控制燃氣渦輪發電機的火焰穩定性的方法和設備技術

本發明專利技術公開一種用于控制燃氣渦輪發電機火焰穩定性的方法和設備。所述方法包括：在所述燃氣渦輪發電機的燃燒室的多個燃料噴嘴處形成可燃混合物；更改所述多個燃料噴嘴中所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物中的至少一種可燃混合物的氧濃度；以及燃燒所述多個燃料噴嘴處的所述可燃混合物，以便控制所述燃氣渦輪發電機的所述火焰穩定性。

【技術實現步驟摘要】
控制燃氣渦輪發電機的火焰穩定性的方法和設備
在本說明書中披露的主題涉及一種用于在燃氣渦輪發電機中控制火焰穩定性的方法和設備。
技術介紹
燃氣渦輪發電機通過燃燒壓縮空氣與燃料的可燃混合物以產生導致旋轉驅動軸旋轉的工作氣體來操作。來自燃氣渦輪機的排氣由不同量的NOx、CO、CO2、H2O以及O2組成。在運行燃氣渦輪發電機方面的一個重要問題是降低或控制這些排放物的等級。一種控制這些等級的方式包括燃燒在所選燃料當量比區域內的燃料/空氣混合物。根據燃氣渦輪機使用目的或各種排放物限制，這個所選區域可能較小。排放物等級還可以通過降低所述可燃混合物的氧濃度來減小。然而，過于降低所述氧濃度使得所述火焰易于受到火焰不穩定性影響或完全熄滅。因此，本專利技術提供一種增大在燃氣渦輪發電機中燃燒的火焰的穩定性同時維持所選排放等級的方法。
技術實現思路
根據本專利技術的一方面，提供一種在燃氣渦輪發電機處控制火焰穩定性的方法，所述方法包括：在所述燃氣渦輪發電機的燃燒室的多個燃料噴嘴處形成可燃混合物；更改在所述多個燃料噴嘴中的所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物中的至少一種可燃混合物的氧濃度；以及燃燒在所述多個燃料噴嘴處的所述可燃混合物，以便在所述燃氣渦輪發電機處控制所述火焰穩定性。優選的，更改所述氧濃度包括增大所述所選燃料噴嘴處的所述氧濃度，并且減小所述多個燃料噴嘴中其他燃料噴嘴處的所述氧濃度。優選的，所述可燃混合物包括再循環排氣和控制氣體。優選的，更改所述至少一種可燃混合物的所述氧濃度包括執行以下至少一項：（i）改變供應到所述至少一個噴嘴的氧量；（ii）改變供應到所述至少一個噴嘴的惰性氣體量；以及（iii）改變供應到所述至少一個噴嘴的再循環排氣量。優選的，所述控制氣體包括惰性氣體。優選的，包括更改所述氧濃度包括以下一項：（i）主動控制所述控制氣體的流；以及（ii）被動控制所述控制氣體的流。優選的，更改所述所選燃料噴嘴處的所述氧濃度包括增大所選燃料噴嘴處的所述氧濃度，以便增所述所選燃料噴嘴處的火焰穩定性。優選的，包括調整所述所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物的燃料當量比，以便控制所述所選燃料噴嘴處的所述火焰穩定性。根據本專利技術的另一方面，提供一種用于控制燃氣渦輪發電機的火焰穩定性的設備，所述設備包括：在所述燃氣渦輪發電機處的燃燒腔室的多個燃料噴嘴，所述多個燃料噴嘴配置成形成多種可燃混合物；以及流動元件，所述流動元件配置成更改在所述多個燃料噴嘴的所選燃料噴嘴處的可燃混合物的氧濃度，以便控制燃燒所述可燃混合物造成的火焰的所述火焰穩定性。優選的，所述流動元件配置成增大在所述所選燃料噴嘴處的氧濃度，并且減小所述多個燃料噴嘴中其他燃料噴嘴處的氧濃度。優選的，所述可燃混合物包括再循環排氣和控制氣體。優選的，所述流動元件配置成通過執行以下至少項來增大所述可燃混合物的所述氧濃度：（i）改變供應到所述至少一個噴嘴的氧量；（ii）改變供應到所述至少一個噴嘴的惰性氣體量；以及（iii）改變供應到所述至少一個噴嘴的再循環排氣量。優選的，所述控制氣體包括惰性氣體。優選的，所述流動元件配置成通過以下一項來控制通到所述可燃混合物的所述控制氣體的流：（i）主動控制所述控制氣體；以及（ii）被動控制所述控制氣體。優選的，所述流動元件配置成增大所述所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物的所述氧濃度，以便在所述所選燃料噴嘴處提供更大范圍的火焰穩定性。優選的，所述的設備包括控制單元，所述控制單元配置成在所述所選燃料噴嘴處增大的火焰穩定性范圍內提供所述可燃混合物的燃料當量比。根據本專利技術的又一方面，提供一種燃氣渦輪發電機，所述燃氣渦輪發電機包括：燃燒室，所述燃燒室具有多個燃料噴嘴，所述多個燃料噴嘴配置成形成可燃混合物，用于在所述燃燒室中進行燃燒；以及至少一個流動元件，所述流動元件配置成更改在所述可燃混合物處的氧濃度，其中燃燒具有被更改的氧濃度的所述可燃混合物產生與燃燒具有大體相同的氧濃度的可燃混合物大體相同的排放物等級。優選的，所述流動元件配置成增大所述多個燃料噴嘴中所選燃料噴嘴處的所述氧濃度，并且減小所述多個燃料噴嘴中其他燃料噴嘴處的所述氧濃度。優選的，所述流動元件配置成通過執行以下至少一項來更改所述氧濃度：（i）改變供應到所述至少一個噴嘴的氧量；以及（ii）改變供應到所述至少一個噴嘴的惰性氣體量；以及（iii）改變供應到所述至少一個噴嘴的再循環排氣量。優選的，所述流動元件配置成通過以下一項來更改所述惰性氣體的注射：（i）主動注射所述惰性氣體；以及（ii）被動注射所述惰性氣體。這些和其它優點和特征將從結合附圖的以下描述中變得更加清楚。附圖說明本專利技術的權利要求書詳細指出并明確要求本專利技術的權利。通過以下結合附圖的詳細描述可以清楚地了解本專利技術的上述和其他特征以及優點，在附圖中：圖1示出在本專利技術的一項實施例中的示例性燃氣渦輪發電機；圖2示出在本專利技術的一項示例性實施例中的示例性燃氣渦輪發電機的燃燒腔室，其中示出將控制氣體主動供應到所述燃燒腔室；圖3和4示出用于控制將控制氣體供應到燃料噴嘴的被動流動元件；圖5根據本專利技術的一項示例性實施例示出火焰穩定性圖解，其中示出火焰的各種工作區域；以及圖6示出以可選方式注射氣體以便控制燃燒火焰的穩定性的示例性過程的略圖。具體實施方式參考附圖以實例方式介紹本專利技術的各項實施例以及優點和特征。具體實施方式圖1示出在本專利技術的一項實施例中的示例性燃氣渦輪發電機100。一般來說，燃氣渦輪發電機100包括壓縮機部分110、燃燒部分120以及渦輪部分130。所述壓縮機部分110包括多個壓縮機級102a…102n，用于壓縮空氣。示例性壓縮機級包括：固定輪葉，所述固定輪葉由所述壓縮機部分110的外殼104支撐；以及旋轉葉片，所述旋轉葉片安裝在公共壓縮機軸108上。引入環境空氣95使其穿過入口98，并且通過旋轉葉片在每個壓縮機級處連續壓縮所述環境空氣。在壓縮末級（102n）處進行壓縮之后，壓縮空氣從壓縮部分110穿過環狀擴散器122排出到壓縮空氣腔室124，所述壓縮空氣腔室環繞燃燒腔室126以及燃燒部分120的過渡構件128。一般地說，壓縮空氣典型地與再循環排氣（EGR）在壓縮空氣腔室124中混合以便減少NOx排放物。壓縮空氣和EGR的混合物供應到燃燒腔室126，在所述燃燒腔室中，這種混合物與燃料和控制氣體混合以便形成燃料和氣體的可燃混合物，所述可燃混合物具有所選氧濃度。這種可燃混合物隨后在燃燒腔室126中進行燃燒，以便形成工作氣體。將工作氣體引導穿過過渡構件128和渦輪機噴嘴132以進入渦輪部分130。渦輪部分130由連續的級布置形成，每個級具有被稱為槳葉136的旋轉葉片。槳葉由旋轉軸135支撐。離開過渡構件128的工作氣體膨脹穿過連續的級，從而導致槳葉136進行旋轉。槳葉旋轉轉而使得旋轉軸135旋轉。在一方面，旋轉軸135連接到壓縮機軸108，這樣使得旋轉軸135的旋轉驅動壓縮機部分110的葉片的旋轉。在電廠應用中，旋轉系統135大體上連接到發電機（未示出）的轉子，以便驅動發電機發電。工作氣體最終在渦輪部分130的排氣件139處被釋放出，并且可以穿過排氣煙筒引導到環境大氣、到控制單元或到熱交換器。管道140使得來自渦輪機排氣件139的排氣的一部分再循環到燃燒腔室本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制燃氣渦輪發電機火焰穩定性的方法，包括：在所述燃氣渦輪發電機的燃燒室的多個燃料噴嘴處形成可燃混合物；更改所述多個燃料噴嘴中所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物中的至少一種可燃混合物的氧濃度；以及燃燒所述多個燃料噴嘴處的所述可燃混合物，以便控制所述燃氣渦輪發電機的所述火焰穩定性。

【技術特征摘要】
2012.06.07 US 13/491,0871.一種用于控制燃氣渦輪發電機火焰穩定性的方法，包括：在所述燃氣渦輪發電機的燃燒室的多個燃料噴嘴處形成可燃混合物；調整經由管道(160)從擴散器(122)供應到所述多個燃料噴嘴的至少一個燃料噴嘴中的控制氣體，以更改所述多個燃料噴嘴中所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物中的至少一種可燃混合物的氧濃度；以及燃燒所述多個燃料噴嘴處的所述可燃混合物，以便控制所述燃氣渦輪發電機的所述火焰穩定性。2.如權利要求1所述的方法，其中更改所述氧濃度進一步包括增大所述所選燃料噴嘴處的所述氧濃度，并且減小所述多個燃料噴嘴中其他燃料噴嘴處的所述氧濃度。3.如權利要求1所述的方法，其中所述可燃混合物包括再循環排氣和控制氣體。4.如權利要求1所述的方法，其中更改所述至少一種可燃混合物的所述氧濃度進一步包括執行以下至少一項：(i)改變供應到所述至少一個噴嘴的氧量；(ii)改變供應到所述至少一個噴嘴的惰性氣體量；以及(iii)改變供應到所述至少一個噴嘴的再循環排氣量。5.如權利要求3所述的方法，其中所述控制氣體包括惰性氣體。6.如權利要求3所述的方法，進一步包括更改所述氧濃度包括以下其中一項：(i)主動控制所述控制氣體的流；以及(ii)被動控制所述控制氣體的流。7.如權利要求1所述的方法，其中更改所述所選燃料噴嘴處的所述氧濃度進一步包括增大所選燃料噴嘴處的所述氧濃度，以便增強所述所選燃料噴嘴處的火焰穩定性。8.如權利要求7所述的方法，進一步包括調整所述所選燃料噴嘴處的所述可燃混合物的燃料當量比，以便控制所述所選燃料噴嘴處的所述火焰穩定性。9.一種用于控制燃氣渦輪發電機火焰穩定性的設備，包括：所述燃氣渦輪發電機的燃燒腔室的多個燃料噴嘴，所述多個燃料噴嘴配置成形成多種可燃混合物；以及流動元件，所述流動元件配置成通過調整經由管道(160)從擴散器(122)供應到所述多個燃燒噴嘴的至少一個燃料噴嘴中的控制氣體來更改所述多個燃料噴嘴的所選燃料噴嘴處的可燃混合物的氧濃度，以便控制燃燒所述可燃混合物生成的火焰的所述火焰穩定性。10.如權利要求9所述的設備，其中所述流動元件配置成增大在所述所選燃料噴嘴處的氧濃度，并且減小所述多個燃料噴嘴中其他燃料噴嘴處的氧濃度。11.如權利要求9所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：IA斯羅博迪延斯基，MJ休斯，V薩達西武尼，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：