噴射稀釋空氣的軸向分級混合器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結合燃氣渦輪發(fā)動機或渦輪機械的燃燒裝置而噴射稀釋空氣或稀釋氣體的軸向分級混合器裝置，其包括至少一個燃燒室、用于使空氣或氣體部分混入到離開燃燒室的熱氣流中的至少一個混合器裝置，其中混合器裝置適合于在燃燒室下游延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，其中根據(jù)權利要求1，7的序言，混合器包括從混合器裝置的側壁向內(nèi)指向的多個噴射器件，用于混合空氣部分，以冷卻至少離開燃燒室的熱氣流。
[0002]本發(fā)明優(yōu)選涉及燃氣渦輪發(fā)動機，其包括單個燃燒器或順序燃燒器裝置。順序燃燒裝置包括第一噴燃器、第一燃燒室、用于在操作期間使稀釋氣體混入到離開第一燃燒室的熱氣體中的混合器、以及第二燃燒室，它們在流體流動連接中順序設置。
[0003]混合器適合于在第一燃燒室和第二噴燃器之間延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，熱氣流路徑包括管道，其在上游端具有適合于連接到第一燃燒室上的入口以及在下游端適合于連接到第二燃燒室上的出口。
[0004]另外，操作裝置的構件涉及例如燃氣渦輪發(fā)動機的罐式燃燒器。此外，操作裝置還涉及可能進行燃燒的其它發(fā)動機。
[0005]作為一個示例，本發(fā)明涉及一種燃氣渦輪發(fā)動機，其具有設置在旋轉輪廓周圍的若干個罐式燃燒器的型式。
[0006]罐式燃燒器是支持式圓柱形燃燒室。各個“罐式燃燒器”具有其自身的燃料噴射器、點火器、襯套和外殼。來自壓縮機的初次空氣被引導至各個單獨的罐式燃燒器中，其在此處減速，與燃料混合，然后點火。二次空氣也來自壓縮機，其在此處輸送到襯套外面(其內(nèi)部是發(fā)生燃燒的地方)。二次空氣然后通常通過襯套中的縫隙輸送到燃燒區(qū)域中，以便通過薄膜冷卻而冷卻襯套。
[0007]此外，多個罐式燃燒器設置在發(fā)動機的中心軸線周圍，并且其共同的排氣被輸送到渦輪。罐式燃燒器最廣泛地用于早前的燃氣渦輪發(fā)動機中，因為其設計和測試簡單(人們可測試單個罐，而無須測試整個系統(tǒng))。罐式燃燒器容易維護，因為可能只需要除去單個罐，而非整個燃燒段。
[0008]所聚焦的燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、壓縮機下游的若干個罐式燃燒器，其中罐式燃燒器的熱氣體被允許進入渦輪，其中罐式燃燒器基于罐式燃燒器架構進行操作。
[0009]另外，另一燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機、壓縮機下游的第一罐式燃燒器裝置，其中第一罐式燃燒器裝置的熱氣體被允許進入第一渦輪或第二罐式燃燒器裝置，其中第二罐式燃燒器裝置的熱氣體被允許進入第二渦輪或后續(xù)蒸汽循環(huán)，其中至少一個罐式燃燒器裝置基于罐式燃燒器架構進行操作。
[0010]此外，至少一個罐式燃燒器包括一個或多個設置的預混合噴燃器或半預混合噴燃器。第一渦輪經(jīng)過連接以接收來自第一罐式燃燒器裝置的工作氣體，第二罐式燃燒器裝置經(jīng)過連接以接收從第一渦輪排出的工作氣體，并將工作氣體傳送給第二渦輪，其中第二罐式燃燒器裝置包括環(huán)形管道，以及用于將燃料引入到第二罐式燃燒器裝置中，以便自動點火燃燒的裝置，環(huán)形管道形成了在流動方向上從第一渦輪的出口延伸至第二渦輪的入口的燃燒空間。
[0011]此外，本發(fā)明的裝置的操作使用還優(yōu)選涉及另一類型的燃燒器，即環(huán)罐式(cannular)燃燒器。類似于罐式燃燒器，環(huán)罐式燃燒器具有離散的燃燒區(qū)域，其包含在具有自身燃料噴射器的獨立襯套中。不同于罐式燃燒器，所有燃燒區(qū)域共用公共環(huán)形(環(huán)帶)夕卜殼。
[0012]各個燃燒區(qū)域不再必須用作壓力容器。燃燒區(qū)域還可通過容許某些空氣周向流動的襯套孔或連接管或管道而彼此連通。來自環(huán)罐式燃燒器的出射流通常具有對于渦輪段更好的更均勻的溫度分布。其還排除了各個室具有其自身點火器的需要。一旦在一個或兩個罐式燃燒器中點著火，那么其可以很容易地傳播并點燃其它燃燒器。
[0013]燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器包括至少一個預混合噴燃器，這些應優(yōu)選由根據(jù)文獻EPO 321 809 Al和/SEP O 704 657 A2所述的燃燒過程和目的來形成，其中這些文獻形成了本說明書的組成部分。具體地說，所述預混合噴燃器可用所有類型的液體和/或氣體燃料進行操作。因而，可能很容易在單個罐中提供不同的燃料。這還意味著預混合噴燃器還可同時以不同的燃料進行操作。
【背景技術】
[0014]由于通過不穩(wěn)定的再生源，例如風力或太陽能發(fā)電增加的原因，現(xiàn)有基于燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)電廠越來越多地用于平衡功率需求和穩(wěn)定電網(wǎng)。因而需要改善操作的靈活性。這意味著燃氣渦輪時常在比基本負荷設計點更低的負荷下，即在更低的燃燒器入口溫度和點火溫度下進行操作。
[0015]同時，排放極限值和整個排放許可變得更為嚴格，所以需要在更低的排放值下操作，在部分負荷操作和在瞬變期間也保持低的排放，因為這些對累積排放限制也有價值。
[0016]現(xiàn)有技術狀態(tài)的燃燒系統(tǒng)被設計用于處理操作條件方面的某些差異性，例如通過調整壓縮機入口質量流量或控制不同的噴燃器、燃料級或燃燒器之間的燃料分流。然而，這不足滿足新的需求。
[0017]為了進一步減少排放和操作靈活性，在DE10312971 Al中已經(jīng)提出了順序燃燒。依賴于操作條件，尤其第一燃燒室的熱氣溫度，可能需要在熱氣體被允許進入第二噴燃器(也被稱為順序噴燃器)之前冷卻熱氣體。這種冷卻可能是有利的，容許噴射燃料以及噴射的燃料與第一燃燒器的熱煙道氣在第二噴燃器中的預混合。
[0018]傳統(tǒng)的冷卻方法要么需要熱交換器結構，其導致主的熱氣流中的高的壓力降，或者建議從側壁噴射冷卻介質。為了從側壁噴射冷卻介質，需要高的壓力降，其對于以這種燃燒器裝置進行操作的燃氣渦輪的效率是有害的，并且控制整個流量的冷卻是困難的。
[0019]參照WO 2014/063835 Al，順序燃燒裝置包括第一噴燃器、第一燃燒室、用于在操作期間使稀釋氣體混入到離開第一燃燒室的熱氣體中的混合器、第二噴燃器以及在流體流動連接中順序設置的第二燃燒室?；旌掀鬟m合于在第一燃燒室和第二噴燃器之間延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，熱氣流路徑包括管道，其在上游端具有適合于連接到第一燃燒室上的入口以及在下游端適合于連接到第二噴燃器上的出口?；旌掀靼ǘ鄠€從用于混合稀釋氣體的混合器的側壁向內(nèi)指向的噴管，從而冷卻離開第一燃燒室的熱煙道氣。
[0020]此外，參照W02014/063835A1描述了一種用于操作帶有至少一個壓縮機、燃燒器裝置的燃氣渦輪的方法，燃燒器裝置包括第一噴燃器、第一燃燒室、用于在操作期間使稀釋氣體混入到離開第一燃燒室的熱氣體中的混合器、第二噴燃器以及第二燃燒室，它們在流體流動連接中順序設置。混合器適合于在第一燃燒室和第二噴燃器之間延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，熱氣流路徑包括管道，其在上游端具有適合于連接到第一燃燒室上的入口以及在下游端適合于連接到第二噴燃器上的出口?；旌掀靼◤墓艿赖膫缺谙騼?nèi)指向的多個噴管，用于混合稀釋氣體，從而冷卻離開第一燃燒室和渦輪的熱煙道氣。稀釋氣體被混入到混合器的橫截面的不同區(qū)域中，或者稀釋氣體通過噴孔和/或第二噴管和第一噴管進行噴射，從而將稀釋氣體引入到混合器的橫截面的不同區(qū)域中。
[0021]此外，通過利用赫爾姆霍茨(Helmholtz)減振器實現(xiàn)的燃燒動力的衰減被所有公司廣泛地用于燃氣渦輪段的操作，并且已經(jīng)提交了若干個發(fā)明公開。顯現(xiàn)的技術狀態(tài)聚焦于對環(huán)罐式燃燒器的減振應用。在罐式燃燒器周圍采用赫爾姆霍茨減振器可參見以下文獻:
US 2005/0166596 Al描述了一種貫流式諧振器，其在放置于燃燒器系統(tǒng)的流動路徑中具有最高聲壓幅的點位或其附近時，有效地抑制了聲能的不穩(wěn)定性，同時避免了當諧振器的一部分集成在具有超過大約0.10英寸厚度的系統(tǒng)區(qū)域上時繞過系統(tǒng)的質量氣流的增加。諧振器的聲能衰減性能可根據(jù)聲導來表示，其被限定為穿過下游孔組的體積速度的同相分量除以諧振器的下游面上的壓力振蕩的幅度。高的聲導值表示高的衰減性能。因此，諧振器的聲導越高，那么在系統(tǒng)中，例如燃氣渦輪中需要的單獨的諧振器越少，從而最大限度地減小了潛在危害性的燃燒振蕩，或者阻礙發(fā)生這種燃燒振蕩的可能性越大。
[0022]US 2011/0220433 Al提供了以下方案:該目的的第一方面是燃燒器，其包括其中限定了燃燒區(qū)域的圓柱體和消音器，消音器包括聲學部分，其具有與燃燒區(qū)域連通的消音器諧振空間。聲學部分是沿著圓柱體提供的，從而在與圓柱體的軸向相交的方向上延伸。根據(jù)這個方面，因為具有消音器諧振空間的聲學部分是沿著圓柱體提供，從而在與圓柱體軸向相交的方向或者周向方向上延伸的，所以聲學部分被廣泛設置在周向方向上，而沒有聚集在周向方向上的圓柱體的特殊區(qū)域中。結果，防止聲學部分朝著圓柱體的外圓周突出來，并且可減少燃燒器外部所需要的空間。因而，因為外殼可制成很小，所以組成外殼的殼體可制成很小。因為這可使例如燃氣渦輪足以在地面上運輸，所以其可能減少制造成本，包括運輸成本。此外，如果聲學部分朝著圓柱體的外圓周的突出被減少，那么燃燒器可以很容易地隨消音器一起拔出。因而，可以改善燃燒器維護的簡易性。上述方面還可包括由多孔板形成的聲學襯套和蓋部件，多孔板組成圓柱體并具有多個穿透厚度方向的通孔，蓋部件設于多孔板的周圍并離多孔板一定的距離，從而覆蓋多孔板，聲學襯套具有聲學襯套諧振空間。這樣做可以減弱可被聲學襯套減弱的頻率區(qū)域中的振蕩，以及可被消音器減弱的頻率區(qū)域中的振蕩。因此，可以在很寬的頻率區(qū)域中減弱燃燒振蕩。在上面的配置中，優(yōu)選在聲學襯套的外周向側上提供至少聲學部分的一部分。
[0023]因此，直接來自壓縮機穩(wěn)壓室的供給不會為順序襯套冷卻留下充足的空氣。來自順序襯套冷卻的使用過的空氣增加了吸入熱氣、在具有低壓力