燃气涡轮组件的预混烧嘴，该预混烧嘴包括：旋流器，其构造成用于使空气流成旋流并且提供有连接到第一气体燃料源的预混喷嘴；导燃喷枪，其包括：圆柱形壳，其具有连接到第一气体燃料源的基部和提供有多个气体喷嘴的末梢；至少一个主管道，其构造成作为用于导燃燃料或压缩空气并且在壳内侧从基部延伸到末梢的通道，每个主管道具有提供有至少一个导燃喷嘴的末梢端；预混烧嘴还包括在对应的主管道内侧延伸的至少一个内管道，每个内管道具有连接到第二气体燃料源的第一端和提供有布置在对应的主管道的导燃喷嘴上游的内喷嘴的第二端，使得在内喷嘴与对应的导燃喷嘴之间存在混合容积，以用于混合供给到内管道中的H2基气体燃料源和供给到主管道中的压缩空气。供给到主管道中的压缩空气。供给到主管道中的压缩空气。
【技术实现步骤摘要】
适合供给有普通和高反应性燃料的提供有导燃喷枪的针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴
[0001]相关申请的交叉引用本专利申请要求享有2021年12月27日提交的欧洲专利申请第21217779.4号的优先权，该欧洲专利申请的全部公开通过引用并入本文中。
[0002]本专利技术涉及针对发电厂的燃气涡轮组件（以下仅“燃气涡轮”）的
众所周知，在这些组件中，进入的空气流在压缩机中压缩，并且然后在进入涡轮之前在燃烧器中与燃料（气体燃料和/或油燃料）混合，其中热气体膨胀在继而又连接到用于发电的发电机的转子上生成旋转功。具体而言，本专利技术涉及所有种类的以上燃气涡轮（非常大体的限定），其中燃烧器包括至少一个“预混烧嘴”。预混烧嘴是构造成不仅用于将燃料喷射到压缩空气流中，而且用于在将混合物喷射到燃烧室中之前混合（用旋流）压缩空气和燃料的烧嘴。在此上下文中，本专利技术涉及如何改进预混烧嘴以便允许不仅供给有普通燃料而且供给有高反应性燃料（例如包括H2的燃料）的问题。
技术介绍
[0003]众所周知，大体上，针对发电厂的燃气涡轮组件（以下仅燃气涡轮）包括转子、压缩机、燃烧器和涡轮单元。压缩机构造成用于压缩在压缩机入口处供应的空气。离开压缩机的压缩空气流入燃烧器中，该燃烧器提供有多个烧嘴，该多个烧嘴构造成用于将燃料喷射到压缩空气中。燃料和压缩空气的混合物流入燃烧室中，在燃烧室处燃烧该混合物以用于生成热气体流。涡轮内侧的该热气体流的膨胀在继而又连接到发电机的转子上生成旋转功。众所周知，涡轮和压缩机包括由多级或多排导叶插置的多级或多排转子叶片，多级或多排导叶由围绕该组件的外壳支承。
[0004]为了实现高效率，需要高涡轮入口温度。然而，大体上，该高温度涉及不期望的高NOx排放水平。为了减少该排放并且增加操作灵活性而不降低效率，所谓的“顺序”燃气涡轮尤其适合。大体上，顺序燃气涡轮包括串联的两个燃烧器或燃烧级，其中每个燃烧器提供有多个烧嘴，并且提供有至少一个燃烧室。通常，上游或第一燃烧器包括多个所谓的“预混烧嘴”。
[0005]大体上，预混烧嘴是构造成不仅用于将燃料喷射到压缩空气中，而且还用于在将混合物喷射到燃烧室中之前用旋流混合压缩空气和燃料的烧嘴。该旋流混合物通过提供构造成用于在空气流中生成旋流的旋流锥获得，其中该锥提供有多个燃料喷射喷嘴（称为预混喷嘴）。该旋流混合物允许减少NOx排放，但生成的火焰在一些条件下不够稳定。为了解决预混火焰稳定性的该问题，在锥的中部中，在烧嘴还提供有构造成用于将燃料以更集中的方式喷射到较少湍流的空气流中的导燃喷枪。由导燃器生成的扩散火焰实际上更稳定，但其生成高NOx排放。大体上，预混烧嘴因此广泛使用，因为其允许在正常操作期间使用具有低NOx排放的预混火焰，并且如果出于稳定性原因需要，具有引入更稳定的扩散导燃火焰的
选项。通常，两级都处于操作中，其中大部分燃料供给到预混喷嘴以用于低NOx，并且小部分燃料供给到导燃器以用于增加整个烧嘴的稳定性，并且防止预混级的“贫吹熄”。请注意，本专利技术不仅限于顺序燃气涡轮，而是其可应用于提供有如以上描述的预混烧嘴的所有燃气涡轮。
[0006]从预混烧嘴的以上提到结构出发，当今存在在保持低排放和高性能的同时改进燃料的灵活性的需要。具体而言，当今真正的挑战是使用高反应性燃料，例如具有大量H2或较高级碳氢化合物（例如乙烷、丙烷）的燃料。事实上，越来越多地使用可再生能源以用于能量生产也伴随着对灵活电力生产的越来越多的需要，同时旨在实现无碳排放。通过氢生产和预燃烧碳捕获对来自可再生能源的过剩发电的储能的潜在解决方案正在获得发展势头。因此，这些场景需要能够用氢基燃料操作的燃气涡轮。同时，由于液化天然气的增加使用以及气体源和提取方法的较宽范围，因此考虑在燃气涡轮内使用的天然气的成分变得显著更加多变。因此，在现代燃气涡轮开发中，燃料的灵活性（无论是在氢还是在较高级碳氢化合物的量方面）是最重要的。
[0007]燃料反应性的变化意味着火焰位置和行为的变化。具体而言，较高的燃料反应性（如H2）强制火焰向上游移动，增加NOx排放，并且可能使喷嘴过热。因此，当燃烧高反应性燃料（例如含有大量较高级碳氢化合物或氢的燃料）时，与天然气的情况相比，火焰（特别是预混火焰）向上游移动，因此增加了回火的风险。用于避免预混火焰的该回火的解决方案可为降低第一级燃烧器的火焰温度（通过供给较少的燃料）。然而，火焰温度不可降低到超过称为“贫吹熄”温度的一定极限，因为低于该温度，燃烧器的操作会被折衷。因此，当今在使用高反应性燃料的情况下，由现有技术实践提供的解决方案是将燃料的相关部分从预混喷嘴切换到导燃器。例如，将总燃料的至多10
‑
40%转移到导燃喷枪（相比于在天然气操作的情况下的0
‑
10%）。众所周知，导燃火焰没有预混，并且以扩散火焰模式操作。结果是高NOx排放，这仅可通过沿系统的进一步氧化来部分地补偿。
[0008]因此，该解决方案不可被接受为最佳实践，因为导燃器生成高NOx排放，并且因此需要在气体流中添加大量稀释剂（氮、蒸汽）和/或必须使用选择性催化还原装置来将NOx排放保持在极限以下。
[0009]此外，请注意，普通导燃系统并非针对此高导燃燃料速率而设计。将气体转移到乳化系统中还意味着用于辅助设备和燃料分配系统的较高成本和复杂性，并且该解决方案没有解决与由于扩散火焰的高NOx排放相关的问题。
技术实现思路
[0010]因此，本专利技术的主要目的在于提供一种用于克服当前现有技术实践的缺点的用于针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴，以及用于操作该烧嘴的方法。具体而言，本专利技术的范围是提供一种具有导燃喷枪的预混烧嘴，其构造成选择性地由普通（天然）气体燃料和由高反应性气体燃料（例如具有高％的H2（以体积计至多100%）的H2基燃料）供给。具体而言，本专利技术的范围是提供一种导燃喷枪，其中在供给H2基气体燃料的情况下，该燃料的相关部分可从预混喷嘴（回火问题）偏离到导燃喷枪而不会生成高NOx排放。如在以下将清楚的，本专利技术的基础的主要观念是在导燃喷枪内侧产生混合容积，其中H2基燃料和空气可在到达导燃喷嘴之前混合。换句话说，范围是提供一种预混导燃喷枪。
[0011]适合由本专利技术改进的预混烧嘴结构为包括以下的预混烧嘴：
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旋流器，其构造成用于使空气流成旋流，并且提供有连接到第一气体燃料源的预混喷嘴，例如天然气燃料或大体上的气体燃料可供给到预混喷嘴而没有回火问题；
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延伸到旋流器并且具有带多个气体喷嘴的末梢的导燃喷枪。
[0012]以上导燃喷枪包括：
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圆柱形壳，其用作用于气体燃料的仓室，并且具有连接到第一气体燃料源的基部和提供有多个气体喷嘴的末梢；
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至少一个主管道，其用作在壳内侧从基部延伸到末梢的通道。
[0013]每个主管道具有连接到压缩空气源的基部端和提供有至少一个导燃喷嘴的末梢端。
[0014]天然气到预混喷嘴和/或到导燃气体喷嘴的供给取决于气体燃料的成分，并且取决于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴（34），所述预混烧嘴（34）包括：
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旋流器（35），其构造成用于使空气流（M）成旋流并且提供有连接到第一气体燃料源的预混喷嘴（36）；
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导燃喷枪（38）；其中所述导燃喷枪（38）包括：
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圆柱形壳（39），其具有连接到所述第一气体燃料源的基部和提供有多个气体喷嘴（41）的末梢（40）；
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至少一个主管道（42），其构造成作为用于导燃燃料或压缩空气并且在所述壳（39）内侧从所述基部延伸到所述末梢（40）的通道，每个主管道（42）具有提供有至少一个导燃喷嘴（43）的末梢端；其特征在于，所述预混烧嘴还包括：
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在对应的主管道（42）内侧延伸的至少一个内管道（44），每个内管道（44）具有连接到第二气体燃料源的第一端和提供有布置在对应的主管道（42）的导燃喷嘴（43）上游的内喷嘴（45）的第二端，使得在所述内喷嘴（45）与对应的导燃喷嘴（42）之间存在容积（46）；其中所述第二气体燃料源是H2基气体燃料源并且每个主管道（42）的第一端也连接到压缩空气源，使得在H2基气体燃料操作期间，每个主管道（42）内侧的在所述内喷嘴（45）与所述导燃喷嘴（43）之间的容积（46）是用于使所述H2基气体燃料在到达对应的导燃喷嘴（43）之前与空气混合的混合容积（46）。2.根据权利要求1所述的预混烧嘴，其中，所述喷枪包括提供有多个导燃喷嘴（43）的单个主管道（42）和相对于所述主管道（42）同心的单个内管道（44）。3.根据权利要求1所述的预混烧嘴，其中，所述导燃喷嘴（43）与所述烧嘴的轴线（A）不平行。4.根据权利要求1所述的预混烧嘴，其中，喷枪包括多个平行的主管道（42），每个主管道（42）包括单个导燃喷嘴（43），并且每个主管道（42）容纳相对于对应的主管道（42）同心的内管道（44）。5.根据前述权利要求1中任一项所述的预混烧嘴，其中，所述混合容积（46）包括锥部分（47）和管状部分（48）...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：安萨尔多能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：
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