专利名称：用于加热和热回收系统的低btu燃料流量比导管燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及与燃气轮机和热回收蒸汽发生(HRSG)系统一起使用的导管燃烧 器系统。更具体地，本发明涉及能够燃烧低BTU(英国热量单位)燃料源的导管燃烧器系统 和过程，其中应用可变几何结构的特征和流量控制器来优化可燃混合物的化学计量。
背景技术：
许多炼钢厂、气化厂和生产低BTU燃料的其它设施也使用HRSG系统来进行加热及 功率传输。在一些情况下，燃烧低BTU燃料而不是燃烧天然气或其它普通的高BTU燃料源 可归类为使用可再生能源，且可实现经济信誉。此外，在一些情况下，低BTU燃料不同地可 能不能作为燃料源而有用。因此，从操作立场和经济立场两者来看，可证明使用低BTU燃料 来在HRSG系统中进行补燃是有益的。 但是，由于几个原因，也可证明使用低BTU燃料在HRSG系统中进行补燃是有问题 的。例如，点火设备的定制可能需要满足燃料的物理属性和化学属性，以在可燃性的极限内 进行充分燃烧。此外，化学计量流量比率在这样的补燃系统中通常可能不受控制。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括构造成以便接收来自燃气轮机 的排气的排气导管。该系统还包括构造成以便接收来自排气导管的排气的主流束(flow stream)的主导管。该系统进一步包括构造成以便接收来自排气导管的排气的副流束的副 导管。此外，该系统包括构造成以便允许和限制主流束进入主导管中的主可变几何结构分 流器。另外，该系统包括构造成以便允许和限制副流束进入副导管中的副可变几何结构分 流器。该系统还包括燃烧系统，该燃烧系统构造成以便使副流束与至少一个低BTU燃料源 结合，以使副流束燃烧，以及将加热了的副流束再喷入主导管中。该系统进一步包括构造成 以便将副流束吹过燃烧系统的鼓风机。另外，该系统包括构造成以便通过促动主可变几何 结构分流器和副可变几何结构分流器来控制低BTU燃料源和副流束之间的化学计量流量 比率的控制器。 在另一个实施例中，提供了一种系统。该系统包括构造成以便在从燃气轮机到热 回收蒸汽发生系统的排气通道中操作的可变几何结构分流器。该可变几何结构分流器构造 成以便将排气的通道分成主排气通道和副排气通道。该系统还包括燃烧系统，该燃烧系统 构造成以便使副排气通道中的排气与至少一个低BTU燃料源结合，以使副排气通道中的排 气燃烧，且将加热了的气体再喷入主排气通道中。 在又一个实施例中，提供了一种方法。该方法包括使用可变几何结构分流器使气 体在主导管和副导管之间分流。主流束分流到主导管中，且副流束分流到副导管中。该方 法还包括使用低BTU燃料来加热燃烧系统中的副流束，以在燃烧系统中进行燃烧。该方法 进一步包括将加热了的流束再喷入主导管中。
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到 更好的理解，在附图中，相同的字符在所有附图中表示相同的部分，其中
图1是可使用所公开的实施例的导管燃烧器系统和方法的示例性联合循环发电 系统的示意性流程图； 图2是燃气轮机、HRSG和导管燃烧器的示例性运行的示意图，其图示了可根据所 公开的实施例来使用的基本原理； 图3是根据所公开的实施例与燃气轮机和HRSG —起使用的示例性导管燃烧器系 统的示意图； 图4是根据所公开的实施例与燃气轮机和HRSG —起使用的另一个示例性导管燃 烧器系统的示意图； 图5是用于使用所公开的实施例来导管燃烧低BTU燃料源的示例性方法的流程 图。
具体实施例方式
将在以下描述本发明的一个或多个特定的实施例。为了试图提供对这些实施例的 简要描述，说明书中可能并不会对实际具体实施的所有特征进行描述。应当理解，在开展任 何这样的实际具体实施时，例如在任何工程或设计项目中，必须作出许多对具体实施而言 特定的决定，以实现开发者的特定目标_例如符合系统相关和商业相关约束，该特定目标 可能在一种具体实施与另一种具体实施之间有所不同。另外，应当理解，这样的开展尝试可 能是复杂且费时的，但对于受益于本公开的普通技术人员而言仍然将是进行设计、制造和 生产的惯常工作。 在介绍本发明的各实施例的元件时，冠词"一"、"该"和"所述"意图表示存在一个 或多个该元件。用语"包含"、"包括"和"具有"意图为包括性的，且表示除了所列出的元件 之外还可存在另外的元件。操作参数的任何实例不排除所公开的实施例的其它参数。
所公开的实施例中提供了一种构造成以便使用低BTU燃料源的导管燃烧器系统。 在某些实施例中，该系统可包括构造成以便接收来自排气导管的排气的主流束的主导管和 构造成以便接收来自排气导管的排气的副流束的副导管。主可变几何结构分流器和副可变 几何结构分流器可构造成以便分别允许和限制主流束和副流束。燃烧系统可接收副流束， 使副流束与至少一个低BTU燃料源结合，燃烧以加热副流束，以及将加热了的副流束再喷 入主导管中。鼓风机可用于将副流束吹过燃烧系统。另外，系统控制器可用于通过促动主 可变几何结构分流器和副可变几何结构分流器来控制副流束的化学计量流量比率。
图1是可使用所公开的实施例的导管燃烧器系统和方法的示例性联合循环发电 系统10的示意性流程图。系统10可包括用于驱动第一负载14的燃气轮机12。第一负载 14可(例如)为用于产生电力的发电机。燃气轮机12可包括涡轮机16、燃烧装置或燃烧 室18，以及压縮机20。系统10还可包括用于驱动第二负载24的蒸汽轮机22。第二负载24 还可为用于产生电力的发电机。但是，第一负载14和第二负载24两者均可为能够由燃气 轮机12和蒸汽轮机22驱动的其它类型的负载。另外，虽然燃气轮机12和蒸汽轮机22可 驱动单独的负载14和24，如所图示的实施例所示，但是燃气轮机12和蒸汽轮机22也可一前一后地使用，以通过单个轴来驱动单个负载。在所图示的实施例中，蒸汽轮机22可包括 一个低压级26(LP ST)、一个中压级28(IP ST)以及一个高压级30(HP ST)。但是，蒸汽轮 机22以及燃气轮机12的特定构造可以是关于具体实施特定的，且可包括级的任何组合。
系统10还可包括多级HRSG 32。所图示的实施例中的HRSG 32的构件是HRSG 32 的简化描绘，且不意图为限制性的。相反，显示所图示的HRSG 32以便传达这样的HRSG系 统的一般操作。来自燃气轮机12的加热了的排气34可输送到HRSG 32中且用于加热用来 对蒸汽轮机22供以动力的蒸汽。可将来自蒸汽轮机22的低压级26的排气导入冷凝器36 中。又可在冷凝泵38的帮助下将来自冷凝器36的冷凝物导入HRSG 32的低压区中。
然后冷凝物可流过低压节热器40(LPEC0N)，低压节热器是构造成以便用气体 加热给水的、可用于加热冷凝物的装置。从低压节热器40，可将冷凝物导入低压蒸发器 42(LPEVAP)中，或导向中压节热器44(IPEC0N)。来自低压蒸发器42的蒸汽可返回到蒸汽 轮机22的低压级26。同样地，可将冷凝物从中压节热器44导入中压蒸发器46(IPEVAP) 中，或导向高压节热器48 (HPECON)。另外，可将来自中压节热器44的蒸汽送到燃料气体加 热器(未示出)，在燃料气体加热器中，蒸汽可用于加热用于在燃气轮机12的燃烧室18中 使用的燃料气体。可将来自中压蒸发器46的蒸汽送到蒸汽轮机22的中压级28。此外，节 热器、蒸发器和蒸汽轮机22之间的连接可因具体实施的不同而改变，因为所图示的实施例 仅是可采用当前实施例的独特方面的HSRG系统的一般操作的示意。 最后，可将来自高压节热器48的冷凝物导入高压蒸发器50(HPEVAP)中。可将离 开高压蒸发器50的蒸汽导入主高压过热器52和最终高压过热器54中，其中蒸汽被过度加 热且最终被送到蒸汽轮机22的高压级30。又可将来自蒸汽轮机22的高压级30的排气导 入蒸汽轮机22的中压级28中。可将来自蒸汽轮机22的中压级28的排气导入蒸汽轮机22 的低压级26中。 级间温度控制器56可位于主高压过热器52和最终高压过热器54之间。级间温 度控制器56可允许对来自最终高压过热器54的蒸汽的排气温度进行更加健壮的控制。特 别地，级间温度控制器56可配置成通过每当离开最终高压过热器54的蒸汽的排气温度超 过预定值时就将更冷的给水喷雾喷入最终高压过热器54上游的过热蒸汽中来控制离开最 终高压过热器54的蒸汽的温度。 另外，可将来自蒸汽轮机22的高压级30的排气导入主再热器58和副再热器60 中，其中可在将排气导入蒸汽轮机22的中压级28中之前重新加热排气。主再热器58和副 再热器60还可与用于控制来自再热器的排气蒸汽温度的级间温度控制器62相关联。特别 地，级间温度控制器62可构造成以便通过每当离开副再热器60的蒸汽的排气温度超过预 定值时就将更冷的给水喷雾喷入副再热器60的上游的过热蒸汽中来控制离开副再热器60 的蒸汽的温度。 在例如系统10等联合循环系统中，热排气可从燃气轮机12流出，然后穿过HRSG 32，且可用于产生高压、高温蒸汽。然后可使由HRSG32产生的蒸汽穿过蒸汽轮机22以便发 电。另外，产生的蒸汽还可供给使用过热的蒸汽的任何其它过程。燃气轮机12发电循环通 常称为"顶层循环"，而蒸汽轮机22发电循环通常称为"底层循环"。通过如图l所图示的 那样联合这两个循环，联合循环发电系统10可在两个循环中产生更大的效率。特别地，可 捕获来自顶层循环的排气热，且可将其用于产生用来在底层循环中使用的蒸汽。
因此，在例如系统10等联合循环系统中，合乎需要的是捕获来自顶层循环的热能 (否则其可能被浪费)，且使用该热能在底层循环中发电。因为从燃气轮机12进入HRSG 32 的排气温度升高，所以能够由HRSG 32重新捕获的热能的量也增加了。这又容许联合循环 系统10有更高的总体效率。可使用用于提高进入HRSG 32中的排气温度的许多技术，包括 但不限于在燃气轮机12和HRSG 32之间使用导管燃烧器。如果将补充燃料源作为进入导 管燃烧器中的输入来使用，则使用导管燃烧器来提高来自燃气轮机12的排气34的温度不 一定会提高系统10的总体效率。但是，在系统10的峰值负载时段期间，导管燃烧器可容许 有更大的蒸汽产量，且又容许有更大的发电量。此外，如以下所阐明的，如果在导管燃烧器 中使用可用的低BTU燃料，而非补充燃料源，则可通过使用否则将会浪费掉的低BTU燃料来 提高总体效率。 低BTU燃料源意图表示具有比传统的气态、液态或固态燃料(例如甲烷)更低的 热值，但具有高到足以产生可燃混合物且允许持续燃烧的热值的燃料。低BTU燃料的特征 可在于具有介于90和700Btu/scf(英国热单位/标准平方英尺)之间的热量范围。热值 是限定燃烧时释放的热量的燃料属性。低BTU燃料可具有更高浓度的不具有热值或具有低 热值的成分(例如一氧化碳、二氧化碳、氮等)。 图2是燃气轮机12、 HRSG 32和导管燃烧器64的示例性运行的示意图，其图示了 可根据所公开的实施例来使用的基本原理。如上所述，可将来自燃气轮机12的排气34导 入HRSG 32中，在HRSG 32中，来自排气34的热可用于将来自底层循环的冷凝物转换成底 层循环中的过热蒸汽。在排气34离开该燃气轮机12时，排气34可在到达导管燃烧器64 之前逐渐地膨胀通过排气导管66。排气34可与补充燃料源68(例如低BTU燃料)混合，补 充燃料源68可通过具有相关联的喷射器72的导管燃烧器70喷入排气34的流中。 一旦通 过导管燃烧器70点燃排气34，所得的过热排气74就可用于通过最终高压过热器54、副再 热器60、主再热器58、主高压过热器52和HRSG 32的其它构件来对蒸汽进行过度加热。
由于燃气轮机12大体仅可消耗燃气轮机空气流内的少量可用氧，所以排气34大 体可包含高百分比的氧，其容许在导管燃烧器64中进行补燃。具有相对高的BTU含量的补 充燃料源68可对火焰稳定性有利，但是补充燃料源68可能不是在设施处可获得的产品。换 句话说，该设施可能不产生高BTU燃料，且因此高BTU燃料的使用将增加成本且降低该设施 的效率。相反，低BTU燃料由于低当量比和火焰稳定性问题而可能更难以在导管中燃烧，但 是低BTU燃料可能是该设施中可获得的产品。因此，使用这些可获得的低BTU燃料可提高 设施的总体效率。 所公开的实施例提供了多种技术来使得能够以受控制的和稳定的方式使用低BTU 燃料，从而提高设施中的效率。为了在公开的实施例的导管燃烧设备中燃烧低BTU燃料，补 充燃料源68可与具有更高的热值的燃料(例如天然气)混和，产生更高的混合燃料热值， 从而可产生更加可燃的混合物。可使排气34分流，从而使得只有排气34的一部分可用于 燃烧。例如，比例流控制系统可防止可燃混合物被稀释到用于进行稳定的燃烧操作的可燃 性下限限值以下。 在导管燃烧器内燃烧低BTU燃料源可避免使低BTU燃料源排出、爆燃或燃烧，否则 低BTU燃料源将被看作是联合循环发电系统10的相对无用的副产物。因此，在这方面，燃烧 低BTU燃料源可容许有更高的效率。所公开的实施例容许低BTU燃料在导管燃烧器内高效地燃烧。应当注意，虽然所公开的实施例针对低BTU燃料的使用，但是还可证明所公开的实 施例对于利用在传统的导管燃烧器系统内不能轻易燃烧的任何其它燃料(例如高氧气、垃 圾气体等)的应用也是有用的。所公开的实施例可容许这样的非传统燃料以及固体、混合 物等燃烧。事实上，所公开的实施例可扩展成用于与所有燃料一起使用，包括传统的燃料。
图3是根据所公开的实施例与燃气轮机12和HRSG 32 —起使用的示例性导管燃 烧器系统76的示意图。在所图示的实施例中，给水泵78可将给水泵送到高压节热器48，以 便加热，然后将给水泵送到高压蒸发器50，在高压蒸发器50中，蒸汽可与冷凝物分开。然后 可将高压蒸汽导入主高压过热器52和最终高压过热器54中，其中高压蒸汽在被导入蒸汽 轮机22的高压级30中之前被过度加热。在蒸汽轮机22的高压级30中使用了蒸气之后， 可使该蒸汽返回到HRSG 32，在HRSG 32中，蒸汽可由主再热器58和副再热器60重新加热。 一旦由再热器重新加热，蒸汽就可导入蒸汽轮机22的中压级28中。如以上所提到的，HRSG 32和蒸汽轮机22之间的这些所示意的相互作用仅意图为说明性的，且不应理解为限制性 的。特别地，这些互连仅用于这样的目的，即说明在排气34已经穿过使用所公开的实施例 的示例性导管燃烧器系统76之后，蒸汽可如何通过HRSG 32且与来自燃气轮机12的排气 34相互作用。 来自燃气轮机12的排气34可大体流入排气导管66中(排气34在其中逐渐地膨 胀)，且然后流入主导管80中。在主导管80中，排气34可进一步膨胀，且可在流过HRSG 32之前对其进行加热，以产生用于对蒸汽轮机22供以动力的过热蒸汽。在所图示的实施例 中，排气34可由主分流器82和副分流器84分成两个平行的流束。可允许主流束86通过 主导管80，而副流束88可转到副导管90中。特别地，主分流器82可构造成以便允许或限 制进入主导管80中的主流束86，而副分流器84可构造成以便允许或限制进入副导管90中 的副流束88。因此，两个流束86、88可分离到单独的导管80、90中，而非将所有的流保持在 排气导管66和HRSG 32之间的单个共用导管内。在所公开的实施例中，如与主导管80或 单个共用导管相反，导管燃烧可实现为副导管90的一部分。 分流器82、84中的一个或两者的特征在于具有用于使流在流束86、88之间分流的 可变几何结构。可通过许多不同的设计来实现分流器82、84的可变几何结构，而且分流器 82、84的可变几何结构可包括例如百叶窗式分流器气门或会聚式/发散式喷嘴布置。可变 几何结构分流器机构的使用与具有固定几何结构分流器机构的导管燃烧器系统大不相同。 与利用固定几何结构分流器机构相比，使用可变几何结构分流器机构可容许贯穿更宽的操 作条件范围来进行稳定的导管燃烧。特别地，通过使用可变几何结构分流器机构，可随时间 来修改分流率，以将操作条件的变化以及(更具体地)来自燃气轮机12的排气34的化学 计量的组成的变化考虑在内。主导管80和副导管90还可设计成任何适当的几何结构，且 可包括圆形、正方形或长方形截面。 分流器82、84可配备有可改变分流器82、84和其它相关联的分流器机构的定位的 促动系统。该促动系统可与系统控制器92相互作用，以改变分流器82、84的定位，从而控 制转入主流束86和副流束88中的排气34的量或部分。系统控制器92可构造成以便基于 各个流的组分来改变低BTU燃料流和副流束88之间的化学计量流量比率。另外，可通过副 导管90中的开口将补充空气流94引入副流束88中。补充空气流94可改变副流束88的 化学计量属性。还可通过使用鼓风机96来增强流分流过程。鼓风机96可改进预混合燃烧方法，且排除将引燃火焰技术实现为持续点火源。另外，鼓风机96可用于调节副流束88的 速度，从而使得导管燃烧器系统76的燃烧更加稳定。 可将副流束88导入燃烧系统98中以进行加热。燃烧系统98可包括许多燃烧系 统特征，例如燃料、稀释剂以及氧化剂喷射喷嘴、预混合特征、火焰检测、点火系统、燃烧过 程控制等。例如，如所图示的，燃烧系统98可由热空气或热氧化剂系统100补充，在热空气 或热氧化剂系统100中，空气或氧化剂的流可由燃烧副产物的高温加热且然后被引入燃烧 系统98的燃烧室中。可允许热空气或热氧化剂在以下位置上进入燃烧室中-在该位置上， 其可将可燃混合物加热到最优的燃烧反应温度，以提高火焰稳定性。因此，热空气或热氧化 剂系统100可充当自动点火系统，而非使用引燃技术。将热空气或氧化剂系统100用作自 动点火系统可产生热动效率好处。另外，由热空气或热氧化剂系统100使用的技术可用于 联合循环发电系统10的其它燃烧系统中，例如燃气轮机12的燃烧室18。用于加热主流束 86内的空气或氧化剂的位置可改变，且可取决于进入燃烧系统98的热空气或热氧化剂的 最优温度。 燃烧系统98还可在燃烧系统98上游由稀释剂和/或氧气富集系统102补充。如 上所述，低BTU燃料混合物104可引入燃烧系统98中。在燃烧系统98的燃烧室中产生的 所得火焰可产生加热了的流束106，以与可称为加热区的主导管80区域中的主流束86进行 混合。可使用流量比率控制策略来控制烟气、空气或其它流体介质和低BTU燃料之间的化 学计量比率。 所公开的导管燃烧器技术可应用于许多应用，但尤其是很好地适于正好在燃气轮 机12的排气导管66的下游和HRSG 32的上游的应用，如图3所图示的。如以上所述，可证 明所公开的实施例在宽泛的操作条件的范围上控制排气34的化学计量流量比率时尤其有 利。导管燃烧器系统76可基于所意图的导管燃烧器系统76运行的范围而构造有单个燃烧 室或者构造有多个燃烧室。燃烧系统98还可接受多个燃料流，包括超低BTU燃料(例如尾 气)，其中燃料流可在进入燃烧系统98之前或期间与其它蒸汽进行预混合。
超低BTU燃料源意图指的是具有低于大约90Btu/scf的热范围的燃料。超低BTU 燃料源是具有低到不能实现可燃混合物的热值的燃料。为了通过燃烧超低BTU燃料来产生 热释放，超低BTU燃料可与具有更高的热值的燃料源一起燃烧。 还可将另外的特征添加到导管燃烧器系统76，即添加到系统控制器92的功能内。 例如，化学计量流量比率可由系统控制器92基于排放监测来控制。换句话说，可监测来自 导管燃烧器系统76的排放，且基于排放的变化，系统控制器92可修改副流束88和所得可 燃混合物的流量和成分。另外，可添加用于低BTU燃料混合物104的再流通环，而不会不利 地影响整个燃烧过程。例如温度记录等监测和诊断系统也可添加到所公开的实施例。系统 控制器92还可改变包含在所公开的实施例内的子系统(包括补充空气流94、鼓风机96、热 空气或热氧化剂系统100、氧气富集系统102、低BTU燃料混合物104、燃烧系统98和加热了 的流束106)的过程控制参数。导管燃烧器系统76可使得能够进行操作性集成，从而使得 系统控制器92可用于与燃气轮机12、HRSG 32，且甚至是联合循环发电系统10设施的控制 器相互作用。 图4是根据所公开的实施例与燃气轮机12和HRSG 32 —起使用的另一个示例性 导管燃烧器系统108的示意图。图4所图示的导管燃烧器系统108的大多数构件与图3中的所图示的导管燃烧器系统76中使用的那些相似。但是，图4的导管燃烧器系统108显示 了可如何使用现有的导管燃烧技术来实现各种设计。例如，在图4中，燃烧系统98可置于 HRSG 32的某些构件的下游。特别地，在所图示的实施例中，燃烧系统98可置于HRSG 32的 主高压过热器52、最终高压过热器54、主再热器58和副再热器60的下游。这样，加热了的 流束106可在HRSG 32的这些过热的和重新加热的构件下游的主导管80区域中引入主流 束86中。这样做可允许加热了的流束106与主流束86混合，从而导致主流束86在高得多 的温度下进入高压蒸发器50(HPEVAP)。这个延迟的混合的作用可在不同的操作条件之间改 变。但是，进入HRSG 32的高压蒸发器50(HPEVAP)中的升高的温度大体可使得HRSG 32内 能够有增加的和更高效的超热蒸汽生产。 因此，图4图示了可如何以各种方式构造使用所公开的实施例的导管燃烧器系 统。另外，当前的导管燃烧器系统可设计成不同的系统的部分。例如，导管燃烧器系统可在 沿着HRSG 32的各位置上或者它们的一些组合上集成到燃气轮机12的排气中，如图3和4 所图示。特别地，导管燃烧器系统可设计成可插入HRSG 32中的模块。因此，所公开的实施 例可包括模块化的导管燃烧器、翻新套件、集成的导管等。不管为导管燃烧器系统选择的特 定空间构造如何，所使用的操作方法可基本相似。 图5是用于使用所公开的实施例来导管燃烧低BTU燃料源的示例性方法110的流 程图。在步骤112处，可使用可变几何结构分流器机构使气体在主导管80和副导管90之 间分流。如贯穿本公开所描述的，气体可为来自燃气轮机12的排气34。但是，用于导管燃 烧低BTU燃料源的方法110还可用于其中气体可用于点燃导管燃烧系统的其它应用中。如 上所述，可变几何结构机构可包括主分流器82和副分流器84，其中主分流器82可允许或限 制气体流入主导管80中，且副分流器84可允许或限制气体流入副导管90中。大体上，步 骤112可包括基于由系统控制器92接收的控制指令来促动分流器82、84的定位。系统控 制器92可控制低BTU燃料混合物104和副流束88之间的化学计量流量比率。除了其它方 面以外，控制相应的流束88、104的流量和成分可容许燃烧系统98中的适当的化学计量条 件。 系统控制器92还可控制其它化学计量参数。例如，在步骤114处，补充空气流94 可以可选地喷射到副流束88中。另外，在步骤116处，副流束88可以可选地由鼓风机96 吹过燃烧系统98。系统控制器92还可操纵各种其它燃料控制器来优化副流束88的化学计 量流量比率，以进行最优燃烧。例如，热空气或氧化剂系统100、稀释剂和/或氧气富集系统 102以及其它适当的系统可由系统控制器92控制，以将补充空气和气体喷入副流束88中， 以确保低BTU燃料混合物104可能能够在燃烧系统98中产生稳定的火焰。
在步骤118处，副流束88可与低BTU燃料混合物104结合，以在燃烧系统98的燃 烧室中产生火焰，从而产生加热了的流束106。在步骤120处，加热了的流束106然后可由 燃烧系统98再喷入主导管80中，在主导管80中，加热了的流束106可与主流束86混合。
导管燃烧的低BTU燃料可允许设施燃烧否则将不能由燃气轮机出于产生蒸汽的 目的而消耗的多余的过程燃料。这样，所公开的实施例可容许在给定的设施处产生的所有 可用燃料源进行燃烧。这可使得能够有用于优化燃气轮机和蒸汽轮机输出能力的更加柔性 的场设计方法。另外，使用所公开的实施例的导管燃烧器系统还可看作是在其它低BTU燃 料燃烧设备发生故障时的后备生产能力。导管点火还可使燃气轮机排气温度升高，促进更有效的重新加热蒸汽循环。还可响应于紧急情况和扰动条件两者-例如电频率响应和由于邻近的蒸汽发生器产生的蒸汽生产损失-来使用所公开的实施例。此外，由导管点火产生的另外的蒸汽产生可重新引入燃气轮机循环中，以进行排放控制和发电增大两者。
本导管燃烧技术使用鼓风机、可变几何结构分流器和燃料控制器的组合来优化用于导管点火应用中的最优燃烧反应的化学计量流量比率。虽然其它导管燃烧系统可使用单个绝热炉，所公开的实施例可使用单个或多个燃烧室。另外，虽然其它导管燃烧系统可使用加热了的耐火材料来优化可燃混合物的温度，但是所公开的实施例可将热空气或氧化剂引入燃烧系统98的燃烧室中，以提高可燃混合物的温度。如上所述，所公开的实施例还引入鼓风机96来改进预混合燃烧策略，而其它导管燃烧系统则可能需要引燃火焰燃烧策略。
本导管燃烧器系统不限于包含在导管内部的整体式设备组合件。相反，本导管燃烧器系统可构成可从外表面插入导管中以允许进入来进行操作诊断和维护的设备组合件。所公开的实施例容许关于设备布置和定向的更大的柔性，因为多个燃烧室可安装和定向成以便优化热回收设计。另外，所公开的实施例可建立具有均匀的温度分布的加热区，以减轻由热引起的机械应力。本导管燃烧器系统还可构造成容许分级策略。例如，当功率或蒸汽要求增加时，不同的燃烧系统可调为"打开"或"关闭"来满足要求。这种分级策略还可应用于燃料供应中的变化。 本文提出的低BTU燃料导管燃烧技术可应用于任何联合循环燃气轮机来将热添加到HRSG。该技术还可应用于许多蒸汽发生锅炉或热交换器应用中。特别地，所公开的实施例可应用于合成气生产、钢厂鼓风炉，以及气体和精炼设施领域中的燃气轮机热回收系统。使用所公开的实施例的导管燃烧系统还可用于现有的燃气轮机联合循环应用中。
虽然在本文中仅对本发明的某些特征进行了说明和描述，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，应当理解，所附的权利要求书意图覆盖落入本发明的实质精神内的所有这样的修改和改变。
权利要求
一种系统(76，108)，包括可变几何结构分流器(82，84)，其构造成以便在从燃气轮机(12)到热回收蒸汽发生系统(32)的排气(34)的通道中操作，其中，所述可变几何结构分流器(82，84)构造成以便将所述排气(34)的通道分成主排气通道(86)和副排气通道(88)；以及燃烧系统(98)，其构造成以便使所述副排气通道(88)中的排气(34)与至少一个燃料源(104)结合，以燃烧所述副排气通道(88)中的所述排气，且将加热了的气体(106)再喷入所述主排气通道(86)中。
2. 根据权利要求1所述的系统(76， 108)，其特征在于，所述系统(76， 108)包括构造成以便将所述副排气通道(88)中的排气(34)吹过所述燃烧系统(98)的鼓风机(96)。
3. 根据权利要求1所述的系统(76， 108)，其特征在于，所述系统(76， 108)包括控制器(92)，所述控制器(92)构造成以便基于所述至少一个燃料源(104)和所述副排气通道(88)中的排气(34)之间的化学计量流量比率来控制所述副排气通道(88)中的排气(34)的流量和成分。
4. 根据权利要求3所述的系统(76，108)，其特征在于，所述控制器(92)构造成以便通过促动所述可变几何结构分流器(82,84)来控制所述副排气通道(88)中的排气(34)的流量和成分。
5. 根据权利要求3所述的系统(76，108)，其特征在于，所述控制器(92)构造成以便基于来自所述燃烧系统(98)的排放来控制所述副排气通道(88)中的排气(34)的流量和成分。
6. 根据权利要求1所述的系统(76， 108)，其特征在于，所述系统(76， 108)包括构造成以便将空气(94)添加到所述副排气通道(88)中的排气(34)中的补充空气喷射器。
7. 根据权利要求1所述的系统(76， 108)，其特征在于，所述系统(76， 108)包括构造成以便将热空气或其它氧化剂添加到所述副排气通道(88)中的排气(34)中的热空气或热氧化剂系统(100)。
8. 根据权利要求l所述的系统(76，108)，其特征在于，所述可变几何结构分流器(82，84)包括:构造成以便允许和限制所述排气(34)流入所述主排气通道(86)中的主分流器(82);以及构造成以便允许和限制所述排气(34)流入所述副排气通道(88)中的副分流器(84);以及
9. 根据权利要求l所述的系统(76，108)，其特征在于，所述可变几何结构分流器(82，84)包括百叶窗式分流器气门、会聚式/发散式喷嘴布置或它们的组合。
10. 根据权利要求l所述的系统(76，108)，其特征在于，所述系统(76,108)包括构造成以便安装在所述燃气轮机(12)和所述热回收蒸汽发生系统(32)之间的导管(66,80)中的模块化单元，其中，所述模块化单元包括所述可变几何结构分流器(82,84)、所述主排气通道(86)、所述副排气通道(88)、所述燃烧系统(98)或它们的组合。
全文摘要
本发明涉及用于加热和热回收系统的低BTU燃料流量比导管燃烧器。所公开的实施例中提供了构造成使用低BTU燃料源的导管燃烧器系统。在某些实施例中，系统可包括构造成接收来自排气导管的排气的主流束的主导管和构造成接收来自排气导管的排气的副流束的副导管。主可变几何结构分流器和副可变几何结构分流器可构造成分别允许和限制主和副流束。燃烧系统可接收副流束，使其与至少一个低BTU燃料源混合，燃烧以加热副流束以及将热的副流束再喷入主导管中。鼓风机可用于将副流束吹过燃烧系统。另外，系统控制器可用于通过促动主和副可变几何结构分流器控制低BTU燃料流源和副流束之间的化学计量流量比率。
文档编号F01K23/06GK101709660SQ200910175930
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者J·A·孔基里 申请人:通用电气公司