧压缩空气与燃料的可燃混合物以产生导致旋转驱动轴旋转的工作气体来操作。来自燃气涡轮机的排气由不同量的NOx、CO、CO2、H2O以及O2组成。在运行燃气涡轮发电机方面的一个重要问题是降低或控制这些排放物的等级。一种控制这些等级的方式包括燃烧在所选燃料当量比区域内的燃料/空气混合物。根据燃气涡轮机使用目的或各种排放物限制，这个所选区域可能较小。排放物等级还可以通过降低所述可燃混合物的氧浓度来减小。然而，过于降低所述氧浓度使得所述火焰易于受到火焰不稳定性影响或完全熄灭。因此，本发明提供一种增大在燃气涡轮发电机中燃烧的火焰的稳定性同时维持所选排放等级的方法。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种在燃气涡轮发电机处控制火焰稳定性的方法，所述方法包括：在所述燃气涡轮发电机的燃烧室的多个燃料喷嘴处形成可燃混合物；更改在所述多个燃料喷嘴中的所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物中的至少一种可燃混合物的氧浓度；以及燃烧在所述多个燃料喷嘴处的所述可燃混合物，以便在所述燃气涡轮发电机处控制所述火焰稳定性。
优选的，更改所述氧浓度包括增大所述所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，并且减小所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的所述氧浓度。
优选的，所述可燃混合物包括再循环排气和控制气体。
优选的，更改所述至少一种可燃混合物的所述氧浓度包括执行以下至少一项：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。
优选的，所述控制气体包括惰性气体。
优选的，包括更改所述氧浓度包括以下一项：（i）主动控制所述控制气体的流；以及（ii）被动控制所述控制气体的流。
优选的，更改所述所选燃料喷嘴处的所述氧浓度包括增大所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，以便增所述所选燃料喷嘴处的火焰稳定性。
优选的，包括调整所述所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物的燃料当量比，以便控制所述所选燃料喷嘴处的所述火焰稳定性。
根据本发明的另一方面，提供一种用于控制燃气涡轮发电机的火焰稳定性的设备，所述设备包括：在所述燃气涡轮发电机处的燃烧腔室的多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴配置成形成多种可燃混合物；以及流动元件，所述流动元件配置成更改在所述多个燃料喷嘴的所选燃料喷嘴处的可燃混合物的氧浓度，以便控制燃烧所述可燃混合物造成的火焰的所述火焰稳定性。
优选的，所述流动元件配置成增大在所述所选燃料喷嘴处的氧浓度，并且减小所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的氧浓度。
优选的，所述可燃混合物包括再循环排气和控制气体。
优选的，所述流动元件配置成通过执行以下至少项来增大所述可燃混合物的所述氧浓度：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。
优选的，所述控制气体包括惰性气体。
优选的，所述流动元件配置成通过以下一项来控制通到所述可燃混合物的所述控制气体的流：（i）主动控制所述控制气体；以及（ii）被动控制所述控制气体。
优选的，所述流动元件配置成增大所述所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物的所述氧浓度，以便在所述所选燃料喷嘴处提供更大范围的火焰稳定性。
优选的，所述的设备包括控制单元，所述控制单元配置成在所述所选燃料喷嘴处增大的火焰稳定性范围内提供所述可燃混合物的燃料当量比。
根据本发明的又一方面，提供一种燃气涡轮发电机，所述燃气涡轮发电机包括：燃烧室，所述燃烧室具有多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴配置成形成可燃混合物，用于在所述燃烧室中进行燃烧；以及至少一个流动元件，所述流动元件配置成更改在所述可燃混合物处的氧浓度，其中燃烧具有被更改的氧浓度的所述可燃混合物产生与燃烧具有大体相同的氧浓度的可燃混合物大体相同的排放物等级。
优选的，所述流动元件配置成增大所述多个燃料喷嘴中所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，并且减小所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的所述氧浓度。
优选的，所述流动元件配置成通过执行以下至少一项来更改所述氧浓度：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；以及（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。
优选的，所述流动元件配置成通过以下一项来更改所述惰性气体的注射：（i）主动注射所述惰性气体；以及（ii）被动注射所述惰性气体。
这些和其它优点和特征将从结合附图的以下描述中变得更加清楚。
附图说明
本发明的权利要求书详细指出并明确要求本发明的权利。通过以下结合附图的详细描述可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：
图1示出在本发明的一项实施例中的示例性燃气涡轮发电机；
图2示出在本发明的一项示例性实施例中的示例性燃气涡轮发电机的燃烧腔室，其中示出将控制气体主动供应到所述燃烧腔室；
图3和4示出用于控制将控制气体供应到燃料喷嘴的被动流动元件；
图5根据本发明的一项示例性实施例示出火焰稳定性图解，其中示出火焰的各种工作区域；以及
图6示出以可选方式注射气体以便控制燃烧火焰的稳定性的示例性过程的略图。
具体实施方式参考附图以实例方式介绍本发明的各项实施例以及优点和特征。
具体实施方式
图1示出在本发明的一项实施例中的示例性燃气涡轮发电机100。一般来说，燃气涡轮发电机100包括压缩机部分110、燃烧部分120以及涡轮部分130。所述压缩机部分110包括多个压缩机级102a…102n，用于压缩空气。示例性压缩机级包括：固定轮叶，所述固定轮叶由所述压缩机部分110的外壳104支撑；以及旋转叶片，所述旋转叶片安装在公共压缩机轴108上。引入环境空气95使其穿过入口98，并且通过旋转叶片在每个压缩机级处连续压缩所述环境空气。在压缩末级（102n）处进行压缩之后，压缩空气从压缩部分110穿过环状扩散器122排出到压缩空气腔室124，所述压缩空气腔室环绕燃烧腔室126以及燃烧部分120的过渡构件128。一般地说，压缩空气典型地与再循环排气（EGR）在压缩空气腔室124中混合以便减少NOx排放物。压缩空气和EGR的混合物供应到燃烧腔室126，在所述燃烧腔室中，这种混合物与燃料和控制气体混合以便形成燃料和气体的可燃混合物，所述可燃混合物具有所选氧浓度。这种可燃混合物随后在燃烧腔室126中进行燃烧，以便形成工作气体。将工作气体引导穿过过渡构件128和涡轮机喷嘴132以进入涡轮部分130。涡轮部分130由连续的级布置形成，每个级具有被称为桨叶136的旋转叶片。桨叶由旋转轴135支撑。离开过渡构件128的工作气体膨胀穿过连续的级，从而导致桨叶136进行旋转。桨叶旋转转而使得旋转轴135旋转。在一方面，旋转轴135连接到压缩机轴108，这样使得旋转轴135的旋转驱动压缩机部分110的叶片的旋转。在电厂应用中，旋转系统135大体上连接到发电机（未示出）的转子，以便驱动发电机发电。工作气体最终在涡轮部分130的排气件139处被释放出，并且可以穿过排气烟筒引导到环境大气、到控制单元或到热交换器。管道140使得来自涡轮机排气件139的排气的一部分再循环到燃烧腔室126以与压缩空气混合。在管道140中的EGR阀142可以经过调整以便控制再循环的排气的量。
发电机系统100进一步包括燃料系统106，所述燃料系统用于将燃料提供到燃烧部分120，以便在燃烧腔室126中进行燃烧。一个或多个燃料线路107a至107d将来自燃料系统106的燃料提供到图2所示燃烧腔室126的各种燃料喷嘴。气体控制阀144a至144d各自连接到燃料线路107a至107d，并且可以进行单独调整，以便控制燃料在燃料线路107a至107d中的流动。控制气体供应件220经由控制气体线路202将控制气体提供到燃料喷嘴和燃烧腔室。控制气体可以是经由管道160从环状扩散器122供应或经由管道161从EGR供应的惰性气体、氧、环境空气。惰性气体供应件可以用来将惰性气体和/或氧供应到控制气体供应件220。
在一项示例性实施例中，控制单元150在燃烧腔室126的燃料喷嘴处控制燃料混合物。控制单元150可以连接到控制阀142和气体控制阀144a至144d，以便在燃烧腔室126处控制可燃混合物的组分。控制单元可以进一步连接到控制气体供应件220，以便控制所述控制气体的组分。在各项实施例中，控制单元150可以控制EGR阀142和气体控制阀144a至144d以及气体供应阀的阀配置，所述气体供应阀控制所述控制气体供应到燃料喷嘴。各种阀可以经过控制，以便控制排气到燃烧腔室的再循环、燃料流速以及到燃料喷嘴的控制气体流中的至少一个，从而控制可燃混合物的氧浓度。控制单元150包括：存储器154、一组程序156以及处理器152，所述一组程序156将指令存储在其中以便根据在本说明书中描述的本发明的方法运行燃气涡轮发电机100，所述处理器有权访问该组程序156并且有权访问存储器154的内容。处理器152配置成运行各种程序156，以便根据在本说明书中披露的方法控制火焰稳定性。另外，根据在本说明书中披露的各种方法，各种输入162可以提供到控制单元150，例如包括目标燃料/惰性气体比、各种温度、燃料流速、EGR流速等等，这些输入用于燃气涡轮发电机的操作。
图2示出在一项实施例中的本发明的示例性燃烧腔室126，其中示出将控制气体主动供应到所述燃烧腔室。燃烧腔室126包括多个燃料喷嘴205a至205b，所述燃料喷嘴用于将燃料与气体混合形成可燃混合物，以便燃烧。燃料线路107a至107d被示出为将燃料供应到所述燃料线路各自的喷嘴205a至205d。控制气体线路202a至202d同样被示出为将控制气体供应到所述控制气体线路各自的喷嘴205a至205d。控制气体大体上包括惰性气体，并且可以包括，例如，氮和/或蒸汽或者EGR。控制气体线路202a至202d包括流动元件如气体供应阀210a至210d，所述气体供应阀可以单独配置成在各种级别上将控制气体供应到燃料喷嘴。尽管示例性实施例包括四个喷嘴，但在替代实施例中可以实施任何数量的喷嘴和燃料线路（以及阀）。来自压缩机空气腔室124的压缩空气和EGR混合物203循环穿过通道208，在燃料喷嘴的后端处进入多个燃料喷嘴。参照用于示例性目的的燃料喷嘴205a，压缩空气和EGR混合物203与燃料107a和控制气体202a在燃料喷嘴205a处混合，以便形成可燃混合物。可燃混合物在燃料喷嘴205的前端处燃烧。在本发明的一项示例性实施例中，在示例性燃料喷嘴205a处的控制气体量可以减少或增加，从而增加或减少在示例性燃料喷嘴205a处的可燃混合物的氧浓度。如图2所示，所述控制气体的供应可以经由示例性供应气体阀210a至210d进行主动控制。或者，所述控制气体的供应可以经由被动流动元件进行被动控制。图3示出两个示例性燃料喷嘴205a和205b，所述燃料喷嘴具有截面面积不同的孔口，用于接收控制气体。针对燃料喷嘴205a的孔口221a小于针对燃料喷嘴205b的孔口，从而导致在燃料喷嘴205a处的氧浓度大于在燃料喷嘴205b处的氧浓度。图4示出用于将控制气体从控制气体供应件220提供到燃料喷嘴205a至205d的管道。每个分流器的截面经过选择，以便按照所选比例将控制气体提供到燃料喷嘴205a至205b。因此，控制气体流可以通过流动元件进行控制，所述流动元件如在喷嘴处具有所选大小的孔口、提供控制气体可选分布的歧管、可选分流器或能够划分控制气体的其他装置。
图5根据本发明的一项示例性实施例示出火焰稳定性图解，其中示出火焰稳定性的各种区域。X轴线表示在火焰处的可燃混合物的燃料当量比。可燃混合物的氧浓度（%氧）沿着Y轴线进行标绘。一般来说，燃料当量比是供应到火焰的燃料与被可用氧消耗的燃料量的比。在当量比是1时，那么这些量相等。在当量比小于1时，那么燃料混合物被认为是贫的。贫吹熄（blow out）阈值502指示这样的限制：在低于所述限制时，供应到火焰的可燃混合物的燃料含量过于贫薄，不便维持火焰。贫可操作区域510由1.0的当量比和贫吹熄阈值502限制。在贫可操作区域510中，可燃混合物趋于在燃烧时产生包括过多氧（O2）的排气。类似地，大于1的当量比指示富燃料混合物。富吹熄阈值504指示这样的限制：在高于所述限制时，可燃混合物的燃料含量非常富足以便维持火焰。在由CO限制线路508和富吹熄阈值504限制的区域514中，可燃混合物趋于在燃烧时产生包含高CO量的排气。
