燃气轮机的燃烧控制方法技术

在一种燃烧器中，第一组的分区流体通道和第二组的分区流体通道存在于内周边侧上，且分区流体通道也存在于外周边侧上，且涡旋空气流从分区流体通道喷出。当在速度增加状态或在低负荷状态下供给到燃烧器的燃料总量很小时，燃料仅喷射到第一组的分区流体通道内。因为燃料喷射区域限于内部周边侧上的位置，特别是特定的位置，所以包括燃料和空气的混合物的燃料气体是淡的，但是即使当燃料总量很小时也高于可燃界限浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃气轮机的燃烧器，和一种燃气轮机的燃烧控制方法，所述燃烧器和燃烧控制方法被设计成能够保证稳定的燃烧和避免出现未燃烧的燃料的情况。更特别地，当在速度增加状态或在低负荷状态下供给到燃烧器的燃料量很小的操作期间，所述燃烧器和燃烧控制方法设计成提高火焰稳定性能、并避免出现未燃烧的燃料的情况。
技术介绍
在发电等中使用的燃气轮机由作为主要部件的压缩机、燃烧器、和涡轮机组成。燃气轮机常常具有多个燃烧器，并将由压缩机压缩的空气与供给到燃烧器的燃料混合，然后点燃在每一个燃烧器内的混合物以产生高温燃烧气体。此高温燃烧气体供给到涡轮机以可旋转地驱动涡轮机。下面参照图10描述传统燃气轮机的燃烧器的示例。如图10中所示，此燃气轮机的多个燃烧器10环形布置在燃烧器外壳11内(图10中只示出了一个燃烧器)。燃烧器外壳11和燃气轮机外壳12充满压缩空气以形成外壳13。已经由压缩机压缩的空气被引入到此外壳13中。引入的压缩空气通过设置在燃烧器10的上游部分的空气进口14进入燃烧器10的内部。在燃烧器10的内管15的内部，从燃料喷嘴16供给的燃料和压缩空气混合并被燃烧。通过燃烧产生的燃烧气体流过大小头接管(transition pipe)17，并朝向涡轮机室供给以旋转涡轮机转子。近年来，环境限制愈加严格，并已经做出了各种改进以降低从燃气轮机排出的废气中的NOx(氮氧化物)的浓度。所谓的浓-淡(rich-lean)燃烧过程被认为是试图减少NOx产生的燃气轮机燃烧技术。利用浓-淡燃烧过程，在第一燃烧区域(在图10中的示例中，内管15的内部空间的中间部分内的区域)内执行在燃料浓状态(即浓状态)下的燃烧，而在第二燃烧区域(在图10中的示例中，内管15的内部空间的周边边缘部分内的区域)内执行在燃料淡状态(即淡状态)下的燃烧。在此情况下，在整个燃烧器内的燃料-空气比(总的燃料-空气比是浓状态和淡状态的平均数)被控制到与燃气轮机的操作状态(负荷)匹配的值。当实施这种浓-淡燃烧时，扩散燃烧(完全缺少与空气的预混合的燃烧)在浓燃烧区域发生，且完全的预混合燃烧在淡燃烧区域内发生。浓-淡燃烧过程的另一示例公开在未经审查的日本专利公开No.1993-195822中。在此公开中示出的技术以具有多个燃料喷嘴的燃气轮机的燃烧器为基础。燃料喷嘴分成多个组，且供给到每一个组的燃料的流速被单独控制。在低负荷操作状态中，燃料仅供给到一部分组中的燃料喷嘴。通过这种装置，低NOx的预混合燃烧可以在直到通常低负荷范围内执行。在低负荷状态中未燃烧燃料的出现也被防止，且实现了火焰稳定性能的提高。如通常所知的，燃料-空气比(当量比(equivalence ratio))与产生的NOx的量之间的关系如图11中所示。在大约为1的当量比Φ时，产生大量NOx，而在淡区域(Φ＜1)或浓区域(Φ＞1)内产生的NOx的量很小。因为燃烧是在NOx的产生量很小的淡区域(Φ＜1)内和在NOx的产生量相似地很小的浓区域(Φ＞1)内执行，所以根据浓-淡燃烧过程，产生的NOx的量可以在整体上降低。未经审查的日本专利公开Nos.1996-261465、1999-14055、和1995-12340是相关技术文献的其它示例。本专利技术者发展在1700℃等级处于高压力比(25或更高的压力比)的燃气轮机。在燃气轮机具有这种高压力比的情况下，流进燃烧器内的空气的温度很高(500-600℃)，且从燃烧器供给到涡轮机内的燃烧气体的温度达到1700℃。在传统燃气轮机的情况下，压力比大约是20-21，且流进燃烧器内的空气的温度大约是450℃，从而从燃烧器供给到涡轮机内的燃烧气体的温度大约是1500℃。在燃气轮机中，供给到燃烧器的燃料量根据负荷变化。即，如图4(e)中所示，当负荷增加时，供给到燃烧器的燃料量增加。相反，在速度增加状态(从燃气轮机停止到速度增加到旋转速度时的时间段期间)或在低负荷状态供给到燃烧器的燃料量很小。在1700℃等级并处于很高压力比(25或更高的压力比)的燃气轮机的情况下，燃烧器的能力很高。由此，如果在速度增加状态或低负荷状态供给的燃料量降低，那么燃料气体(燃料和空气的混合物)的浓度太低，这意味着浓度过淡的状态。如果燃料气体浓度过淡，那么火焰保持性能会恶化，且会出现大量的未燃烧燃料，这引起燃烧效率的降低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题特提出本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种燃气轮机的燃烧器和一种燃气轮机的燃烧控制方法，所述燃烧器和控制方法可以保证稳定的燃烧并避免出现未燃烧的燃料的情况，即使在当前开发中的、处于高压力比的燃气轮机内，所述燃烧器和控制方法也可以实现上述技术效果。本专利技术的第一方面是一种燃气轮机的燃烧器，所述燃烧器包括连接在一起的内管和过渡管(或者大小接头管)，其中内部旋流器和外部旋流器布置在内管内以形成内分区流体通道和外分区流体通道，所述内部旋流器包括相对于内管的中心轴线同心设置的圆柱形内部旋流器环、和设置内部旋流器环的外周表面上的多个内部旋流器叶片的，所述外部旋流器包括设置在内部旋流器叶片的外周侧上并相对于内部旋流器环同心设置的圆柱形外部旋流器环、和设置在外部旋流器环的外周表面上的多个外部旋流器叶片，内分区流体通道由内部旋流器环、外部旋流器环、和多个内部旋流器叶片限定，所述外分区流体通道由外部旋流器环、内管、和多个外部旋流器叶片限定，所述内分区流体通道被分成由在圆周方向上顺序布置的多个分区流体通道组成的第一组，和由在圆周方向上顺序布置的多个分区流体通道组成的第二组， 用于将燃料喷射到内分区流体通道内的燃料喷射孔形成在内部旋流器叶片中的每一个的叶片表面内，且用于将燃料喷射到外分区流体通道内的燃料喷射孔形成在外部旋流器叶片中的每一个的叶片表面内，且所述燃烧器进一步包括第一燃料供给装置，所述第一燃料供给装置用于将燃料供给到形成在内部旋流器叶片内的燃料喷射孔中的、面向第一组的内分区流体通道的燃料喷射孔，第二燃料供给装置，所述第二燃料供给装置用于将燃料供给到形成在内部旋流器叶片内的燃料喷射孔中的、面向第二组的内分区流体通道的燃料喷射孔，和第三燃料供给装置，所述第三燃料供给装置用于将燃料供给到形成在外部旋流器叶片内的燃料喷射孔。在根据本专利技术的燃气轮机的燃烧器中，在所述内环的后缘，用于抑制流体流出的阻塞部件可以设置在所述第一组的分区流体通道与所述第二组的分区流体通道之间的边界部分内；对于形成在内部旋流器叶片内的燃料喷射孔，面向第一组的内分区流体通道中的且邻近第二组的分区流体通道的内分区流体通道的燃料喷射孔，可以具有比其它的燃料喷射孔的孔直径大的孔直径；或者所述内部旋流器叶片中的每一个的后缘可以是平坦的，且用于喷射燃料的燃料喷射孔可以形成在所述内部旋流器叶片中的每一个的后缘内。本专利技术的第二方面是一种燃气轮机的燃烧控制方法，所述方法应用到燃气轮机的上述燃烧器，并包括以下步骤预设定速度增加状态，并根据负荷增加顺序地预设定低负荷状态、中间负荷状态、高负荷状态、和超高负荷状态；在速度增加状态和低负荷状态下通过面向第一组的内分区流体通道的燃料喷射孔从第一燃料供给装置喷射燃料，所述燃料的量引起淡状态(lean state)；在中间负荷状态下通过面向第一组的内分区流体通道的燃料喷射孔从第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机的燃烧器，所述燃烧器包括连接在一起的内管和过渡管，其中内部旋流器和外部旋流器布置在内管内以形成内分区流体通道和外分区流体通道，所述内部旋流器包括相对于内管的中心轴线同心设置的圆柱形内部旋流器环、和设置在内部旋流器环的外周表面上的多个内部旋流器叶片，所述外部旋流器包括设置在内部旋流器叶片的外周侧上并相对于内部旋流器环同心设置的圆柱形外部旋流器环、和设置在外部旋流器环的外周表面上的多个外部旋流器叶片，内分区流体通道由内部旋流器环、外部旋流器环、和多个内部旋流器叶片限定，所述外分区流体通道由外部旋流器环、内管、和多个外部旋流器叶片限定，所述内分区流体通道被分成由在圆周方向上顺序布置的多个分区流体通道组成的第一组，和由在圆周方向上顺序布置的多个分区流体通道组成的第二组，用于将燃料喷射到内分区流体通道内的燃料喷射孔形成在内部旋流器叶片中的每一个的叶片表面内，且用于将燃料喷射到外分区流体通道内的燃料喷射孔形成在外部旋流器叶片中的每一个的叶片表面内，且所述燃烧器进一步包括第一燃料供给装置，所述第一燃料供给装置用于将燃料供给到形成在内部旋流器叶片内的燃料喷射孔中的、面向第一组的内分区流体通道的燃料喷射孔，第二燃料供给装置，所述第二燃料供给装置用于将燃料供给到形成在内部旋流器叶片内的燃料喷射孔中的、面向第二组的内分区流体通道的燃料喷射孔，和第三燃料供给装置，所述第三燃料供给装置用于将燃料供给到形成在外部旋流器叶片内的燃料喷射孔。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：齐藤圭司郎，谷村聪，汤浅厚志，斋藤敏彦，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]