具有废气再循环的轴向级燃烧系统技术方案

一种操作燃气涡轮发动机（12）中的轴向级燃烧系统的方法，所述燃气涡轮发动机（12）包括EGR系统（14），所述EGR系统（14）将燃气涡轮发动机（12）产生的一部分废气提取至燃烧器（18）的第二轴向级。所提取的废气在升高的温度下被提供至处于燃烧器（18）的第二轴向级（34）处的一组注射器喷嘴（50）。二级燃料供应管线（34）延伸至每个注射器喷嘴（50）上的入口，并且燃料在注射器喷嘴（50）内与废气混合，并且燃料和废气的混合物被注入到燃烧器（18）的第二轴向级（34）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关于联邦资助开发的声明本专利技术的开发部分受到美国能源部授予的合同号DE-FC26-05NT42644支持。因此，美国政府在本专利技术中可具有特定权利。
本专利技术涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及一种具有控制轴向级（axialstage）燃烧系统中的排放的废气再循环的燃气涡轮发动机。
技术介绍
燃气轮机，例如可在简单或复合式循环发电厂中使用的燃气轮机，燃烧燃料和压缩空气的混合物，以产生热工作气体。工作气体膨胀通过涡轮机的各级，以产生能用于驱动负载和/或驱动压缩机的动力，所述负载即发电机。从涡轮排出的气体可包括各种燃烧副产物，例如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）及其衍生物以及二氧化碳（CO2）等。这些副产物或排放物一般受到法规限制，这些法规通常日益严格，并且通常可能施加导致电力输出和效率上的降低或限制的操作约束。例如，能够提高效率的涡轮入口温度（TIT）的提高也可能增加NOx的水平，除非实施附加的措施来抵消与较高的温度相关联的排放增加。这种附加的措施包括注入稀释剂以降低火焰温度，例如包括CO2、N2和/或蒸汽的稀释剂。然而，尽管这些稀释剂已有效地减少了排放，但它们通常会增加电厂成本，并且某些稀释剂可能不易获得用于在所有的电厂处使用。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种操作燃气涡轮发动机中的轴向级燃烧系统的方法，所述轴向级燃烧系统具有将热工作气体供应至涡轮的轴向级燃烧器。所述方法包括：提供将燃料供应至所述燃烧器的燃料供应管线；将压缩空气供应至燃烧器的头端，并且使所述压缩空气与所述燃料混合；在所述燃烧器的第一轴向级中点燃所述燃料和所述压缩空气，以形成供应至所述涡轮的热工作气体；以及提供废气再循环（EGR）系统，其将所述燃气涡轮发动机产生的一部分废气提取至所述燃烧器的第二轴向级。所述EGR系统的操作包括：将从所述燃气涡轮发动机提取的废气的质量流输送至处于所述燃烧器的第二轴向级处的一组注射器喷嘴；通过二级燃料供应管线将燃料流输送至所述注射器喷嘴中的每一个，其中，所述二级燃料供应管线延伸至所述注射器喷嘴中的每一个上的入口，以使所述燃料与所述废气隔离；以及使所述燃料与所述废气在所述注射器喷嘴内混合，并且将燃料和废气的混合物注入到所述燃烧器的第二轴向级中。所述燃料和所述废气可以是在注射器喷嘴中形成的混合物的专有成分（exclusiveconstituent）。当将废气从燃气涡轮发动机输送至注射器喷嘴时，废气可以被部分冷却至低于燃料的自燃温度的温度。在所述部分冷却之后，废气的压力可被增加至高于燃烧器中的壳体空气压力的压力，同时维持废气的温度低于燃料的自燃温度。提供至燃烧器的第二轴向级的废气的温度可最高达比提供至所述燃烧器的头端的气体的温度高200℃。所述注射器喷嘴可包括延伸穿过所述燃烧器的壁的多个周向隔开的喷嘴，所述燃烧器的壁限定了与通过所述燃烧器的热气体接触的流动边界。用于EGR系统的从所述燃气涡轮发动机提取的废气的全部质量流可被输送至所述第二轴向级。从燃气涡轮发动机提取的废气的质量流可在离开所述涡轮的废气的总质量流的8%至15%之间。在废气进入所述燃烧器的第二轴向级之前，可将废气输送通过热回收蒸汽发生器（HRSG），其中，所述HRSG可以是从所述燃气涡轮发动机到所述燃烧器的第二轴向级的废气的流路中唯一的热提取部件。在通过HRSG之后，废气的压力可被增加至高于燃烧器中的壳体空气压力的压力，同时维持废气的温度低于燃料的自燃温度。根据本专利技术的另一方面，提供了一种操作燃气涡轮发动机中的轴向级燃烧系统的方法，所述轴向级燃烧系统具有将热工作气体供应至涡轮的轴向级燃烧器。所述方法包括：提供将燃料供应至所述燃烧器的燃料供应管线；将压缩空气供应至燃烧器的头端，并且使所述压缩空气与所述燃料混合；在所述燃烧器的第一轴向级中点燃所述燃料和所述压缩空气，以形成供应至所述涡轮的热工作气体；提供废气再循环（EGR）系统，其将所述燃气涡轮发动机产生的一部分废气提取至所述燃烧器的第二轴向级。所述EGR系统的操作包括：将从所述燃气涡轮发动机提取的废气的质量流输送至所述燃烧器的第二轴向级；通过二级燃料供应管线将燃料流输送至所述燃烧器的第二轴向级；使所述燃料与所述废气混合，以将燃料和废气的混合物提供至所述燃烧器的第二轴向级中；以及在所述废气进入所述燃烧器的第二轴向级之前，将所述废气输送通过热回收蒸汽发生器（HRSG），其中，所述HRSG是从所述燃气涡轮发动机到所述燃烧器的第二轴向级的所述废气的流路中唯一的热提取部件。废气可在HRSG中被冷却至低于燃料的自燃温度的温度。在通过HRSG之后，废气的压力可被增加至高于燃烧器中的壳体空气压力的压力，同时维持废气的温度低于燃料的自燃温度。提供至燃烧器的第二轴向级的废气的温度可最高达比提供至所述燃烧器的头端的气体的温度高200℃。燃料和废气可被提供至延伸穿过所述燃烧器的壁的多个周向隔开的喷嘴，所述燃烧器的壁限定了与通过所述燃烧器的热气体接触的流动边界。用于EGR系统的从燃气涡轮发动机提取的废气的全部质量流可被输送至第二轴向级，并且可在离开涡轮的废气的总质量流的8%至15%之间。根据本专利技术的另一方面，提供了一种发电厂，其包括：燃气涡轮发动机，其具有将热工作气体供应至涡轮的轴向级燃烧器；燃料供应装置，其通过第一供应管线将燃料供应至所述燃烧器；以及所述燃气涡轮发动机具有将压缩空气供应至所述燃烧器的头端的压缩机。所述燃烧器具有第一轴向级，在那里，燃料和压缩空气的混合物被点燃，以形成供应至涡轮的热工作气体。提供了废气再循环（EGR）系统，其具有入口和出口，所述入口提取燃气涡轮发动机产生的一部分废气，所述出口将废气作为稀释剂提供至所述燃烧器的第二轴向级。所述EGR系统包括：将废气输送至所述燃烧器的第二轴向级的废气流管线；将燃料从所述燃料供应装置输送至所述燃烧器的第二轴向级的二级燃料供应管线；以及处于所述燃烧器的第二轴向级处的一组周向隔开的注射器喷嘴。所述注射器喷嘴中的每一个具有一对入口，包括用于接收来自所述废气流管线的废气流的单独的入口，以及用于接收来自所述二级燃料流管线的燃料流的单独的入口，并且每个注射器喷嘴将废气与燃料混合，并且将废气和燃料的混合物注入到所述燃烧器的第二轴向级中。用于EGR系统的从燃气涡轮发动机提取的废气的整个部分可被输送至第二轴向级，并且可在离开涡轮的废气的总质量流的8%至15%之间。热回收蒸汽发生器（HRSG）可位于所述EGR系统的入口和出口之间的废气流管线中，其中，所述HRSG可以是从燃气涡轮发动机到所述燃烧器的第二轴向级的废气流路中唯一的热提取部件。附图说明虽然说明书以具体指出并且明确地要求保护本专利技术的权利要求结束，但相信通过以下描述结合附图将更好地理解本专利技术，在附图中，相同的附图标记标示相同的元件，并且在附图中：图1为图示了本专利技术的多个方面的简单循环发电厂的一部分的示意图；图2为图示了本专利技术的多个方面的复合式循环发电厂的一部分的示意图；图3为根据本专利技术的多个方面的轴向分级燃烧器（axiallystagedcombustor）的剖视图；以及图4为用于图3的燃烧器的轴向级的喷嘴的剖视图。具体实施方式在下面对优选实施例的详细描述中，参考了形成本文的一部分的附图，并且在附图中，作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作燃气涡轮发动机中的轴向级燃烧系统的方法，所述轴向级燃烧系统具有将热工作气体供应至涡轮的轴向级燃烧器，所述方法包括：提供将燃料供应至所述燃烧器的燃料供应管线；将压缩空气供应至燃烧器的头端，并且使所述压缩空气与所述燃料混合；在所述燃烧器的第一轴向级中点燃所述燃料和所述压缩空气，以形成供应至所述涡轮的热工作气体；提供废气再循环（EGR）系统，其将所述燃气涡轮发动机产生的一部分废气提取至所述燃烧器的第二轴向级，包括：将从所述燃气涡轮发动机提取的废气的质量流输送至处于所述燃烧器的第二轴向级处的一组注射器喷嘴；通过二级燃料供应管线将燃料流输送至所述注射器喷嘴中的每一个，其中，所述二级燃料供应管线延伸至所述注射器喷嘴中的每一个上的入口，以使所述燃料与所述废气隔离；以及使所述燃料与所述废气在所述注射器喷嘴内混合，并且将燃料和废气的混合物注入到所述燃烧器的第二轴向级中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种操作燃气涡轮发动机中的轴向级燃烧系统的方法，所述轴向级燃烧系统具有将热工作气体供应至涡轮的轴向级燃烧器，所述方法包括：提供将燃料供应至所述燃烧器的燃料供应管线；将压缩空气供应至燃烧器的头端，并且使所述压缩空气与所述燃料混合；在所述燃烧器的第一轴向级中点燃所述燃料和所述压缩空气，以形成供应至所述涡轮的热工作气体；提供废气再循环（EGR）系统，其将所述燃气涡轮发动机产生的一部分废气提取至所述燃烧器的第二轴向级，包括：将从所述燃气涡轮发动机提取的废气的质量流输送至处于所述燃烧器的第二轴向级处的一组注射器喷嘴；通过二级燃料供应管线将燃料流输送至所述注射器喷嘴中的每一个，其中，所述二级燃料供应管线延伸至所述注射器喷嘴中的每一个上的入口，以使所述燃料与所述废气隔离；以及使所述燃料与所述废气在所述注射器喷嘴内混合，并且将燃料和废气的混合物注入到所述燃烧器的第二轴向级中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料和所述废气是在所述注射器喷嘴中形成的混合物的专有成分。3.如权利要求1所述的方法，包括在将所述废气从所述燃气涡轮发动机输送至所述注射器喷嘴时，将所述废气部分冷却至低于所述燃料的自燃温度的温度。4.如权利要求3所述的方法，还包括，在所述部分冷却之后，将所述废气的压力增加至高于所述燃烧器中的壳体空气压力的压力，同时维持所述废气的温度低于所述燃料的自燃温度。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，提供至所述燃烧器的第二轴向级的废气的温度最高达比提供至所述燃烧器的头端的气体的温度高200℃。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注射器喷嘴包括延伸穿过所述燃烧器的壁的多个周向隔开的喷嘴，所述燃烧器的壁限定了与通过所述燃烧器的热气体接触的流动边界。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于所述EGR系统的从所述燃气涡轮发动机提取的废气的全部质量流被输送到所述第二轴向级。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，从所述燃气涡轮发动机提取的废气的质量流在离开所述涡轮的废气的总质量流的8%至15%之间。9.如权利要求1所述的方法，包括在所述废气进入所述燃烧器的第二轴向级之前，将所述废气输送通过热回收蒸汽发生器（HRSG），其中，所述HRSG是从所述燃气涡轮发动机到所述燃烧器的第二轴向级的所述废气的流路中的唯一的热提取部件。10.如权利要求9所述的方法，在通过所述HRSG之后，将所述废气的压力增加至高于所述燃烧器中的壳体空气压力的压力，同时维持所述废气的温度低于所述燃料的自燃温度。11.一种操作燃气涡轮发动机中的轴向级燃烧系统的方法，所述轴向级燃烧系统具有将热工作气体供应至涡轮的轴向级燃烧器，所述方法包括：提供将燃料供应至所述燃烧器的燃料供应管线；将压缩空气供应至燃烧器的头端，并且使所述压缩空气与所述燃料混合；在所述燃烧器的第一轴向级中点燃所述燃料和所述压缩空气，以形成供应至所述涡轮的热工作气体；提供废气再循环（EGR）系统，其将所述燃气涡轮发动机产生的一部分废气提...

【专利技术属性】
技术研发人员：SM马丁，WR拉斯特，JE波尔蒂洛比尔保，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US