具有顺序燃烧组件和燃料成分控制器的燃气涡轮制造技术

本发明专利技术涉及一种具有顺序燃烧组件和燃料成分控制器的燃气涡轮。本公开涉及一种用于运行燃气涡轮(1)的方法，燃气涡轮具有顺序燃烧器组件，顺序燃烧器组件包括第一喷燃器、第一燃烧室和第二燃烧器。根据公开的方法，将燃料气体(8)分离成富燃料(32)和贫燃料(33)，富燃料具有的高级烃的浓度高于供应到电厂的燃料气体的高级烃的浓度，贫燃料具有的高级烃的浓度低于烃燃料气体(8)的高级烃的浓度。由于包括富燃料(32)、贫燃料(33)和燃料气体(8)中的至少一个而混合的第一燃料(12)和第二燃料(13)馈送到燃气涡轮的不同燃烧器。除了该方法之外，还公开了一种燃气涡轮(1)，其具有构造成执行这种方法的燃料分配系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于运行燃气涡轮的方法，燃气涡轮具有顺序燃烧器组件，燃料气体包括高级烃。本专利技术另外涉及一种适于执行这种方法的燃气涡轮。
技术介绍
由于诸如风能或太阳能的不稳定的可再生资源使功率生产提高，所以越来越多地使用现有的基于燃气涡轮的发电厂来平衡功率需求和稳定电网。因而需要改进运行灵活性。这意味着燃气涡轮通常在低于基础负载设计点的负载下运行，即，在较低的燃烧器入口和燃烧温度下运行。另外，取决于价格和可用性来使用来自具有不同燃料气体成分的不同源的燃料。同时，排放极限值和总容许排放变得越来越严格，使得需要以较低的排放值运行，在部分负载运行下、在瞬态期间也保持排放低，因为这些也对累积排放极限和不同的燃料成分有影响。为了减少排放和提高运行灵活性，已经提出了顺序燃烧。取决于运行条件，燃料气体成分可对顺序燃烧器组件的燃烧稳定性和排放有巨大影响。
技术实现思路
本公开的一个目标是提出一种用于运行燃气涡轮的方法，燃气涡轮至少包括压缩机、顺序燃烧器组件和在顺序燃烧器组件的下游的涡轮。各个顺序燃烧器包括第一喷燃器、第一燃烧室和第二燃烧器，它们在流体流连接中按顺序布置。根据方法的第一实施例，在压缩机中压缩入口气体，并且将供应到燃气涡轮的燃料气体分离成富燃料和贫燃料。富燃料是一种燃料，其具有的高级烃(也称为C2+，即，与甲烷相比，每个分子包括更多碳原子的烃，即，每个分子有2个或更多个碳原子)的浓度高于供应到分离器的燃料气体的高级烃的浓度。贫燃料是一种燃料，其具有的高级烃的浓度低于供应到分离器的燃料气体的高级烃的浓度。方法进一步包括将第一燃料馈送到至少一个第一喷燃器，以及将第二燃料馈送到至少一个第二燃烧器。从富燃料、贫燃料和供应到燃气涡轮的燃料气体中的至少一个中获得第一燃料。它可为那些气体中的两种或全部三种的混合物。第一燃料中的高级烃的浓度不同于燃料气体的高级烃的浓度。从富燃料、贫燃料和燃料气体中的至少一个中获得第二燃料。它可为那些气体中的两种或三种的混合物。第二燃料中的高级烃的浓度不同于燃料气体和第一燃料的高级烃的浓度。燃料在高级烃的浓度方面不同于另一种燃料，如果该差异可由诸如例如气体色谱法的普通分析技术分析的话。由于实际原理，高级烃的浓度方面的差异可例如大于1%或大于5%。为了用少量富燃料产生大影响，高级烃的浓度差异可大于50%或者甚至接近100%，即，贫燃料包含几乎100%的甲烷，并且富燃料包含几乎100%的高级烃(C2+)。第一燃料在第一燃烧室中与压缩气体一起燃烧，以获得第一燃烧产物。第二燃料馈送到至少一个第二燃烧器，并且与第一燃烧产物一起燃烧，以获得第二燃烧产物。这些在涡轮中膨胀。燃料气体可在气体分离系统中分离成富燃料和贫燃料。这种气体分离系统例如可为基于吸收过程、低温分离过程、低温热交换器过程、低温膨胀器过程或逐步摇摆吸附过程的系统。可允许例如第二燃料进入第二燃烧器，第二燃烧器区是第一燃烧器和用于所谓的迟贫燃烧的涡轮之间的过渡区的一部分。根据方法的实施例，对于燃气涡轮的低负载运行，馈送到第一喷燃器的第一燃料设有的高级烃的浓度低于供应到燃气涡轮的燃料气体的高级烃的浓度。馈送到第二燃烧器的第二燃料设有的高级烃的浓度高于供应到燃气涡轮的燃料气体的高级烃的浓度，以使燃烧稳定。低负载运行是在从空转或最小负载直至大约50%或高达60%的相对负载的负载范围中的运行。在低负载范围中，典型地通过关闭可变压缩机入口导叶，以减少通过燃气涡轮的质量流，以及通过降低第二燃烧器中的热气温度，来控制功率输出。热气温度降低可引起CO排放、未燃烧完全的烃和诸如脉动的火焰不稳定性。可通过提高高级烃的浓度来减轻这些问题，因为与燃烧甲烷相比，它们会减少点火延迟时间。因而，即使在降低的温度下，在低负载运行期间，在第二燃烧器中可保证有完全燃烧。高级烃的反应性提高还可提高火焰速度，并且从而有利于完全燃烧。相对负载可限定为例如实际功率除以可由燃气涡轮在相应的周围条件下产生的基础负载功率。在方法的另一个实施例中，对于高负载运行，馈送到第一喷燃器的第一燃料设有的高级烃的浓度高于供应到燃气涡轮的燃料气体的高级烃的浓度。馈送到第二燃烧器的第二燃料设有的高级烃的浓度低于燃料气体的高级烃的浓度。取决于燃料气体成分和运行方式，在第二燃烧器中存在预点火或逆燃的风险。可典型地通过降低高级烃的浓度来增加点火延迟时间。因而即使当供应到燃气涡轮电厂的燃料气体具有高浓度的高级烃时，提出的方法也允许在设计热气温度下安全地运行。高负载运行是在从60%至100%的相对负载的负载范围中的运行，并且包括峰值负载，点火温度升高，或者是功率扩大的运行，诸如水或蒸汽喷射到燃烧器中，或者多雾(也称为湿压缩)。根据方法的另一个实施例，根据下者中的至少一个来控制第一燃料流、第二燃料流或它们两者的高级烃的浓度：燃气涡轮负载、指示负载的温度。指示燃气涡轮负载的温度例如是涡轮入口温度、热气温度、涡轮排气温度或火焰温度。指示燃气涡轮负载的压力例如是压缩机出口压力或燃烧压力。这些压力或温度可直接测量，或者基于在燃气涡轮的其它位置处得到的测量(例如放气或冷却空气温度和压力)来估计它们。另外，可根据燃烧器脉动水平来控制第一燃料流、第二燃料流或者它们两者的高级烃的浓度。例如如果超过指示接近第二燃烧器中的贫喷出的脉动的阈值，则可提高给第二燃烧器的燃料供应中的高值烃的浓度。例如这可在使燃气涡轮减载的期间发生。备选地或者共同地，如果超过指示第二燃烧器中的高热气温度的脉动的阈值，则可降低供应给第二燃烧器的燃料中的高值烃的浓度。例如这可在使燃气涡轮加载的期间发生。根据方法的实施例，绕过或部分地绕过燃料分离，并且燃料气体直接馈送到第一喷燃器，以及在中间负载范围中的运行期间馈送到第二燃烧器。中间负载范围例如可为介于40%和90%的负载之间的范围，或者介于60%和80%的负载之间。低负载范围和高负载范围交迭是可行的，因为除了燃气涡轮设计之外，燃料气体成分改变的好处取决于供应到燃气涡轮的燃料气体的运行温度和成分。根据方法的另一个实施例，在燃烧第一燃烧产物和第二燃料的混合物之前，将稀释气体掺合到第一燃烧产物。通过掺合稀释气体，第二燃烧器中的温度可降低，从而增加点火延迟时间。这使得能够较好地混合第二燃料与第一燃烧器产物，以减少NOx排放，而且可进一步减小第二燃烧器中的预点火风险。根据方法的另一个实施例，在喷射第二燃料之后，将稀释气体掺合到第一燃烧产物。这可用来对涡轮入口建立均匀的温度分布。稀释气体例如可为压缩空气或燃气涡轮的空气和烟道气的混合物。压缩烟道气还可用作稀释气体。可喷射压缩烟道气来控制第二燃烧器中的温度和温度分布。根据又一个实施例，燃气涡轮包括第一组顺序燃烧器组件，以及第二组顺序燃烧器组件，以提高燃烧稳定性，即，减轻脉动。第一燃料馈送到第一组顺序燃烧器组件的喷燃器，并且第二燃料馈送到第二组顺序燃烧器组件的喷燃器，以进行分级。备选地或者另外，第一燃料馈送到第一组顺序燃烧器组件的第二燃烧器，并且第二燃料馈送到第二组顺序燃烧器组件的第二燃烧器，以进行分级。分级在此语境中是燃气涡轮中的分级，燃气涡轮具有多个燃烧器组件，它们沿周向围绕燃气涡轮的轴线分布。这个分级可用于环形燃烧器，其中相邻顺序燃烧器组件彼此影响。在一些环形燃烧器中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运行燃气涡轮电厂(1)的方法，所述燃气涡轮电厂(1)具有压缩机(3)、涡轮(5)和顺序燃烧器组件(4)，所述顺序燃烧器组件(4)包括第一喷燃器(9)、第一燃烧室(15)和第二燃烧器(14)所述方法包括以下步骤在所述压缩机(3)中压缩入口气体，将燃料气体(8)分离成富燃料(32)和贫燃料(33)，所述富燃料(32)具有的高级烃的浓度高于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，所述贫燃料(33)具有的高级烃的浓度低于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，将第一燃料(12)馈送到至少一个第一喷燃器(9)，所述第一燃料(12)包括下者中的至少一个：所述富燃料(32)、所述贫燃料(33)和所述燃料气体(8)或者它们的混合物，其中，所述第一燃料(12)中的高级烃的浓度不同于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，在所述第一燃烧室(15)中燃烧所述第一燃料(12)和所述压缩气体(11)，以获得第一燃烧产物(39)，将第二燃料(13)馈送到至少一个第二燃烧器(14)，所述第二燃料(13)包括下者中的至少一个：所述富燃料(32)、所述贫燃料(33)和所述燃料气体(8)或者它们的混合物，其中，所述第二燃料(13)的高级烃的浓度不同于所述燃料气体(8)和所述第一燃料(12)的高级烃的浓度，燃烧所述第二燃料(13)与所述第一燃烧产物(39)，以获得第二燃烧产物(19)，以及使所述第二燃烧产物(19)在所述涡轮(5)中膨胀。...

【技术特征摘要】
2015.08.25 EP 15182259.01.一种用于运行燃气涡轮电厂(1)的方法，所述燃气涡轮电厂(1)具有压缩机(3)、涡轮(5)和顺序燃烧器组件(4)，所述顺序燃烧器组件(4)包括第一喷燃器(9)、第一燃烧室(15)和第二燃烧器(14)所述方法包括以下步骤在所述压缩机(3)中压缩入口气体，将燃料气体(8)分离成富燃料(32)和贫燃料(33)，所述富燃料(32)具有的高级烃的浓度高于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，所述贫燃料(33)具有的高级烃的浓度低于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，将第一燃料(12)馈送到至少一个第一喷燃器(9)，所述第一燃料(12)包括下者中的至少一个：所述富燃料(32)、所述贫燃料(33)和所述燃料气体(8)或者它们的混合物，其中，所述第一燃料(12)中的高级烃的浓度不同于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，在所述第一燃烧室(15)中燃烧所述第一燃料(12)和所述压缩气体(11)，以获得第一燃烧产物(39)，将第二燃料(13)馈送到至少一个第二燃烧器(14)，所述第二燃料(13)包括下者中的至少一个：所述富燃料(32)、所述贫燃料(33)和所述燃料气体(8)或者它们的混合物，其中，所述第二燃料(13)的高级烃的浓度不同于所述燃料气体(8)和所述第一燃料(12)的高级烃的浓度，燃烧所述第二燃料(13)与所述第一燃烧产物(39)，以获得第二燃烧产物(19)，以及使所述第二燃烧产物(19)在所述涡轮(5)中膨胀。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于低负载运行馈送到所述第一喷燃器(9)的第一燃料(12)设有的高级烃的浓度低于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，以及馈送到所述第二燃烧器(14)的第二燃料(12)设有的高级烃的浓度高于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，以使所述燃烧稳定。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于高负载运行馈送到所述第一喷燃器(9)的第一燃料(12)设有的高级烃的浓度高于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，以及馈送到所述第二燃烧器(14)的第二燃料(12)设有的高级烃的浓度低于所述燃料气体(8)的高级烃的浓度，以降低火焰速度。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，根据下者中的至少一个来控制所述第一燃料流(12)和/或第二燃料流(13)的高级烃的浓度：燃气涡轮负载、指示所述负载的温度、指示所述负载的压力或燃烧脉动。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，在中间负载范围中的运行期间，绕过燃料分离，并且所述燃料气体(8)直接馈送到所述第一喷燃器(9)和所述第二燃烧器(14)。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，在燃烧所述混合物第一燃烧产物(39)和第二燃料(13)之前，将稀释气体(17)掺合到所述第一燃烧产物(39)。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，在喷射所述第二燃料(13)之后，将稀释气体(17)掺合到所述第一燃烧产物(39)。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮电厂(1)包括第一组顺序燃烧器组件(4)和第二组顺序燃烧器组件(4)，其中，所述第一燃料(12)馈送到所述第一组顺序燃烧器组件(4)的喷燃器(9)，以及其中，所述第二燃料(13)馈送到所述第二组顺序燃烧器组件(4)的喷燃器(9)，以进行分级，以及/或者所述第一燃料(12)馈送到所述第一组顺序燃烧器组件(4)的第二燃烧器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：K克纳普，E本茨，J霍夫曼，
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