用于燃气涡轮的顺序燃烧器的第二级燃烧器制造技术

一种燃气涡轮包括：多个燃烧器组件(3)，其各自具有第一级喷燃器单元(3a)和第二级喷燃器单元(3b)，燃烧器组件(3)包括至少一组可选择负载的燃烧器组件(3)；控制器(5)，其控制燃烧器组件(3)，且基于单独的第二级喷燃器单元(3b)的相应开关条件来选择性地启用和停用至少可选择负载的燃烧器组件(3)的第二级喷燃器单元(3b)，开关条件至少包括启用阈值(ATK)与控制量(TE)之间的关系；以及反应性物质浓度检测器(8)，其检测供应至燃烧器组件(3)的燃料中的反应性物质(C2+)的浓度。控制器(5)基于检测到的反应性物质(C+)的浓度来调整可选择负载的燃烧器组件(3)的第二级喷燃器单元(3b)的启用阈值(ATK)。

Second stage burner for Sequential Burner of gas turbine

A gas turbine comprises a plurality of burner components (3), each having a first stage burner unit (3a) and a second stage burner unit (3b), a burner component (3) comprising at least one set of optional burner components (3), a controller (5), which controls the burner component (3), and selectively starts and stops operation based on the corresponding switching conditions of a separate second stage burner unit (3b). The second stage burner unit (3b) of the burner assembly (3) with at least optional load is switched on and off under conditions including at least the relationship between the activation threshold (ATK) and the control amount (TE); and the reactive substance concentration detector (8), which detects the concentration of the reactive substance (C2+) supplied to the fuel of the burner assembly (3). The controller (5) adjusts the start-up threshold (ATK) of the second stage burner unit (3b) of the optional load burner assembly (3) based on the detected concentration of the reactive substance (C+).

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮的顺序燃烧器的第二级燃烧器要求优先权本申请要求享有2017年6月30日提交的欧洲专利申请No.17179174.2的优先权，该申请的公开内容通过引用而并入。
本专利技术涉及一种用于燃气涡轮的顺序燃烧器的第二级燃烧器。
技术介绍
众所周知，污染物排放的控制是任何类型的热机且具体是用于发电站的燃气涡轮的设计中的首要目标。实际上，对环境风险的认识驱使着对法规的越来越严格的要求。另一方面，现代电力市场的组织和不断变化的需求并不允许在恒定的负载条件下运行发电站。相反，满足包括突然升高或下降的需求波动和有助于控制电网频率的需要要求相当灵活的运行。然而，通过这种灵活运行，污染物排放的降低变得至关重要，因为必须平衡相互矛盾的要求。待解决的问题之一涉及部分负载下的一氧化碳(CO)的排放。实际上，CO排放一般在满载下不是问题，因为高燃烧温度允许供给到燃烧器的空气和燃料混合物中的碳在停留时间内(即，混合物行进通过燃烧器所需的总时间)较好地完全氧化。反而要注意氮氧化物(NOx)的产生，其往往随温度升高。反之亦然，在部分负载下，较低温度有助于保持NOx排放很低，但可阻止碳的完全氧化，且有利于一氧化碳的形成。为了满足在部分负载下CO的排放要求，提议随负载变化而关闭选择的燃烧器，使得其余燃烧器被迫在较高温度下运行以提供所需的功率输出。换言之，随着负载增大而开启增加数量的燃烧器。通常用于判断燃烧器的开/关的参数是排气温度，即，涡轮(或低压涡轮，如果在顺序的燃烧机器中还存在高压涡轮)的出口处的气体温度。相应的阈值温度分配给各个燃烧器，且在排气温度高于或低于阈值温度时，对应的燃烧器分别开启或关闭。该解决方案大体上改进了部分负载下的CO排放。然而，CO排放仍受燃料组成影响，特别是在基于自燃的顺序燃烧器中。实际上，在天然气的成分中，高级烃(即，具有至少两个碳原子的烃分子，也称为C2+)决定混合物的反应性，并从而决定点火延迟时间。因此，C2+含量越高，则点火延迟时间越少。然而，惰性成分(典型地为N2和CO2)决定气体的热值和火焰温度。由于燃烧器中的停留时间基本上是恒定的，故可用于碳的完全氧化的时间也取决于点火延迟时间，其继而由燃料组成和温度决定。因此，氧化时间易受燃料组成的影响，且C2+含量的变化反映在点火延迟和可用于完全氧化的时间的对应变化中。燃气涡轮的运行针对特定气体组成(通常在起用期间所呈现的)而调整，或可能有一定余量来涵盖燃料气体组成方面的预期最坏情况。然而，燃料质量是可变的，且在时间上不可能确保高级烃的含量始终保持恒定，或甚至接近恒定。因此，已知的解决方案在气体组成有利时(C2+浓度高于预期的C2+浓度)可导致部分负载下的燃料可能未使用，或在组成不利时导致违反排放目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃气涡轮及运行燃气涡轮的方法，其允许克服或至少减轻所述限制。根据本专利技术，提供了一种燃气涡轮，其包括：多个燃烧器组件，其各自具有第一级喷燃器单元和第一级喷燃器单元下游的第二级喷燃器单元，燃烧器组件包括至少一组可选择负载的燃烧器组件；控制器，其配置成控制燃烧器组件，且基于单独的第二级喷燃器单元的相应开关条件选择性地启用和停用至少可选择负载的燃烧器组件的第二级喷燃器单元，开关条件至少包括启用阈值与控制量之间的关系；以及反应性物质浓度检测器，其配置成检测供应至燃烧器组件的燃料中的反应性物质的浓度；其中控制器配置成基于检测到的反应性物质浓度来调整可选择负载的燃烧器组件的至少第二级喷燃器单元的相应的启用阈值。调整第二级喷燃器单元的启用阈值允许在相对于额定条件的开关条件周围改变启用的第二级喷燃器单元的运行条件。这在低部分负载下尤其有利。实际上，在低部分负载下，仅启用第二级喷燃器单元中的一些，以便保持足够高的火焰温度，且相对减少碳氧化时间。当达到相应的温度阈值时，仅启用其它第二级喷燃器单元。附加的喷燃器的启用不可避免地导致火焰温度的暂时下降，但其不会降到临界水平，且只要燃料组成保持在起用的范围内，就允许保持低CO排放。如果供应至喷燃器的燃料中的反应性物质的浓度变化，尤其是减小，则未启用的第二级喷燃器单元的温度阈值的变化(升高)将延迟其启用，且迫使启用的第二级喷燃器单元在较高点火温度下运行。因此，温度阈值的变化导致在开关条件周围平均火焰温度升高，从而补偿降低的反应性物质含量。可维持低水平的CO排放，而不影响第一级喷燃器单元的运行。换言之，甚至可在不大幅升高第一级喷燃器单元的点火温度的情况下满足CO排放水平的要求，以补偿燃料的反应性降低。这对于第一级喷燃器单元也是有利的，因为构件寿命未受严重影响。根据本专利技术的一个方面，反应性物质包括高级烃和/或氢。因此，可实施基于燃料的实际反应性的开关条件的可靠控制，尤其是在使用较高的烃含量时。根据本专利技术的方面，控制量是第二级喷燃器下游的气体温度，且可选择负载的燃烧器组件的各个第二级喷燃器单元的开关条件包括气体温度高于相应的启用阈值和当前启用的第二级喷燃器单元的数量等于或大于相应启用数的组合。根据本专利技术的方面，控制量是作为整体供应至第二级喷燃器单元的总燃料质量流量，且可选择负载的燃烧器组件的各个第二级喷燃器单元的开关条件包括总燃料质量流量大于相应的启用阈值和当前启用的第二级喷燃器单元的数量等于或大于相应启用数的组合。第二级喷燃器单元之后的排气温度和总质量流量是燃气涡轮的实际负载的精确且可靠的指标。尤其是排气温度直接与燃烧温度相关，且因此也提供关于CO产生的准确信息。此外，排气温度可在涡轮区段(或低压涡轮区段，假如还存在高压涡轮)的出口处方便地测量或估计。根据本专利技术的方面，控制器配置成在检测到的反应性物质浓度降低时增大可选择负载的燃烧器组件的第二级喷燃器单元的相应启用阈值。因此，在燃料反应性降低时，第二级喷燃器单元的启用延迟，从而允许已经启用的第二级喷燃器单元达到较高点火温度且保持低的CO排放。根据本专利技术的方面，控制器配置成通过基于检测到的反应性物质浓度确定相应的校正因子以及将相应校正因子应用至相应的参考启用阈值来调整可选择负载的燃烧器组件的相应启用阈值。启用阈值的调整可直接地实施，且不需要大的计算负载。参考启用阈值可在设计阶段确定，且储存在控制器中的非易失性储存装置中。根据本专利技术的方面，校正因子是检测到的反应性物质的浓度的单调递减函数。这确保了反应性物质的浓度越低，启用阈值的调整越大。根据本专利技术的方面，校正因子随着检测到的反应性物质的浓度增大而不太快地减小。当反应性物质的浓度严重脱离预期范围时，启用阈值的调整很大。当燃料组成接近设计参数或在设计参数内时，调整较低或甚至可忽略。根据本专利技术的方面，燃气涡轮包括热值检测器，其配置成检测供应至燃烧器组件的燃料的低位热值，其中控制器配置成基于检测到的低位热值来调整可选择负载的燃烧器组件的至少第二级喷燃器单元的相应的启用阈值。根据本专利技术的方面，燃气涡轮包括燃料温度检测器，其配置成检测供应至燃烧器组件的燃料的燃料温度，其中控制器配置成基于检测到的燃料温度来调整可选择负载的燃烧器组件的至少第二级喷燃器单元的相应的启用阈值。以此方式，可考虑影响燃烧条件和CO产生的其它参数以达到期望的水平。根据本专利技术的方面，控制器配置成控制燃烧器组件的第一级喷燃器单元，使得第一级喷燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮，包括：多个燃烧器组件(3)，其各自具有第一级喷燃器单元(3a)和所述第一级喷燃器单元(3a)下游的第二级喷燃器单元(3b)，所述燃烧器组件(3)包括至少一组可选择负载的燃烧器组件(3)；控制器(5)，其配置成控制所述燃烧器组件(3)，且基于单独的第二级喷燃器单元(3b)的相应开关条件选择性地启用和停用至少所述可选择负载的燃烧器组件(3)的第二级喷燃器单元(3b)，所述开关条件至少包括启用阈值(ATK)与控制量(TE;MF)之间的关系；以及反应性物质浓度检测器(8;108)，其配置成检测供应至所述燃烧器组件(3)的燃料中的反应性物质(C2+;H2)的浓度；其中所述控制器(5)配置成基于检测到的所述反应性物质(C2+;H2)的浓度来调整所述可选择负载的燃烧器组件(3)的至少所述第二级喷燃器单元(3b)的相应的所述启用阈值(ATK)。

【技术特征摘要】
2017.06.30 EP 17179174.21.一种燃气涡轮，包括：多个燃烧器组件(3)，其各自具有第一级喷燃器单元(3a)和所述第一级喷燃器单元(3a)下游的第二级喷燃器单元(3b)，所述燃烧器组件(3)包括至少一组可选择负载的燃烧器组件(3)；控制器(5)，其配置成控制所述燃烧器组件(3)，且基于单独的第二级喷燃器单元(3b)的相应开关条件选择性地启用和停用至少所述可选择负载的燃烧器组件(3)的第二级喷燃器单元(3b)，所述开关条件至少包括启用阈值(ATK)与控制量(TE;MF)之间的关系；以及反应性物质浓度检测器(8;108)，其配置成检测供应至所述燃烧器组件(3)的燃料中的反应性物质(C2+;H2)的浓度；其中所述控制器(5)配置成基于检测到的所述反应性物质(C2+;H2)的浓度来调整所述可选择负载的燃烧器组件(3)的至少所述第二级喷燃器单元(3b)的相应的所述启用阈值(ATK)。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮，其特征在于，所述反应性物质(C2+;H2)包括高级烃(C2+)和/或氢(H2)。3.根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述控制量是所述第二级喷燃器单元(3b)下游的气体温度(TE)，且所述可选择负载的燃烧器组件(3)的各个第二级喷燃器单元(3b)的开关条件包括所述气体温度(TE)大于相应的所述启用阈值(ATK)和当前启用的第二级喷燃器单元(3b)的数量(NA)等于或大于相应启用数的组合。4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述控制量(TE;MF)是作为总体供应至所述第二级喷燃器单元(3b)的总燃料质量流量，以及其中所述可选择负载的燃烧器组件(3)的各个第二级喷燃器单元(3b)的开关条件包括所述总燃料质量流量大于相应的所述启用阈值(ATK)和当前启用的第二级喷燃器单元(3b)的数量(N)等于或大于相应的启用阈值(ATK)的组合。5.根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述控制器(5)配置成在检测到的所述反应性物质(C2+;H2)浓度减小时增大所述可选择负载的燃烧器组件(3)的第二级喷燃器单元(3b)的相应的所述启用阈值(ATK)。6.根据前述权利要求中的任一项所述的燃气涡轮，其特征在于，所述控制器(5)配置成通过基于检测到的所述反应性物质(C2+;H2)的浓度确定相应校正因子(F(C2+))并将所述相应校正因子(F(C2+))应用至相应的参考启用阈值(ATK0)来调整所述可选择负载的燃烧器组件(3)的相应的所述启用阈值(ATK)。7.根据权利要求6所述的燃气涡轮，其特征在于，所述校正因子(F(C2+))是检测到的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M加斯纳，M凯尼恩，S贝内罗，D特科恩，
申请(专利权)人：安萨尔多能源英国知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB