用于將稀釋空氣摻合至熱氣流的混合器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃氣渦輪發動機或發電廠的燃燒器布置，根據權利要求1的前序部分，其包括至少一個燃燒室、用于將稀釋介質或空氣摻合至離開燃燒室的熱氣流的至少一個混合器，其中混合器適于在于燃燒室下游延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，其中混合器包括從混合器的側壁指向內的多個噴射管，用于摻合稀釋介質或空氣以冷卻離開燃燒室的熱氣流。
[0002]作為優選，本發明涉及包括單個燃燒器或連續的燃燒器布置的燃氣渦輪發動機。連續燃燒布置包括以流體流連接按順序布置的第一焚燒器、第一燃燒室、用于將稀釋氣體摻合至在操作期間離開第一燃燒室的熱氣體的混合器、第二燃燒室。混合器適于在于第一燃燒室與第二焚燒器之間延伸的熱氣流路徑中引導燃燒氣體，該第二焚燒器包括導管，該導管具有適于連接于第一燃燒室的上游端部處的入口，以及適于連接于第二燃燒室的下游端部處的出口。
[0003]此外，例如，操作布置的構件涉及燃氣渦輪發動機的筒形燃燒器。此外，操作布置還涉及可經受燃燒的所有其它發動機。
[0004]作為一個實例，本發明涉及具有圍繞旋轉輪廓設置的若干筒形燃燒器的型式的燃氣渦輪發動機。
[0005]筒形燃燒器是整裝的圓柱形燃燒室。各個〃筒形燃燒器〃均具有其自身的燃料噴射器、點火器、襯套和外殼。來自壓縮機的主空氣引導到各個獨立的筒形燃燒器中，其中，其減速，與燃料摻合，并且接著點燃。二次空氣也來自壓縮機，其中，其給送到襯套外(其內是發生燃燒的地方)。二次空氣接著通常通過襯套中的縫隙給送到燃燒區中以經由薄膜冷卻來冷卻襯套。
[0006]此外，多個筒形燃燒器圍繞發動機的中心軸線布置，并且它們共同的排氣給送至(多個)渦輪。筒形燃燒器由于它們的設計和測試的容易(人們可測試單個筒，而非必須測試整個系統)而最廣泛地用于早期的燃氣渦輪發動機中。筒形燃燒器容易維護，因為僅單個筒需要除去，而非整個燃燒區段。
[0007]聚焦的燃氣渦輪發動機包括壓縮機、壓縮機下游的若干筒形燃燒器，而筒形燃燒器的熱氣體被允許進入渦輪，而筒形燃燒器基于筒形燃燒器構架操作。
[0008]此外，另一種燃氣渦輪發動機包括壓縮機、壓縮機下游的第一筒形燃燒器布置，而第一筒形燃燒器布置的熱氣體被允許進入第一渦輪或第二筒形燃燒器布置，而第二筒形燃燒器布置的熱氣體被允許進入第二渦輪或隨后的蒸汽循環，而至少一個筒形燃燒器布置基于筒形燃燒器構架操作。
[0009]此外，至少一個筒形燃燒器包括一個或更多個設置的預混焚燒器或半預混焚燒器。第一渦輪連接成從第一筒形燃燒器布置接收工作氣體，第二筒形燃燒器布置連接成從第一渦輪接收排出的工作氣體，并且將工作氣體輸送至第二渦輪，其中第二筒形燃燒器布置包括形成沿流動方向從第一渦輪的出口延伸至第二渦輪的入口的燃燒空間的環形導管，以及用于將燃料引入到第二筒形燃燒器布置中用于自動點燃燃燒的器件。
[0010]此外，本發明的設備的操作使用還優選涉及又一種類型的燃燒器，S卩，環形燃燒器。類似于筒形燃燒器，筒環形燃燒器具有容納在具有它們自身的燃料噴射器的單獨的襯套中的分離的燃燒區。不同于筒形燃燒器，所有燃燒區共用公共的環形(環帶)外殼。各個燃燒區不再必須用作壓力容器。燃燒區還可經由襯套孔或連接管子或管與彼此〃連通〃，這允許一些空氣沿周向流動。來自環形燃燒器的離開流大體上具有更均勻的溫度曲線，其對于渦輪區段而言更好。其還消除了各個室具有其自身的點火器的需要。一旦在一個或兩個筒形燃燒器中點火，則火可容易擴散至并且點燃其它筒形燃燒器。
[0011]燃氣渦輪發動機的燃燒器包括至少一個預混焚燒器，這些應當優選由根據文獻EP0321809A1和/或EP0704657A2的燃燒過程和目的形成，其中這些文獻形成了本說明書的組成部分。具體而言，所述預混焚燒器可利用所有類型的液體和/或氣體燃料操作。因此，可能容易提供獨立筒內的不同燃料。這還意味著預混焚燒器還可以以不同燃料同時操作。
【背景技術】
[0012]由于由非穩定的可再生源如風或太陽光的增加的發電，故基于現有的燃氣渦輪的發電廠日益用于平衡功率需求和穩定電網。因此，需要改進的操作靈活性。這隱含了燃氣渦輪通常在低于基本負載設計點的負載下操作，即，在較低燃燒器入口和點火溫度下。
[0013]同時，排放極限值和總體排放許可變得更嚴格，以使需要在較低排放值下操作，還在部分負載操作下和在瞬變期間保持低排放，因為這些也認為對累積的排放極限有價值。
[0014]現有技術水平的燃燒系統設計成例如通過調整壓縮機入口質量流或控制不同焚燒器、燃料級或燃燒器間的燃料分流來應對操作條件中的某些可變性。然而，這不足以滿足新的要求。
[0015]為了進一步減少排放和操作靈活性，在DE10312971A1中提出了連續燃燒。取決于操作條件，特別是第一燃燒室的熱氣體溫度，可必要的是在熱氣體被允許進入第二焚燒器(也稱為連續焚燒器)之前冷卻熱氣體。該冷卻可有利于允許燃料噴射和噴射燃料與第一燃燒器的熱煙道氣體在第二焚燒器中的預混。
[0016]常規冷卻方法需要換熱器結構，其導致主要熱氣流中的高壓降或提出了從側壁的冷卻介質的噴射。為了從側壁噴射冷卻介質，需要高壓降，其不利于以此類燃燒器布置操作的燃氣渦輪的效率，并且整個流動的受控冷卻為困難的。
[0017]參照W02014/063835A1，連續燃燒器布置包括以流體流連接按順序布置的第一焚燒器、第一燃燒室、用于將稀釋氣體摻合至在操作期間離開第一燃燒室的熱氣體的混合器、第二焚燒器，以及第二燃燒室。混合器適于在于第一燃燒室與第二焚燒器之間延伸的熱氣體流動路徑中引導燃燒氣體，該第二焚燒器包括導管，該導管具有適于連接于第一燃燒室的上游端部處的入口，以及適于連接于第二焚燒器的下游端部處的出口。混合器包括多個噴射管，其從混合器的側壁指向內，用于摻合稀釋氣體以冷卻離開第一燃燒室的熱煙道氣體。
[0018]此外，W02014/063835A1描述了一種用于操作燃氣渦輪的方法，該燃氣渦輪具有至少一個壓縮機、燃燒器布置，以及渦輪，該燃燒器布置包括以流體流連接按順序布置的第一焚燒器、第一燃燒室、用于將稀釋氣體摻合至在操作期間離開第一燃燒室的熱氣體的混合器、第二焚燒器，以及第二燃燒室。混合器適于在于第一燃燒室與第二焚燒器之間延伸的熱氣體流動路徑中引導燃燒氣體，該第二焚燒器包括導管，該導管具有適于連接于第一燃燒室的上游端部處的入口，以及適于連接于第二焚燒器的下游端部處的出口。混合器包括多個噴射管，其從導管的側壁指向內，用于摻合稀釋氣體以冷卻離開第一燃燒室的熱煙道氣體。稀釋氣體摻合到混合器的截面的不同區域中，或者稀釋氣體通過噴射孔和/或第二噴射管和第一噴射管噴射，以便將稀釋氣體引入到混合器的截面的不同區域中。
[0019]此外，通過利用亥姆霍茲阻尼器的燃燒動力的衰減由燃氣渦輪領域中運營的所有公司廣泛地使用，并且提交了若干發明公開。出現的技術水平聚焦于將阻尼器應用于筒環形燃燒器上。采用圍繞筒形燃燒器的亥姆霍茲阻尼器可在以下文獻中看到:
[0020]US2005/0166596A1描述了一種通流諧振器，其在置于具有燃燒器系統的流動路徑內的最高聲壓振幅的點處或附近時，有效地阻尼聲能的不穩定性，同時在諧振器的一部分集成至具有超過大約0.10英寸的厚度的系統的區段時避免繞過系統的質量空氣流增大。諧振器的聲阻尼性能可按照聲導率表示，其限定為穿過下游一組孔的體積速度的同相分量除以諧振器的下游面處的壓力振蕩的幅度。聲導率的高值指示了高阻尼性能。因此，諧振器的聲導率越高，則系統如燃氣渦輪內所需的獨立諧振器越少，以使潛在地損壞的燃燒振蕩最小化，或者相對于此類燃燒振蕩的出現的可能性越大。
[0021 ] US2011/0220433A1提供了以下解決方案:本目的的第一方面為一種燃燒器，其包括限定其中的燃燒區域的圓柱形本體，以及包括具有與燃燒區域連通的消聲器諧振空間的聲學部分的消聲器。聲學部分沿圓柱形本體提供，以便沿橫穿圓柱形本體的軸向方向的方向延伸。根據該方面，由于具有消聲器諧振空間的聲學部分沿圓柱形本體提供以便沿橫穿圓柱形本體的軸向方向的方向或周向方向延伸，故