[发明专利]用于燃气轮机的连续燃烧器的第二级燃烧器

说明书

一种用于燃气轮机的连续燃烧器的第二级燃烧器，包括：焚烧器(20)；沿流动方向在焚烧器(20)下游延伸的燃烧室(21)，其中，焚烧器(20)和燃烧室(21)形成流动通道(15)，且下游火焰位置(33)和上游火焰位置(34)限定在燃烧室(21)内；以及下游火焰位置(33)处的下游火焰稳定器(35)。

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2017年2月28日提交的欧洲专利申请号17158577.1的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的连续燃烧器的第二级燃烧器，以及一种用于控制具有第一级燃烧器和第二级燃烧器的燃气轮机的连续燃烧器的方法。

背景技术

如已知那样，污染物排放的控制是任何类型的热机且尤其是用于发电装置的燃气轮机的设计中的首要重要目的。实际上，环境风险的意识驱使朝向制定日益严格的要求的法规。另一方面，现代电力市场的管理和不断变化的需求并不允许在恒定的负载条件下操作装置。作为替代，满足包括突然升高或下降的需求波动和有助于控制电网频率的需要要求很灵活的操作。然而，通过此类灵活操作使得污染物排放的降低很苛刻，因为必须平衡矛盾的要求。

例如，待解决的问题中的一个涉及氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的排放。实际上，CO排放在满载下一般不是问题，而需要注意趋于随温度增加的NOx的产生。反之亦然，部分负载下的较低温度有助于保持NOx排放很低，但可防止碳的完全氧化，且有利于一氧化碳的形成。

为了解决配备有两级燃烧器的燃气轮机的该问题，解决方案基本上基于控制供给至连续燃烧器的气流的温度而提出。然而，已知的解决方案不令人满意，且切身需要进一步降低排放，尤其是在满载下降低NOx排放且在部分负载下降低CO排放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于燃气轮机的连续燃烧器的第二级燃烧器，以及控制具有第一级燃烧器和第二级燃烧器的燃气轮机的连续燃烧器的方法，其允许克服或至少缓解所述的局限。

根据本发明，提供了一种用于燃气轮机的连续燃烧器的第二级燃烧器，包括：

焚烧器；

沿流动方向在焚烧器下游延伸的燃烧室，其中，焚烧器和燃烧室形成流动通道，且下游火焰位置和上游火焰位置限定在燃烧室内；以及

下游火焰位置处的下游火焰稳定器。

下游火焰稳定器允许第二级燃烧器的如下控制，即，使得在某些情况下，火焰锚定且稳定在下游火焰位置，其可设置成如期望那样接近燃烧室出口。具体而言，火焰可在高负载操作状态(例如，满载或针对高于高负载阈限的当前负载)下稳定在下游火焰位置处。结果，对于燃烧室中焚烧的混合物，实现了很低的火焰后停留时间。接近满负载状态，火焰温度很高且允许碳的完全氧化，因此避免或至少减少了CO的产生。高火焰温度将反而对于NOx排放不利，但其有效地由低火焰后停留时间补偿。因此，极高的火焰温度可在可接受的NOx排放水平内达成。然而，燃烧室衬里的仅小部分暴露于这样极高的温度，以有利于部件的寿命。由于下游的稳定器，下游火焰位置可准确地设定，且不会显著地变化。

另一方面，第二级燃烧器可控制成设定部分负载下的在上游火焰位置处的火焰，尤其用于低于低负载阈限(其可低于或等于高负载阈限)的当前负载。火焰温度在部分负载下较低，且NOx的产生一般不是问题。作为替代，火焰后停留时间较高，且发生碳的完全氧化，因此保持CO排放较低。

根据本发明的一方面，流动通道的横截面沿流动方向在焚烧器与燃烧室之间的过渡区域中逐渐变化，且过渡区域配置成防止流过燃烧室的气体在上游火焰位置处再循环。