CN1206455A - 使燃烧低热值燃料的燃气涡轮机组运行的方法 - Google Patents

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Abstract

在一个使燃烧低热值燃料的燃气涡轮机组运行的方法中,该燃气轮组主要包括一个压气机,一个涡轮机、一个燃烧室和一个发电机。该低热值燃料借助一个燃料压缩机被压缩。在启动燃气轮组时,在一部分燃烧空气(9,9a)中以超化学计量(富油)方式混入低热值燃料(11a),以产生一个稳定的火焰。最迟在达到额定转数(B)和同步运行以后,该低热值燃料(11a)的数量如此下降,以便还刚刚达到一个超化学计量的比例。在其余的燃烧空气流(9,9b)中则混入其余的为达到希望的负载必需的低热值燃料(11b)。

Description

使燃烧低热值燃料的燃气   涡轮机组运行的方法
本发明涉及一个使燃烧低热值燃料的燃气涡轮机组运行的方法，其中，燃气涡轮机组主要由一个压气机，一个燃烧室，一个涡轮和一个发电机组成；而且，该低热值燃料借助一个燃料压缩机而被压缩。
这种运行方法是公知的。与那些使用传统的中等热值或高热值燃料如天然气或油其热值为40MJ／kg或更高的燃料运行的燃气涡轮不同，在应用一种低热值燃料，其热值低于10MJ／kg的数量级之燃料运行的燃气涡轮情况下，燃烧的稳定性成了问题。特别在热值低于3MJ／kg(
Figure 9619941200031
700kcal／mn3)时，火焰变得不稳定了。
本发明任务是，在一个开头所述类型的使燃烧低热值燃料的燃气涡轮机组运行的方法中，可使得应用较小热值的燃料的燃烧稳定运行。
这一任务按照发明要求，通过权利要求1的特征方案来实现。亦即本发明的核心是，在燃气涡轮机组启动时，在一部分燃烧空气中以超化学计量的方式(富油)混入低热值燃料，以便形成一个稳定的火焰；同时，最迟在达到额定转数和同步以后，低热值燃料量要如此程度地减少，即，刚刚还可以达到一个超化学计量的比例(稍有富油)；而在其余的燃烧空气流中，混入其余的为达到希望的负载所需的低热值燃料。
由此，可以看出本发明优点是，燃气涡轮机组基本上只用低热值燃料就可以运行。因此，使这些应用最小热值的低热量燃料来运行的燃气涡轮的经济性提高了。
下面在附图中对本发明的实施例作了简图描述。其中：
图1是一个燃气涡轮机组的示意图；
图2是通过燃气涡轮机组的一个混合(燃烧)器的局部横剖图；
图3是一个燃气涡轮机组的运行方法简图；
图4是一个带有燃气涡轮机组的混合(燃烧)器的燃烧室；
图5是一个通过图4之混合(燃烧)器的局部截面图；
图6是一个出自图4之混合(燃烧)器的局部展开图；
图7是在燃烧腔之混合(燃烧)器出口上的俯视图。
此处，为了理解本发明仅表明了基本的元件。
在图1中示意地描述了一个燃气涡轮机组，其主要包括：一个压气机40，一个燃气涡轮41和一个发电机46；它们通过一根轴42相连接；还包括一个燃烧室43。在压气机40和发电机46之间附加安置一个燃料压缩机48以将低热值的气体状的燃料进行压缩。理所当然地，对该燃料的压缩作用还可以其它任意方式来实现。在压气机40中，空气通过一个空气输入管44被吸入，被压缩；而被压缩的空气导入到燃烧室43中。在此处，燃烧空气被输入以填加燃料45之形式的燃料(控制燃气或液体燃料)或从已压缩的低热值的燃料11输入的燃料，这种燃料-空气-混合物就燃烧。所产生的燃烧(烟)气体被导入到燃气涡轮41中，其中，该燃烧气体膨胀；一部分燃烧气体的能量转化为转动能。这种转动能通过轴42被利用于驱动发电机46和压气机40。而还热态的废气通过管道47排出。
按照图2，一个燃烧室43的混合(燃烧)器1主要包括；一个中央燃料管2，一个内管3，和一个外管4。它们相对于对称轴线8对中地配置。在燃料管2的下游端部上安置一个未详细描述的燃料喷嘴以喷入液体燃料。同时这种液体燃料通过所述燃料管导入到该燃料喷嘴中。通过该燃料管2和该内管3构成一个环形的通道5，通过它，低热值的(可)燃气可以混入按照热值而言高热值的(可)燃气中作为控制燃气10被导入到燃烧室43中。通过内管3和外管4构成一个环形的通道，它通过一个分隔壁被分割成一个内分通道21和一个外分通道22。通过该分隔壁20的径向位置还可以调节该分通道21，22之分横截面的比例关系，因此，低热值的燃料同样可以相应地被分割开。通过分隔壁20，该燃烧空气同样被分割成两个分空气流9a和9b。通过这里边的分通道21流入一个低热值燃料的分燃料流11a；通过外边的分通道22流入一个低热值燃料的分燃料流11b。同时，该分燃料流11a，11b通过不同的，未描绘的阀门被调节。在通道6之流动下游的端部上安置了旋流体7，它有助于燃料10，11和燃烧空气9a，9b的混合使用。
在图3中，于纵坐标上表示了燃料量M的百分比。而在横坐标上从点A到点B表示为转数；从点B到点C是表示为负载。在点A时，转数等于零；然后向点B去升高，在B处达到额定转数，例如为3600转／分适用于60赫兹。
为确保燃气涡轮机组的一个可靠的启动，这个瞬时的启动过程用低热值的燃气11a运行，该燃气11a通过一个里边的分通道21输入。依此，为启动所必需的低热值燃气与一个较小的空气量，亦即与分空气量9a，这由分通道21之较小的横截面所决定，共同输入，因而产生一个富油混合和由此形成一个稳定的燃烧。
因为，此处基于相对小的分通道横截面故仅需要采用相对小的未描绘的阀门以调节该燃料质量流，所以这样就可以实现一个很快速的调节，进而就可允许快速的温度校正。由于这个温度校正，就产生了在D点处的拱背形曲线。在燃气涡轮机组加速运行时，本系统压气机40和涡轮机41在额定转板B的上部1／3处开始将输入到燃烧室43中的热能转化为功率。因此，发电机46的驱动功率和由此在燃烧室43中的温度都可能下降，因而导致该低热值的燃烧11a之数量在点D处的减少。然后，在额定转板B时，该系统压气机40和涡轮机41处于热力平衡状态。
在达到额定转数的B点处以后，该燃气涡轮机组实现与电网同步，该电网即为发电机46所产生的电能应供给之电网。
将通过外分通道22输入的低热值燃料之第二分燃料流11b的接通发生在所述同步运行之前或之后。同时，该第一分燃料流11a的燃料量应如此地下降，即仍保持一个稳定的火焰。依此，在为了所选定的负载点必需的燃料和第一分燃料流11a之燃料量之间的差值就变为最大。进而，该第二分燃料流11b同样提供一个最大可能的燃料量，这样，就可即使在外部混合(燃烧)器-分通道22接通的情况下导致一个稳定的运行状态。
在点B，零负载和点C，最大负载之间，该低热值之燃料11a和11b的总量相对于负载基本为直线调节的。
为了进一步稳定用低热值燃料11a和11b在燃烧室43中产生的火焰可以将燃料12附加地喷入到火焰的中央区。这一点可借助液体燃料通过燃料管2或借助控制燃气10通过混合(燃烧)器的通道5实现。燃料12的数量是较小的并一般低于所输入的燃料量的5％。
在图4及另外的图5，6和7中，该混合(燃烧)器安置在一个燃烧室43中。燃烧空气9被导入一个圆拱件24中并从此处通过沿流动方向延伸的空气通道25被导向流动下游的混合(燃烧)器端部。与图2不同，此处的空气通道未被分割成一个外部区域和一个内部区域。但是该混合(燃烧)器也在此处借助分隔壁28在流动方向上交替地分割成径向上扩大的空气通道25和燃料通道21′，22′，其中，该燃料通道又通过分隔壁20被分割成环形结构。该低热值的燃气11a和11b通过环形的包绕该混合(燃烧)器1的通道26和27而环流经过该混合(燃烧)器1并通过开口29，30送入到里边燃料通道21′和外边的燃料通道22′中。同时在混合(燃烧)器启动和运行时低热值燃料的供给如上边已述的那样进行。虽然此处的燃烧空气不是被分割成环形的，但是，通过里边的分通道21输入的低热值燃气11a仅与混合(燃烧)器中央区域的燃烧空气相混合，对应于图2。因此，该低热值燃气11a仅与一部分燃烧空气9相混合，这样，至少在混合(燃烧)器的中央产生一个富油的混合物并由此，形成一个稳定的燃烧。进而，在燃烧室的内部产生一个火焰，该火焰若通过外边的燃料通道22′没有燃料11b被输入时，就被燃烧空气9所包覆。
在图4的混合(燃料)器情况下，未安置旋流器7。燃烧空气9和燃料11a，11b的混合作用是通过一个在混合(燃烧)器1的下游端部安置的分隔壁28的弯曲结构完成的。因此，在混合(燃烧)器的出口就产生一个旋流作用，它将燃料和燃烧空气相混合。
当然，本发明并不局限在描绘的和叙述的实施例上。而是还可以配置多个分隔壁，以便进一步分割这些分通道。这样就可以实现一个精确地匹配于相应的比例。
参考编号
1    混合(燃烧)器
2    燃料管
3    内管
4    外管
5    控制燃气用通道
7    旋流体
8    对称轴线
9，9a，9b 燃烧空气10        控制燃气11a，11b  低热值燃气12        燃料20        分隔壁21        里边分通道21′      里边燃料通道22        外边分通道22′      外边的燃料通道23        燃烧室壁24        圆拱件25        空气通道26        用于11a的环通道27        用于11b的环通道28        分隔壁29        从26向21′的开口30        从27向22′的开口40        压气机41        燃气涡轮42        轴43        燃烧室44        空气输入管45        附加燃料46        发电机47        废气管48        燃料压缩机A        转数-0点B        额定转数／负载-0点C        全负载D        顶点

Claims (4)

1．使燃烧低热值燃料的燃气涡轮机组运行的方法，其中，燃气涡轮机组主要包括一个压气机(40)，一个燃烧室(43)，一个涡轮机(41)和一个发电机(46)；该低热值的燃料借助一个燃料压缩机(48)被压缩；其特征在于：
在启动该燃气涡轮机组时，在一部分燃烧空气(9，9a)中，以超化学计量(富油)方式混入低热值燃料(11a)，以便形成一个稳定的火焰；最迟在达到额定转数(B)和同步运行以后，该低热值燃料(11a)的数量如此地减少，以便还刚刚实现一个超化学计量的比例；在其余的燃烧空气流(9，9b)中，混入其余的为达到希望的负载必需的低热值燃料(11b)。
2．按权利要求1的方法，其特征在于：在燃烧空气(9，9a)的中央区域喷入燃料(12)。
3．按权利要求1的方法，其特征在于：该燃烧空气在进入燃烧室之前被分割成至少两个分空气流(9a，9b)。
4．按权利要求1的方法，其特征在于：该第一分气流(9a)被第二分气流(9b)所包绕。
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