[发明专利]用于带有烟气再循环的燃气涡轮单元的混合元件

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。

本发明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，本发明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。