用于生产电能的燃气涡轮设备制造技术

一种用于生产电能的燃气涡轮设备，该燃气涡轮设备设有至少一个燃烧器(4)，其包括燃烧室(20)，在使用中燃烧发生在燃烧室(20)中，并且设有至少一个焚烧器组件(22)，该至少一个焚烧器组件(22)面向燃烧室(20)并且供给有空气和气体的混合物；射频电磁辐射源(11)，其构造成利用具有给定频率(F)和给定振幅(A)的射频电磁辐射来选择性地辐射燃烧室(20)；至少一个检测传感器(13)，其构造成检测指示火焰不稳定现象在燃烧室(20)内部存在的至少一个参数；以及至少一个控制装置(12)，其构造成基于由至少一个检测传感器(13)检测的数据来选择性地激活电磁辐射源(11)，并且调整由电磁辐射源(11)辐射的射频电磁辐射的频率(F)和/或振幅(A)。

【技术实现步骤摘要】
用于生产电能的燃气涡轮设备相关申请的交叉引用本申请请求享有2017年7月18日提交的意大利专利申请第102017000081329号的优先权，其公开内容通过引用并入。
本专利技术涉及一种用于生产电能的燃气涡轮设备。
技术介绍
近年来，在污染物质的排放方面的法规越来越严格的压力之下，燃烧技术指向使用所谓的“贫预混合”技术，其提供用于焚烧器的使用，其中燃料在焚烧之前与空气预混合。因此，该类型的焚烧器构造成焚烧贫燃料混合物。在其中焚烧贫燃料混合物的该类型的燃烧室中，在高功率下，声振荡可自发地触发(在此处和下文中，利用典型用于参考文献部分中的用语'嗡嗡声'来识别)，这对燃烧室的结构完整性而言为破坏性的。此外，由于燃料浓度的降低，进一步的火焰不稳定现象可在该类型的燃烧室中发生。例如，突然且过度的火焰位移，以及甚至火焰的间歇性地熄灭可发生。总的来说，这些火焰不稳定现象通常利用用语“贫油熄火”(在此处和下文中缩写为“LBO”，还典型地用于参考文献的部分中)来识别。贫油熄火对设备造成极大的损坏，因为其甚至可导致燃烧室中的火焰的反复且长时间的熄灭和重新点燃，以及在设备本身的生产率和可靠性方面的明显损失。为了防止这些非合乎需要的事件的触发，大体上增加了燃料的百分含量。然而，该技术具有显著增加污染物质排放的缺点。例如，在一些燃烧室中，即使火焰燃烧混合物中的燃料浓度的增加低至4％也可导致NOx排放增加25％。此外，燃料的百分含量的增加通常通过调节燃料供应阀的开度来实现。然而，这些阀经受机械磨损。因此，现有技术的长期可靠性也受到损害。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于抑制任何嗡嗡声和LBO现象，而不增加污染物质的排放。因此，本专利技术的目的在于提供一种用于生产电能的燃气涡轮设备，其中燃烧室中的任何嗡嗡声和LBO现象被减少并且同时为可靠的，易于生产并且能够遵守由有关污染物排放的法律规定的限制。根据这些目的，本专利技术涉及一种用于生产电能的燃气涡轮设备，其包括：-至少一个燃烧器，其设有燃烧室，在使用中燃烧发生在该燃烧室中，并且设有至少一个焚烧器组件，该至少一个焚烧器组件面向燃烧室并且供给有空气和气体的混合物；-射频电磁辐射源，其构造成利用具有给定频率和振幅的射频电磁辐射来选择性地辐射燃烧室；-至少一个检测传感器，其构造成检测指示火焰不稳定现象在燃烧室内部存在的至少一个参数；-至少一个控制装置，其构造成基于由至少一个检测传感器检测的数据来选择性地激活电磁辐射源，并且调整由电磁辐射源辐射的射频电磁辐射的频率和/或振幅。有利地，内室利用射频电磁辐射的辐射在不增加污染物质的排放的情况下且以可靠的方式减少任何嗡嗡声和LBO现象。实际上，由辐射源生成的射频电磁辐射与焚烧器组件的输出处的火焰相互作用，从而引起火焰速度的增加。在此处和下文中，用语火焰速度是指火焰在静止流体中以其传播的速度。典型地，在焚烧贫燃料混合物时，燃气涡轮的燃烧室中的火焰速度相对较低。由于本专利技术，火焰速度不由燃料的百分含量的增加(如利用现有技术方法实现的那样)而增加，而是通过火焰与由辐射源生成的电磁波相互作用而增加。实际上，火焰具有少量的自由电子。各个自由电子吸收入射在火焰上的电磁辐射的相应部分功率。该功率接着在该电子碰撞时由电子释放。此外，射频电磁辐射的功率仅在燃烧室中存在的气体的最热区域(即，恰好在火焰的位置)中吸收。实际上，在该区域中，负责吸收射频功率的自由电子的数量为最大的。因此耗散的功率可引起火焰加热或火焰中发生的化学反应的动力学的变化。在这两种情况下，火焰速度增加，而不增加污染物质的排放。该火焰速度的增加可促进嗡嗡声和/或LBO现象的抑制。实际上，嗡嗡声现象主要影响具有低燃料含量(即，具有相对低的火焰速度值)的火焰。例如，嗡嗡声随着环境湿度增加而增加，并且因此供给火焰的混合物的水蒸汽含量增加，会带来火焰速度降低。使火焰速度增加因此相当于处理在嗡嗡声方面更稳定的火焰。此外，嗡嗡声现象在燃烧功率的振荡和火焰的压力振荡为同相时出现。所述相取决于火焰的形状，其继而取决于给定流体流场的火焰速度。此外，燃烧室中的声振荡的功率由在燃烧期间发生的放热反应供应。根据勒夏特列原理，导致火焰从外部加热的任何行为都倾向于以放热反应为代价来促成吸热反应。因此，火焰由利用射频电磁辐射的辐射的加热倾向于抑制嗡嗡声。嗡嗡声现象通过应用射频的减少由实验证据支持。此外，将射频应用于火焰降低了燃料百分比最小值，火焰在该燃料百分比最小值以下经受LBO。实验证据实际上表明，将射频应用于具有给定百分比燃料并且经受LBO的火焰可抑制LBO。此外，由于本专利技术，该设备包括控制装置，其构造成基于由至少一个检测传感器检测的数据来调整由电磁辐射源辐射的射频电磁辐射的频率和/或振幅。以该方式，调节辐射燃烧室的电磁辐射的频率和/或振幅，以便使LBO和/或嗡嗡声减少最优化。附图说明本专利技术的另外的特征和优点将参照附图的图从其非限制性实施例的以下描述中显而易见，其中：-图1为根据本专利技术的燃气涡轮设备的示意图；-图2为与图1中的设备的细节的操作有关的图表；-图3为图1中的设备的又一细节的侧视图，其中部分呈截面，并且部分为清楚起见而移除。具体实施方式在图1中，参照标号1表示用于生产电能的燃气涡轮设备。设备1包括压缩机3、燃烧器4、燃气涡轮6以及发生器7，发生器7将由涡轮6供应的机械功率转换成待供应至电网8的电功率，电网8由开关9连接于发生器7。设备1还包括稳定装置10，其包括射频电磁辐射源11、控制装置12以及至少一个传感器13。电磁辐射源11构造成利用射频电磁辐射来辐射燃烧器4。具体而言，电磁辐射源11包括构造成生成电磁辐射的发生器15、构造成辐射电磁辐射的至少一个天线16，以及构造成将由发生器15生成的电磁辐射供应至天线16的至少一个射频功率电缆17。优选地，发生器15为自由电子真空管(大体上被称为速调管)，其构造成生成射频电磁辐射(RF)。具体而言，发生器15构造成生成具有频率范围在1-10GHz之间、优选在3和4GHz之间、并且特别为3.7GHz的电磁辐射。参照图2中的图表，发生器15构造成生成脉冲序列。如我们稍后将详细看到的那样，脉冲序列以频率F=1/T由发生器15生成。各个脉冲序列具有总时间长度tD。优选地，时间长度tD比跨过时间tA短，跨过时间tA理解为空气-燃料混合物跨过火焰所花费的时间。这防止了，在利用射频电磁辐射而辐射之后，跨过火焰的混合物的运动在火焰外部拖曳在火焰内耗散的功率。在本文中描述和示出的非限制性实例中，跨过时间tA为近似1毫秒。各个脉冲序列可包括一个以上的脉冲。各个脉冲具有给定功率P和给定时间长度t1。在相同的脉冲序列内，脉冲以具有t2时间长度的规则的时间间隔彼此跟随。各个脉冲序列与下一个脉冲序列分开时间间隔t3，时间间隔t3具有时间长度，以便满足以下关系：tD=T-t3脉冲序列中的脉冲总数N可根据以下关系计算：N=(tD+t2)/(t1+t2)各个脉冲的功率P优选为可由发生器15与天线16的冷却要求兼容而生成的最大功率。各个脉冲序列的平均功率Pm可使用以下关系计算：Pm=P·t1·N/tD在辐射期间，火焰仅吸收由辐射源11辐射的一小部分功率。因此，辐射源11根据以下关系以近似的方式耗散可计算的功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产电能的燃气涡轮设备，包括：‑至少一个燃烧器(4)，其设有燃烧室(20)，在使用中燃烧发生在所述燃烧室(20)中，并且设有至少一个焚烧器组件(22)，所述至少一个焚烧器组件(22)面向所述燃烧室(20)并且供给有空气和气体的混合物；‑射频电磁辐射源(11)，其构造成利用具有给定频率(F)和给定振幅(A)的射频电磁辐射来选择性地辐射所述燃烧室(20)；‑至少一个检测传感器(13)，其构造成检测指示火焰不稳定现象在所述燃烧室(20)内部存在的至少一个参数；‑至少一个控制装置(12)，其构造成基于由所述至少一个检测传感器(13)检测的数据来选择性地激活所述电磁辐射源(11)，并且调整由所述电磁辐射源(11)辐射的射频电磁辐射的频率(F)和/或振幅(A)。

【技术特征摘要】
2017.07.18 IT 1020170000813291.一种用于生产电能的燃气涡轮设备，包括：-至少一个燃烧器(4)，其设有燃烧室(20)，在使用中燃烧发生在所述燃烧室(20)中，并且设有至少一个焚烧器组件(22)，所述至少一个焚烧器组件(22)面向所述燃烧室(20)并且供给有空气和气体的混合物；-射频电磁辐射源(11)，其构造成利用具有给定频率(F)和给定振幅(A)的射频电磁辐射来选择性地辐射所述燃烧室(20)；-至少一个检测传感器(13)，其构造成检测指示火焰不稳定现象在所述燃烧室(20)内部存在的至少一个参数；-至少一个控制装置(12)，其构造成基于由所述至少一个检测传感器(13)检测的数据来选择性地激活所述电磁辐射源(11)，并且调整由所述电磁辐射源(11)辐射的射频电磁辐射的频率(F)和/或振幅(A)。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测传感器(13)构造成检测指示火焰不稳定现象在所述燃烧室(20)内部存在的所述至少一个参数的时间进程。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制装置(12)构造成基于由所述至少一个检测传感器(13)检测的所述至少一个指示参数的时间进程来计算由所述电磁辐射源(11)辐射的射频电磁辐射的频率和/或振幅。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测传感器(13)为选自包括以下的传感器组的传感器：·化学发光强度传感器；·火焰颜色传感器；·温度传感器；·用于火焰的电导率的传感器。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测传感器(13)为OH自由基化学发光强度传感器。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个另外的检测传感器(14)，其构造成检测指示声振荡在所述燃烧室(20)中存在的至少一个另外的参数；所述控制装置(12)构造成还基于由所述另外的检测传感器(14)检测的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：A迪维塔，
申请(专利权)人：安萨尔多能源公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT