本发明涉及针对发电厂的燃气涡轮组件（以下仅“燃气涡轮”）的。众所周知，在这些组件中，进入的空气流在压缩机中压缩，并且然后在进入涡轮之前在燃烧器中与燃料（气体燃料和/或油燃料）混合，其中热气体膨胀在继而又连接到用于发电的发电机的转子上生成旋转功。具体而言，本发明涉及所有种类的以上燃气涡轮（非常大体的限定），其中燃烧器包括至少一个“预混烧嘴”。预混烧嘴是构造成不仅用于将燃料喷射到压缩空气流中，而且用于在将混合物喷射到燃烧室中之前混合（用旋流）压缩空气和燃料的烧嘴。在此上下文中，本发明涉及如何改进预混烧嘴以便允许不仅供给有普通燃料而且供给有高反应性燃料（例如包括h2的燃料）的问题。
背景技术：
1、众所周知，大体上，针对发电厂的燃气涡轮组件（以下仅燃气涡轮）包括转子、压缩机、燃烧器和涡轮单元。压缩机构造成用于压缩在压缩机入口处供应的空气。离开压缩机的压缩空气流入燃烧器中，该燃烧器提供有多个烧嘴，该多个烧嘴构造成用于将燃料喷射到压缩空气中。燃料和压缩空气的混合物流入燃烧室中，在燃烧室处燃烧该混合物以用于生成热气体流。涡轮内侧的该热气体流的膨胀在继而又连接到发电机的转子上生成旋转功。众所周知，涡轮和压缩机包括由多级或多排导叶插置的多级或多排转子叶片，多级或多排导叶由围绕该组件的外壳支承。
2、为了实现高效率，需要高涡轮入口温度。然而，大体上，该高温度涉及不期望的高nox排放水平。为了减少该排放并且增加操作灵活性而不降低效率，所谓的“顺序”燃气涡轮尤其适合。大体上，顺序燃气涡轮包括串联的两个燃烧器或燃烧级，其中每个燃烧器提供有多个烧嘴，并且提供有至少一个燃烧室。通常，上游或第一燃烧器包括多个所谓的“预混烧嘴”。
3、大体上，预混烧嘴是构造成不仅用于将燃料喷射到压缩空气中，而且还用于在将混合物喷射到燃烧室中之前用旋流混合压缩空气和燃料的烧嘴。该旋流混合物通过提供构造成用于在空气流中生成旋流的旋流锥获得，其中该锥提供有多个燃料喷射喷嘴（称为预混喷嘴）。该旋流混合物允许减少nox排放，但生成的火焰在一些条件下不够稳定。为了解决预混火焰稳定性的该问题，在锥的中部中，在烧嘴还提供有构造成用于将燃料以更集中的方式喷射到较少湍流的空气流中的导燃喷枪。由导燃器生成的扩散火焰实际上更稳定，但其生成高nox排放。大体上，预混烧嘴因此广泛使用，因为其允许在正常操作期间使用具有低nox排放的预混火焰，并且如果出于稳定性原因需要，具有引入更稳定的扩散导燃火焰的选项。通常，两级都处于操作中，其中大部分燃料供给到预混喷嘴以用于低nox，并且小部分燃料供给到导燃器以用于增加整个烧嘴的稳定性，并且防止预混级的“贫吹熄”。请注意，本发明不仅限于顺序燃气涡轮，而是其可应用于提供有如以上描述的预混烧嘴的所有燃气涡轮。
4、从预混烧嘴的以上提到结构出发，当今存在在保持低排放和高性能的同时改进燃料的灵活性的需要。具体而言，当今真正的挑战是使用高反应性燃料，例如具有大量h2或较高级碳氢化合物（例如乙烷、丙烷）的燃料。事实上，越来越多地使用可再生能源以用于能量生产也伴随着对灵活电力生产的越来越多的需要，同时旨在实现无碳排放。通过氢生产和预燃烧碳捕获对来自可再生能源的过剩发电的储能的潜在解决方案正在获得发展势头。因此，这些场景需要能够用氢基燃料操作的燃气涡轮。同时，由于液化天然气的增加使用以及气体源和提取方法的较宽范围，因此考虑在燃气涡轮内使用的天然气的成分变得显著更加多变。因此，在现代燃气涡轮开发中，燃料的灵活性（无论是在氢还是在较高级碳氢化合物的量方面）是最重要的。
5、燃料反应性的变化意味着火焰位置和行为的变化。具体而言，较高的燃料反应性（如h2）强制火焰向上游移动，增加nox排放，并且可能使喷嘴过热。因此，当燃烧高反应性燃料（例如含有大量较高级碳氢化合物或氢的燃料）时，与天然气的情况相比，火焰（特别是预混火焰）向上游移动，因此增加了回火的风险。用于避免预混火焰的该回火的解决方案可为降低第一级燃烧器的火焰温度（通过供给较少的燃料）。然而，火焰温度不可降低到超过称为“贫吹熄”温度的一定极限，因为低于该温度，燃烧器的操作会被折衷。因此，当今在使用高反应性燃料的情况下，由现有技术实践提供的解决方案是将燃料的相关部分从预混喷嘴切换到导燃器。例如，将总燃料的至多10-40%转移到导燃喷枪（相比于在天然气操作的情况下的0-10%）。众所周知，导燃火焰没有预混，并且以扩散火焰模式操作。结果是高nox排放，这仅可通过沿系统的进一步氧化来部分地补偿。
6、因此，该解决方案不可被接受为最佳实践，因为导燃器生成高nox排放，并且因此需要在气体流中添加大量稀释剂（氮、蒸汽）和/或必须使用选择性催化还原装置来将nox排放保持在极限以下。
7、此外，请注意，普通导燃系统并非针对此高导燃燃料速率而设计。将气体转移到乳化系统中还意味着用于辅助设备和燃料分配系统的较高成本和复杂性，并且该解决方案没有解决与由于扩散火焰的高nox排放相关的问题。
技术实现思路
1、因此，本发明的主要目的在于提供一种用于克服当前现有技术实践的缺点的用于针对发电厂的燃气涡轮组件的预混烧嘴，以及用于操作该烧嘴的方法。具体而言，本发明的范围是提供一种具有导燃喷枪的预混烧嘴，其构造成选择性地由普通（天然）气体燃料和由高反应性气体燃料（例如具有高％的h2（以体积计至多100%）的h2基燃料）供给。具体而言，本发明的范围是提供一种导燃喷枪，其中在供给h2基气体燃料的情况下，该燃料的相关部分可从预混喷嘴（回火问题）偏离到导燃喷枪而不会生成高nox排放。如在以下将清楚的，本发明的基础的主要观念是在导燃喷枪内侧产生混合容积，其中h2基燃料和空气可在到达导燃喷嘴之前混合。换句话说，范围是提供一种预混导燃喷枪。
2、适合由本发明改进的预混烧嘴结构为包括以下的预混烧嘴：
3、-旋流器，其构造成用于使空气流成旋流，并且提供有连接到第一气体燃料源的预混喷嘴，例如天然气燃料或大体上的气体燃料可供给到预混喷嘴而没有回火问题；
4、-延伸到旋流器并且具有带多个气体喷嘴的末梢的导燃喷枪。
5、以上导燃喷枪包括：
6、-圆柱形壳，其用作用于气体燃料的仓室，并且具有连接到第一气体燃料源的基部和提供有多个气体喷嘴的末梢；
7、-至少一个主管道，其用作在壳内侧从基部延伸到末梢的通道。
8、每个主管道具有连接到压缩空气源的基部端和提供有至少一个导燃喷嘴的末梢端。
9、天然气到预混喷嘴和/或到导燃气体喷嘴的供给取决于气体燃料的成分，并且取决于发动机负载。
10、根据本发明的第一方面，预混烧嘴还包括：
11、-在对应的主管道内侧延伸的至少一个内管道，其中每个内管道具有连接到第二或导燃气体燃料源的第一端和提供有布置在对应的主管道的导燃喷嘴上游的内喷嘴的第二端，使得在内喷嘴与对应的导燃喷嘴之间存在容积。
12、第二气体燃料源是h2基气体燃料源或高反应性气体燃料源，如果将其供给到预混喷嘴可能生成回火问题。
13、在从天然气切换到h2气体燃料的情况下，该种类的气体按比例供给到新的内管道，而压缩空气供给到主管道，使得在h2基气体燃料操作期间，每个主管道内侧的在内喷嘴与导燃喷嘴之间的容积是用于使h2基气体燃料在到达对应的导燃喷嘴之前与空气混合的混合容积。由于喷射之前的该混合，故对应的火焰生成可接受量的nox排放。
14、根据第一实施例，喷枪包括提供有多个导燃喷嘴的单个主管道和相对于主管道同心的单个内管道。
15、根据备选实施例，导燃喷枪包括多个平行的主管道，其中每个主管道包括单个导燃喷嘴，并且每个主管道容纳相对于对应的主管道同心的内管道。
16、优选地，混合容积是限定内喷嘴处的锥部分和内喷嘴与末梢之间的管状部分的有限隔间壁。
17、当然，预混喷嘴也可连接到h2基气体燃料源，使得该燃料的最小部分无论如何都可引导到旋流器。
18、本发明不限于特定种类的燃气涡轮组件，而是其可应用于包括以下的大体燃气涡轮：
19、-用于生成压缩空气流的压缩机；
20、-用于向压缩空气添加燃料并且生成热气体流的燃烧器；
21、-由热气体流驱动的涡轮。
22、因此，燃气涡轮可能涉及单燃烧级或双/顺序燃烧。以下的详细描述将涉及顺序燃烧式燃气涡轮的两个非限制性示例。
23、本发明的第一特征在于提供第一气体燃料源和第二气体燃料源，其中第一源输送天然气燃料，并且第二源输送h2基气体燃料。当然，h2燃料和天然气可在供给之前混合，以便供应具有各种h2含量的燃料混合物。在该意义上，其中用语h2燃料源我们是指供给具有高h2含量的燃料。事实上，如前所述，本发明的范围是提供一种预混烧嘴，该预混烧嘴构造成由普通（天然）气体燃料和由高反应性气体燃料选择性地供给。请注意，源可相对于烧嘴在近侧或远侧，并且每个源可包括多于一个供给管线，以用于用相同的燃料供给燃气涡轮的多个构件。
24、作为示例，旋流器可以以锥本体的形式实现，并且管状本体可提供在旋流器的下游。
25、从以上描述明显，本发明还涉及一种用于操作此预混烧嘴的方法；该方法包括以下步骤：
26、a）提供如所描述的预混烧嘴；
27、b）用来自第一燃料源的天然燃料供给预混喷嘴和/或导燃气体喷嘴，而内管道的供给未操作；
28、c）停止或减少预混喷嘴和/或导燃气体喷嘴的供给，并且开始用来自第二燃料源的h2基燃料供给内管道。
29、对于返回纯天然气供给，该方法还可包括以下步骤：
30、d）停止内管道的供给，并且重新开始或增加预混喷嘴和/或导燃气体喷嘴的供给。
31、步骤c）和/或d）中的阶段可同时执行，或可暂时执行双重供给。
32、将理解的是，以上大体描述和以下详细描述两者都是示例性的，并且旨在提供如要求保护的本发明的进一步阐释。本发明的其它优点和特征将从以下描述、附图和权利要求清楚。
33、认为是新颖的本发明的特征具体在所附权利要求中阐明。