冷却和稀释空气的分开供给的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮发动机或发电站的冷却和稀释空气(稀释介质)布置的分开供给，根据权利要求1的前序部分，包括至少一个燃烧室、用于将稀释空气掺合到离开燃烧室的热气流的至少一个混合器，其中，混合器适于在热气流路径中引导燃烧气体，该热气流路径在燃烧室的下游延伸，其中，混合器包括多个喷射管，该多个喷射管从混合器的侧壁指向内，以用于掺合稀释介质或空气以冷却离开燃烧室的热气流。
[0002]优选地，本发明涉及一种燃气涡轮发动机，其包括单个燃烧器或连续燃烧器布置。连续燃烧布置包括流体流动连接地按顺序布置的第一喷燃器、第一燃烧室、用于在操作期间将稀释气体掺合至离开第一燃烧室的热气体的混合器、第二燃烧室。
[0003]混合器适于在热气流路径中引导燃烧气体，该热气流路径在第一燃烧室与第二喷燃器之间延伸，第二喷燃器包括导管，该导管具有上游端处的适于连接到第一燃烧室的入口，和下游端处的适于连接到第二燃烧室的出口。
[0004]此外，例如，用于操作布置的构件涉及燃气涡轮发动机的筒形燃烧器。而且，操作布置还涉及可经历燃烧的每个其他发动机。
[0005]本发明的一个实例涉及一种燃气涡轮发动机，其具有围绕旋转轮廓设置的若干筒形燃烧器的样式。
[0006]筒形燃烧器是自主的圆柱形燃烧室。各“筒形燃烧器”具有其自身的燃料喷射器、点火器、衬套和外壳。来自压缩机的主空气被引导到各独立的筒形燃烧器中，在此，其减速、与燃料混合、且然后被点燃。副空气也来自压缩机，在此，其被供给到衬套外(衬套内是发生燃烧的地方)。副空气然后通常经由衬套中的缝隙而被供给到燃烧区中，来冷却一个或多个衬套，衬套通常通过对流冷却而得到冷却，以避免冷却空气进入火焰后的热气体中。
[0007]此外，多个筒形燃烧器围绕发动机的中心轴线布置，且它们共同的排气被供给到(多个)涡轮。筒形燃烧器由于它们的设计和测试简易性(人们可测试单个筒，而无需测试整个系统)而很广泛地用于早期的燃气涡轮发动机中。筒形燃烧器可容易维护，因为仅单个筒需要移除，而非整个燃烧区段。
[0008]集中关注的燃气涡轮发动机包括压缩机、压缩机下游的若干筒形燃烧器，而筒形燃烧器的热气体进入涡轮，而筒形燃烧器基于筒形燃烧器架构而操作。
[0009]此外，另一种燃气涡轮发动机包括压缩机、压缩机下游的第一筒形燃烧器布置，而第一筒形燃烧器布置的热气体进入第一祸轮或第二筒形燃烧器布置，而第二筒形燃烧器布置的热气体进入第二涡轮或随后的蒸汽循环，而至少一个筒形燃烧器布置基于筒形燃烧器架构而操作。
[0010]此外，至少一个筒形燃烧器包括一个或更多个设置的预混喷燃器或半预混喷燃器。第一涡轮连接成从第一筒形燃烧器布置接收工作气体，第二筒形燃烧器布置连接成从第一涡轮接收排出的工作气体，且将工作气体输送至第二涡轮，其中，第二筒形燃烧器布置包括形成沿流动方向从第一涡轮的出口延伸至第二涡轮的入口的燃烧空间的环形导管，以及用于将燃料引入第二筒形燃烧器布置中来用于自点燃燃烧的器件。
[0011]而且，本发明的设备的操作使用还优选涉及其他类型的燃烧器，即环管燃烧器(cannular combustor)。类似于筒形燃烧器，环管燃烧器具有容纳在其自身的燃料喷射器的单独衬套中的分立的燃烧区。不同于筒形燃烧器，所有燃烧区共用公共的圈状(圆环)夕卜壳。
[0012]各燃烧区不再必须用作压力容器。燃烧区还可经由允许一些空气周向地流动的衬套孔或连接管道或管来与彼此“连通”。来自环管燃烧器的离开流大体上具有更均匀的温度轮廓，这对于涡轮区段更佳。其还消除了各室具有其自身的点火器的需要。一旦火在一个或两个筒形燃烧器中点燃，则其可容易扩散至且点燃其他。
[0013]燃气涡轮发动机的燃烧器包括至少一个预混喷燃器，它们应当优选由根据文献EPO 321 809 Al和/SEP O 704 657 A2的燃烧过程和目的形成，其中，这些文献形成了本描述的组成部分。具体而言，所述预混喷燃器可利用所有类型的液体和/或气态燃料操作。因此，可能容易在单独的筒内提供不同燃料。这还意味着预混喷燃器还可利用不同燃料同时地操作。
【背景技术】
[0014]由于通过不稳定的可再生源(如风或太阳光)进行的发电的增加，基于现有技术燃气涡轮的发电站越来越多地用于平衡功率需求和稳定电网。因此，需要改善的操作灵活性。这意味着燃气涡轮通常在比基本负载设计点低的负载下，即，在较低的燃烧器入口和发火温度下操作。
[0015]同时，排放限制值和总体排放许可变得更为严格，使得需要在更低的排放值下操作，也在部分负载操作下且在瞬变期间保持低排放，因为这些也有助于累积排放限制。
[0016]现有技术燃烧系统设计成例如通过调整压缩机入口质量流量或控制不同喷燃器、燃料级或燃烧器之间的燃料分流来应对操作条件中的某些变化。然而，这不足以满足新的要求。
[0017]为了进一步减小排放和操作灵活性，在DE10312971 Al中已提出了连续燃烧。取决于操作条件，特别是取决于第一燃烧室的热气体温度，可能需要在热气体进入第二喷燃器(也称为连续喷燃器)之前冷却热气体。该冷却可有利地允许燃料喷射和喷射的燃料与第一燃烧器的热烟道气体在第二喷燃器中的预混。
[0018]常规冷却方法或者需要热交换器结构，这导致主要弯曲气流中的高压降，或者要求来自侧壁的冷却介质喷射。为了从侧壁喷射冷却介质，需要高压降，这不利于利用此种燃烧器布置操作的燃气涡轮的效率，且整个流动的受控冷却很难。
[0019]参看WO 2014/063835 Al，公开了连续燃烧器布置，其包括流体流动连接地连续布置的第一喷燃器、第一燃烧室、用于将稀释气体掺合到在操作期间离开第一燃烧室的热气体的混合器、第二喷燃器，以及第二燃烧室布置。混合器适于在热气流路径中引导燃烧气体，该热气流路径在第一燃烧室与第二喷燃器之间延伸，第二喷燃器包括导管，该导管具有适于连接到第一燃烧室的在上游端处的入口，以及适于连接到第二喷燃器的在下游端处的出口。混合器包括多个喷射管，它们从混合器的侧壁指向内，以用于掺合稀释气体来冷却离开第一燃烧室的热烟道气体。
[0020]此外，WO2014/063835 Al描述了一种用于操作燃气涡轮的方法，该燃气涡轮具有至少一个压缩机和燃烧器布置，该燃烧器布置包括流体流动连接地布置的第一喷燃器、第一燃烧室、用于将稀释气体掺合到在操作期间离开第一燃烧室的热气体的混合器、第二喷燃器，以及第二燃烧室。混合器适于在热气流路径中引导燃烧气体，该热气流路径在第一燃烧室与第二喷燃器之间延伸，第二喷燃器包括导管，该导管具有适于连接到第一燃烧室的在上游端处的入口，以及适于连接到第二喷燃器的下游端处的出口。混合器包括多个喷射管，它们从导管的侧壁指向内，以用于掺合稀释气体来冷却离开第一燃烧室的热烟道气体，以及涡轮。稀释气体被掺合到混合器截面的不同区域中，或者稀释气体经由喷射孔和/或第二喷射管和第一喷射管喷射，以便将稀释气体引入混合器截面的不同区域中。
[0021]此外，通过利用亥姆霍兹阻尼器进行的燃烧动力的衰减被燃气涡轮领域中运营的所有公司广泛地使用，且已提交了若干发明公开。形成的技术水平聚焦于对环管燃烧器的阻尼器应用。采用围绕筒形燃烧器的亥姆霍兹阻尼器可在以下文献中看到:
US 2005/0166596 Al描述了一种通流谐振器，其当置于具有燃烧器系统的流动路径内的最高声压振幅的点处或附近时，有效地阻尼来自声能的不稳定性，同时当谐振器的一部分与系统的具有超过大约0.10英寸的厚度的区段一体时避免绕过系统的质量空气流增大。谐振器的声阻尼性能可以以声导率来表示，其定义为穿过下游孔组的体积速度的同相分量除以谐振器下游面处的压力振荡的幅度。声导率的高值指示高阻尼性能。因