專利名稱：使燃燒低熱值燃料的燃?xì)鉁u輪機(jī)組運(yùn)行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)使燃燒低熱值燃料的燃?xì)鉁u輪機(jī)組運(yùn)行的方法，其中，燃?xì)鉁u輪機(jī)組主要由一個(gè)壓氣機(jī)，一個(gè)燃燒室，一個(gè)渦輪和一個(gè)發(fā)電機(jī)組成；而且，該低熱值燃料借助一個(gè)燃料壓縮機(jī)而被壓縮。
這種運(yùn)行方法是公知的。與那些使用傳統(tǒng)的中等熱值或高熱值燃料如天然氣或油其熱值為40MJ／kg或更高的燃料運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪不同，在應(yīng)用一種低熱值燃料，其熱值低于10MJ／kg的數(shù)量級(jí)之燃料運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪情況下，燃燒的穩(wěn)定性成了問題。特別在熱值低于3MJ／kg(
700kcal／mn3)時(shí)，火焰變得不穩(wěn)定了。
本發(fā)明任務(wù)是，在一個(gè)開頭所述類型的使燃燒低熱值燃料的燃?xì)鉁u輪機(jī)組運(yùn)行的方法中，可使得應(yīng)用較小熱值的燃料的燃燒穩(wěn)定運(yùn)行。
這一任務(wù)按照發(fā)明要求，通過權(quán)利要求1的特征方案來實(shí)現(xiàn)。亦即本發(fā)明的核心是，在燃?xì)鉁u輪機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，在一部分燃燒空氣中以超化學(xué)計(jì)量的方式(富油)混入低熱值燃料，以便形成一個(gè)穩(wěn)定的火焰；同時(shí)，最遲在達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)和同步以后，低熱值燃料量要如此程度地減少，即，剛剛還可以達(dá)到一個(gè)超化學(xué)計(jì)量的比例(稍有富油)；而在其余的燃燒空氣流中，混入其余的為達(dá)到希望的負(fù)載所需的低熱值燃料。
由此，可以看出本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是，燃?xì)鉁u輪機(jī)組基本上只用低熱值燃料就可以運(yùn)行。因此，使這些應(yīng)用最小熱值的低熱量燃料來運(yùn)行的燃?xì)鉁u輪的經(jīng)濟(jì)性提高了。
下面在附圖中對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了簡(jiǎn)圖描述。其中

圖1是一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)組的示意圖；圖2是通過燃?xì)鉁u輪機(jī)組的一個(gè)混合(燃燒)器的局部橫剖圖；圖3是一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)組的運(yùn)行方法簡(jiǎn)圖；圖4是一個(gè)帶有燃?xì)鉁u輪機(jī)組的混合(燃燒)器的燃燒室；圖5是一個(gè)通過圖4之混合(燃燒)器的局部截面圖；圖6是一個(gè)出自圖4之混合(燃燒)器的局部展開圖7是在燃燒腔之混合(燃燒)器出口上的俯視圖。
此處，為了理解本發(fā)明僅表明了基本的元件。
在圖1中示意地描述了一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)組，其主要包括一個(gè)壓氣機(jī)40，一個(gè)燃?xì)鉁u輪41和一個(gè)發(fā)電機(jī)46；它們通過一根軸42相連接；還包括一個(gè)燃燒室43。在壓氣機(jī)40和發(fā)電機(jī)46之間附加安置一個(gè)燃料壓縮機(jī)48以將低熱值的氣體狀的燃料進(jìn)行壓縮。理所當(dāng)然地，對(duì)該燃料的壓縮作用還可以其它任意方式來實(shí)現(xiàn)。在壓氣機(jī)40中，空氣通過一個(gè)空氣輸入管44被吸入，被壓縮；而被壓縮的空氣導(dǎo)入到燃燒室43中。在此處，燃燒空氣被輸入以填加燃料45之形式的燃料(控制燃?xì)饣蛞后w燃料)或從已壓縮的低熱值的燃料11輸入的燃料，這種燃料-空氣-混合物就燃燒。所產(chǎn)生的燃燒(煙)氣體被導(dǎo)入到燃?xì)鉁u輪41中，其中，該燃燒氣體膨脹；一部分燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)能。這種轉(zhuǎn)動(dòng)能通過軸42被利用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)46和壓氣機(jī)40。而還熱態(tài)的廢氣通過管道47排出。
按照?qǐng)D2，一個(gè)燃燒室43的混合(燃燒)器1主要包括；一個(gè)中央燃料管2，一個(gè)內(nèi)管3，和一個(gè)外管4。它們相對(duì)于對(duì)稱軸線8對(duì)中地配置。在燃料管2的下游端部上安置一個(gè)未詳細(xì)描述的燃料噴嘴以噴入液體燃料。同時(shí)這種液體燃料通過所述燃料管導(dǎo)入到該燃料噴嘴中。通過該燃料管2和該內(nèi)管3構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的通道5，通過它，低熱值的(可)燃?xì)饪梢曰烊氚凑諢嶂刀愿邿嶂档?可)燃?xì)庵凶鳛榭刂迫細(xì)?0被導(dǎo)入到燃燒室43中。通過內(nèi)管3和外管4構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的通道，它通過一個(gè)分隔壁被分割成一個(gè)內(nèi)分通道21和一個(gè)外分通道22。通過該分隔壁20的徑向位置還可以調(diào)節(jié)該分通道21，22之分橫截面的比例關(guān)系，因此，低熱值的燃料同樣可以相應(yīng)地被分割開。通過分隔壁20，該燃燒空氣同樣被分割成兩個(gè)分空氣流9a和9b。通過這里邊的分通道21流入一個(gè)低熱值燃料的分燃料流11a；通過外邊的分通道22流入一個(gè)低熱值燃料的分燃料流11b。同時(shí)，該分燃料流11a，11b通過不同的，未描繪的閥門被調(diào)節(jié)。在通道6之流動(dòng)下游的端部上安置了旋流體7，它有助于燃料10，11和燃燒空氣9a，9b的混合使用。
在圖3中，于縱坐標(biāo)上表示了燃料量M的百分比。而在橫坐標(biāo)上從點(diǎn)A到點(diǎn)B表示為轉(zhuǎn)數(shù)；從點(diǎn)B到點(diǎn)C是表示為負(fù)載。在點(diǎn)A時(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)等于零；然后向點(diǎn)B去升高，在B處達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)，例如為3600轉(zhuǎn)／分適用于60赫茲。
為確保燃?xì)鉁u輪機(jī)組的一個(gè)可靠的啟動(dòng)，這個(gè)瞬時(shí)的啟動(dòng)過程用低熱值的燃?xì)?1a運(yùn)行，該燃?xì)?1a通過一個(gè)里邊的分通道21輸入。依此，為啟動(dòng)所必需的低熱值燃?xì)馀c一個(gè)較小的空氣量，亦即與分空氣量9a，這由分通道21之較小的橫截面所決定，共同輸入，因而產(chǎn)生一個(gè)富油混合和由此形成一個(gè)穩(wěn)定的燃燒。
因?yàn)?，此處基于相?duì)小的分通道橫截面故僅需要采用相對(duì)小的未描繪的閥門以調(diào)節(jié)該燃料質(zhì)量流，所以這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)很快速的調(diào)節(jié)，進(jìn)而就可允許快速的溫度校正。由于這個(gè)溫度校正，就產(chǎn)生了在D點(diǎn)處的拱背形曲線。在燃?xì)鉁u輪機(jī)組加速運(yùn)行時(shí)，本系統(tǒng)壓氣機(jī)40和渦輪機(jī)41在額定轉(zhuǎn)板B的上部1／3處開始將輸入到燃燒室43中的熱能轉(zhuǎn)化為功率。因此，發(fā)電機(jī)46的驅(qū)動(dòng)功率和由此在燃燒室43中的溫度都可能下降，因而導(dǎo)致該低熱值的燃燒11a之?dāng)?shù)量在點(diǎn)D處的減少。然后，在額定轉(zhuǎn)板B時(shí)，該系統(tǒng)壓氣機(jī)40和渦輪機(jī)41處于熱力平衡狀態(tài)。
在達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)的B點(diǎn)處以后，該燃?xì)鉁u輪機(jī)組實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)同步，該電網(wǎng)即為發(fā)電機(jī)46所產(chǎn)生的電能應(yīng)供給之電網(wǎng)。
將通過外分通道22輸入的低熱值燃料之第二分燃料流11b的接通發(fā)生在所述同步運(yùn)行之前或之后。同時(shí)，該第一分燃料流11a的燃料量應(yīng)如此地下降，即仍保持一個(gè)穩(wěn)定的火焰。依此，在為了所選定的負(fù)載點(diǎn)必需的燃料和第一分燃料流11a之燃料量之間的差值就變?yōu)樽畲?。進(jìn)而，該第二分燃料流11b同樣提供一個(gè)最大可能的燃料量，這樣，就可即使在外部混合(燃燒)器-分通道22接通的情況下導(dǎo)致一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。
在點(diǎn)B，零負(fù)載和點(diǎn)C，最大負(fù)載之間，該低熱值之燃料11a和11b的總量相對(duì)于負(fù)載基本為直線調(diào)節(jié)的。
為了進(jìn)一步穩(wěn)定用低熱值燃料11a和11b在燃燒室43中產(chǎn)生的火焰可以將燃料12附加地噴入到火焰的中央?yún)^(qū)。這一點(diǎn)可借助液體燃料通過燃料管2或借助控制燃?xì)?0通過混合(燃燒)器的通道5實(shí)現(xiàn)。燃料12的數(shù)量是較小的并一般低于所輸入的燃料量的5％。
在圖4及另外的圖5，6和7中，該混合(燃燒)器安置在一個(gè)燃燒室43中。燃燒空氣9被導(dǎo)入一個(gè)圓拱件24中并從此處通過沿流動(dòng)方向延伸的空氣通道25被導(dǎo)向流動(dòng)下游的混合(燃燒)器端部。與圖2不同，此處的空氣通道未被分割成一個(gè)外部區(qū)域和一個(gè)內(nèi)部區(qū)域。但是該混合(燃燒)器也在此處借助分隔壁28在流動(dòng)方向上交替地分割成徑向上擴(kuò)大的空氣通道25和燃料通道21′，22′，其中，該燃料通道又通過分隔壁20被分割成環(huán)形結(jié)構(gòu)。該低熱值的燃?xì)?1a和11b通過環(huán)形的包繞該混合(燃燒)器1的通道26和27而環(huán)流經(jīng)過該混合(燃燒)器1并通過開口29，30送入到里邊燃料通道21′和外邊的燃料通道22′中。同時(shí)在混合(燃燒)器啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)低熱值燃料的供給如上邊已述的那樣進(jìn)行。雖然此處的燃燒空氣不是被分割成環(huán)形的，但是，通過里邊的分通道21輸入的低熱值燃?xì)?1a僅與混合(燃燒)器中央?yún)^(qū)域的燃燒空氣相混合，對(duì)應(yīng)于圖2。因此，該低熱值燃?xì)?1a僅與一部分燃燒空氣9相混合，這樣，至少在混合(燃燒)器的中央產(chǎn)生一個(gè)富油的混合物并由此，形成一個(gè)穩(wěn)定的燃燒。進(jìn)而，在燃燒室的內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)火焰，該火焰若通過外邊的燃料通道22′沒有燃料11b被輸入時(shí)，就被燃燒空氣9所包覆。
在圖4的混合(燃料)器情況下，未安置旋流器7。燃燒空氣9和燃料11a，11b的混合作用是通過一個(gè)在混合(燃燒)器1的下游端部安置的分隔壁28的彎曲結(jié)構(gòu)完成的。因此，在混合(燃燒)器的出口就產(chǎn)生一個(gè)旋流作用，它將燃料和燃燒空氣相混合。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限在描繪的和敘述的實(shí)施例上。而是還可以配置多個(gè)分隔壁，以便進(jìn)一步分割這些分通道。這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)精確地匹配于相應(yīng)的比例。
參考編號(hào)1混合(燃燒)器2燃料管3內(nèi)管4外管5控制燃?xì)庥猛ǖ?旋流體8對(duì)稱軸線9，9a，9b 燃燒空氣10控制燃?xì)?1a，11b 低熱值燃?xì)?2燃料20分隔壁21里邊分通道21′ 里邊燃料通道22外邊分通道22′ 外邊的燃料通道23燃燒室壁24圓拱件25空氣通道26用于11a的環(huán)通道27用于11b的環(huán)通道28分隔壁29從26向21′的開口30從27向22′的開口40壓氣機(jī)41燃?xì)鉁u輪42軸43燃燒室44空氣輸入管45附加燃料46發(fā)電機(jī)47廢氣管48燃料壓縮機(jī)A轉(zhuǎn)數(shù)-0點(diǎn)B額定轉(zhuǎn)數(shù)／負(fù)載-0點(diǎn)C全負(fù)載D頂點(diǎn)
權(quán)利要求
1．使燃燒低熱值燃料的燃?xì)鉁u輪機(jī)組運(yùn)行的方法，其中，燃?xì)鉁u輪機(jī)組主要包括一個(gè)壓氣機(jī)(40)，一個(gè)燃燒室(43)，一個(gè)渦輪機(jī)(41)和一個(gè)發(fā)電機(jī)(46)；該低熱值的燃料借助一個(gè)燃料壓縮機(jī)(48)被壓縮；其特征在于在啟動(dòng)該燃?xì)鉁u輪機(jī)組時(shí)，在一部分燃燒空氣(9，9a)中，以超化學(xué)計(jì)量(富油)方式混入低熱值燃料(11a)，以便形成一個(gè)穩(wěn)定的火焰；最遲在達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)(B)和同步運(yùn)行以后，該低熱值燃料(11a)的數(shù)量如此地減少，以便還剛剛實(shí)現(xiàn)一個(gè)超化學(xué)計(jì)量的比例；在其余的燃燒空氣流(9，9b)中，混入其余的為達(dá)到希望的負(fù)載必需的低熱值燃料(11b)。
2．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于在燃燒空氣(9，9a)的中央?yún)^(qū)域噴入燃料(12)。
3．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于該燃燒空氣在進(jìn)入燃燒室之前被分割成至少兩個(gè)分空氣流(9a，9b)。
4．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于該第一分氣流(9a)被第二分氣流(9b)所包繞。
全文摘要
在一個(gè)使燃燒低熱值燃料的燃?xì)鉁u輪機(jī)組運(yùn)行的方法中,該燃?xì)廨喗M主要包括一個(gè)壓氣機(jī),一個(gè)渦輪機(jī)、一個(gè)燃燒室和一個(gè)發(fā)電機(jī)。該低熱值燃料借助一個(gè)燃料壓縮機(jī)被壓縮。在啟動(dòng)燃?xì)廨喗M時(shí),在一部分燃燒空氣(9,9a)中以超化學(xué)計(jì)量(富油)方式混入低熱值燃料(11a),以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的火焰。最遲在達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)(B)和同步運(yùn)行以后,該低熱值燃料(11a)的數(shù)量如此下降,以便還剛剛達(dá)到一個(gè)超化學(xué)計(jì)量的比例。在其余的燃燒空氣流(9,9b)中則混入其余的為達(dá)到希望的負(fù)載必需的低熱值燃料(11b)。
文檔編號(hào)F02C9/28GK1206455SQ96199412
公開日1999年1月27日 申請(qǐng)日期1996年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月29日
發(fā)明者R·奧爾索斯 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司