[发明专利]包括顺序燃烧器的燃气涡轮组件及其运行方法

说明书

一种用于发电厂的燃气涡轮；燃气涡轮具有轴线并且包括：压缩机，其用于压缩空气；高反应性燃料供给装置；顺序燃烧器，其用于使压缩空气与至少高反应性燃料混合并且燃烧；至少涡轮，其用于使燃烧的热气膨胀；其中，顺序燃烧器包括：第一燃烧器，其设有被供给压缩空气且构造成用于将燃料喷射于压缩空气中的至少第一喷燃器，并且设有至少第一燃烧室；第二燃烧器，其设有被供给离开第一燃烧器的热气且构造成用于将燃料喷射于热气中的多个第二喷燃器，并且设有至少第二燃烧室；燃气涡轮此外包括旁通回路，旁通回路构造成用于使被引导到第一喷燃器的压缩空气的至少部分流出，并且用于在第一喷燃器下游将该流出空气直接地喷射在顺序燃烧器内部。

与相关申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2019年8月8日的欧洲专利申请No. 19190695.7的优先权，该欧洲专利申请的整个公开通过引用而合并于本文中。

技术领域

本发明涉及用于发电厂的燃气涡轮组件(在下文中，仅称为“燃气涡轮”)的技术领域。特别地，本发明涉及具有顺序燃烧器的燃气涡轮和用于运行该燃气涡轮的方法。“顺序燃烧器”意味着一种燃烧器组件，该燃烧器组件包括上游或第一燃烧器，其后面是下游或第二燃烧器。第二燃烧器也可按布置成靠近燃烧器的出口部的燃料喷射器的形式实现。在本发明中，第一燃烧器构造成用于接收压缩空气并且使该空气与燃料混合，而第二燃烧器构造成用于接收离开第一燃烧器的热气并且将燃料和空气添加到该热气中。第一燃烧器设有火花点火器，而第二燃烧器构造成用于执行自燃/自发点火。更详细而言，本发明的燃气涡轮和用于运行的相关方法涉及在被供给高反应性燃料(例如，包括H₂的燃料)时的上述顺序燃烧器。

背景技术

如所知的，用于发电厂的燃气涡轮组件(在下文中，仅称为燃气涡轮)包括转子，其设有压缩机单元、燃烧器单元以及至少涡轮单元。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动到气室中，并且从气室流动到燃烧器中。燃烧器包括构造成用于将燃料喷射于压缩空气中的多个喷燃器。燃料和压缩空气的混合物流动到燃烧室中，在燃烧室中，该混合物燃烧。得到的热气离开燃烧室，并且在涡轮中膨胀，从而对转子做功。如所知的，涡轮包括多级或多排转子叶片，其与多级或多排定子导叶相穿插。转子叶片连接到转子，而定子导叶连接到导叶承载器，导叶承载器是包围涡轮单元的同心壳体。

为了实现高效率，需要高的涡轮入口温度。然而，大体上，该高温涉及不合需要的高的NOx排放水平。为了在不降低效率的情况下减少该排放并且增加运行灵活性，所谓的“顺序”燃气涡轮是特别合适的。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，每个燃烧器设有多个喷燃器并且设有至少燃烧室。顺着主气流方向，通常，上游或第一燃烧器包括多个所谓的“第一”喷燃器。这些第一喷燃器可为“预混合喷燃器”，其中，术语“预混合”强调如下的事实：第一燃烧器的每个喷燃器构造成不仅用于将燃料直接地喷射于压缩空气中(例如，利用所谓的扩散火焰)，而且还用于使压缩空气和燃料混合(利用涡流)，之后将混合物喷射到燃烧室中。因此，在下文中，术语“第一喷燃器”意味着顺序燃烧器的第一级中的喷燃器，其中，每个喷燃器可构造成用于接收压缩空气并且将燃料喷射于该到来的空气中以便实现扩散火焰(例如，通过不存在任何预混合的引燃器喷枪)和/或预混合火焰。这种喷燃器如今被广泛使用，因为，扩散火焰在某些状况下(例如，在冷起动运行期间)是有用的，而预混合火焰允许在正常运行期间减少NOx排放。下游或第二燃烧器也被称为“再加热”或“顺序”燃烧器，并且，下游或第二燃烧器被供给离开第一燃烧器的热气。而且，第二燃烧器设有构造成用于将燃料喷射于来自第一燃烧器的热气中的多个喷燃器。由于气体温度高，因而第二喷燃器下游的运行状况允许燃料/空气混合物的自燃/自发点火。而且，这些再加热喷燃器构造成用于在自发点火之前执行热气和燃料的预混合。因此，在下文中，术语第二喷燃器意味着顺序燃烧器中的第二燃烧级处的喷燃器。