CN106468449A - 带有用于稀释的冷却气体的连续燃烧布置 - Google Patents

带有用于稀释的冷却气体的连续燃烧布置 Download PDF

Info

Publication number
CN106468449A
CN106468449A CN201610659807.5A CN201610659807A CN106468449A CN 106468449 A CN106468449 A CN 106468449A CN 201610659807 A CN201610659807 A CN 201610659807A CN 106468449 A CN106468449 A CN 106468449A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
cooling
burner
turbine
closed loop
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.)
Granted
Application number
CN201610659807.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106468449B (zh
Inventor
W.雷特
J.G.霍夫曼恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energy Resources Switzerland AG
Ansaldo Energia Switzerland AG
Original Assignee
Energy Resources Switzerland AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energy Resources Switzerland AG filed Critical Energy Resources Switzerland AG
Publication of CN106468449A publication Critical patent/CN106468449A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106468449B publication Critical patent/CN106468449B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • 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
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • 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
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • 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
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • 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
    • 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
    • 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
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • 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
    • F23R3/36—Supply of different fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • 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
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03041—Effusion cooled combustion chamber walls or domes
    • 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
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03341—Sequential combustion chambers or burners
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明涉及一种带有连续燃烧器布置(4)的燃气轮机(1)，该连续燃烧器布置(4)包括带有用于在操作期间允许第一燃料(28)进入燃烧器入口气体的第一焚烧器(106)和用于焚烧第一燃料(28)的第一燃烧室(101)的第一燃烧器、用于将稀释气体(33)混合至离开第一燃烧室(101)的第一燃烧器燃烧产物(35)的稀释气体混合器(27)、用于混合第二燃料(29)的第二焚烧器(103)以及第二燃烧室(102)。为了确保稀释气体混合器(27)之后的温度分布图且为了增加燃气轮机(1)的功率和效率，涡轮(5)的轮叶(11)和/或叶片(10)具有闭环冷却(17)。闭环冷却(17)的出口连接至用于将离开轮叶(11)和/或叶片(10)的加热的冷却气体混合到第一燃烧器燃烧产物(35)中的稀释气体混合器(27)。

Description

带有用于稀释的冷却气体的连续燃烧布置
技术领域
本发明涉及用于燃气轮机的连续燃烧器布置，其中将返回的涡轮冷却气体作为稀释气体混合到连续燃烧器布置中。本发明还涉及用于操作燃气轮机的方法，其中将返回的涡轮冷却气体作为稀释气体混合到连续燃烧器布置中。
背景技术
由于通过不稳定的可再生能源(如风能和太阳能)的增加的发电，基于现有的燃气轮机的发电厂愈加地用于平衡电力需求和稳定电网。因此需要改进的操作灵活性。这暗示了燃气轮机经常在与基本负载设计点相比较低的负载下(即，在较低的燃烧器入口和点火温度下)操作。
同时，排放极限值和总的排放许可变得更严格，使得需要也在部分负载操作及在瞬态期间在较低的排放值下操作、保持低的排放，因为这些也为累积的排放限度计数。
现有技术的燃烧系统设计成处理操作条件中的某些可变性，例如通过调整压缩机入口质量流或控制在不同的焚烧器、燃料级或燃烧器之间的燃料分离。然而，这不足以满足新的需求。
为了进一步减少排放且为了增加操作灵活性，已经在DE 10312971 A1中提出连续燃烧。取决于操作条件，特别地取决于第一燃烧室的热气体温度，可能有必要的是在热气体被允许进入第二焚烧器(也称为连续焚烧器)之前冷却热气体。该冷却可能是有利的以允许在第二焚烧器中的燃料喷射以及喷射的燃料和第一燃烧器的热烟道气的预混合。
对第二燃烧室的均匀的入口温度与在第二焚烧器中喷射的燃料和离开第一燃烧器的气体的良好混合是低排放值下稳定燃烧的必要条件。为了有助于均匀的温度分布图的生成，混合的气体和热燃烧气体之间的温差应极小化，同时它必须保持比第二燃烧器的意图的入口温度更冷。
同时，应改进功率和效率。
发明内容
本公开的目标是主张一种带有包括用于将稀释气体和第二燃料在第一燃烧室和第二燃烧室之间混合的器件的连续燃烧器布置的燃气轮机。为了燃气轮机的宽的操作范围而不损害燃气轮机的效率，这样的“稀释焚烧器(dilution burner)”必须提供用于第二燃烧器的适当的入口流动条件。基本地，对于其中第二燃烧器操作的所有操作条件，预先限定的入口条件必须被保证。特别地，热气体冷却至预先确定的热气体温度。另外，速度分布、氧和燃料含量可为了第二燃烧室而用稀释气体的适当混合来调节(例如，控制至规定的分布图)。第二燃烧器典型地包括第二焚烧器和第二燃烧室。
第二焚烧器可与稀释气体混合器整体结合或组合。
偏离规定的入口温度可导致高排放(例如，NOx、CO、以及未焚烧的碳氢化合物)和/或稀释焚烧器中的突然燃烧(flashback)。突然燃烧和NOx通过由于高的入口气体温度或高的氧气浓度而对于喷射的燃料的减少的自点火时间引起的，高的入口气体温度或高的氧气浓度促使更早的点火(导致突然燃烧)或用于燃料空气混合的减少的时间，导致燃烧期间的局部过热点和因此增加的NOx排放。低温区域可由于增加的自点火时间而促使CO排放。这可减少用于CO至CO2烧尽的时间，以及降低的局部火焰温度，其能够进一步减慢CO至CO2烧尽。最终局部过热点可导致混合器下游的某些区域中的过热。
稀释气体可例如是压缩的空气或空气和燃气轮机的烟道气的混合物。压缩的烟道气也能用作稀释气体。
根据带有连续燃烧器布置的燃气轮机的第一实施例，连续燃烧器布置包括带有用于在操作期间允许第一燃料进入燃烧器入口气体的第一焚烧器和用于用燃烧器入口气体焚烧第一燃料的第一燃烧室的第一燃烧器。典型地，燃烧器入口气体是压缩的空气。取决于应用，它可能是另一种气体或气体混合物，诸如空气和烟道气的混合物。连续燃烧器布置还包括用于将稀释气体混合至离开第一燃烧室的第一燃烧器燃烧产物的稀释气体混合器、以及用于混合第二燃料的第二焚烧器和第二燃烧室。第二燃料能够在第二燃烧室中用第一燃烧产物和稀释空气的混合物焚烧。第一燃烧器、稀释气体混合器、第二焚烧器以及第二燃烧室以流体流动连接连续地布置。
为了给混合器提供处于最佳温度的压缩的气体，提出了涡轮的轮叶和/或叶片具有闭环冷却(closed loop cooling)。它能够连接至用于将压缩的冷却流体供给到轮叶和/或叶片的压缩机气室。闭环冷却的出口连接至用于在燃气轮机的操作期间将离开轮叶和/或叶片的加热的冷却气体混合到第一燃烧器燃烧产物中的稀释气体混合器。冷却气体例如加热至压缩机出口温度之上的温度，因此降低热气体和稀释气体之间的温差，由此有助于均匀的温度分布图的生成。结果，对于相同的热气体温度由于更好的温度分布图而能够获得降低的NOx排放值。
另外，由于闭环冷却，燃气轮机效率能够提高。特别地，对于相同的热气体温度，通过闭环冷却的应用而混合的涡轮入口温度可被增加，由此增加燃气轮机和带有这样的燃气轮机的联合循环发电厂的功率和效率。
这里闭环冷却系统是一种冷却的方式，其中冷却气体在闭环冷却的一端处供给到轮叶或叶片中(用于叶片的内部冷却)，且流动至闭环冷却的出口。与此相反，在开环冷却系统中，气体被供给到轮叶或叶片中且然后从叶片或轮叶排放到在轮叶或叶片周围流动的热气体中，在出口处离开闭环冷却的冷却气体可进一步用于例如冷却或混合。
第一燃烧器具有压降，其可例如是压缩机气室中的总压的大约3%至7%，或在另一个示例中在4%至5%的范围内。该压降可用于将气体从压缩机气室供给穿过闭环冷却，将其供应至稀释气体混合器且将加热的冷却气体喷射到离开第一燃烧室的第一燃烧器燃烧产物中。加热的冷却气体因此可仍然用于第二燃烧器的火焰上游的第二燃烧器中。
因此提出的布置实现出于另外的冷却目的而从压缩机气室供给的闭环冷却和稀释气体混合的使用，而没有任何再压缩。再压缩在常规的仅带有一个燃烧室的燃气轮机中是所需要的，以将冷却气体再喷射或混合到火焰上游的燃烧器布置中。
因此本发明呈现了一种方式以出于冷却目的使用第一燃烧器的压降。由此用于涡轮的冷却气体能够被节约且同时来自涡轮冷却的热可回收至第二燃烧器。
根据一个实施例，燃气轮机包括将压缩机气室与闭环冷却连接的冷却气体供给(cooling gas feed)，以用于将离开压缩机的压缩的气体供给到闭环冷却中。
根据另一个实施例，冷却气体供给布置在转子和连续燃烧器布置之间。
根据又另一个实施例，冷却气体供给布置在燃烧器外壳和连续燃烧器布置之间。
根据燃气轮机的另一个实施例，用于冷却第一燃烧室的第一燃烧衬套、第二燃烧器衬套、第二焚烧器的壁、混合区段、以及稀释气体混合器的冷却通道中的至少一个置于在闭环冷却的出口和稀释气体混合器之间。因此离开密闭冷却回路的冷却气体还用于在其供给到稀释气体混合器中之前冷却燃烧器布置的至少一个另外的构件。
对于其中冷却气体供给至第二燃烧器衬套的实施例中，离开第一轮叶的闭环冷却的冷却气体可直接供给到用于冷却第二燃烧器衬套的冷却通道中，且在第二燃烧器内侧朝向稀释气体混合器以与热气体逆流来流动。
对于其它的布置，导管可用于将冷却气体从闭环冷却供给至燃烧器布置的相应构件。
稀释气体混合所需要的稀释气体质量流可超过离开闭环冷却的冷却气体的质量流。为了增加稀释气体质量流，闭环冷却空气可在喷射到混合器之前与压缩机出口空气混合。
在燃气轮机的另一个实施例中，喷射器泵置于在闭环冷却的出口和稀释气体混合器之间的管线中。
用于喷射器泵的驱动气体可以是来自压缩机气室的压缩的气体。喷射器泵可例如当第二燃烧器的热气体温度降低时用于部分负载操作。由于降低的热气体温度，体积流动减少且第二燃烧器的压降相对应地减少。由于第二燃烧器之上减少的压降，用于闭环冷却的驱动压差可以降低，导致冷却空气流的减少。这样的冷却空气流的减少可通过喷射器泵来减轻。然而，对于这样的低负载操作，由于降低的热气体温度，冷却需求也降低，使得系统典型地能够在没有喷射器泵或其它任何类型的增压器的情况下工作。
在一个实施例中，至稀释气体混合器的至少一个供给直接连接至压缩机气室，以用于将压缩机排气另外地混合到第一燃烧器燃烧产物中。由此混合的稀释气体质量流能够增加，其另外可能受限于闭环冷却的冷却气体流。
在另一个实施例中，另外的压缩机出口气体首先混合到离开第一燃烧室的第一燃烧器燃烧产物，且加热的冷却气体混合到燃烧产物的流动方向的下游。这样的布置来创建均匀的温度分布图能够是有利的，这是因为在第二喷射位置处温差更小。
除了燃气轮机，用于操作这样的燃气轮机的方法也是本公开的目标。
一种用于操作这样的燃气轮机的方法包括以下步骤：
在压缩机中压缩入口气体，
在第一焚烧器中将第一燃料混合至压缩的气体的至少一部分，
在第一燃烧室中焚烧混合物以获得第一燃烧器燃烧产物。
在这些常规的步骤之后，第一燃烧产物被混合至稀释气体混合器。为了冷却第一燃烧器燃烧产物，稀释气体被混合到流过混合器的第一燃烧器燃烧产物中。
根据本方法的第一实施例，涡轮的轮叶和/或叶片用流过轮叶和/或叶片的闭环冷却的压缩的气体来冷却。离开轮叶和/或叶片的加热的冷却气体作为稀释气体被供给到稀释气体混合器中且混合至第一燃烧器燃烧产物。
根据本方法的另一个实施例，来自压缩机气室的压缩的气体被供给到闭环冷却中。
根据本方法的另一个实施例，压缩的气体从布置在转子和连续燃烧器布置之间的压缩机气室的冷却气体供给供给至闭环冷却。
根据本方法的又另一个实施例，压缩的气体从布置在燃烧器外壳和连续燃烧器布置之间的压缩机气室的冷却气体供给供给至闭环冷却。
在本方法的另一个实施例中，离开闭环冷却的冷却气体在其被供给到稀释气体混合器之前流过用于冷却第一燃烧衬套、第二燃烧器衬套、第二焚烧器的壁、混合区段、以及稀释气体混合器中的至少一个的冷却通道。
在用于操作燃气轮机的本方法的又另一个实施例中，离开闭环冷却的冷却气体的压力在冷却气体被供给到稀释气体混合器中之前在喷射器泵中增加。这样的喷射器泵可例如是文氏管喷嘴。
在本方法的更具体的实施例中，来自压缩机气室的压缩的气体用于驱动喷射器泵且加压喷射器泵中的冷却气体。
在本方法的另一个实施例中，直接来自压缩机气室的压缩的气体在稀释气体混合器中混合到第一燃烧器燃烧产物中。
如欧洲专利申请EP12189685(其通过引用并入本文中)所述，稀释气体混合器还可以与阻尼器组合或作为连接器以阻尼体积。
燃气轮机可包括烟道气再循环系统，其中离开涡轮的烟道气的一部分混合到燃气轮机的压缩机入口气体中。
不同的冷却技术可能用于冷却燃烧器衬套和混合器壁。例如，可使用泻流冷却(effusion cooling)、冲击冷却、或对流冷却或冷却方法的组合。
参照连续燃烧，燃烧器的组合可如下设置：
第一和第二燃烧器两者都构造为连续罐-罐架构。
第一燃烧器构造为环形燃烧室，且第二燃烧器构造为罐构造。
第一燃烧器构造为罐架构，且第二燃烧器构造为环形燃烧室。
第一和第二燃烧器两者都构造为环形燃烧室。
可使用不同的焚烧器类型。对于第一燃烧器，例如可使用所谓的EV焚烧器(例如从EP 0 321 809所知道的)或AEV焚烧器(例如从DE195 47 913所知道的)。还可使用如在欧洲专利申请EP12189388.7(其通过引用并入本文中)描述的包括涡流室的BEV焚烧器。在罐架构中，每个罐燃烧器可使用单个或多个焚烧器布置。另外，如在US6935116 B2或US7237384B2(它们通过引用并入本文中)中描述的火焰层(flame sheet)燃烧器可作为第一燃烧器来使用。
附图说明
将在下面借助于示意附图来更详细地描述本公开(它的特性以及它的优点)。
参照附图：
图1示出了带有连续燃烧布置的燃气轮机，其中连续燃烧布置带有第一焚烧器、第一燃烧室、用于混合稀释气体的混合器、第二焚烧器、第二燃烧室以及闭环冷却的轮叶；
图2示出了带有连续燃烧布置的燃气轮机，其中连续燃烧布置带有第一焚烧器、第一燃烧室、用于混合稀释气体的混合器、第二焚烧器、第二燃烧室以及闭环冷却的轮叶以及文氏管喷嘴以增压离开闭环冷却的冷却气体的压力水平；
图3示出了带有连续燃烧布置的燃气轮机，其中连续燃烧布置带有第一焚烧器、第一燃烧室、用于混合稀释气体的混合器、第二焚烧器、第二燃烧室以及闭环冷却的轮叶、以及叶片和喷射器泵以增压离开闭环冷却的冷却气体的压力水平。
零件列表
1 燃气轮机
2 转子
3 压缩机
4 连续燃烧器布置
5 涡轮
7 排气
8 压缩的气体
9 燃烧产物
10 叶片
11 轮叶
12 叶片冷却气体供给
13 开环冷却气体
14 喷射器泵
15 文氏管喷嘴
16 驱动流体
17 闭环冷却
22 轮叶冷却气体供给
27 稀释气体混合器
28 第一燃料喷射
29 第二燃料喷射
30 压缩机气室
31 燃烧器外壳
32 流线型本体
33 稀释气体
34 混合区段
35 第一燃烧产物
36 稀释气体控制阀
101 第一燃烧室
102 第二燃烧室
103 第二焚烧器
104 第一燃烧器衬套
105 第二燃烧器衬套
106 第一焚烧器
110 稀释气体喷射。
具体实施方式
图1显示了带有连续燃烧器布置4的燃气轮机1。它包括压缩机3、连续燃烧器布置4、以及涡轮5。
连续燃烧器布置4包括第一焚烧器106、第一燃烧室101、以及用于在操作期间将稀释气体33混合至离开第一燃烧室101的热气体的稀释气体混合器27。在混合器27的下游，连续燃烧器布置4还包括第二焚烧器103、以及第二燃烧室102。第一焚烧器106、第一燃烧室101、混合器27、第二焚烧器103、以及第二燃烧室102以流体流动连接连续地布置。连续燃烧器布置4被容纳在燃烧器外壳31中。离开压缩机3的压缩的气体8经过用于至少部分地恢复离开压缩机3的气体的动压的扩散器。
涡轮5包括轮叶11和叶片10。轮叶11用流过闭环冷却17的冷却气体来冷却。冷却气体从压缩机气室30穿过冷却气体供给22来供给至闭环冷却17。冷却气体供给22能够例如布置在压缩机气室30中的转子2和燃烧器布置4之间的区域中、或燃烧器布置4和燃烧器外壳31之间的区域中。
开环冷却气体13能够从轮叶11排放到热气体流中。
在操作期间，在闭环冷却17中加热的冷却气体通过稀释气体混合器27来作为稀释气体喷射到第一燃烧器燃烧产物35中。在该示例中，稀释气体喷射100用于稀释气体混合。
连续燃烧器布置4还包括用于将冷却气体沿着第一燃烧室的壁引导的第一燃烧器衬套104、以及用于将冷却气体沿着第二燃烧室102的壁引导的第二燃烧器衬套105。
第一燃料28能够经由第一燃料喷射引入到第一焚烧器106中、与在压缩机3中压缩的压缩的气体8混合、以及在第一燃烧室101中焚烧。稀释气体33在随后的混合器27中混合。第二燃料29能够经由第二燃料喷射器引入到第二焚烧器103中、与离开混合器27的热气体混合、以及在第二燃烧室102中焚烧。离开第二燃烧室102的热气体在随后的涡轮5中膨胀、做功。涡轮5和压缩机3布置在转子2上。
离开涡轮5的排气7的剩余的热能够进一步用在用于蒸汽生成的余热回收蒸汽发生器或锅炉(未示出)。
在此处所示的示例中，压缩的气体8作为稀释气体33被混合。典型地，压缩的气体8是压缩的环境空气。对于带有烟道气循环(未示出)的燃气轮机，压缩机气体是环境空气和循环的烟道气的混合物。
典型地，燃气轮机系统包括联接至燃气轮机1的转子2的发生器(未示出)。燃气轮机1还包括用于涡轮5的冷却系统，其因为不是本发明的主题而也未示出。
图2的实施例不同于图1的燃气轮机，在于从第二轮叶的闭环冷却17返回的冷却气体的压力在该冷却气体供给到混合器27之前在文氏管喷嘴15中使用来自压缩机气室的压缩的气体8作为驱动流体16而增压。而且，来自第一轮叶的冷却气体涡轮用作冷却流体以在其供给到混合器27之前冷却第二燃烧器衬套105的壁。
图2的示例还示出了在加热的冷却气体喷射到混合器27中的位置处(关于流过燃烧器布置4的热气体)的上游的另外的稀释气体喷射33。
图3的实施例也基于图1。它与图1的燃气轮机的不同在于，混合器27包括用于将稀释气体33喷射到第一燃烧器燃烧产物中的流线型本体32。稀释气体33的至少一部分被首先引入到流线型的本体32中且从流线型的本体32喷射到第一燃烧器燃烧产物35中。在所示的示例中，流线型本体32布置在进入混合器27的入口的右侧。还可想到的是其中流线型本体32还布置在混合器27的下游的实施例。
图3的实施例还包括用于第一叶片10的闭环冷却17。压缩的气体8经由叶片冷却气体供给12供给至闭环冷却17。从第一叶片10返回的加热的冷却气体被供给到第二燃烧器衬套105的冷却通道中，沿着第二燃烧器衬套105流动直到它到达混合器27且喷射到第一燃烧器燃烧产物35中。
示例还示出了喷射器泵14，其用于在从第二轮叶的闭环冷却17返回的冷却气体经由混合器27喷射之前增压该冷却气体的压力。
对于所有示出的布置，罐或环形架构或它们两者的任意组合是可能的。火焰层、EV、AEV或BEV焚烧器可用于罐以及用于环形架构。
混合器II的混合质量对于稳定的干净的燃烧是极重要的，这是因为第二燃烧室102的焚烧器系统要求规定的入口条件。
所有说明的优点不限于指定的组合，但还能够在其它组合或独自使用，而不脱离本公开的范围。其它的可能性是任选地可想到的，例如，停用单独的焚烧器或在部分负载操作下焚烧器的组。另外，冷却气体和稀释气体能够在分别用作冷却气体、稀释气体之前在冷却气体冷却器中再冷却。

Claims (15)

1.一种燃气轮机(1)，带有压缩机(3)、涡轮(5)、以及连续燃烧器布置(4)，该连续燃烧器布置(4)包括带有用于在操作期间允许第一燃料(28)进入燃烧器入口气体的第一焚烧器(106)和用于焚烧所述第一燃料(28)的第一燃烧室(101)的第一燃烧器、用于将稀释气体(33)混合至离开所述第一燃烧室(101)的第一燃烧器燃烧产物(35)的稀释气体混合器(27)、用于混合第二燃料(29)的第二焚烧器(103)以及第二燃烧室(102)，其中所述第一燃烧器、所述稀释气体混合器(27)、所述第二焚烧器(103)以及第二燃烧室(102)以流体流动连接连续地布置，
其特征在于，所述涡轮(5)的轮叶(11)和/或叶片(10)具有连接至用于将压缩的冷却流体供给到所述轮叶(11)和/或叶片(10)的压缩机气室(30)的闭环冷却，并且在于，所述闭环冷却(17)的出口连接至用于将离开所述轮叶(11)和/或叶片(10)的加热的冷却气体混合到所述第一燃烧器燃烧产物(35)中的所述稀释气体混合器(27)。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机(1)，其特征在于，它包括将所述压缩机气室(30)连接至所述闭环冷却(17)的冷却气体供给(22)。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机(1)，其特征在于，所述冷却气体供给(22)布置在转子(2)和所述连续燃烧器布置(4)之间。
4.根据权利要求2所述的燃气轮机(1)，其特征在于，所述冷却气体供给(22)布置在燃烧器外壳(31)和所述连续燃烧器布置(4)之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃气轮机(1)，其特征在于，用于冷却第一燃烧衬套(104)、第二燃烧器衬套(105)、所述第二焚烧器(103)的壁、混合区段(34)、以及稀释气体混合器(37)中的至少一个的冷却通道置于在所述闭环冷却(17)的所述出口和所述稀释气体混合器(27)之间。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气轮机(1)，其特征在于，喷射器泵(15,16)置于在所述闭环冷却(17)的所述出口和所述稀释气体混合器(27)之间。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃气轮机(1)，其特征在于，至所述稀释气体混合器(27)的至少一个供给直接连接至所述压缩机气室，以用于将压缩机排气另外地混合到所述第一燃烧器燃烧产物(35)中。
8.一种用于操作燃气轮机(1)的方法，该燃气轮机(1)带有压缩机(3)、涡轮(5)以及连续燃烧器布置(4)，该连续燃烧器布置(4)带有包括第一焚烧器(106)和第一燃烧室(101)的第一燃烧器、稀释气体混合器(27)、第二焚烧器(103)以及第二燃烧室(102)，其中所述第一燃烧器、所述稀释气体混合器(27)、所述第二焚烧器(103)、以及第二燃烧室(102)以流体流动连接连续地布置，
所述方法包括以下步骤：
在所述压缩机(3)中压缩入口气体，
在所述第一焚烧器(106)中将第一燃料(28)混合至压缩的气体的至少一部分，
在所述第一燃烧室(101)中焚烧混合物以获得第一燃烧器燃烧产物(35)，
在所述稀释气体混合器(27)中将稀释气体混合至离开所述第一燃烧室(101)的所述第一燃烧器燃烧产物，
其特征在于，所述涡轮(5)的轮叶(11)和/或叶片(10)用流过所述轮叶(11)和/或所述叶片(10)的闭环冷却(17)的压缩的气体(8)来冷却，并且在于，离开所述轮叶(11)和/或所述叶片(10)的加热的冷却气体被供给到所述稀释气体混合器(27)中且混合至所述第一燃烧器燃烧产物(35)。
9.根据权利要求8所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，压缩的气体(8)从压缩机气室(30)供给到闭环冷却(17)中。
10.根据权利要求8所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，所述压缩的气体(8)从布置在转子(2)和所述连续燃烧器布置(4)之间的所述压缩机气室的冷却气体供给(22)供给至所述闭环冷却(17)。
11.根据权利要求8所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，所述压缩的气体(8)从布置在燃烧器外壳(31)和所述连续燃烧器布置(4)之间的所述压缩机气室的冷却气体供给(22)供给至所述闭环冷却(17)。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，离开所述闭环冷却(17)的所述冷却气体在其被供给到所述稀释气体混合器(27)之前流过用于冷却第一燃烧衬套(104)、第二燃烧器衬套(105)、所述第二焚烧器(103)的壁、混合区段(34)、以及稀释气体混合器(37)中的至少一个的冷却通道。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，离开所述闭环冷却(17)的所述冷却气体的压力在所述冷却气体被供给到所述稀释气体混合器(27)中之前在喷射器泵(15,16)中增加。
14.根据权利要求13所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，来自所述压缩机气室(30)的所述压缩的气体(8)用于加压所述喷射器泵(15,16)中的所述冷却气体。
15.根据权利要求8至14中的任一项所述的用于操作燃气轮机(1)的方法，其特征在于，直接来自所述压缩机气室(30)的压缩的气体(8)在所述稀释气体混合器(27)中混合到所述第一燃烧器燃烧产物(35)中。
CN201610659807.5A 2015-08-12 2016-08-12 带有用于稀释的冷却气体的连续燃烧布置 Active CN106468449B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15180787.2 2015-08-12
EP15180787.2A EP3130848B1 (en) 2015-08-12 2015-08-12 Sequential combustion arrangement with cooling gas for dilution

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106468449A true CN106468449A (zh) 2017-03-01
CN106468449B CN106468449B (zh) 2020-11-24

Family

ID=53900744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610659807.5A Active CN106468449B (zh) 2015-08-12 2016-08-12 带有用于稀释的冷却气体的连续燃烧布置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10677453B2 (zh)
EP (1) EP3130848B1 (zh)
JP (1) JP2017040268A (zh)
KR (1) KR20170020248A (zh)
CN (1) CN106468449B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11092076B2 (en) 2017-11-28 2021-08-17 General Electric Company Turbine engine with combustor
EP3772616B1 (en) * 2019-08-08 2024-02-07 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for operating a gas turbine assembly comprising a sequential combustor
GB2596305A (en) * 2020-06-23 2021-12-29 Ansaldo Energia Switzerland AG Burner of a reheat gas turbine engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6523346B1 (en) * 2001-11-02 2003-02-25 Alstom (Switzerland) Ltd Process for controlling the cooling air mass flow of a gas turbine set
US20120060507A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine
US20120260665A1 (en) * 2009-11-17 2012-10-18 Alstom Technology Ltd Reheat combustor for a gas turbine engine
CN104541104A (zh) * 2012-08-24 2015-04-22 阿尔斯通技术有限公司 利用稀释气体混合器的连续燃烧

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH674561A5 (zh) 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
DE19547913A1 (de) 1995-12-21 1997-06-26 Abb Research Ltd Brenner für einen Wärmeerzeuger
JPH11241602A (ja) * 1998-02-26 1999-09-07 Toshiba Corp ガスタービン翼
DE10312971B4 (de) 2003-03-24 2017-04-06 General Electric Technology Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Gasturbogruppe
US6935116B2 (en) 2003-04-28 2005-08-30 Power Systems Mfg., Llc Flamesheet combustor
US7237384B2 (en) 2005-01-26 2007-07-03 Peter Stuttaford Counter swirl shear mixer
WO2014001230A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-03 Alstom Technology Ltd Method for a part load co reduction operation for a sequential gas turbine
EP2722591A1 (en) 2012-10-22 2014-04-23 Alstom Technology Ltd Multiple cone gas turbine burner

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6523346B1 (en) * 2001-11-02 2003-02-25 Alstom (Switzerland) Ltd Process for controlling the cooling air mass flow of a gas turbine set
US20120260665A1 (en) * 2009-11-17 2012-10-18 Alstom Technology Ltd Reheat combustor for a gas turbine engine
US20120060507A1 (en) * 2010-09-10 2012-03-15 Rolls-Royce Plc Gas turbine engine
CN104541104A (zh) * 2012-08-24 2015-04-22 阿尔斯通技术有限公司 利用稀释气体混合器的连续燃烧

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017040268A (ja) 2017-02-23
US10677453B2 (en) 2020-06-09
EP3130848B1 (en) 2019-01-16
KR20170020248A (ko) 2017-02-22
EP3130848A1 (en) 2017-02-15
US20170045228A1 (en) 2017-02-16
CN106468449B (zh) 2020-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104776450B (zh) 具有稀释气体的顺序燃烧组件
US9121611B2 (en) Combustor, burner, and gas turbine
US8112999B2 (en) Turbomachine injection nozzle including a coolant delivery system
JP5946519B2 (ja) ガスタービンアッセンブリ及び相応の運転方法
CN103629661B (zh) 用于在燃气涡轮的连续燃烧系统中混合稀释空气的方法
KR102473612B1 (ko) 연료 노즐을 구비하는 시스템 및 방법
US9739488B2 (en) Gas turbine combustor with two kinds of gas fuel supply systems
CN104541104A (zh) 利用稀释气体混合器的连续燃烧
CN104662368A (zh) 具有沿径向分级的经预混合母火以改进可操作性的燃烧器
CN103775215B (zh) 操作具有顺序燃烧的燃气涡轮的方法及燃气涡轮
CN106762158B (zh) 用于操作燃气涡轮的同时维持排放标准的系统和方法
CN104373960A (zh) 具有稀释气体混合器的连续燃烧
US20170114717A1 (en) Axial stage combustion system with exhaust gas recirculation
CN105823085A (zh) 具有混合器的顺序燃烧器组件
EP2664854A2 (en) Secondary combustion system
CN106468449A (zh) 带有用于稀释的冷却气体的连续燃烧布置
US20140238034A1 (en) Turbomachine combustor assembly and method of operating a turbomachine
JP6148133B2 (ja) ガスタービン燃焼器及びガスタービンシステム
US20140260302A1 (en) DIFFUSION COMBUSTOR FUEL NOZZLE FOR LIMITING NOx EMISSIONS
US20130263605A1 (en) Diffusion Combustor Fuel Nozzle
CN107429613B (zh) 燃气涡轮发动机的涡轮冷却叶片
US11428409B2 (en) Combustor and gas turbine including the same
CN102454482A (zh) 具有氮冷却式燃气轮机的整体气化联合循环系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant