燃料适应性燃烧系统的燃烧器喷管技术方案

提供燃烧器喷管（７２）。该燃烧器喷管包括：第一燃料系统（７４），该第一燃料系统经配置以将合成气燃料引入燃烧室，从而能够在燃烧室内实现贫燃预混燃烧；和第二燃料系统（７６），该第二燃料系统经配置以将合成气燃料或烃类燃料或稀释剂或它们的组合引入燃烧室，从而能够在燃烧室内实现扩散燃烧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料适应性燃烧系统的燃烧器喷管 关于联邦政府资助研究和开发的声明本专利技术依据美国能源部授予的合同号DE-FC26-03NT41776在政府支持 下完成。政府可享有本专利技术中的一些权利。
技术介绍
本专利技术总体上涉及燃烧系统，更具体地涉及燃料适应性燃烧系统 (fuel-flexible combustion system)和操作方法。各种类型的燃烧器是已知的并用于诸如联合循环发电厂等系统。通常， 这些系统的燃烧器经设计以减少排放，例如NOx和一氧化碳的排放。在大 多数燃烧天然气的系统中，使用贫燃预混火焰(lean premixed flame)使燃烧器 工作。在这些系统中，燃料在反应区的上游与空气混合而在贫燃条件下(lean condition)形成预混火焰，以减少燃烧系统的排放。不幸的是，这些燃烧系 统的操作窗极小。另外，期望避免燃烧动态变化(combustion dynamic)并同 时保持低的NOx以及避免火焰的贫燃喷出(leanblowout)。设计方案的指标 通常订为窄的燃料组成范围，因而使设计用于天然气的系统与设计用于气 化煤或合成气燃料的系统不相容。一些其它的系统采用扩散燃烧(diffusion combustion),以通过在反应区 增加稀释剂来减少排放。例如，在整体煤气化联合循环(IGCC)系统中，可 使用蒸汽或氮气作为稀释剂以促进燃烧并减少燃烧器的排放。通常，对于 IGCC系统，燃烧器设计成使用煤气化燃料以扩散模式工作并可具有以扩散 模式使用天然气的备用燃烧模式。然而，设计能够使用热值不同的煤气化 燃料工作并同时保持低排放的燃烧器富有挑战性。目前的IGCC燃烧器采用 扩散燃烧并根据气化燃料储备基于site-by-site设计。由此得到为满足排放要 求而具有有限的燃料适应性的特定燃烧系统。因而，需要可使用多种燃料工作并同时保持低排放的燃烧系统。此外， 有利的是，造并同时保持发电厂总效率的燃烧系统<
技术实现思路
简言之，根据一种实施方案，提供燃烧器喷管。该燃烧器喷管包括 第一燃料系统，该第一燃料系统经配置以将合成气燃料引入燃烧室，从而能够在燃烧室内实现贫燃预混燃烧；第二燃料系统，该第二燃料系统经配够在燃烧室内实现扩散燃烧。在另一实施方案中，提供燃料适应性燃烧系统。该燃料适应性燃烧系 统包括燃烧器喷管，该燃烧器喷管经配置以将燃料流引入燃烧系统；燃 烧室，该燃烧室经配置以使燃料流和空气按照基于燃料流的燃料类型选择 的燃烧模式燃烧。该燃烧器喷管包括第一燃料系统，该第一燃料系统经烧室内实现预混燃烧模式；第二燃料系统，该第二燃料系统经配置以将合 成气燃料或氮气、蒸汽或烃类燃料或它们的组合引入燃烧室，从而能够在 燃烧室内实现扩散燃烧模式。在另一实施方案中，提供整体煤气化联合循环(IGCC)系统。IGCC系统 包括气化器，该气化器经配置以由煤生成合成气燃料；燃气涡轮机，该在燃烧系统内燃烧而产生电能。该燃烧系统包括燃烧喷管，该燃烧喷管 具有将合成气引入喷管内以进行预混的第 一和第二燃料系统以及扩散操作 模式；燃烧室，该燃烧室经配置以使合成气燃料和空气按照预混或扩散燃 烧模式燃烧。在另一实施方案中，提供燃料适应性燃烧系统的操作方法。该方法包 括经由燃烧器喷管将燃料流引入燃烧系统；使烃类燃料流以低排放燃烧 模式燃烧；使合成气燃料以第二燃烧模式燃烧。该方法还包括基于合成 气的热值转变第二燃烧模式；使燃料流和空气按照低排放燃烧模式或第二 燃烧模式或它们的组合燃烧。附图说明参照附图阅读下述详细说明时将更好地理解本专利技术的这些和其它特 征、方面和优势，其中相同的标记在附图中始终表示相同的部分，其中 图1是根据本专利技术的方面具有燃料适应性燃烧系统的整体煤气化联合8循环(IGCC)系统的示意图。图2是根据本专利技术的方面图1的IGCC系统中使用的燃气涡轮机的示意图。图3是根据本专利技术的方面与合成气燃料具有预混和扩散操作能力的图 2的燃烧器喷管的示范性构造示意图。图4是根据本专利技术的方面具有旋流器(swozzle)燃料注入点的图3的燃 烧器喷管的示范性构造示意图。图5是根据本专利技术的方面具有向旋流器燃料注入点提供燃料的独立燃 料增压室的图4的燃烧器喷管的示范性构造截面图。图6是根据本专利技术的方面与烃类和合成气燃料具有预混操作能力的图 2的燃烧器喷管的另一示范性构造示意图。图7是根据本专利技术的方面具有旋流器和中心体燃料注入点的图6的燃 烧器喷管的示范性构造示意图。图8是根据本专利技术的方面具有向旋流器和中心体燃料注入点提供燃料 的独立燃料增压室的图7的燃烧器喷管的示范性构造截面图。具体实施例方式如以下详细的描述，本专利技术的实施方案提供燃料适应性燃烧系统，该 燃料适应性燃烧系统可使用多种燃料进行工作并同时具有低排放。具体地， 本专利技术使用燃烧器喷管，该燃烧器喷管使用例如天然气和多种合成气燃料 通过基于燃料原料所需或所要求的体积流速在贫燃预混模式和扩散燃烧模 式之间转换来进行工作。现转向附图并首先参考图1,示出了整体煤气化联 合循环(IGCC)系统10。 IGCC系统10包括气化器12和连接在气化器12上 的燃气涡轮机14。此外，燃气涡轮机14包括燃料适应性燃烧系统16，该 燃料适应性燃烧系统16经配置以使来自气化器12的燃料流燃烧而产生电 能。另外，IGCC系统10包括蒸汽涡轮机18,该蒸汽涡轮机18连接在燃气 涡轮机14上且经配置以利用燃气涡轮机14的废气的热量而产生电能。工作时，气化器12接收燃料原料20连同氧气22，氧气22通常在原位 空气分离装置(未示出)中产生。在所示实施方案中，燃料原料20包括煤。 在另一实施方案中，燃料原料20可包括任意低热值燃料(LVT),例如煤、 生物质、废料、油砂、城市垃圾、焦炭等。使燃料原料20和氧气22在气化器12中反应以生成富含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气24。此外，将 原料矿物转化为可用于路基、填埋覆盖物和其它应用的矿渣产物26。将气化器12生成的合成气24导入气体冷却和清洗装置28，在该装置 中冷却合成气24并除去污染物30以生成净化合成气32。在所示实施方案 中，污染物30例如包括硫、汞或二氧化碳。此外，使净化合成气32在燃 气涡轮机14中燃烧以产生电能。在该示范性实施方案中，经由压缩机36 压缩输入的空气流34并将压缩空气导入燃烧系统16以使来自气化器12的 合成气32燃烧。此外，使燃烧系统16的燃烧器气流膨胀通过涡轮机38, 以驱动发电机40产生电能42,可将电能42送入电网44以进一步利用。在 一些实施方案中，燃料适应性燃烧系统16使用天然气46进行通常作为备 用操作模式的贫燃预混燃烧。在所示实施方案中，将来自燃气涡轮机14的废气48导入热回收蒸汽 发生器50并用于使水沸腾以形成用于蒸汽涡轮机18的蒸汽52。此外，在 一些实施方案中，可将蒸汽涡轮机的热量54引入热回收蒸汽发生器50以 提高热回收蒸汽发生器50的效率。另外，可将热回收蒸汽发生器50产生 的一部分蒸汽56引入气化器12，以控制气化器12生成的合成气24的H2:CO 之比。蒸汽涡轮机18驱动发电机58以产生电能42，再次将电能42送入电 网44以进一步利用。上述IGCC系统10使用的燃料适应性燃烧系统16可以贫燃预混或扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器喷管，包括：　第一燃料系统，该第一燃料系统经配置以将合成气燃料引入燃烧室，从而能够在所述燃烧室内实现贫燃预混燃烧；和　第二燃料系统，该第二燃料系统经配置以将所述合成气燃料或烃类燃料或稀释剂或它们的组合引入所述燃烧室，从 而能够在所述燃烧室内实现扩散燃烧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔M海恩斯，戴维M莫斯巴赫，乔纳森S詹森，文卡特拉曼A伊耶，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]