如图5中所示，贫吹熄阈值502和富吹熄阈值504在低于21%的一些氧浓度处相交。因此，具有小于所述相较处的氧浓度的混合物无法点燃，无论燃料当量比如何也是如此。在各项实施例中，所述贫吹熄阈值502和富吹熄阈值504在约13%氧浓度处相交。然而，这个相交点并不表示为对本发明的限制。环境空气包含约21%氧，这个数值限制可操作范围的上部515。因此，在燃气涡轮就的火焰处的可燃混合物的化学组分在贫吹熄阈值502、富吹熄阈值504以及环境氧浓度内。为了提供安全裕度，可燃混合物典型地位于标记为502a、504a以及515的边界内。在由1，506的当量比、CO上限508、环境O2515以及富吹熄限制504a界定的区域512中运行燃气涡轮发电机避免在排气中和在区域510中产生过量O2，并且避免在区域514中的排气中产生高含量的CO。506与508之间的间隔随着氧含量而增大。发电机典型地以低氧浓度（区域520）运行，以便针对耐久性和NOx排放物减小火焰温度。在区域520中，火焰在极小范围的当量比上是稳定的，并且接近吹熄。在较高氧浓度处，如区域522，可用当量比空间较大，并且火焰远离吹熄极限。在区域522中进行操作的权衡（trade off）在于火焰温度较高。因此，在较高氧浓度处燃烧的火焰具有较大范围的燃料当量比，在该范围上，火焰可以按照稳定方式燃烧。
在本发明的一项实施例中，在所选燃料喷嘴处的所选火焰在较高氧浓度的区域522中工作，而在其他燃料喷嘴处的火焰在区域520中，或在较低氧浓度的区域中工作。与在区域520中工作的火焰相比，在区域522中工作的火焰在较大范围的燃料当量比上是稳定的。所选火焰的稳定性因此使得在燃烧腔室126的其他燃料喷嘴处的火焰具有稳定性。增加在所选燃料喷嘴处的氧浓度使得在所选燃料喷嘴处的总体排放物等级增加。因此，为了维持总体排放物等级，在其他燃料喷嘴处的氧浓度减小，从而降低在其他燃料喷嘴处的排放物等级。
图6示出以可选方式注射气体以便控制燃烧火焰的稳定性的示例性过程的略图。从压缩机部分排出的压缩空气602与再循环排气（EGR）604在压缩空气腔室124中混合。随后，混合物被引导到燃烧腔室126的多个喷嘴612。在燃料喷嘴612处，压缩空气/EGR混合物进一步与燃料608和控制气体610混合形成可燃混合物。控制气体可以被动或主动供应到燃料喷嘴。随后，可燃混合物在燃烧腔室126中燃烧614。控制气体典型地包括至少一种惰性气体的组分，并且还可以包括各种数量的空气、氮以及水。控制气体的组分经过调整，以便获得特定氧浓度。在各项实施例中，EGR604和控制气体610中的一个或多个可以经过控制，以便在所选喷嘴处提供燃料混合物，从而增大可燃混合物的氧含量。另外，控制气体或EGR可以在其他燃料喷嘴处进行控制，以便减低氧浓度。在一项实施例中，所选燃料喷嘴在火焰稳定性图解的区域522中运行，同时其他燃料喷嘴在区域520，或在氧浓度略低的区域中操作。在一项替代实施例中，一个以上燃料喷嘴在区域522中运行，并且在其他燃料喷嘴处的氧浓度相应调整。
因此，在一方面，本发明提供一种在燃气涡轮发电机处控制火焰稳定性的方法，所述方法包括：在所述燃气涡轮发电机的燃烧室的多个燃料喷嘴处形成可燃混合物；更改在所述多个燃料喷嘴中的所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物中的至少一种可燃混合物的氧浓度；以及燃烧在所述多个燃料喷嘴处的所述可燃混合物，以便在所述燃气涡轮发电机处控制所述火焰稳定性。在一项示例性实施例中，更改所述氧浓度进一步包括增大在所述所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，并且减小在所述多个燃料喷嘴中的其他燃料喷嘴处的所述氧浓度。所述可燃混合物可以包括再循环排气和控制气体。更改所述至少一种可燃混合物的所述氧浓度进一步包括执行以下项中的至少一个：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；或者（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。所述控制气体典型地包括惰性气体。更改所述氧浓度进一步包括以下项中的一个：（i）主动控制所述控制气体的流；以及（ii）被动控制所述控制气体的流。更改在所述所选燃料喷嘴处的所述氧浓度可以包括增大在所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，以便增大在所述所选燃料喷嘴处的火焰的火焰稳定性。在一项实施例中，在所述所选燃料喷嘴处调整所述可燃混合物的燃料当量比，以便在所述所选燃料喷嘴处控制所述火焰稳定性。
