用于燃气轮机的筒形燃烧室制造技术

本发明专利技术涉及用于燃气轮机(46)的筒形燃烧室(1)，其在操作期间可被耦合至热交换器(54)，包括由内壁(2)和火焰管基底(8)制成并且界定燃烧室(10)的火焰管(12)；外壁(6)，其围绕内壁(2)，由此形成腔体(4)；环形室(20)，其至少部分地围绕外壁(6)并且具有多个供应线(22)，所述供应线(22)在燃气轮机(46)的操作期间被流体耦合到热交换器(54)的热侧(57)；以及多个燃烧器(24)，每个燃烧器均在出口侧上通过火焰管基底(8)中的开口(26)开放进入燃烧室(10)，并且其供氧器(34)被流体连接到环形室(20)。设置了集气室(16)，其被布置在火焰管基底(8)上，并且也设置了多个连接件(18)。环形室(20)经由每个连接件(18)被连接到集气室(16)，并且每个燃烧器(24)被流体连接到集气室(16)以便于供应氧气。在内壁(2)与外壁(6)之间的腔体(4)与集气室(16)局部地流体分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于燃气轮机的筒形(silo)燃烧室，包括由内壁和火焰管基底形成并且界定燃烧空间的火焰管，形成腔体、围绕所述内壁的外壁，以及每个均经由所述火焰管基底中的开口在出口侧上开放进入所述燃烧空间的多个燃烧器。在燃气轮机中，燃料的燃烧热量被转换为机械功。描述该转换的热动力循环大约对应于焦耳循环。在该方面中，第一含氧工作气体(实践中通常是空气)由压气机室压缩，在该过程期间其从起始温度T1加热到T2，并且压力增大。在第二步骤中，热量通过燃烧混合的燃料而以恒定压力被供应至燃烧室中的工作气体，其结果是，温度进一步升高到T3。压缩的、被加热的工作气体随后通过膨胀执行机械功并且在该过程中经由叶片驱动涡轮机。在如此做时，温度下跌到T4。压力也下降。在涡轮机处获得的一些机械功可以被用于第一阶段的压缩。在最后阶段中，废热通过冷却从处于恒定压力的工作气体提取，由此温度下降回T1。为了接近理想气体，该过程的效率由给出。作为在越来越多的工业化国家中可再生能量生成的广泛采用的结果，使用燃气轮机的热电厂被置有更大重要性。缺少与使用太阳能或风能的能量生成自然关联的计划可靠性必须在发电中被充分的储备能力均衡，其也能够尽可能快地提供需要的功率。在该情况下，由于使用的燃料的挥发性，使用燃气轮机操作的发电厂比起热动力上更迟钝的煤燃烧的发电厂或甚至核反应堆而言具有显著的优势。作为生成的能量除以使用的燃料的总能含量的比值的燃气轮机的效率远低于50％，即使是在现代的装置中，因为由燃烧供应的热量作为废热被丢弃，因而在工作气体膨胀之后的废热的能含量不再被使用。然而，通过使用该废热，例如通过使用在第二回路中的废热来操作第二热电厂的蒸汽轮机(其被称为“组合循环”技术)，效率可以被增大。这允许通过可以被供应到蒸汽轮机的废热的程度来改进效率。然而，该效率改进暗示系统复杂度的增加，因为其现在需要将整个蒸汽回路连接到燃气轮机并且在控制方面将其与后者协调，所有的这些均增加电厂的投资成本。此外，由于后者的部件的维度，具有燃气轮机的许多现有热电厂不能容易地用蒸汽回路进行改造。在该方面中，一种可能的进一步方案可以通过集成到回热器过程中使用燃气轮机的排放气体的废热以在供应燃料的燃烧热量之前进一步加热在第一步骤中被预压缩的工作气体。由于在许多燃气轮机中，预压缩的工作气体的温度T2低于废热温度T4，在理想模型中对应于该差异T4-T2的热的量不需要通过燃料的能含量被供应至工作气体，但可以被节省，这导致对应的效率增加。在该方面中，由特别是现有的燃气轮机系统与回热器过程的集成的技术实施产生一个未解决的问题，其中来自热交换器的工作气体的再循环在此具有特别的重要性。本专利技术具有在燃气轮机中以可能最简单的方式从热交换器再循环工作气体的目标。根据本专利技术，用燃气轮机的筒形燃烧室(在操作中可以耦合到热交换器)得以实现该目标，其包括：火焰管，由内壁和火焰管基底形成并且界定燃烧空间；外壁，围绕内壁、形成腔体；环形室，至少部分围绕外壁并且具有多个流入线，其中流入线在燃气轮机的操作期间可以被流体地耦合到热交换器的热侧；以及多个燃烧器，每个均在出口侧上经由火焰管基底中的开口开放到燃烧空间中，并且其供氧器被流体地连接到环形室。在该方面中，热交换器的热侧被理解为所有的排放线，从在热交换器中的该区域发生流通后者的工作气体与热量供应之间的热交换。特别地，在该方面中对于热交换器可能的是被由燃气轮机产生的废热的热量供应，并且特别地，燃气轮机可以具有压气机，一部分工作气体从其被供应到热交换器以用于加热。在该方面中，本专利技术基于以下考虑：燃气轮机的设计需要在流体动力学、材料和热动力学上复杂的建模以及若干计算，其在很大程度上必须被原型上的实际测试所验证。因而，对现有的燃气轮机系统的任何修改也需要该模型和计算被适配。因而可观的优点是配置用于从热交换器再循环工作气体至燃烧室的机构，先验地使得其可以被集成到具有最小结构改变的现有燃气轮机设计中。而且，这也开辟了以相对小的花费改造不提供热交换器的已经投产的燃气涡轮机的可能性。在最小修改的条件下，因而有利的是不改变火焰管的几何特征，其在设计过程中是特别复杂的部件，由于在工作气体和燃料的混合的燃烧的高温以及排放气体的期望前转因而形成到膨胀涡轮机。因而，内壁和火焰管基底保持不变。为了对外壁的最小修改，重要的是确保在内壁与外壁之间的腔体优选充有由燃气轮机的压气机预压缩的工作气体的一定比例，特别是以便于因而从外部冷却内壁，其在操作期间被暴露到燃烧空间中的高燃烧温度。优选地，在来自热交换器的工作气体的再循环的环境中这也列入考虑。也列入考虑的是，在来自热交换器的工作气体要被返回至多个燃烧器的事件中，为了混合的燃料与工作气体的均匀燃烧，工作气体要作为尽可能均匀的质量流并处于尽可能均匀的压力被供应至个体燃烧器的相应的供氧器。对本专利技术实质的实现现在要在外壁的外部提供至少部分地围绕外壁的环形室并且具有多个流入线，在燃气轮机的操作期间，工作气体经由流入线可以从热交换器的热侧向燃烧器再循环。环形室使得可能将工作气体在尽可能均匀的压力处供应至多个燃烧器的相应的氧气供应。在该方面中，从环形室到燃烧器的流体连接可以被配置使得外壁仅需要微小修改。在该方面中，环形室优选形成开环，即，环形室并不整体围绕外壁。取决于流入线的数目以及与燃烧器或每个燃烧器的连接的配置，这可以是流体上有利的。特别是在一个流入线和多个到燃烧器的连接的情况下，这抑制在环形室中不理想的扰流。在本专利技术的一个有利配置中，筒形燃烧室包括布置在火焰管基底以上的集气室，以及多个连接件，其中环形室经由连接件或每个连接件被连接到集气室，并且燃烧器或每个燃烧器被流体连接到集气室以用于氧气供应，并且其中在内壁与外壁之间的腔体局部地与集气室流体分离。局部化的流体分离要被理解为意味着在筒形燃烧室本身中或在其紧邻处中不存在集气室与腔体之间的直接流体连接，除了通过燃烧器。在以下，除非另有说明，分离始终应被理解为以与以上的解释类似的方式的局部化流体分离。通过布置在火焰管基底之上并且至少部分地围绕燃烧器或每个燃烧器的集气室，可能的是在燃烧器或每个燃烧器的区域中实现特别均匀的压力分布。这在多个燃烧器的情况下是特别有利的，因为在该情况下来自工作气体(其被热交换器再循环加热)的每个燃烧器的氧气供应以相同压力被实质地填充，这有助于均匀燃烧。因为在内壁与外壁之间的腔体优选被填充有由燃气轮机的压气机预压缩的工作气体的一定比例，在集气室与腔体之间的分离防止该比例的工作气体能与已经被热交换器加热的集气室中的工作气体混合，这将本导致效率损失。在该方面中，火焰管基底应当优选在一侧上或两侧上被特别阻热的材料加强。在本专利技术的可替代实施例中，筒形燃烧室包括对应于多个燃烧器的多个连接桩，每个均被连接到环形室，其中腔体在火焰管基底以上延伸，并且其中燃烧器或每个燃烧器被通过外壁导向火焰管基底中的相应开口的连接桩包围，使得供氧器被流体连接到环形室并且局部地与腔体流体分离。燃烧器的供氧器与环形室经由对应的连接桩的直接连接允许针对来自热交换器的工作气体的再循环的特别经济的设计。这仅要求对外壁的相关的结构性改变，通过其形成相应的连接桩的路径。凭借腔体在火焰管基底上延伸的事实，其可以通过由燃气轮机的压气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气轮机(46)的筒形燃烧室(1)，在操作中能够被耦合到热交换器(54)，所述筒形燃烧室(1)包括火焰管(12)，所述火焰管(12)由内壁(2)和火焰管基底(8)形成并且界定燃烧空间(10)，外壁(6)，所述外壁(6)围绕所述内壁(2)，以形成腔体(4)，环形室(20)，所述环形室(20)至少在多个部分围绕所述外壁(6)并且具有多个流入线(22)，其中在所述燃气轮机(46)的操作期间所述流入线(22)能够流体耦合到热交换器(54)的热侧(57)，以及多个燃烧器(24)，每个燃烧器均在出口侧经由所述火焰管基底(8)中的开口(26)而开放进入所述燃烧空间(10)，并且所述燃烧器的供氧器(34)被流体连接到所述环形室(20)，其特征在于，所述筒形燃烧室(1)包括布置在所述火焰管基底(8)之上的充气室(16)，并且包括多个连接件(18)，其中所述环形室(20)经由所述连接件(18)或每个连接件(18)被连接到所述充气室(16)，并且所述燃烧器(24)或每个燃烧器(24)被流体连接到所述充气室(16)以用于氧气供应的目的，并且其中在所述内壁(2)与所述外壁(6)之间的所述腔体(4)与所述充气室(16)局部地流体分离。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 EP 14162721.61.一种用于燃气轮机(46)的筒形燃烧室(1)，在操作中能够被耦合到热交换器(54)，所述筒形燃烧室(1)包括火焰管(12)，所述火焰管(12)由内壁(2)和火焰管基底(8)形成并且界定燃烧空间(10)，外壁(6)，所述外壁(6)围绕所述内壁(2)，以形成腔体(4)，环形室(20)，所述环形室(20)至少在多个部分围绕所述外壁(6)并且具有多个流入线(22)，其中在所述燃气轮机(46)的操作期间所述流入线(22)能够流体耦合到热交换器(54)的热侧(57)，以及多个燃烧器(24)，每个燃烧器均在出口侧经由所述火焰管基底(8)中的开口(26)而开放进入所述燃烧空间(10)，并且所述燃烧器的供氧器(34)被流体连接到所述环形室(20)，其特征在于，所述筒形燃烧室(1)包括布置在所述火焰管基底(8)之上的充气室(16)，并且包括多个连接件(18)，其中所述环形室(20)经由所述连接件(18)或每个连接件(18)被连接到所述充气室(16)，并且所述燃烧器(24)或每个燃烧器(24)被流体连接到所述充气室(16)以...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·维尔克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE