用于带有烟气再循环的燃气涡轮单元的混合元件制造技术

本发明专利技术涉及燃气涡轮中的烟气再循环，并且具体而言涉及带有烟气再循环的燃气涡轮单元(1-7)的压缩机(1)的入口上游的进气分段(2)，所述进气分段(2)包括具有由侧壁(28-30)限定的流动通道(31)的至少一个分段(22)，其中进气的新鲜空气流沿主空气流方向(33)流动；包括从至少一个侧壁(28-30)延伸进入流动通道(31)的至少一个混合管(32)，所述混合管(32)包括在所述至少一个侧壁(28-30)处的进气口(34)以用于接收再循环的烟气(41)；并且包括远离所述侧壁(28-30)的至少一个出口开口(37)以用于将再循环的烟气(41)从混合管(32)吹出到空气流中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气涡轮及其进气分段和烟气再循环方法
本专利技术涉及燃气涡轮中的烟气再循环领域，具体而言涉及用于混合烟气与压缩机上游的环境空气的元件。
技术介绍
存在对于借助于与燃烧后二氧化碳捕集结合的烟气再循环(FGR)系统提高在燃气涡轮排气口处的二氧化碳浓度的提议。就这一点而言，对公开这样的装置的WO-2010072710进行引用。烟气再循环对于二氧化碳捕集过程是有益的，因为二氧化碳的浓度增加并且到二氧化碳捕集单元的总质量流量减小。这两个方面导致具有更有效的捕集过程的更小的二氧化碳捕集设备。
技术实现思路
当在燃气涡轮系统中使用烟气再循环时，富集二氧化碳的烟气必须与环境空气混合，且然后被供应至燃气涡轮的压缩机入口。压缩机将这种含有二氧化碳的混合物输送至燃烧器并送入燃气涡轮的二次冷却系统。烟气的再循环降低了供应至燃烧过程的氧的总量。在燃烧过程之后剩余氧浓度是对再循环的烟气的量的限制参数。如果定义为再循环的烟气与燃气涡轮排气质量流量的比率的烟气比过高，则氧的量小于化学计量燃烧所需的量。在这种情况下，将发生不完全燃烧，这导致高的一氧化碳排放量、未燃尽的烃类(UHC)、火焰不稳定性，并且火焰最终甚至可熄灭。因此，需要在整个操作范围内确保良好的混合。为了不损失功率设备的功率和效率，需要确保最低可能的压力损失。烟气再循环比率的控制对于允许安全的燃气涡轮操作是必要的。混合器的稳健设计对于确保在广泛的烟气比和涡轮负载参数内的良好混合质量是至关重要的。换言之，再循环的烟气必须与压缩机上游的新鲜空气均匀地混合。本专利技术的主旨是在燃气涡轮的进气口中安装混合装置，其中该混合装置可例如在进气口中的过滤器和/或消音器的上游或下游。混合器可例如是从进气单元的一个侧壁延伸进入由其限定的流动通道的指型混合器。可以在混合器的出口处或混合器的出口下游使用板和/或导叶来改善混合器的管道中的混合。因此，本专利技术具体地涉及带有烟气再循环的燃气涡轮单元的压缩机的入口上游的进气分段，其包括具有由侧壁限定的流动通道的至少一个分段，进气的新鲜空气流在其中沿着主空气流方向流动；并且包括从至少一个侧壁延伸进入流动通道的至少一个混合管或混合指状物。该混合管优选地包括在所述至少一个侧壁处的进气口以用于接收再循环的烟气，以及远离所述侧壁的至少一个出口开口以用于将再循环的烟气从混合管吹出到空气流中，优选地不过多靠近其壁区域，而是在其更中心的区域中。根据这样的进气分段的第一优选实施例，混合管仅附连到单个侧壁(混合指状物)并且自由地延伸进入流动通道中。优选地在这种情况下，至少一个出口开口位于混合管的顶端区域中或邻近顶端区域或沿管的长度分布。可将至少两个、三个、四个或至少五个混合管布置成一行，优选地邻近彼此，所述行优选地基本沿空气流方向对齐，最上游的混合管限定行的前缘。优选地，这样的一行混合管均具有进入流动通道的不同延伸长度，并且优选地最上游的混合管延伸进入流动通道最多，最下游的混合管延伸进入流动通道最少，并且在两者间的混合管具有随其下游位置而变化的连续减小的长度，其中还优选地长度沿所述行规则地减小。在这样的行的情况中，而且在单独的混合管的情况中，在垂直于空气流方向的方向上，至少两个、或至少三个、或至少四个行/混合管可布置成在流动通道中彼此远离，优选地等距离地彼此远离。备选地或另外地，至少两个或至少三个行/混合管可布置成在流动通道中沿空气流方向彼此远离。至少一个混合管或混合管的行可在其轴线大致垂直于流动通道中的空气流方向的情况下延伸进入流动通道。然而，它也可倾斜于空气流方向，并且例如其前缘可具有弯曲或曲线形状，尤其取决于流动通道中的空气动力学。优先地在流动通道中，空气流方向基本平行于侧壁。混合管可具有管状设计。备选地，混合管可包括限定管的四个优选地成对平行的壁或由它们形成。出口开口可在基本垂直于空气流的方向的方向上或在基本平行且并行(concurrent)于空气流的方向的方向上开放(吹出后缘)。至少一个出口开口可在基本垂直于空气流的方向上且在基本垂直于混合管的轴线的方向上开放(侧向吹出)，其中优选地为每个混合管设置两个出口开口，用于将再循环的烟气在相反方向上吹入流动通道中的空气流中。在至少一个出口开口中或在至少一个出口开口的区域中，可定位至少一个倒圆的或平直的导叶，其中该导叶可例如在沿混合管的轴线的方向上基本定位在出口开口的总高度的一半高度处。根据另一优选实施例的至少一个出口开口在基本垂直于空气流的方向且基本平行于混合管的轴线的方向上开放，并且优选为冲击板的混合元件相对于烟气的流动方向位于出口开口的下游，优选地基本垂直于烟气的流动方向且平行于空气流方向布置。根据另一个优选实施例，混合管布置在其中流动通道由四个成对平行侧壁限定的区域中，并且在混合管或混合管的行的上游和/或下游，消音器和/或过滤器布置在该区域中或基本上刚好在该区域的上游和/或下游处。为了实现理想的流动条件和沿混合装置尽量小的压力损失，混合管或在成行混合管的情况下位于最上游的混合管包括在空气动力学上优化的前缘，例如倒圆的前缘。也可将扰流器(turbulator)定位在混合管外部的开口的上游，以便在将烟气引入空气流的位置的稍微上游处引起湍流，从而进一步提高混合质量。根据一个特定的优选实施例，提出了显示出优异的混合性能的基本三角形的混合管的行。根据该实施例，至少两个、或至少三个、或至少四个或至少五个混合管邻近彼此布置成行，所述行基本沿空气流方向对齐，最上游的混合管限定行的(优选地倒圆的)前缘，其中混合管均具有进入流动通道的不同延伸长度，并且其中最上游的混合管延伸进入流动通道最多，最下游的混合管延伸进入流动通道最少，并且在两者间的混合管具有随其下游位置变化的连续地且优选地规则地减小的长度，其中行的后缘由倾斜的后缘壁限定，并且其中在行的每个侧面(lateralside)上，三角形的出口开口在基本垂直于空气流的方向且基本垂直于混合管的轴线的方向上开放。这些三角形开口的一侧优选地由倾斜的后缘壁形成。本专利技术还涉及燃气涡轮，优选地带有如上文概括的进气分段的联合循环燃气涡轮。在另一个实施例中，本专利技术涉及一种具有与燃烧后二氧化碳捕集结合的烟气再循环的设备。除此之外，本专利技术涉及一种用于将烟气再循环至优选地联合循环的燃气涡轮单元的进气口的方法，其中使用如上文所概括的进气分段来混合新鲜的环境空气与再循环的烟气。根据这样的方法的优选实施例，基于再循环管线中的质量流量测量和/或基于压缩机上游的混合的进气空气的组合物的测量和/或基于燃烧质量的测量来控制的流控制元件设置在混合管中或混合管的上游，并且用于控制再循环的烟气的质量流量。本专利技术的另外的实施例在从属权利要求中制定。附图说明下面参照附图描述本专利技术的优选实施例，附图是为了示出本专利技术的优选实施例，而不是为了限制本专利技术。在附图中：图1示出带有烟气再循环的联合循环的示意图；图2a-2c在图2a中示出带有三个混合指状物的进气外壳的透视图，每个混合指状物具有三个管，在图2b中以侧视图示出混合指状物的行，其中烟气相对于指状物的轴线在轴向方向上引入，并且在图2c中以侧视图示出混合指状物的行，其中烟气在平行于空气流的方向上引入；图3a-3f示出带有冲击板的混合指状物，并且烟气相对于指状物的轴线在轴向方向上引入，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.24 CH 00115/111.一种带有烟气再循环的燃气涡轮单元的压缩机(1)的入口上游的进气分段(2)，所述进气分段(2)包括具有由侧壁(29)限定的流动通道(31)的至少一个分段(22)，其中，进气中的新鲜空气流沿空气流方向(33)流动；包括从至少一个侧壁(29)延伸进入所述流动通道(31)的至少一个混合管(32)，所述混合管(32)包括在所述至少一个侧壁(29)处的进气口(34)以用于接收再循环的烟气(41)；并且包括远离所述侧壁(29)的至少一个出口开口(37)以用于将再循环的烟气(41)从所述混合管(32)吹出到所述新鲜空气流中,其中至少两个混合管(32)布置成行，所述行沿所述空气流方向(33)设置，最上游的混合管(32)限定所述行的前缘。2.根据权利要求1所述的进气分段(2)，其特征在于，所述混合管(32)附连到仅单个侧壁且自由地延伸进入所述流动通道(31)，并且其中，至少一个出口开口(37)位于所述混合管(32)的末端区域中。3.根据权利要求1所述的进气分段(2)，其特征在于，所述混合管(32)彼此相邻布置。4.根据权利要求1所述的进气分段(2)，其特征在于，所述混合管(32)均具有进入所述流动通道(31)的不同延伸长度。5.根据权利要求4所述的进气分段(2)，其特征在于，最上游的混合管(32)延伸进入所述流动通道(31)最多，最下游的混合管(32)延伸进入所述流动通道(31)最少，并且居间的混合管(32)具有的长度沿其下游方向连续地减小。6.根据权利要求5所述的进气分段(2)，其特征在于，所述长度沿所述行规则地减小。7.根据权利要求1所述的进气分段(2)，其特征在于，所述行布置成在所述流动通道中沿垂直于所述空气流方向(33)的方向远离彼此，和/或所述行布置成在所述流动通道中沿所述空气流方向(33)远离彼此。8.根据权利要求7所述的进气分段(2)，其特征在于，所述行布置成在所述流动通道中沿垂直于所述空气流方向(33)的方向彼此等距离远离。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的进气分段(2)，其特征在于，所述至少一个混合管(32)或混合管的所述行延伸进入流动通道(31)，其中其轴线在所述流动通道(31)中垂直于空气流方向(33)。10.根据权利要求9所述的进气分段(2)，其特征在于，在所述流动通道中所述空气流方向(33)平行于所述侧壁(29)。11.根据权利要求1-8中的任一项所述的进气分段(2)，其特征在于，所述混合管(32)包括限定所述混合管的四个壁，并且其中，所述出口开口(37)在垂直于所述空气流的方向(33)的方向上或在平行且并行于所述空气流的方向(33)的方向上开放。12.根据权利要求11所述的进气分段(2)，其特征在于，所述混合管(32)包括限定所述混合管的四个成对平行的壁。13.根据权利要求1-8中的任一项所述的进气分段(2)，其特征在于，所述至少一个出口开口(37)在垂直于所述空气流的方向(33)且垂直于所述混合管(32)的轴线的方向上开放。14.根据权利要求13所述的进气分段(2)，其特征在于，为每个混合管(32)设置两个出口开口，以将再循环的烟气在相反方向上吹入所述流动通道(31)中的所述空气流内。15.根据权利要求13所述的进气分段(2)，其特征在于，在所述至少一个出口开口(37)中定位有至少一个倒圆的或平直的导叶(42,43)。16.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：E本滋，NLO林德奎斯特，AM塔比克，LF伦德恩，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：
国别省市：