RU2699297C2 - Устройство последовательного сжигания с разбавляющим газом - Google Patents

Устройство последовательного сжигания с разбавляющим газом Download PDF

Info

Publication number
RU2699297C2
RU2699297C2 RU2014153649A RU2014153649A RU2699297C2 RU 2699297 C2 RU2699297 C2 RU 2699297C2 RU 2014153649 A RU2014153649 A RU 2014153649A RU 2014153649 A RU2014153649 A RU 2014153649A RU 2699297 C2 RU2699297 C2 RU 2699297C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion
gas
combustion device
ratio
pulse stream
Prior art date
Application number
RU2014153649A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014153649A (ru
RU2014153649A3 (ru
Inventor
Михаэль ДЮЗИНГ
Эвальд ФРАЙТАГ
Original Assignee
Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг
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 Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг filed Critical Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг
Publication of RU2014153649A publication Critical patent/RU2014153649A/ru
Publication of RU2014153649A3 publication Critical patent/RU2014153649A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2699297C2 publication Critical patent/RU2699297C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26Controlling the air flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/35Combustors or associated equipment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00Staged combustion
    • F23C2201/20Burner staging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03341Sequential combustion chambers or burners

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)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

Способ работы газовой турбины с компрессором, турбиной и устройством последовательного сжигания с первым сжигающим устройством, второй горелкой и второй камерой сгорания, смесительной секцией, обеспечивающей смешение разбавленного газа с продуктами сгорания первого сжигающего устройства, выходящими из первой камеры сгорания при работе, второй горелкой и второй камерой сгорания. Первое сжигающее устройством содержит первую горелку для сжатого газа, выходящего из компрессора, и первую камеру сгорания. Первое сжигающее устройство, смесительная секция, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Способ включает в себя этапы, на которых сжимают впускной газ в компрессоре, примешивают первое топливо к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке, сжигают смесь в первой камере сгорания для получения первых продуктов сгорания сжигающего устройства. При этом разбавляющий газ примешивают через по меньшей мере одно отверстие разбавляющего газа в смесительной секции с первым потоком импульса. При этом первые продукты сгорания сжигающего устройства подают в смесительную секцию со вторым потоком импульса. Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса. Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины при нагрузке ниже 60% относительной нагрузки газовой турбины. Изобретение направлено на обеспечение устойчивого горения с низкими величинами выбросов продуктов сгорания. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству последовательного сжигания для газовой турбины с примешиванием разбавляющего газа в устройство последовательного сжигания. Изобретение дополнительно относится к способу работы газовой турбины с примешиванием разбавляющего газа в устройство последовательного сжигания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Вследствие увеличенного генерирования энергии непостоянными возобновляемыми источниками, например ветряными или солнечными, существующие силовые установки на основе газовых турбин все чаще используются для балансирования спроса на энергию и для стабилизации энергосети. Таким образом, требуется усовершенствованная функциональная гибкость. Это подразумевает, что газовые турбины часто работают при более низкой нагрузке, чем расчетное значение базовой нагрузки, т.е. при более низком впуске сжигающего устройства и температурах горения.
Одновременно, величины предельно допустимых выбросов и разрешения на суммарные выбросы становятся более жесткими, таким образом требуется работать с более низкими величинами выбросов, поддерживать низкие выбросы также при работе с частичной нагрузкой и во время переходных процессов, так как они также учитываются в совокупных предельно допустимых выбросах.
Системы сгорания настоящего уровня техники выполнены так, чтобы справляться с определенной изменчивостью рабочих условий, например посредством регулирования массового расхода впуска компрессора или управления распределением топлива среди разных горелок, ступеней топлива или топок. Однако, это является недостаточным для удовлетворения новых требований.
Для дополнительного уменьшения выбросов и для увеличения функциональной гибкости, последовательное сгорание было предложено в DE 10312971 A1. В зависимости от рабочих условий, в частности от температуры горячего газа первой камеры сгорания, может быть необходимым охлаждать горячие газы до их подачи во вторую горелку (также называемую последующей горелкой). Это охлаждение может быть предпочтительным для обеспечения возможности впрыска топлива и предварительного смешивания впрыснутого топлива с горячими отработавшими газами первого сжигающего устройства во второй горелке.
Надлежащее управление впускной температурой во вторую камеру сгорания и надлежащее смешивание топлива, впрыснутого во вторую горелку, с газами, выходящими из первого сжигающего устройства, является необходимым для устойчивого горения с низкими величинами выбросов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего описания изобретения заключается в предложении устройства последовательного сжигания, содержащего средства для примешивания разбавляющего газа и второго топлива между первой камерой сгорания и второй камерой сгорания. Такая разбавляющая горелка должна обеспечивать надлежащие впускные условия потока для второй камеры сгорания для широкого рабочего диапазона газовой турбины. По существу, предварительно заданные впускные условия подлежат обеспечению для всех рабочих условий, при которых работает второе сжигающее устройство. В частности, горячие газы охлаждаются до предварительно определенных температур горячего газа. Более того, распределения скоростей, содержание кислорода и топлива могут регулироваться (например, управляться с заданным профилем) для второй камеры сгорания с надлежащим примешиванием разбавляющего газа.
Отклонения от заданных впускных температур могут приводить к высоким выбросам (например, NOx, CO и несгоревших углеводородов) и/или обратной вспышке в разбавляющей горелке. Обратная вспышка и NOx вызываются уменьшенным временем самовоспламенения для впрыснутого топлива вследствие высокой впускной температуры газа или высокой концентрации кислорода, которая вызывает более раннее воспламенение (приводящее к обратной вспышке) или уменьшенное время для смешивания топлива-воздуха, приводя к местным горячим точкам во время сгорания и, следовательно, увеличенному выбросу NOx. Области низкой температуры могут вызывать выбросы СО вследствие увеличенного времени самовоспламенения. Это может уменьшить время для сжигания СО до СО2, и уменьшенной температуры местного пламени, что может дополнительно замедлить сгорание СО до СО2. В заключение, местные горячие точки могут приводить к перегреву в определенных областях ниже по потоку перемешивателя.
Разбавляющий газ может, например, представлять собой сжатый воздух или смесь воздуха и отработавших газов газовой турбины. Также сжатые отработавшие газы могут использоваться в качестве разбавляющего газа.
В соответствии с первым вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, устройство содержит первое сжигающее устройство с первой горелкой для подачи первого топлива во впускной газ сжигающего устройства при работе и первой камерой сгорания для сжигания первого топлива с впускным газом сжигающего устройства. Типично, впускной газ сжигающего устройства представляет собой сжатый воздух. В зависимости от применения, он может представлять собой другой газ или газовую смесь, такую как, например, смесь воздуха и отработавшего газа. Устройство последовательного сжигания дополнительно содержит примешиватель разбавляющего газа для примешивания разбавляющего газа к первым продуктам сгорания сжигающего устройства, выходящим из первой камеры сгорания, и вторую горелку для примешивания второго топлива и вторую камеру сгорания. Второе топливо может сгорать со смесью первых продуктов сгорания и разбавляющим газом во второй камере сгорания. Первое сжигающее устройство, примешиватель разбавляющего газа, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Для обеспечения надлежащего смешивания разбавляющего воздуха с первыми продуктами сгорания сжигающего устройства, отношение потерь давления первого сжигающего устройства к потерям давления горячего газа в примешивателе разбавляющего газа составляет от 2 до 12. Отношение потерь давления может осуществляться посредством выполнения первого сжигающего устройства с коэффициентом потерь давления сжигающего устройства и перемешивателя с коэффициентом потерь давления перемешивателя. В качестве базового поперечного сечения для коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства и перемешивателя, может использоваться поперечное сечение на выпуске первой камеры сгорания. Выполнение первого сжигающего устройства и примешивателя разбавляющего газа с отношением потерь давления в диапазоне от 2 до 12, обеспечивает возможность работы перемешивателя почти при постоянном отношении потока импульса между потоками горячих продуктов сгорания и разбавляющего газа. Таким образом, профиль впускной температуры во впускной плоскости последующих горелок, по существу, остается почти таким же для разных рабочих условий.
Потери давления сжигающего устройства могут определяться с большой степенью типом используемой горелки и требуемой температурой горячего газа. Небольшие дополнительные потери давления вследствие примешивателя, уменьшают суммарные потери давления устройства последовательного сжигания. Однако небольшие потери давления в примешивателе увеличивают отношение коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства к примешивателю разбавляющего газа. Если отношение потерь давления первого сжигающего устройства к примешивателю разбавляющего газа становится слишком большим, например выше 12, качество смешивания может изменяться вследствие изменений рабочих условий первой и второй камеры сгорания, и может, в частности, оказывать неблагоприятный эффект на сгорание во второй камере сгорания. Это может приводить к большим выбросам или неустойчивому горению, например пульсации.
Увеличение потерь давления примешивателя обеспечивает устойчивые граничные условия для примешивания разбавляющего газа. Однако, большие потери давления в примешивателе, увеличивают суммарные потери давления устройства последовательного сжигания. Такие большие потери давления могут оказывать заметный отрицательный эффект на суммарную энергию и производительность, в случае применения в газовой турбине. Следовательно, отношение потерь давлений первого сжигающего устройства к потерям давления примешивателя разбавляющего газа должно поддерживаться выше 2. Соответственно, отношение коэффициента потерь давлений первого сжигающего устройства к коэффициенту потерь давлений примешивателя разбавляющего газа должно поддерживаться выше 2.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, отношение потерь давления первого сжигающего устройства к потерям давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 3 до 10.
Соответственно, отношение коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства к коэффициенту потерь давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 3 до 10.
В соответствии с еще одним дополнительным вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, отношение потерь давления первого сжигающего устройства к потерям давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 5 до 8.
Соответственно, отношение коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства к коэффициенту потерь давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 5 до 8.
Примешиватель устройства последовательного сжигания может иметь отверстия или сопла, расположенные на боковой стенке, для впрыска разбавляющего воздуха в первые продукты сгорания сжигающего устройства. Примешиватель разбавляющего газа также может содержать по меньшей мере одно обтекаемое тело, которое расположено в примешивателе разбавляющего газа для ввода разбавляющего газа в первые продукты сгорания, выходящие из первой камеры сгорания при работе. Разбавляющий газ может подаваться в первые продукты сгорания сжигающего устройства через по меньшей мере одно сопло, расположенное на стенке обтекаемого тела. Обтекаемое тело может, например, представлять собой профиль с соплом на одной поверхности или выпускном крае. Оно может представлять собой простую трубу, проходящую в потоке первых продуктов сгорания сжигающего устройства с открытым концом для примешивания разбавляющего газа. Примешиватель также может содержать комбинацию стеновых сопел и по меньшей мере одно обтекаемое тело для подачи разбавляющего газа.
В соответствии с вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, оно содержит подающее устройство для разбавляющего газа. Это подающее устройство соединяет примешиватель разбавляющего газа с камерой компрессора, откуда разбавляющий газ подается в примешиватель.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, клапан управления разбавляющим газом расположен в подающем устройстве разбавляющего газа. Такой клапан управления может повышать функциональную гибкость устройства последовательного сжигания посредством управления впускными условиями для второй камеры сгорания.
Помимо устройства последовательного сжигания, газовая турбина с таким устройством последовательного сжигания и способ работы газовой турбины с таким устройством последовательного сжигания являются предметами настоящего описания изобретения.
Такая газовая турбина содержит компрессор, турбину и устройство последовательного сжигания, расположенную между компрессором и турбиной. Устройство последовательного сжигания имеет первое сжигающее устройство, содержащую первую горелку для подачи первого топлива во впускной газ сжигающего устройства при работе и первую камеру сгорания для сжигания первого топлива, примешиватель разбавляющего газа для примешивания разбавляющего газа к первым продуктам сгорания сжигающего устройства, выходящим из первой камеры сгорания при работе, вторую горелку и вторую камеру сгорания. Первое сжигающее устройство, примешиватель разбавляющего газа, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Отношение потерь давления первого сжигающего устройства к примешивателю разбавляющего газа составляет от 1 до 6 в такой устройству последовательного сжигания.
Дополнительные варианты осуществления газовой турбины содержат устройство последовательного сжигания, как описано в предыдущих вариантах осуществления устройства последовательного сжигания.
Способ работы такой газовой турбины включает в себя следующие этапы, на которых:
сжимают впускной газ в компрессоре,
примешивают первое топливо к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке,
сжигают смесь в первой камере сгорания для получения первых продуктов сгорания сжигающего устройства.
После этих традиционных этапов, первые продукты сгорания подаются в примешиватель разбавляющего газа со вторым потоком импульса. Для охлаждения первых продуктов сгорания сжигающего устройства, поток разбавляющего газа подается в первые продукты сгорания сжигающего устройства, протекающие через примешиватель с первым потоком импульса. Для получения заданного температурного профиля смешанных газов на выпуске примешивателя, поток импульса разбавляющего газа поддерживается на таком уровне, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживается в определенном интервале относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса.
В соответствии с одним вариантом осуществления способа, определенный интервал относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса представляет собой расчетное отношение +/-20% от расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса. В конкретном варианте осуществления, интервал ограничен на расчетном отношении +/-10% от расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса.
Расчетное отношение может определяться для работы при базовой нагрузке (т.е. полной нагрузке) газовой турбины. Типично, окружающие условия, такие как, например условия по ISO (15°C, 1013 мбар, 60% относительной влажности), также определяются для расчетных условий. В качестве альтернативы, расчетное отношение также может определяться для рабочего режима с частичной нагрузкой, например для 80% или 90% относительной нагрузки (нагрузки, нормализированной базовой нагрузкой).
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления способа, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 50% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления способа, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 20% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.
Более того, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса может даже поддерживаться в определенном интервале относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 10% до 100% относительной нагрузки.
При низкой частичной нагрузке в диапазоне 10% - 30% относительной нагрузки или при высокой относительной нагрузке, например выше 50% относительной нагрузки, первое и второе сжигающее устройство - оба работают, т.е. первое топливо вводится в первую горелку и сгорает в первой камере сгорания, и второе топливо вводится во вторую горелку и сгорает во второй камере сгорания. При условии, что вторая горелка работает, является важным обеспечить надлежащие впускные условия для второго сгорания. Это осуществляется посредством примешивания разбавляющего газа с надлежащим потоком импульса относительно потока импульса горячего газа из первой камеры сгорания, т.е. надлежащим отношением потоков импульса.
В соответствии с вариантом осуществления, только первое сжигающее устройство работает при работе с низкой нагрузкой, т.е. только первое топливо вводится в первую горелку и сгорает в первой камере сгорания, а второе топливо не вводится. Это может происходить, например, при нагрузке ниже 30% или, например, ниже 10% относительной нагрузки газовой турбины.
В еще одном дополнительном варианте осуществления способа, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины при нагрузке ниже, например, 10% или, например, ниже 30% относительной нагрузки газовой турбины. Увеличение отношения потоков импульса соответствует относительному увеличению потока разбавляющего газа. Это увеличение может уменьшить массовый расход через первое сжигающее устройство и может приводить к отклонениям от расчетных выпускных условий перемешивателя. При низкой нагрузке, уменьшение массового расхода первого сжигающего устройства может быть предпочтительным для обеспечения возможности устойчивого горения при уменьшенном расходе топлива в первой топке. В частности, если второе сжигающее устройство не работает при условиях низкой нагрузки, искаженный выпускной профиль перемешивателя может быть допустимым.
Примешиватель разбавляющего газа также может объединяться с демпферами или соединителями с демпфирующими объемами, как описано в европейской заявке на патент EP12189685, которая включена путем ссылки.
Газовая турбина может включать в себя систему рециркуляции отработавшего газа, в которой часть отработавшего газа, выходящего из турбины, примешивается к впускному газу компрессора газовой турбины.
Разбавляющий газ может подаваться в примешиватель разбавляющего газа непосредственно из камеры компрессора. Он также может использоваться для охлаждения стенок или жаровых труб первой или второй камеры сгорания, а также стенок примешивателя разбавляющего газа до примешивания.
Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса может регулироваться на расчетную величину посредством клапана управления разбавляющим воздухом, расположенным в линии подачи в примешиватель разбавляющего газа. Такой клапан управления разбавляющим газом также может использоваться для управления отношением первого потока импульса ко второму потоку импульса в зависимости от рабочего параметра газовой турбины, такого как, например, относительная нагрузка или температура горячего газа второго сжигающего устройства или температура горячего газа первого сжигающего устройства, или комбинация этих параметров.
Разные технологии охлаждения могут использоваться для охлаждения жаровых труб сжигающего устройства и стенки примешивателя. Например, могут использоваться эффузионное охлаждение, инжекционное охлаждение или конвекционное охлаждение или комбинация способов охлаждения.
Ссылаясь на последовательное сгорание, комбинация топок может размещаться следующим образом:
Обе, первое и вторые сжигающие устройства выполнены в виде последовательной трубчатой конструкции.
Первое сжигающее устройство выполнено в виде кольцевой камеры сгорания, а второе сжигающее устройство выполнена в виде трубчатой конструкции.
Первое сжигающее устройство выполнено в виде трубчатой конструкции, а второе сжигающее устройство выполнена в виде кольцевой камеры сгорания.
Обе, первое и второе сжигающие устройства выполнены в виде кольцевых камер сгорания.
Разные типы горелок могут использоваться. Для первого сжигающего устройства, например, могут использоваться так называемые горелка EV, как известна, например из EP 0 321 809, или горелки AEV, как известные, например, из DE195 47 913. Также может использоваться горелка BEV, содержащая вихревую камеру, как описана в европейской заявке на патент EP12189388.7, которая включена путем ссылки. В трубчатой архитектуре может использоваться устройство с одной или множеством горелок на одну трубчатое сжигающее устройство. Более того, плоскопламенное сжигающее устройство, как описана в US6935116 B2 или US7237384 B2, которые включены путем ссылки, может использоваться в качестве первого сжигающего устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описание изобретения, его сущность, а также его преимущества, описываются более подробно ниже посредством прилагаемых схематичных чертежей.
ССЫЛАЯСЬ НА ЧЕРТЕЖИ:
На фиг. 1 показана газовая турбина с устройством последовательного сжигания с первой горелкой, первой камерой сгорания, примешивателем для примешивания разбавляющего газа, второй горелкой и второй камерой сгорания;
На фиг. 2 показана газовая турбина с устройством последовательного сжигания с первой горелкой, первой камерой сгорания, примешивателем, содержащим обтекаемое тело, для примешивания разбавляющего газа, второй горелкой и второй камерой сгорания;
На фиг. 3 показана газовая турбина с устройством последовательного сжигания с первой горелкой, первой камерой сгорания, примешивателем с клапаном управления разбавляющим газом для управляемого примешивания разбавляющего газа, второй горелкой и второй камерой сгорания.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана газовая турбина 1 с устройством 4 последовательного сжигания. Она содержит компрессор 3, устройство 4 последовательного сжигания и турбину 5.
Устройство 4 последовательного сжигания содержит первую горелку 106, первую камеру 101 сгорания и примешиватель II для примешивания разбавляющего газа 33 к горячим газам, выходящим из первой камеры 101 сгорания при работе. Ниже по потоку от примешивателя II, устройство 4 последовательного сжигания дополнительно содержит вторую горелку 103 и вторую камеру 102 сгорания. Первая горелка 106, первая камера 101 сгорания, примешиватель II, вторая горелка 103 и вторая камера 102 сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Устройство 4 последовательного сжигания расположено в корпусе 31 сжигающего устройства. Сжатый газ 8, выходящий из компрессора 3, проходит через диффузор для по меньшей мере частичного восстановления динамического давления газа, выходящего из компрессора 3.
При работе, разбавляющий газ впрыскивается в примешиватель разбавляющего газа во впрыске 110 разбавляющего газа. Часть впрыснутого разбавляющего газа 33 использовалась для охлаждения стенки первой камеры 101 сгорания до того, как он достигает впрыска 110 разбавляющего газа. Часть впрыснутого разбавляющего газа 33 использовалась для охлаждения стенки второй камеры 102 сгорания и второй горелки 103 до того, как он достигает впрыска 110 разбавляющего газа. Другая часть впрыснутого разбавляющего газа 33 забирается из камеры 30 компрессора и непосредственно впрыскивается в примешиватель II.
Для обеспечения надлежащих условий на впуске второй горелки 103, например гомогенного температурного профиля или гомогенного скоростного профиля, потери давления первого сжигающего устройства (I) относительно потерь давления примешивателя (II) разбавляющего газа находятся в диапазоне от 2 до 12.
Устройство 4 последовательного сжигания дополнительно содержит жаровую трубу 104 первого сжигающего устройства для направления охлаждающего газа вдоль стенок первой камеры сгорания, и жаровую трубу 105 второго сжигающего устройства для направления охлаждающего газа вдоль стенок второй камеры 102 сгорания.
Первое топливо 28 может вводиться в первую горелку 106 посредством первого топливного впрыска, смешиваться с сжатым газом 8, который сжимается в компрессоре 3, и сгорать в первой камере 101 сгорания. Разбавляющий газ 33 примешивается в последующем примешивателе II. Второе топливо 29 может вводиться во вторую горелку 103 посредством второго топливного инжектора, смешиваться с горячим газом, выходящим из примешивателя II, и сгорать во второй камере 102 сгорания. Горячий газ, выходящий из второй камеры 102 сгорания, расширяется в последующей турбине 5, выполняя работу. Турбина 5 и компрессор 3 расположены на валу 2.
Остальное тепло отработавшего газа 7, выходящего из турбины 5, может дополнительно использоваться в регенерирующем тепло парогенераторе или котле (не показано) для генерирования пара.
В примере, показанном здесь, сжатый газ 8 примешивается в виде разбавляющего газа 33. Типично, сжатый газ 8 представляет собой сжатый окружающий воздух. Для газовых турбин с рециркуляцией отработавшего газа (не показано), компрессорный газ представляет собой смесь окружающего воздуха и рециркуляционного отработавшего газа.
Типично, система газовой турбины включает в себя генератор (не показан), который соединен с валом 2 газовой турбины 1. Газовая турбина 1 дополнительно содержит систему охлаждения для турбины 5, которая также не показана, так как она не является предметом изобретения.
Вариант осуществления фиг. 2 отличается от устройства сжигания фиг. 1 тем, что примешиватель II содержит обтекаемое тело 32 для впрыска разбавляющего газа 33 в первые продукты сгорания сжигающего устройства. По меньшей мере, часть разбавляющего газа 33 сначала вводится в обтекаемое тело 32 и впрыскивается в примешиватель II из обтекаемого тела 32. В показанном примере, обтекаемое тело 32 расположено прямо на входе в примешиватель II. Варианты осуществления, в которых обтекаемое тело расположено ниже по потоку в примешивателе II, также являются возможными.
Вариант осуществления фиг. 3 основан на фиг. 1. В этом примере, часть разбавляющего газа 33 непосредственно забирается из камеры 30 компрессора и подается через клапан 36 управления разбавляющим газом в примешиватель II и впрыскивается в первые продукты сгорания сжигающего устройства. Клапан 36 управления разбавляющим газом может использоваться для регулирования отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса на расчетное значение. Клапан 36 управления разбавляющим газом также может использоваться для управления отношением первого потока импульса ко второму потоку импульса в зависимости от рабочего параметра газовой турбины, такого как, например, относительная нагрузка или температура горячего газа второго сжигающего устройства 102 или температура горячего газа первого сжигающего устройства 101, или их комбинация.
На фиг. 3, обозначенное направление протекания потока охлаждающего воздуха охлаждающего газа для жаровой трубы 104 первого сжигающего устройства было изменено. Направление охлаждающего потока для жаровой трубы 105 второго сжигающего устройства также может быть реверсировано. Схемы и технологии охлаждения не ограничены на схемах и технологиях охлаждения, показанных здесь, и другая комбинация схем охлаждения для первого сжигающего устройства 101, второго сжигающего устройства 102, примешивателя I разбавляющего газа и второй горелки 103 является возможной.
Для всех показанных устройств трубчатые или кольцевые конструкции или любая комбинация из двух являются возможными. Горелки плоскопламенные, EV, AEV или BEV могут использоваться для трубчатых, а также для кольцевых архитектур.
Качество смешивания примешивателя II является важным для устойчивого чистового горения, так как система горелки второй камеры 102 сгорания требует предварительно заданных условий на впуске.
Все объясненные преимущества не ограничены на определенных комбинациях, а также могут использоваться в других комбинациях или отдельно, не отступая от объема настоящего описания изобретения. Другие варианты являются возможными, если требуется, например, для деактивации отдельных горелок или групп горелок при работе с частичной нагрузкой. Более того, охлаждающий газ и разбавляющий газ могут повторно охлаждаться в охлаждающем устройстве охлаждающего газа до использования в качестве охлаждающего газа, соответственно в качестве разбавляющего газа.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - Газовая турбина
2 - Вал
3 - Компрессор
4 - Устройство последовательного сжигания
5 - Турбина
7 - Отработавший газ
8 - Сжатый газ
9 - Продукты сгорания
28 - Первый топливный впрыск
29 - Второй топливный впрыск
30 - Камера компрессора
31 – Корпус сжигающего устройства
32 - Обтекаемое тело
33 - Разбавляющий газ
34 - Смесительная секция
35 - Первые продукты сгорания
36 - Клапан управления разбавляющим газом
101 - Первая камера сгорания
102 - Вторая камера сгорания
103 - Вторая горелка
104 - Жаровая труба первого сжигающего устройства
105 - Жаровая труба второго сжигающего устройства
106 - Первая горелка
110 - Впрыск разбавляющего газа
I - Первое сжигающее устройство
II - Примешиватель разбавляющего газа

Claims (10)

1. Способ работы газовой турбины (1) с компрессором (3), турбиной (5) и устройством (4) последовательного сжигания с первым сжигающим устройством (I), содержащим первую горелку (106) для сжатого газа, выходящего из компрессора (3), и первую камеру (101) сгорания, смесительной секцией (II), обеспечивающей смешение разбавляющего газа (33) с продуктами сгорания (35) первого сжигающего устройства (I), выходящими из первой камеры (101) сгорания при работе, второй горелкой (103) и второй камерой (102) сгорания, причем первое сжигающее устройство (I), смесительная секция (II), вторая горелка (103) и вторая камера (102) сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде,
при этом способ включает в себя этапы, на которых
сжимают впускной газ в компрессоре (3),
примешивают первое топливо (28) к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке (106),
сжигают смесь в первой камере (101) сгорания для получения первых продуктов (35) сгорания сжигающего устройства, при этом разбавляющий газ (33) примешивают через по меньшей мере одно отверстие разбавляющего газа в смесительной секции (II) с первым потоком импульса, при этом первые продукты (35) сгорания сжигающего устройства подают в смесительную секцию (II) со вторым потоком импульса, причем отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса,
отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины (1) при нагрузке ниже 60% относительной нагрузки газовой турбины (1).
2. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1, отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в интервале +/-20% от расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса.
3. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 50% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.
4. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 30% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.
5. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отношением первого потока импульса ко второму потоку импульса управляют в зависимости от относительной нагрузки газовой турбины (1) и/или температуры горячего газа по меньшей мере одной камеры (101, 102) сгорания.
RU2014153649A 2014-01-10 2014-12-26 Устройство последовательного сжигания с разбавляющим газом RU2699297C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14150737.6A EP2894405B1 (en) 2014-01-10 2014-01-10 Sequential combustion arrangement with dilution gas
EP14150737.6 2014-01-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2014153649A RU2014153649A (ru) 2016-07-20
RU2014153649A3 RU2014153649A3 (ru) 2018-09-11
RU2699297C2 true RU2699297C2 (ru) 2019-09-04

Family

ID=49917004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014153649A RU2699297C2 (ru) 2014-01-10 2014-12-26 Устройство последовательного сжигания с разбавляющим газом

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10151487B2 (ru)
EP (1) EP2894405B1 (ru)
JP (1) JP2015132462A (ru)
KR (1) KR20150083803A (ru)
CN (1) CN104776450B (ru)
RU (1) RU2699297C2 (ru)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150047565A (ko) * 2012-08-24 2015-05-04 알스톰 테크놀러지 리미티드 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소
EP3051206B1 (en) * 2015-01-28 2019-10-30 Ansaldo Energia Switzerland AG Sequential gas turbine combustor arrangement with a mixer and a damper
US20180180289A1 (en) * 2016-12-23 2018-06-28 General Electric Company Turbine engine assembly including a rotating detonation combustor
JP7193962B2 (ja) * 2018-09-26 2022-12-21 三菱重工業株式会社 燃焼器及びこれを備えたガスタービン
EP3702669B1 (en) * 2019-02-28 2022-08-03 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for operating a sequential combustor of a gas turbine and a gas turbine comprising this sequential combustor
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
EP3772615B1 (en) * 2019-08-08 2024-03-20 Ansaldo Energia Switzerland AG Sequential combustor assembly for a gas turbine assembly and method for operating said sequential combustor assembly
CN113124422B (zh) * 2020-01-13 2024-05-28 中国科学院工程热物理研究所 轴向分级燃烧器
GB2596305A (en) * 2020-06-23 2021-12-29 Ansaldo Energia Switzerland AG Burner of a reheat gas turbine engine
US11835236B1 (en) 2022-07-05 2023-12-05 General Electric Company Combustor with reverse dilution air introduction

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5349812A (en) * 1992-01-29 1994-09-27 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and gas turbine generating apparatus
RU2098719C1 (ru) * 1995-06-13 1997-12-10 Акционерное общество "Авиадвигатель" Камера сгорания газовой турбины энергетической установки
RU2111416C1 (ru) * 1995-09-12 1998-05-20 Акционерное общество "Авиадвигатель" Камера сгорания газовой турбины энергетической установки
WO2012136787A1 (de) * 2011-04-08 2012-10-11 Alstom Technology Ltd Gasturbogruppe und zugehöriges betriebsverfahren
WO2014001230A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-03 Alstom Technology Ltd Method for a part load co reduction operation for a sequential gas turbine

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2079926A (en) * 1980-07-10 1982-01-27 Gen Motors Corp Combustor Assembly
CH674561A5 (ru) 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
DE4417538A1 (de) * 1994-05-19 1995-11-23 Abb Management Ag Brennkammer mit Selbstzündung
DE4426351B4 (de) * 1994-07-25 2006-04-06 Alstom Brennkammer für eine Gasturbine
DE4446611A1 (de) * 1994-12-24 1996-06-27 Abb Management Ag Brennkammer
DE19547913A1 (de) 1995-12-21 1997-06-26 Abb Research Ltd Brenner für einen Wärmeerzeuger
DE10233113A1 (de) * 2001-10-30 2003-05-15 Alstom Switzerland Ltd Turbomaschine
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
US8387398B2 (en) * 2007-09-14 2013-03-05 Siemens Energy, Inc. Apparatus and method for controlling the secondary injection of fuel
EP2107313A1 (en) 2008-04-01 2009-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Fuel staging in a burner
US8763400B2 (en) * 2009-08-04 2014-07-01 General Electric Company Aerodynamic pylon fuel injector system for combustors
WO2011054739A2 (en) * 2009-11-07 2011-05-12 Alstom Technology Ltd Reheat burner injection system
DE102011102720B4 (de) * 2010-05-26 2021-10-28 Ansaldo Energia Switzerland AG Kraftwerk mit kombiniertem Zyklus und mit Abgasrückführung
US20130111918A1 (en) * 2011-11-07 2013-05-09 General Electric Company Combustor assembly for a gas turbomachine
EP2642098A1 (de) * 2012-03-24 2013-09-25 Alstom Technology Ltd Gasturbinenkraftwerk mit inhomogenem Eintrittsgas
EP2722591A1 (en) 2012-10-22 2014-04-23 Alstom Technology Ltd Multiple cone gas turbine burner
CA2887454A1 (en) 2012-10-24 2014-05-01 Alstom Technology Ltd. Sequential combustion with dilution gas mixer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5349812A (en) * 1992-01-29 1994-09-27 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and gas turbine generating apparatus
RU2098719C1 (ru) * 1995-06-13 1997-12-10 Акционерное общество "Авиадвигатель" Камера сгорания газовой турбины энергетической установки
RU2111416C1 (ru) * 1995-09-12 1998-05-20 Акционерное общество "Авиадвигатель" Камера сгорания газовой турбины энергетической установки
WO2012136787A1 (de) * 2011-04-08 2012-10-11 Alstom Technology Ltd Gasturbogruppe und zugehöriges betriebsverfahren
WO2014001230A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-03 Alstom Technology Ltd Method for a part load co reduction operation for a sequential gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
US20150198334A1 (en) 2015-07-16
RU2014153649A (ru) 2016-07-20
CN104776450A (zh) 2015-07-15
RU2014153649A3 (ru) 2018-09-11
EP2894405A1 (en) 2015-07-15
CN104776450B (zh) 2019-07-09
KR20150083803A (ko) 2015-07-20
JP2015132462A (ja) 2015-07-23
US10151487B2 (en) 2018-12-11
EP2894405B1 (en) 2016-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2699297C2 (ru) Устройство последовательного сжигания с разбавляющим газом
RU2627759C2 (ru) Последовательное сгорание со смесителем разбавляющего газа
US9708983B2 (en) Gas turbine with sequential combustion arrangement
JP6215352B2 (ja) カン型ガスタービンエンジンにおける濃淡軸流段燃焼
KR101627523B1 (ko) 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소
US9890955B2 (en) Sequential combustion with dilution gas mixer
JP2015534632A (ja) 改良された操作性のための半径方向に段付けされた予混合されるパイロットを備える燃焼器
JPH01114623A (ja) ガスタービン燃焼器
JP2011153624A (ja) ガスタービンの運転方法およびガスタービン
CA2959134C (en) Low nox turbine exhaust fuel burner assembly
US10677453B2 (en) Sequential combustion arrangement with cooling gas for dilution
US20130008168A1 (en) Burner for stabilizing the combustion of a gas turbine
CN102937300B (zh) 一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统
EP2570730A2 (en) System and method for controlling combustion instabilites in gas turbine systems
JP2020165399A (ja) 燃焼器、燃焼器システム、及びガスタービンシステム

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant