Устройство последовательного сжигания с разбавляющим газом

Способ работы газовой турбины с компрессором, турбиной и устройством последовательного сжигания с первым сжигающим устройством, второй горелкой и второй камерой сгорания, смесительной секцией, обеспечивающей смешение разбавленного газа с продуктами сгорания первого сжигающего устройства, выходящими из первой камеры сгорания при работе, второй горелкой и второй камерой сгорания. Первое сжигающее устройством содержит первую горелку для сжатого газа, выходящего из компрессора, и первую камеру сгорания. Первое сжигающее устройство, смесительная секция, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Способ включает в себя этапы, на которых сжимают впускной газ в компрессоре, примешивают первое топливо к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке, сжигают смесь в первой камере сгорания для получения первых продуктов сгорания сжигающего устройства. При этом разбавляющий газ примешивают через по меньшей мере одно отверстие разбавляющего газа в смесительной секции с первым потоком импульса. При этом первые продукты сгорания сжигающего устройства подают в смесительную секцию со вторым потоком импульса. Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса. Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины при нагрузке ниже 60% относительной нагрузки газовой турбины. Изобретение направлено на обеспечение устойчивого горения с низкими величинами выбросов продуктов сгорания. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству последовательного сжигания для газовой турбины с примешиванием разбавляющего газа в устройство последовательного сжигания. Изобретение дополнительно относится к способу работы газовой турбины с примешиванием разбавляющего газа в устройство последовательного сжигания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вследствие увеличенного генерирования энергии непостоянными возобновляемыми источниками, например ветряными или солнечными, существующие силовые установки на основе газовых турбин все чаще используются для балансирования спроса на энергию и для стабилизации энергосети. Таким образом, требуется усовершенствованная функциональная гибкость. Это подразумевает, что газовые турбины часто работают при более низкой нагрузке, чем расчетное значение базовой нагрузки, т.е. при более низком впуске сжигающего устройства и температурах горения.

Одновременно, величины предельно допустимых выбросов и разрешения на суммарные выбросы становятся более жесткими, таким образом требуется работать с более низкими величинами выбросов, поддерживать низкие выбросы также при работе с частичной нагрузкой и во время переходных процессов, так как они также учитываются в совокупных предельно допустимых выбросах.

Системы сгорания настоящего уровня техники выполнены так, чтобы справляться с определенной изменчивостью рабочих условий, например посредством регулирования массового расхода впуска компрессора или управления распределением топлива среди разных горелок, ступеней топлива или топок. Однако, это является недостаточным для удовлетворения новых требований.

Для дополнительного уменьшения выбросов и для увеличения функциональной гибкости, последовательное сгорание было предложено в DE 10312971 A1. В зависимости от рабочих условий, в частности от температуры горячего газа первой камеры сгорания, может быть необходимым охлаждать горячие газы до их подачи во вторую горелку (также называемую последующей горелкой). Это охлаждение может быть предпочтительным для обеспечения возможности впрыска топлива и предварительного смешивания впрыснутого топлива с горячими отработавшими газами первого сжигающего устройства во второй горелке.

Надлежащее управление впускной температурой во вторую камеру сгорания и надлежащее смешивание топлива, впрыснутого во вторую горелку, с газами, выходящими из первого сжигающего устройства, является необходимым для устойчивого горения с низкими величинами выбросов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего описания изобретения заключается в предложении устройства последовательного сжигания, содержащего средства для примешивания разбавляющего газа и второго топлива между первой камерой сгорания и второй камерой сгорания. Такая разбавляющая горелка должна обеспечивать надлежащие впускные условия потока для второй камеры сгорания для широкого рабочего диапазона газовой турбины. По существу, предварительно заданные впускные условия подлежат обеспечению для всех рабочих условий, при которых работает второе сжигающее устройство. В частности, горячие газы охлаждаются до предварительно определенных температур горячего газа. Более того, распределения скоростей, содержание кислорода и топлива могут регулироваться (например, управляться с заданным профилем) для второй камеры сгорания с надлежащим примешиванием разбавляющего газа.

Отклонения от заданных впускных температур могут приводить к высоким выбросам (например, NOx, CO и несгоревших углеводородов) и/или обратной вспышке в разбавляющей горелке. Обратная вспышка и NOx вызываются уменьшенным временем самовоспламенения для впрыснутого топлива вследствие высокой впускной температуры газа или высокой концентрации кислорода, которая вызывает более раннее воспламенение (приводящее к обратной вспышке) или уменьшенное время для смешивания топлива-воздуха, приводя к местным горячим точкам во время сгорания и, следовательно, увеличенному выбросу NOx. Области низкой температуры могут вызывать выбросы СО вследствие увеличенного времени самовоспламенения. Это может уменьшить время для сжигания СО до СО2, и уменьшенной температуры местного пламени, что может дополнительно замедлить сгорание СО до СО2. В заключение, местные горячие точки могут приводить к перегреву в определенных областях ниже по потоку перемешивателя.

Разбавляющий газ может, например, представлять собой сжатый воздух или смесь воздуха и отработавших газов газовой турбины. Также сжатые отработавшие газы могут использоваться в качестве разбавляющего газа.

В соответствии с первым вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, устройство содержит первое сжигающее устройство с первой горелкой для подачи первого топлива во впускной газ сжигающего устройства при работе и первой камерой сгорания для сжигания первого топлива с впускным газом сжигающего устройства. Типично, впускной газ сжигающего устройства представляет собой сжатый воздух. В зависимости от применения, он может представлять собой другой газ или газовую смесь, такую как, например, смесь воздуха и отработавшего газа. Устройство последовательного сжигания дополнительно содержит примешиватель разбавляющего газа для примешивания разбавляющего газа к первым продуктам сгорания сжигающего устройства, выходящим из первой камеры сгорания, и вторую горелку для примешивания второго топлива и вторую камеру сгорания. Второе топливо может сгорать со смесью первых продуктов сгорания и разбавляющим газом во второй камере сгорания. Первое сжигающее устройство, примешиватель разбавляющего газа, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Для обеспечения надлежащего смешивания разбавляющего воздуха с первыми продуктами сгорания сжигающего устройства, отношение потерь давления первого сжигающего устройства к потерям давления горячего газа в примешивателе разбавляющего газа составляет от 2 до 12. Отношение потерь давления может осуществляться посредством выполнения первого сжигающего устройства с коэффициентом потерь давления сжигающего устройства и перемешивателя с коэффициентом потерь давления перемешивателя. В качестве базового поперечного сечения для коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства и перемешивателя, может использоваться поперечное сечение на выпуске первой камеры сгорания. Выполнение первого сжигающего устройства и примешивателя разбавляющего газа с отношением потерь давления в диапазоне от 2 до 12, обеспечивает возможность работы перемешивателя почти при постоянном отношении потока импульса между потоками горячих продуктов сгорания и разбавляющего газа. Таким образом, профиль впускной температуры во впускной плоскости последующих горелок, по существу, остается почти таким же для разных рабочих условий.

Потери давления сжигающего устройства могут определяться с большой степенью типом используемой горелки и требуемой температурой горячего газа. Небольшие дополнительные потери давления вследствие примешивателя, уменьшают суммарные потери давления устройства последовательного сжигания. Однако небольшие потери давления в примешивателе увеличивают отношение коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства к примешивателю разбавляющего газа. Если отношение потерь давления первого сжигающего устройства к примешивателю разбавляющего газа становится слишком большим, например выше 12, качество смешивания может изменяться вследствие изменений рабочих условий первой и второй камеры сгорания, и может, в частности, оказывать неблагоприятный эффект на сгорание во второй камере сгорания. Это может приводить к большим выбросам или неустойчивому горению, например пульсации.

Увеличение потерь давления примешивателя обеспечивает устойчивые граничные условия для примешивания разбавляющего газа. Однако, большие потери давления в примешивателе, увеличивают суммарные потери давления устройства последовательного сжигания. Такие большие потери давления могут оказывать заметный отрицательный эффект на суммарную энергию и производительность, в случае применения в газовой турбине. Следовательно, отношение потерь давлений первого сжигающего устройства к потерям давления примешивателя разбавляющего газа должно поддерживаться выше 2. Соответственно, отношение коэффициента потерь давлений первого сжигающего устройства к коэффициенту потерь давлений примешивателя разбавляющего газа должно поддерживаться выше 2.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, отношение потерь давления первого сжигающего устройства к потерям давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 3 до 10.

Соответственно, отношение коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства к коэффициенту потерь давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 3 до 10.

В соответствии с еще одним дополнительным вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, отношение потерь давления первого сжигающего устройства к потерям давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 5 до 8.

Соответственно, отношение коэффициента потерь давления первого сжигающего устройства к коэффициенту потерь давления примешивателя разбавляющего газа составляет от 5 до 8.

Примешиватель устройства последовательного сжигания может иметь отверстия или сопла, расположенные на боковой стенке, для впрыска разбавляющего воздуха в первые продукты сгорания сжигающего устройства. Примешиватель разбавляющего газа также может содержать по меньшей мере одно обтекаемое тело, которое расположено в примешивателе разбавляющего газа для ввода разбавляющего газа в первые продукты сгорания, выходящие из первой камеры сгорания при работе. Разбавляющий газ может подаваться в первые продукты сгорания сжигающего устройства через по меньшей мере одно сопло, расположенное на стенке обтекаемого тела. Обтекаемое тело может, например, представлять собой профиль с соплом на одной поверхности или выпускном крае. Оно может представлять собой простую трубу, проходящую в потоке первых продуктов сгорания сжигающего устройства с открытым концом для примешивания разбавляющего газа. Примешиватель также может содержать комбинацию стеновых сопел и по меньшей мере одно обтекаемое тело для подачи разбавляющего газа.

В соответствии с вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, оно содержит подающее устройство для разбавляющего газа. Это подающее устройство соединяет примешиватель разбавляющего газа с камерой компрессора, откуда разбавляющий газ подается в примешиватель.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления устройства последовательного сжигания, клапан управления разбавляющим газом расположен в подающем устройстве разбавляющего газа. Такой клапан управления может повышать функциональную гибкость устройства последовательного сжигания посредством управления впускными условиями для второй камеры сгорания.

Помимо устройства последовательного сжигания, газовая турбина с таким устройством последовательного сжигания и способ работы газовой турбины с таким устройством последовательного сжигания являются предметами настоящего описания изобретения.

Такая газовая турбина содержит компрессор, турбину и устройство последовательного сжигания, расположенную между компрессором и турбиной. Устройство последовательного сжигания имеет первое сжигающее устройство, содержащую первую горелку для подачи первого топлива во впускной газ сжигающего устройства при работе и первую камеру сгорания для сжигания первого топлива, примешиватель разбавляющего газа для примешивания разбавляющего газа к первым продуктам сгорания сжигающего устройства, выходящим из первой камеры сгорания при работе, вторую горелку и вторую камеру сгорания. Первое сжигающее устройство, примешиватель разбавляющего газа, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Отношение потерь давления первого сжигающего устройства к примешивателю разбавляющего газа составляет от 1 до 6 в такой устройству последовательного сжигания.

Дополнительные варианты осуществления газовой турбины содержат устройство последовательного сжигания, как описано в предыдущих вариантах осуществления устройства последовательного сжигания.

Способ работы такой газовой турбины включает в себя следующие этапы, на которых:

сжимают впускной газ в компрессоре,

примешивают первое топливо к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке,

сжигают смесь в первой камере сгорания для получения первых продуктов сгорания сжигающего устройства.

После этих традиционных этапов, первые продукты сгорания подаются в примешиватель разбавляющего газа со вторым потоком импульса. Для охлаждения первых продуктов сгорания сжигающего устройства, поток разбавляющего газа подается в первые продукты сгорания сжигающего устройства, протекающие через примешиватель с первым потоком импульса. Для получения заданного температурного профиля смешанных газов на выпуске примешивателя, поток импульса разбавляющего газа поддерживается на таком уровне, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживается в определенном интервале относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, определенный интервал относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса представляет собой расчетное отношение +/-20% от расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса. В конкретном варианте осуществления, интервал ограничен на расчетном отношении +/-10% от расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса.

Расчетное отношение может определяться для работы при базовой нагрузке (т.е. полной нагрузке) газовой турбины. Типично, окружающие условия, такие как, например условия по ISO (15°C, 1013 мбар, 60% относительной влажности), также определяются для расчетных условий. В качестве альтернативы, расчетное отношение также может определяться для рабочего режима с частичной нагрузкой, например для 80% или 90% относительной нагрузки (нагрузки, нормализированной базовой нагрузкой).

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления способа, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 50% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления способа, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 20% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.

Более того, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса может даже поддерживаться в определенном интервале относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 10% до 100% относительной нагрузки.

При низкой частичной нагрузке в диапазоне 10% - 30% относительной нагрузки или при высокой относительной нагрузке, например выше 50% относительной нагрузки, первое и второе сжигающее устройство - оба работают, т.е. первое топливо вводится в первую горелку и сгорает в первой камере сгорания, и второе топливо вводится во вторую горелку и сгорает во второй камере сгорания. При условии, что вторая горелка работает, является важным обеспечить надлежащие впускные условия для второго сгорания. Это осуществляется посредством примешивания разбавляющего газа с надлежащим потоком импульса относительно потока импульса горячего газа из первой камеры сгорания, т.е. надлежащим отношением потоков импульса.

В соответствии с вариантом осуществления, только первое сжигающее устройство работает при работе с низкой нагрузкой, т.е. только первое топливо вводится в первую горелку и сгорает в первой камере сгорания, а второе топливо не вводится. Это может происходить, например, при нагрузке ниже 30% или, например, ниже 10% относительной нагрузки газовой турбины.

В еще одном дополнительном варианте осуществления способа, отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины при нагрузке ниже, например, 10% или, например, ниже 30% относительной нагрузки газовой турбины. Увеличение отношения потоков импульса соответствует относительному увеличению потока разбавляющего газа. Это увеличение может уменьшить массовый расход через первое сжигающее устройство и может приводить к отклонениям от расчетных выпускных условий перемешивателя. При низкой нагрузке, уменьшение массового расхода первого сжигающего устройства может быть предпочтительным для обеспечения возможности устойчивого горения при уменьшенном расходе топлива в первой топке. В частности, если второе сжигающее устройство не работает при условиях низкой нагрузки, искаженный выпускной профиль перемешивателя может быть допустимым.

Примешиватель разбавляющего газа также может объединяться с демпферами или соединителями с демпфирующими объемами, как описано в европейской заявке на патент EP12189685, которая включена путем ссылки.

Газовая турбина может включать в себя систему рециркуляции отработавшего газа, в которой часть отработавшего газа, выходящего из турбины, примешивается к впускному газу компрессора газовой турбины.

Разбавляющий газ может подаваться в примешиватель разбавляющего газа непосредственно из камеры компрессора. Он также может использоваться для охлаждения стенок или жаровых труб первой или второй камеры сгорания, а также стенок примешивателя разбавляющего газа до примешивания.

Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса может регулироваться на расчетную величину посредством клапана управления разбавляющим воздухом, расположенным в линии подачи в примешиватель разбавляющего газа. Такой клапан управления разбавляющим газом также может использоваться для управления отношением первого потока импульса ко второму потоку импульса в зависимости от рабочего параметра газовой турбины, такого как, например, относительная нагрузка или температура горячего газа второго сжигающего устройства или температура горячего газа первого сжигающего устройства, или комбинация этих параметров.

Разные технологии охлаждения могут использоваться для охлаждения жаровых труб сжигающего устройства и стенки примешивателя. Например, могут использоваться эффузионное охлаждение, инжекционное охлаждение или конвекционное охлаждение или комбинация способов охлаждения.

Ссылаясь на последовательное сгорание, комбинация топок может размещаться следующим образом:

Обе, первое и вторые сжигающие устройства выполнены в виде последовательной трубчатой конструкции.

Первое сжигающее устройство выполнено в виде кольцевой камеры сгорания, а второе сжигающее устройство выполнена в виде трубчатой конструкции.

Первое сжигающее устройство выполнено в виде трубчатой конструкции, а второе сжигающее устройство выполнена в виде кольцевой камеры сгорания.

Обе, первое и второе сжигающие устройства выполнены в виде кольцевых камер сгорания.

Разные типы горелок могут использоваться. Для первого сжигающего устройства, например, могут использоваться так называемые горелка EV, как известна, например из EP 0 321 809, или горелки AEV, как известные, например, из DE195 47 913. Также может использоваться горелка BEV, содержащая вихревую камеру, как описана в европейской заявке на патент EP12189388.7, которая включена путем ссылки. В трубчатой архитектуре может использоваться устройство с одной или множеством горелок на одну трубчатое сжигающее устройство. Более того, плоскопламенное сжигающее устройство, как описана в US6935116 B2 или US7237384 B2, которые включены путем ссылки, может использоваться в качестве первого сжигающего устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описание изобретения, его сущность, а также его преимущества, описываются более подробно ниже посредством прилагаемых схематичных чертежей.

ССЫЛАЯСЬ НА ЧЕРТЕЖИ:

На фиг. 1 показана газовая турбина с устройством последовательного сжигания с первой горелкой, первой камерой сгорания, примешивателем для примешивания разбавляющего газа, второй горелкой и второй камерой сгорания;

На фиг. 2 показана газовая турбина с устройством последовательного сжигания с первой горелкой, первой камерой сгорания, примешивателем, содержащим обтекаемое тело, для примешивания разбавляющего газа, второй горелкой и второй камерой сгорания;

На фиг. 3 показана газовая турбина с устройством последовательного сжигания с первой горелкой, первой камерой сгорания, примешивателем с клапаном управления разбавляющим газом для управляемого примешивания разбавляющего газа, второй горелкой и второй камерой сгорания.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показана газовая турбина 1 с устройством 4 последовательного сжигания. Она содержит компрессор 3, устройство 4 последовательного сжигания и турбину 5.

Устройство 4 последовательного сжигания содержит первую горелку 106, первую камеру 101 сгорания и примешиватель II для примешивания разбавляющего газа 33 к горячим газам, выходящим из первой камеры 101 сгорания при работе. Ниже по потоку от примешивателя II, устройство 4 последовательного сжигания дополнительно содержит вторую горелку 103 и вторую камеру 102 сгорания. Первая горелка 106, первая камера 101 сгорания, примешиватель II, вторая горелка 103 и вторая камера 102 сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Устройство 4 последовательного сжигания расположено в корпусе 31 сжигающего устройства. Сжатый газ 8, выходящий из компрессора 3, проходит через диффузор для по меньшей мере частичного восстановления динамического давления газа, выходящего из компрессора 3.

При работе, разбавляющий газ впрыскивается в примешиватель разбавляющего газа во впрыске 110 разбавляющего газа. Часть впрыснутого разбавляющего газа 33 использовалась для охлаждения стенки первой камеры 101 сгорания до того, как он достигает впрыска 110 разбавляющего газа. Часть впрыснутого разбавляющего газа 33 использовалась для охлаждения стенки второй камеры 102 сгорания и второй горелки 103 до того, как он достигает впрыска 110 разбавляющего газа. Другая часть впрыснутого разбавляющего газа 33 забирается из камеры 30 компрессора и непосредственно впрыскивается в примешиватель II.

Для обеспечения надлежащих условий на впуске второй горелки 103, например гомогенного температурного профиля или гомогенного скоростного профиля, потери давления первого сжигающего устройства (I) относительно потерь давления примешивателя (II) разбавляющего газа находятся в диапазоне от 2 до 12.

Устройство 4 последовательного сжигания дополнительно содержит жаровую трубу 104 первого сжигающего устройства для направления охлаждающего газа вдоль стенок первой камеры сгорания, и жаровую трубу 105 второго сжигающего устройства для направления охлаждающего газа вдоль стенок второй камеры 102 сгорания.

Первое топливо 28 может вводиться в первую горелку 106 посредством первого топливного впрыска, смешиваться с сжатым газом 8, который сжимается в компрессоре 3, и сгорать в первой камере 101 сгорания. Разбавляющий газ 33 примешивается в последующем примешивателе II. Второе топливо 29 может вводиться во вторую горелку 103 посредством второго топливного инжектора, смешиваться с горячим газом, выходящим из примешивателя II, и сгорать во второй камере 102 сгорания. Горячий газ, выходящий из второй камеры 102 сгорания, расширяется в последующей турбине 5, выполняя работу. Турбина 5 и компрессор 3 расположены на валу 2.

Остальное тепло отработавшего газа 7, выходящего из турбины 5, может дополнительно использоваться в регенерирующем тепло парогенераторе или котле (не показано) для генерирования пара.

В примере, показанном здесь, сжатый газ 8 примешивается в виде разбавляющего газа 33. Типично, сжатый газ 8 представляет собой сжатый окружающий воздух. Для газовых турбин с рециркуляцией отработавшего газа (не показано), компрессорный газ представляет собой смесь окружающего воздуха и рециркуляционного отработавшего газа.

Типично, система газовой турбины включает в себя генератор (не показан), который соединен с валом 2 газовой турбины 1. Газовая турбина 1 дополнительно содержит систему охлаждения для турбины 5, которая также не показана, так как она не является предметом изобретения.

Вариант осуществления фиг. 2 отличается от устройства сжигания фиг. 1 тем, что примешиватель II содержит обтекаемое тело 32 для впрыска разбавляющего газа 33 в первые продукты сгорания сжигающего устройства. По меньшей мере, часть разбавляющего газа 33 сначала вводится в обтекаемое тело 32 и впрыскивается в примешиватель II из обтекаемого тела 32. В показанном примере, обтекаемое тело 32 расположено прямо на входе в примешиватель II. Варианты осуществления, в которых обтекаемое тело расположено ниже по потоку в примешивателе II, также являются возможными.

Вариант осуществления фиг. 3 основан на фиг. 1. В этом примере, часть разбавляющего газа 33 непосредственно забирается из камеры 30 компрессора и подается через клапан 36 управления разбавляющим газом в примешиватель II и впрыскивается в первые продукты сгорания сжигающего устройства. Клапан 36 управления разбавляющим газом может использоваться для регулирования отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса на расчетное значение. Клапан 36 управления разбавляющим газом также может использоваться для управления отношением первого потока импульса ко второму потоку импульса в зависимости от рабочего параметра газовой турбины, такого как, например, относительная нагрузка или температура горячего газа второго сжигающего устройства 102 или температура горячего газа первого сжигающего устройства 101, или их комбинация.

На фиг. 3, обозначенное направление протекания потока охлаждающего воздуха охлаждающего газа для жаровой трубы 104 первого сжигающего устройства было изменено. Направление охлаждающего потока для жаровой трубы 105 второго сжигающего устройства также может быть реверсировано. Схемы и технологии охлаждения не ограничены на схемах и технологиях охлаждения, показанных здесь, и другая комбинация схем охлаждения для первого сжигающего устройства 101, второго сжигающего устройства 102, примешивателя I разбавляющего газа и второй горелки 103 является возможной.

Для всех показанных устройств трубчатые или кольцевые конструкции или любая комбинация из двух являются возможными. Горелки плоскопламенные, EV, AEV или BEV могут использоваться для трубчатых, а также для кольцевых архитектур.

Качество смешивания примешивателя II является важным для устойчивого чистового горения, так как система горелки второй камеры 102 сгорания требует предварительно заданных условий на впуске.

Все объясненные преимущества не ограничены на определенных комбинациях, а также могут использоваться в других комбинациях или отдельно, не отступая от объема настоящего описания изобретения. Другие варианты являются возможными, если требуется, например, для деактивации отдельных горелок или групп горелок при работе с частичной нагрузкой. Более того, охлаждающий газ и разбавляющий газ могут повторно охлаждаться в охлаждающем устройстве охлаждающего газа до использования в качестве охлаждающего газа, соответственно в качестве разбавляющего газа.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Газовая турбина

2 - Вал

3 - Компрессор

4 - Устройство последовательного сжигания

5 - Турбина

7 - Отработавший газ

8 - Сжатый газ

9 - Продукты сгорания

28 - Первый топливный впрыск

29 - Второй топливный впрыск

30 - Камера компрессора

31 – Корпус сжигающего устройства

32 - Обтекаемое тело

33 - Разбавляющий газ

34 - Смесительная секция

35 - Первые продукты сгорания

36 - Клапан управления разбавляющим газом

101 - Первая камера сгорания

102 - Вторая камера сгорания

103 - Вторая горелка

104 - Жаровая труба первого сжигающего устройства

105 - Жаровая труба второго сжигающего устройства

106 - Первая горелка

110 - Впрыск разбавляющего газа

I - Первое сжигающее устройство

II - Примешиватель разбавляющего газа

1. Способ работы газовой турбины (1) с компрессором (3), турбиной (5) и устройством (4) последовательного сжигания с первым сжигающим устройством (I), содержащим первую горелку (106) для сжатого газа, выходящего из компрессора (3), и первую камеру (101) сгорания, смесительной секцией (II), обеспечивающей смешение разбавляющего газа (33) с продуктами сгорания (35) первого сжигающего устройства (I), выходящими из первой камеры (101) сгорания при работе, второй горелкой (103) и второй камерой (102) сгорания, причем первое сжигающее устройство (I), смесительная секция (II), вторая горелка (103) и вторая камера (102) сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде,

при этом способ включает в себя этапы, на которых

сжимают впускной газ в компрессоре (3),

примешивают первое топливо (28) к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке (106),

сжигают смесь в первой камере (101) сгорания для получения первых продуктов (35) сгорания сжигающего устройства, при этом разбавляющий газ (33) примешивают через по меньшей мере одно отверстие разбавляющего газа в смесительной секции (II) с первым потоком импульса, при этом первые продукты (35) сгорания сжигающего устройства подают в смесительную секцию (II) со вторым потоком импульса, причем отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса,

отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины (1) при нагрузке ниже 60% относительной нагрузки газовой турбины (1).

2. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1, отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в интервале +/-20% от расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса.

3. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 50% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.

4. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения при работе в диапазоне нагрузки от 30% до 100% относительной нагрузки газовой турбины.

5. Способ работы газовой турбины (1) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отношением первого потока импульса ко второму потоку импульса управляют в зависимости от относительной нагрузки газовой турбины (1) и/или температуры горячего газа по меньшей мере одной камеры (101, 102) сгорания.



 

Похожие патенты:

Камера сгорания для турбореактивного трехконтурного двигателя с двумя турбинами высокого давления содержит жаровую камеру сгорания и камеру нагревания. В камере нагревания расположены нагревательный элемент, высокотемпературный теплоизолятор и канал, соединяющий камеру нагревания с жаровой камерой сгорания.

Способ работы сжигающего устройства для газовой турбины, содержащего по меньшей мере первую камеру сгорания, отклоняющий узел и последовательную камеру сгорания. В первой камере сгорания предварительно смешанную топливовоздушную смесь сжигают в устойчивом пламени при средней температуре пламени, составляющей от 1550 К до 1800 К.

Изобретение относится к топливной форсунке для кольцевой камеры сгорания турбинного двигателя, такого как турбореактивный или турбовинтовой двигатель. Топливная форсунка (10) содержит нижнюю по потоку головку (16), которая имеет центральное выпускное отверстие (22) и окружающее его кольцевое периферийное выпускное отверстие (24), а также содержит рукав (12), который расположен выше по потоку перед головкой (16) и при этом имеет коаксиальные центральный канал (18) и кольцевой канал (20).

Задачей создания камеры сгорания газовой турбины и способа ее эксплуатации является уменьшение заметности отработавшего газа газовой турбины при переключении топлива газовой турбины с нефтяного топлива на газовое топливо до минимума.

Изобретение относится к картриджу предварительного пленкообразования для жидкого топлива для камеры сгорания газовой турбины. Картридж предварительного пленкообразования для жидкого топлива содержит основной корпус, имеющий проход для воды, проход для жидкого топлива, проход для сжатого воздуха и оконечный элемент предварительного пленкообразования, расположенный на нижней по потоку части картриджа.

Изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки. В сжигающем устройстве 3 газотурбинной установки пластина 20 с воздушными отверстиями включает в себя центральную группу 51 воздушных отверстий, выполненную из множества воздушных отверстий 51А и 51В, и множество внешних круговых групп 52 воздушных отверстий, выполненных из множества воздушных отверстий 52А, 52В и 52С и образованных так, чтобы окружать центральную группу 51 воздушных отверстий.

Система сгорания газотурбинного двигателя содержит камеру сгорания, по меньшей мере одну пусковую форсунку, выполненную с возможностью инициации горения в камере, множество главных форсунок, распределенных с постоянным угловым интервалом по окружности камеры сгорания, выполненных с возможностью питания топливом камеры сгорания после инициации горения, и контур подачи топлива в форсунки.

Вторичное устройство сгорания предназначено для введения топливно-воздушной смеси в поток газов сгорания в камере сгорания газотурбинного двигателя и содержит кольцевой распределитель и инжекторы, проходящие от кольцевого распределителя в поток газов сгорания.

Изобретение относится к системе сгорания и способу прогнозирования концентрации загрязняющих веществ системы сгорания для газотурбинного двигателя. Задачей изобретения является обеспечение более надежной прогнозирующей системы контроля выбросов.

Изобретение относится к блоку камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащему корпус, камеру сгорания и, по меньшей мере, один топливный инжектор для запуска газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к холодильной технике и двигателестроению и может быть использовано в газотурбинных тепловых насосах и двигателях. .

Способ работы газовой турбины с компрессором, турбиной и устройством последовательного сжигания с первым сжигающим устройством, второй горелкой и второй камерой сгорания, смесительной секцией, обеспечивающей смешение разбавленного газа с продуктами сгорания первого сжигающего устройства, выходящими из первой камеры сгорания при работе, второй горелкой и второй камерой сгорания. Первое сжигающее устройством содержит первую горелку для сжатого газа, выходящего из компрессора, и первую камеру сгорания. Первое сжигающее устройство, смесительная секция, вторая горелка и вторая камера сгорания расположены последовательно в сообщении по текучей среде. Способ включает в себя этапы, на которых сжимают впускной газ в компрессоре, примешивают первое топливо к по меньшей мере части сжатого газа в первой горелке, сжигают смесь в первой камере сгорания для получения первых продуктов сгорания сжигающего устройства. При этом разбавляющий газ примешивают через по меньшей мере одно отверстие разбавляющего газа в смесительной секции с первым потоком импульса. При этом первые продукты сгорания сжигающего устройства подают в смесительную секцию со вторым потоком импульса. Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса поддерживают в определенном интервале значений относительно расчетного отношения первого потока импульса ко второму потоку импульса. Отношение первого потока импульса ко второму потоку импульса увеличивают относительно отношения при расчетных условиях газовой турбины при нагрузке ниже 60 относительной нагрузки газовой турбины. Изобретение направлено на обеспечение устойчивого горения с низкими величинами выбросов продуктов сгорания. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх