具有順序燃燒組件的燃?xì)鉁u輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于運(yùn)行具有順序燃燒器組件的燃?xì)鉁u輪的方法。本發(fā)明另外涉及具有適于執(zhí)行這種方法的燃料分配系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪。
【背景技術(shù)】
[0002]由于諸如風(fēng)能或太陽能的不穩(wěn)定的可再生能源有功率發(fā)生量增大，基于現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪的發(fā)電站越來越多地用來平衡功率需求，以及穩(wěn)定電網(wǎng)。因而需要改進(jìn)運(yùn)行靈活性。這表示燃?xì)鉁u輪通常在比基本負(fù)荷設(shè)計(jì)點(diǎn)更低的負(fù)荷下運(yùn)行，即在較低的燃燒器入口和燃燒溫度下運(yùn)行。
[0003]同時，排放極限值和總排放容許量變得越來越嚴(yán)格，使得需要在較低排放值下運(yùn)行，而且在部分負(fù)荷運(yùn)行時和在瞬態(tài)期間保持低排放，因?yàn)檫@些也考慮累積排放極限。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)成例如通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)入口質(zhì)量流或控制不同的噴燃器、燃料級或燃燒器之間的燃料分割，來應(yīng)對運(yùn)行狀況中的某些變化。但是，這不足以滿足新的需求。
[0005]為了進(jìn)一步減少排放和增大運(yùn)行靈活性，已經(jīng)提出了順序燃燒。取決于運(yùn)行狀況，具體而言取決于第一燃燒室的熱氣溫度，可為有利的是在熱氣被準(zhǔn)許進(jìn)入第二噴燃器(也稱為順序噴燃器)之前冷卻熱氣。在DE 10312971 Al中描述了這樣的冷卻?？蔀橛欣氖?，允許在第二噴燃器中進(jìn)行燃料噴射和預(yù)混合噴射的燃料與第一燃燒器的熱的煙道氣。
[0006]已經(jīng)針對順序燃燒描述了在基本負(fù)荷下針對穩(wěn)定狀態(tài)的運(yùn)行方法。但是，當(dāng)開啟或關(guān)閉順序燃燒組件的第二級時，由于燃料流從第一級轉(zhuǎn)移到第二級或相反，可出現(xiàn)火焰不穩(wěn)定性和增加的排放。由于燃料流的這個轉(zhuǎn)移，局部燃料與燃燒空氣的比率或燃料與氧化劑的比率可變化出清潔的穩(wěn)定燃燒的設(shè)計(jì)范圍之外。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開的目標(biāo)是提供一種運(yùn)行燃?xì)鉁u輪的方法，燃?xì)鉁u輪包括至少壓縮機(jī)、具有多個順序燃燒器的順序燃燒器組件，以及在順序燃燒器組件下游的渦輪。各個順序燃燒器包括在流體流連接方面按順序布置的第一噴燃器、第一燃燒室和第二燃燒器。
[0008]典型地，這種順序燃燒器組件包括呈罐結(jié)構(gòu)的順序燃燒器。順序燃燒器組件也可呈環(huán)形布置，其中環(huán)形第一燃燒室在第一噴燃器下游。第二燃燒器也可布置成環(huán)形結(jié)構(gòu)。也可設(shè)想到罐結(jié)構(gòu)第一燃燒室和環(huán)形第二燃燒器或環(huán)形第一燃燒室和罐結(jié)構(gòu)第二燃燒器的組合。
[0009]運(yùn)行方法包括以下步驟:在壓縮機(jī)中壓縮入口氣體；在順序燃燒器的第一噴燃器中摻合第一燃料；在第一燃燒室中燃燒第一燃料和壓縮氣體的混合物而獲得第一燃燒器燃燒產(chǎn)物。方法可進(jìn)一步包括將稀釋氣體摻合到第一燃燒器燃燒產(chǎn)物中。
[0010]用于噴射到第二燃燒器中的稀釋氣體可例如為壓縮空氣或空氣和燃?xì)鉁u輪的煙道氣的混合物。而且壓縮煙道氣可用作稀釋氣體。其被噴射以控制第二燃燒器中的溫度和溫度分布。
[0011]在低相對負(fù)荷時，沒有另外的燃料在第一噴燃器下游噴射到順序燃燒器中，并且第一燃燒器燃燒產(chǎn)物在穿過第二燃燒器之后在渦輪中膨脹。在高相對負(fù)荷時，第二燃料在第一燃燒室的下游噴射到順序燃燒器中，并且第一燃燒器燃燒產(chǎn)物、第二燃料和稀釋氣體(如果摻合了的話)的混合物被燃燒，以獲得第二燃燒器燃燒產(chǎn)物。這些燃燒產(chǎn)物在渦輪中膨脹。
[0012]為了最大程度地減少在啟動通往第二燃燒器的燃料流時的瞬態(tài)變化期間的排放和燃燒穩(wěn)定性問題，該方法進(jìn)一步包括以下步驟:將第二燃料流增大到最少流，以及減少通往同一順序燃燒器的第一噴燃器的第一燃料流和/或通往順序燃燒器組件的至少一個其它順序燃燒器的燃料流，以便使通往燃?xì)鉁u輪的總?cè)剂腺|(zhì)量流保持基本恒定。
[0013]最少燃料可為通往第二燃燒器的設(shè)計(jì)質(zhì)量流的大約5%至20%，并且可典型地小于10%。最少流確保第二燃燒器中的穩(wěn)定燃燒或放熱反應(yīng)。具體而言，必須避免不穩(wěn)定的燃料進(jìn)入流產(chǎn)生的脈動和CO排放。進(jìn)一步，最少流確保熱氣將不會回流到燃料氣體分配系統(tǒng)中。
[0014]當(dāng)啟動通往第二燃燒器的燃料供應(yīng)時，第一噴燃器的燃料質(zhì)量流的減少也可減少NOx排放。
[0015]低相對負(fù)荷典型地為低于50%相對負(fù)荷(即利用電站在相應(yīng)的外界狀況(環(huán)境狀況，即，溫度、壓力和濕度)下的基本負(fù)荷功率標(biāo)準(zhǔn)化的負(fù)荷)的負(fù)荷。高相對負(fù)荷典型地為高于50%相對負(fù)荷(即利用電站在相應(yīng)的外界狀況下的基本負(fù)荷功率標(biāo)準(zhǔn)化的負(fù)荷)的負(fù)荷。在低相對負(fù)荷和高相對負(fù)荷之間的閾值取決于燃?xì)鉁u輪設(shè)計(jì)、運(yùn)行狀況和排放目標(biāo)，并且一方面可低于30%相對負(fù)荷或甚至低于20%或10%或另一方面高達(dá)60%或甚至70%。
[0016]相對于進(jìn)入第二燃燒器的反應(yīng)區(qū)的規(guī)定入口溫度的偏差可導(dǎo)致高排放(例如，NOx, CO和未燃燒的烴)和/或在第二燃燒器中的逆燃。逆燃和NOx是因?yàn)楸粐娚涞娜剂嫌捎诟呷紵魅肟跍囟然蚋哐鯘舛榷鴾p少自燃時間引起，高燃燒器入口溫度或高氧濃度導(dǎo)致較早的點(diǎn)燃(導(dǎo)致逆燃)或燃料空氣混合時間減少，這導(dǎo)致在燃燒期間有局部熱點(diǎn)且因此導(dǎo)致增大的NOx排放。低溫度區(qū)域可導(dǎo)致CO排放，因?yàn)樽匀紩r間增大。這可減少CO燃燒成CO2的時間，并且降低局部火焰溫度，這可進(jìn)一步減慢CO燃燒成CO 2。最后，局部熱點(diǎn)可導(dǎo)致第二燃料噴射部的下游的某些區(qū)域的過熱。稀釋氣體可噴射來控制進(jìn)入第二燃燒器的反應(yīng)區(qū)中的入口狀況。稀釋氣體可單獨(dú)地噴射或作為與第二燃料的混合物而噴射。
[0017]在方法的進(jìn)一步實(shí)施例中，將第二燃料流增大到最少流和減少通往同一順序燃燒器的第一噴燃器的燃料流和/或減少通往至少一個其它順序燃燒器的燃料流在第二燃料流啟動期間是同步的，以使通往順序燃燒器組件的總?cè)剂狭鞅３只竞愣ā?br>[0018]根據(jù)方法的另一個實(shí)施例，減少通往其中啟動了第二燃料流的同一順序燃燒器中的第一噴燃器的第一燃料流。從而通往這個特定順序燃燒器的總?cè)剂狭骺稍趩拥诙剂蠂娚淦陂g保持恒定。
[0019]根據(jù)方法的備選實(shí)施例，減少了通往啟動進(jìn)入其中的第二燃料流的順序燃燒器的至少一個相鄰的順序燃燒器的燃料流。
[0020]在方法的另一個實(shí)施例中，同時啟動通往多個順序燃燒器的第二燃料流。
[0021]在方法的又一個實(shí)施例中，同時啟動通往順序燃燒器組件的所有順序燃燒器的第二燃料流，并且同時減少通往順序燃燒器組件的所有第一噴燃器的第一燃料流。
[0022]雖然可在基本一個負(fù)荷設(shè)置下且在沒有負(fù)荷變化的情況下啟動通往一個燃燒器的第二燃料流，但是后續(xù)的第二燃料噴射的啟動可與負(fù)荷成比例。在啟動第二燃料噴射之后，由于負(fù)荷的增大，增大通往燃?xì)鉁u輪的總?cè)剂狭鳎钡骄植咳剂吓c空氣的比例回到啟動下一個第二燃料噴射的極限值，并且然后進(jìn)行額外的第二燃料噴射。啟動下一個第二燃料噴射的極限值可例如為溫度或壓力，具體而言為燃燒溫度或熱氣溫度。
[0023]根據(jù)方法的一個實(shí)施例，根據(jù)負(fù)荷、表示負(fù)荷的溫度或表示負(fù)荷的壓力，針對單獨(dú)的順序燃燒器按順序啟動通往順序燃燒器的第二燃料流或針對一組順序燃燒器啟動通往順序燃燒器的第二燃料流。
[0024]表示燃?xì)鉁u輪負(fù)荷的溫度為例如渦輪入口溫度、熱氣溫度、渦輪排氣溫度或火焰溫度。表示燃?xì)鉁u輪負(fù)荷的壓力例如為壓縮機(jī)出口壓力或燃燒壓力。這些壓力或溫度可直接測量或基于在燃?xì)鉁u輪的其它位置處得到的作為例如抽氣或冷卻空氣溫度和壓力的測量結(jié)果來估計(jì)。
[0025]進(jìn)一步，燃燒器脈動水平也可用來控制第一噴燃器和第二燃料噴射部之間的分割；相應(yīng)地，第二燃料噴射的啟動和關(guān)閉可根據(jù)燃燒器脈動來控制。具體而言，如果在增大燃?xì)鉁u輪的負(fù)荷時在第一噴燃器中的脈動中的閾值被超過，則可啟動通往第二燃料噴射部的燃料供應(yīng)。如果第二燃燒器已經(jīng)運(yùn)行，則可使更多的燃料轉(zhuǎn)移到第二燃料噴射部。如果在減少燃?xì)鉁u輪的負(fù)荷時在第二反應(yīng)區(qū)中的脈動的閾值被超過，則可停止通往第二燃料噴射部的燃料供應(yīng)。
[0026]根據(jù)方法的另一個實(shí)施例，使啟動第二燃料流時減少的通往同一順序燃燒器的第一噴燃器的第一燃料流和/或通往至少一個其它順序燃燒器的燃料流增大回到啟動第二燃料流之前的燃料流。僅在達(dá)到原始燃料流之后，啟動通往下一順序燃燒器或下一組順序燃燒器的第二燃料流。
[0027]更具體而言，根據(jù)所述方法，使在啟動第二燃料流時減少的通往同一順序燃燒器組件的第一噴燃器的燃料流和/或通往至少一個其它順序燃燒器的燃料流被增大回到啟動第二燃料之前的燃料流。在再次達(dá)到啟動第二燃料噴射之前的燃料流之后，使第二燃料流增大到超過最少流，以控制燃?xì)鉁u輪的負(fù)荷。
[0028]根據(jù)方法的另一個實(shí)施例，以相反的順序執(zhí)行第二燃料噴射的關(guān)閉。
[0029]具體而言，方法包括以下步驟:將通往第二燃料噴射部的燃料流減少到最少燃料；停止第二燃料噴射；以及同時增大通往同一順序燃燒器的第一噴燃器或順序燃燒器組件的至少一個順序燃燒器的燃料流，以使通往燃?xì)鉁u輪的總?cè)剂?