在另一方面，本发明提供一种用于控制燃气涡轮发电机的火焰稳定性的设备，所述设备包括：在所述燃气涡轮发电机处的燃烧腔室的多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴配置成形成多种可燃混合物；以及流动元件，所述流动元件配置成更改在所述多个燃料喷嘴的所选燃料喷嘴处的可燃混合物的氧浓度，以便控制燃烧所述可燃混合物造成的火焰的所述火焰稳定性。在一项实施例中，所述流动元件配置成增大在所述所选燃料喷嘴处的氧浓度，并且减小在所述多个燃料喷嘴中的其他燃料喷嘴处的氧浓度。所述可燃混合物包括再循环排气和控制气体。在一项实施例中，所述流动元件配置成通过以下方式更改所述可燃混合物的所述氧浓度：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。所述控制气体典型地包括惰性气体。在各项实施例中，所述流动元件配置成通过以下项中的一个来将所述控制气体的流供应到所述可燃混合物：（i）主动控制所述控制气体；以及（ii）被动控制所述控制气体。所述流动元件可以进一步配置成增大在所述所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物的所述氧浓度，以便在所述所选燃料喷嘴处提供范围增大的火焰稳定性。在一项实施例中，控制单元配置成在所述所选燃料喷嘴处增大的火焰稳定性范围内提供所述可燃混合物的燃料当量比。
在另一项实施例中，本发明提供一种燃气涡轮发电机，所述燃气涡轮发电机包括：燃烧室，所述燃烧室具有多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴配置成形成可燃混合物，用于在所述燃烧室中进行燃烧；以及至少一个流动元件，所述流动元件配置成更改在所述多个燃料喷嘴中的至少一个燃料喷嘴处的可燃混合物的氧浓度，使其不同于在所述多个燃料喷嘴中的其他燃料喷嘴处的所述可燃混合物的氧浓度，其中所述燃烧室在燃烧具有不同氧浓度的所述可燃混合物时产生与在燃烧具有大体相同的氧浓度的可燃混合物时大体相同的排放物等级。在一项实施例中，所述流动元件配置成增大在所述多个燃料喷嘴的所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，并且减小在所述多个燃料喷嘴中的其他燃料喷嘴处的所述氧浓度。所述流动元件可以配置成通过以下方式更改所述氧浓度：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。在各项实施例中，所述流动元件配置成通过以下项中的一个来更改所述惰性气体的注射：（i）主动注射所述惰性气体；以及（ii）被动注射所述惰性气体。
尽管本发明只结合有限数量的实施例进行详细描述，但应易于了解，本发明并不限于此类披露的实施例。相反，本发明可以进行修改，以便并入在此之前并未描述但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管本发明的各项实施例已进行描述，但要理解，本发明的各个方面可以只包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受限于前述描述，而只受限于所附权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种用于控制燃气涡轮发电机火焰稳定性的方法，包括：
在所述燃气涡轮发电机的燃烧室的多个燃料喷嘴处形成可燃混合物；
更改所述多个燃料喷嘴中所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物中的至少一种可燃混合物的氧浓度；以及
燃烧所述多个燃料喷嘴处的所述可燃混合物，以便控制所述燃气涡轮发电机的所述火焰稳定性。
2.如权利要求1所述的方法，其中更改所述氧浓度进一步包括增大所述所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，并且减小所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的所述氧浓度。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述可燃混合物包括再循环排气和控制气体。
4.如权利要求1所述的方法，其中更改所述至少一种可燃混合物的所述氧浓度进一步包括执行以下至少一项：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述控制气体包括惰性气体。
6.如权利要求3所述的方法，进一步包括更改所述氧浓度包括以下其中一项：（i）主动控制所述控制气体的流；以及（ii）被动控制所述控制气体的流。
7.如权利要求1所述的方法，其中更改所述所选燃料喷嘴处的所述氧浓度进一步包括增大所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，以便增所述所选燃料喷嘴处的火焰稳定性。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括调整所述所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物的燃料当量比，以便控制所述所选燃料喷嘴处的所述火焰稳定性。
9.一种用于控制燃气涡轮发电机火焰稳定性的设备，包括：
所述燃气涡轮发电机的燃烧腔室的多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴配置成形成多种可燃混合物；以及
流动元件，所述流动元件配置成更改所述多个燃料喷嘴的所选燃料喷嘴处的可燃混合物的氧浓度，以便控制燃烧所述可燃混合物生成的火焰的所述火焰稳定性。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述流动元件配置成增大在所述所选燃料喷嘴处的氧浓度，并且减小所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的氧浓度。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述可燃混合物包括再循环排气和控制气体。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述流动元件进一步配置成通过执行以下至少项来增大所述可燃混合物的所述氧浓度：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。
13.如权利要求11所述的设备，其中所述控制气体包括惰性气体。
14.如权利要求11所述的设备，其中所述流动元件进一步配置成通过以下其中一项来控制通到所述可燃混合物的所述控制气体的流：（i）主动控制所述控制气体；以及（ii）被动控制所述控制气体。
15.如权利要求9所述的设备，其中所述流动元件进一步配置成增大所述所选燃料喷嘴处的所述可燃混合物的所述氧浓度，以便在所述所选燃料喷嘴处提供更大范围的火焰稳定性。
16.如权利要求15所述的设备，进一步包括控制单元，所述控制单元配置成在所述所选燃料喷嘴处增大的火焰稳定性范围内提供所述可燃混合物的燃料当量比。
17.一种燃气涡轮发电机，包括：
燃烧室，所述燃烧室具有多个燃料喷嘴，所述多个燃料喷嘴配置成形成可燃混合物，用于在所述燃烧室中进行燃烧；以及
至少一个流动元件，所述流动元件配置成更改所述多个燃料喷嘴中至少一个燃料喷嘴处的可燃混合物的氧浓度，使其不同于所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的所述可燃混合物的氧浓度，其中所述燃烧室在燃烧具有不同氧浓度的所述可燃混合物时产生与在燃烧具有大体相同氧浓度的可燃混合物时大体相同的排放物等级。
18.如权利要求17所述的燃气涡轮发电机，其中所述流动元件配置成增大所述多个燃料喷嘴中所选燃料喷嘴处的所述氧浓度，并且减小所述多个燃料喷嘴中其他燃料喷嘴处的所述氧浓度。
19.如权利要求17所述的燃气涡轮发电机，其中所述流动元件配置成通过执行以下至少一项来更改所述氧浓度：（i）改变供应到所述至少一个喷嘴的氧量；以及（ii）改变供应到所述至少一个喷嘴的惰性气体量；以及（iii）改变供应到所述至少一个喷嘴的再循环排气量。
20.如权利要求19所述的燃气涡轮发电机，其中所述流动元件进一步配置成通过以下其中一项来更改所述惰性气体的注射：（i）主动注射所述惰性气体；以及（ii）被动注射所述惰性气体。
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI593878B (zh) * 2010-07-02 2017-08-01 艾克頌美孚上游研究公司 用於控制燃料燃燒之系統及方法
US8720179B2 (en) * 2011-10-07 2014-05-13 General Electric Company Power plant including an exhaust gas recirculation system for injecting recirculated exhaust gases in the fuel and compressed air of a gas turbine engine
US20140182298A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Exxonmobil Upstream Research Company Stoichiometric combustion control for gas turbine system with exhaust gas recirculation
US10100741B2 (en) * 2012-11-02 2018-10-16 General Electric Company System and method for diffusion combustion with oxidant-diluent mixing in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
US10208677B2 (en) * 2012-12-31 2019-02-19 General Electric Company Gas turbine load control system
US10221762B2 (en) * 2013-02-28 2019-03-05 General Electric Company System and method for a turbine combustor
US9903588B2 (en) * 2013-07-30 2018-02-27 General Electric Company System and method for barrier in passage of combustor of gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US9863267B2 (en) * 2014-01-21 2018-01-09 General Electric Company System and method of control for a gas turbine engine
US9915200B2 (en) * 2014-01-21 2018-03-13 General Electric Company System and method for controlling the combustion process in a gas turbine operating with exhaust gas recirculation
US11686258B2 (en) 2014-11-12 2023-06-27 8 Rivers Capital, Llc Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
US10961920B2 (en) 2018-10-02 2021-03-30 8 Rivers Capital, Llc Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
US10316746B2 (en) * 2015-02-04 2019-06-11 General Electric Company Turbine system with exhaust gas recirculation, separation and extraction
US10253690B2 (en) * 2015-02-04 2019-04-09 General Electric Company Turbine system with exhaust gas recirculation, separation and extraction
US10480792B2 (en) * 2015-03-06 2019-11-19 General Electric Company Fuel staging in a gas turbine engine
MX2018010310A (es) * 2016-02-26 2019-05-02 8 Rivers Capital Llc Sistemas y metodos para controlar una planta de energia.
JP6651389B2 (ja) * 2016-03-08 2020-02-19 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、燃料制御方法及びプログラム
JP6879631B2 (ja) 2017-03-21 2021-06-02 東芝エネルギーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器
WO2019166400A1 (de) * 2018-02-27 2019-09-06 Potsdam-Institut Für Klimafolgenforschung E.V. Verfahren zur minimierung thermoakustischer instabilitäten einer gasturbine
CN114901925A (zh) 2019-10-22 2022-08-12 八河流资产有限责任公司 用于发电系统的热管理的控制方案和方法
JP2023001633A (ja) * 2021-06-21 2023-01-06 東芝エネルギーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器の運転方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059398A (zh) * 1990-08-28 1992-03-11 通用电气公司 二级v形火焰稳定器燃料喷射混合器
TW230233B (en) * 1993-04-15 1994-09-11 Westinghouse Electric Corp Gas turbine ultra low nox combustor
US5411394A (en) * 1990-10-05 1995-05-02 Massachusetts Institute Of Technology Combustion system for reduction of nitrogen oxides
US5899074A (en) * 1994-04-08 1999-05-04 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and operation method thereof for a diffussion burner and surrounding premixing burners separated by a partition
CN1234483A (zh) * 1998-03-24 1999-11-10 联合工艺公司 改进的耐用火焰稳定燃料喷射器
JP3312152B2 (ja) * 1991-12-16 2002-08-05 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション 低ＮＯｘ燃焼
CN1707080A (zh) * 2004-06-04 2005-12-14 通用电气公司 用于低排放燃气轮机能量生成的方法和装置
CN1952484A (zh) * 2006-11-10 2007-04-25 中国科学院广州能源研究所 一种低氮氧化物排放的富氧燃烧方法
CN101377304A (zh) * 2007-08-28 2009-03-04 通用电气公司 燃气涡轮中用于燃料与空气混合的系统和方法
CN101514815A (zh) * 2008-02-21 2009-08-26 通用电气公司 燃气涡轮机燃烧器火焰稳定器
CN101561141A (zh) * 2008-03-31 2009-10-21 通用电气公司 耐受火焰稳定事件的燃料喷嘴和形成该燃料喷嘴的方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4728176B2 (ja) * 2005-06-24 2011-07-20 株式会社日立製作所 バーナ、ガスタービン燃焼器及びバーナの冷却方法
GB2434437B (en) * 2006-01-19 2011-01-26 Siemens Ag Improvements in or relating to combustion apparatus
US7650744B2 (en) * 2006-03-24 2010-01-26 General Electric Company Systems and methods of reducing NOx emissions in gas turbine systems and internal combustion engines
US20080083224A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Balachandar Varatharajan Method and apparatus for reducing gas turbine engine emissions
JP5023687B2 (ja) * 2006-12-20 2012-09-12 株式会社Ｉｈｉ 燃焼器及びガスタービン
JP5063538B2 (ja) * 2008-09-10 2012-10-31 株式会社日立製作所 ガスタービンの燃料供給方法
US8015822B2 (en) * 2008-11-21 2011-09-13 General Electric Company Method for controlling an exhaust gas recirculation system
US20110005189A1 (en) * 2009-07-08 2011-01-13 General Electric Company Active Control of Flame Holding and Flashback in Turbine Combustor Fuel Nozzle
JP2012037104A (ja) * 2010-08-05 2012-02-23 Hitachi Ltd ガスタービン燃焼器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1059398A (zh) * 1990-08-28 1992-03-11 通用电气公司 二级v形火焰稳定器燃料喷射混合器
US5411394A (en) * 1990-10-05 1995-05-02 Massachusetts Institute Of Technology Combustion system for reduction of nitrogen oxides
JP3312152B2 (ja) * 1991-12-16 2002-08-05 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション 低ＮＯｘ燃焼
TW230233B (en) * 1993-04-15 1994-09-11 Westinghouse Electric Corp Gas turbine ultra low nox combustor
US5899074A (en) * 1994-04-08 1999-05-04 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and operation method thereof for a diffussion burner and surrounding premixing burners separated by a partition
CN1234483A (zh) * 1998-03-24 1999-11-10 联合工艺公司 改进的耐用火焰稳定燃料喷射器
CN1707080A (zh) * 2004-06-04 2005-12-14 通用电气公司 用于低排放燃气轮机能量生成的方法和装置
CN1952484A (zh) * 2006-11-10 2007-04-25 中国科学院广州能源研究所 一种低氮氧化物排放的富氧燃烧方法
CN101377304A (zh) * 2007-08-28 2009-03-04 通用电气公司 燃气涡轮中用于燃料与空气混合的系统和方法
CN101514815A (zh) * 2008-02-21 2009-08-26 通用电气公司 燃气涡轮机燃烧器火焰稳定器
CN101561141A (zh) * 2008-03-31 2009-10-21 通用电气公司 耐受火焰稳定事件的燃料喷嘴和形成该燃料喷嘴的方法

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