[发明专利]用于燃气涡轮机的燃烧器和用于减少燃气涡轮机中的热声振荡的方法

说明书

技术领域

本发明涉及特别旨在针对低热值燃料气体的燃烧的用于燃气涡轮机的燃烧器。本发明还涉及用于减少燃气涡轮机中的热声振荡的方法，其中燃烧器适于执行该方法。

背景技术

在燃烧室中，可能会在声学振荡(压力波动)与热释放中的波动之间产生相互作用，这可能会使彼此放大。特别是发生在燃气涡轮机的燃烧室中的这样的热声振荡可能会导致在燃气涡轮机的操作期间对组成部件造成相当大的损害并且迫使设施的关闭。

本发明还涉及用于减少在包括至少一个燃烧器的燃气涡轮机中的热声振荡的方法，在该方法中在燃烧器的第一燃料通道中流动的燃料流的驻留时间曲线(dwell time profile)被调整以减少热声振荡。

为了提供待在燃气涡轮机的燃烧室中燃烧的燃料气体，考虑类型的燃烧器包括至少上述第一燃料通道和空气通道，燃料气体可以被供给至第一燃料通道，压缩空气可以被供给至空气通道，以提供用于燃烧所需的空气的。两个通道各包括通向燃气涡轮机的燃烧室的主出口开口。燃料通道可以采取预混合通道或扩散通道的形式。为此目的，燃料通道被连接至至少一个用于燃料气体的给送。燃料通道优选地被配置成提供合成气体—特别是呈环形空间通道的形式。燃烧器可以包括进一步的通道，例如以便将多个不同燃料引入具有用于燃烧的燃烧器的燃烧室内。单个通道也可以被连接至多个给送系统，以便取决于燃烧器的操作状态将不同燃料或冲洗流体供给至通道。

所以，这样的燃烧器也可以没有风险地采用给上述燃料通道的燃料给送被切断(以便向另一通道供给另一燃料)的操作状态，给这样的燃烧器提供冲洗空气管道以便避免火舌回闪到燃料通道内是现有技术中已知的。在已知燃烧器中，当燃料给送已经被切断时，来自空气通道的压缩空气通过这些冲洗空气管道被引入燃料通道内。在这些已知燃烧器中，经由主出口开口穿过进入通道内的燃料气体被压缩空气冲洗出通道。这防止火舌回闪到燃烧器内。

本发明涉及包括被布置在主出口开口的上游且将空气通道与燃料通道流体地连接到一起的至少一个连接路径的所关注类型的燃烧器。

从现有技术已知如下燃烧器：为了扩宽在第一燃料通道中流动的燃料气体流的驻留时间曲线，包括通向第一燃料通道且在流动的方向上相对于彼此偏移布置的多个燃料喷嘴。

发明内容

本发明的目的是提供允许了以可选方式减少燃气涡轮机的燃烧室中的热声振荡的上述类型的燃烧器和方法。

该目的根据本发明用于上述类型的燃烧器来实现，燃烧器被配置成使得：在燃烧器的至少一个第一操作状态中，当压缩空气被供给至空气通道且燃料气体被供给至燃料通道时，在燃料通道中流动的燃料气体的一部分经由至少一个连接路径流动到空气通道内。燃料流的分支部分可以通过空气通道的主出口开口被引入燃烧室的内部，用于其燃烧。燃料气体的在燃料通道中剩余的部分可以通过燃料通道的主出口开口被引入燃烧室的内部。燃料流的分支部分的量和径向燃料分布使得热释放中的波动被以较小程度反馈到燃烧室中的压力波动内。

本发明是基于如下认识：燃料的径向分布、特别是在合成气体/空气混合物的情况中在燃烧器的声学稳定性上扮演至关重要的角色。根据本发明的燃烧器允许更好的声学稳定性，所以扩宽了燃烧器的相对于负载和燃料质量的操作范围。

在根据本发明的燃烧器中，在燃料通道中流动的燃料流的径向燃料/空气分布可以在燃料通道的基本气动设计参数、如通道的旋流数、压降和主尺寸不必显著修改的情况下被调整。本发明还使得能够对于不同的燃料组分将燃烧器调整为适应于燃烧室的热声行为而不用用于该目的所必要的整个燃料通道的调整。

根据本发明的燃烧器使得在燃烧器的至少一个第一操作状态中，当压缩空气被供给至空气通道并且燃料气体被供给至燃料通道时，在将燃料分支中起作用的连接路径处盛行的静压力在空气通道侧比在燃料通道侧大。

根据本发明，燃烧器被配置成使得燃料流一旦在燃料通道中流动就被分流。因此，根据本发明，在燃料给送系统的区域中未发生分流；而是，在燃料进入燃料通道内的引入之后但在主出口开口的上游发生分流/分支。

根据本发明，燃烧器被配置成使得：通过在第一燃料通道中流动的燃料流的分流/分支，热释放中的波动被以较小程度反馈到燃烧室中的压力波动内。