燃气轮机燃烧器的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机燃烧器。


背景技术：

2.专利文献1的燃气轮机燃烧器具备先导燃烧嘴和配置在先导燃烧嘴的外周侧的主燃烧嘴。先导燃烧嘴是扩散燃烧方式，将燃料直接喷射到燃烧室。主燃烧嘴是预混合燃烧方式，通过预混合流路将燃料与空气混合，将该混合气体供给至燃烧室。预混合燃烧与扩散燃烧相比，虽然火焰的稳定性低，但降低了nox排出量。
3.专利文献1的燃气轮机燃烧器具备：先导流量调整阀，其对向先导燃烧嘴供给的燃料的流量进行调整；4个主流量调整阀，其对向主燃烧嘴在周向上划分的4个燃烧嘴区段分别供给的燃料的流量进行调整；以及控制装置，其对先导流量调整阀以及主流量调整阀进行控制。
4.从燃气轮机的起动直到成为额定负荷运转，控制装置控制先导流量调整阀及主流量调整阀。详细而言，首先，仅向先导燃烧嘴供给燃料，使其燃料流量增加。之后，以向先导燃烧嘴和1个燃烧嘴区段供给燃料的方式进行切换，使它们的燃料流量增加。之后，以向先导燃烧嘴和2个燃烧嘴区段供给燃料的方式进行切换，使它们的燃料流量增加。之后，以向先导燃烧嘴和3个燃烧嘴区段供给燃料的方式进行切换，使它们的燃料流量增加。之后，以向先导燃烧嘴和4个燃烧嘴区段供给燃料的方式进行切换，使它们的燃料流量增加。
5.现有技术文献
6.专利文献1：日本特开2014
‑
240635号公报(参照图7、图8、图9a以及图9等)
7.在专利文献1中，虽然未明确记载，但控制装置在向全部燃烧嘴区段供给燃料时，使各燃烧嘴区段的燃料流量均等。在向所有的燃烧嘴区段供给燃料时，预混合燃烧方式的主燃烧嘴的燃料流量明显多于扩散燃烧方式的先导燃烧嘴的燃料流量。因此，产生使火焰的波动放大的现象。本技术发明人们注意到，在向全部的燃烧嘴区段供给燃料时，若在至少1个燃烧嘴区段与其他燃烧嘴区段之间产生燃料流量的偏差，则会抑制火焰的波动，燃烧稳定性提高。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种能够实现燃烧稳定性的提高的燃气轮机燃烧器。
9.为了实现上述目的，本发明的燃气轮机燃烧器具备：先导燃烧嘴；先导流量调整阀，其调整向所述先导燃烧嘴供给的燃料的流量；预混合燃烧方式的主燃烧嘴，其配置于所述先导燃烧嘴的外周侧；多个主流量调整阀，其对向所述主燃烧嘴在周向上划分的多个燃烧嘴区段分别供给的燃料的流量进行调整；以及控制装置，其对所述先导流量调整阀以及所述多个主流量调整阀进行控制，其中，所述控制装置在向所述多个燃烧嘴区段的全部供给燃料时，以在所述多个燃烧嘴区段中的至少一个燃烧嘴区段与其他燃烧嘴区段之间产生燃料流量的偏差的方式控制所述多个主流量调整阀。
10.本发明的效果如下。
11.根据本发明，能够实现燃烧稳定性的提高。
附图说明
12.图1是表示本发明的一实施方式中的燃气轮机燃烧器的结构，并且具备该燃烧器的燃气轮机的结构的概略图。
13.图2是图1的向视ii
‑
ii的剖视图。
14.图3是表示本发明的一实施方式中的燃气轮机燃烧器的燃料供给的推移的时间图。
15.图4是表示图3的时间t以后的燃料流量的推移的时间图。
16.图5是表示本发明的第一变形例中的6个燃烧嘴区段与它们的燃料流量的关系的概略图。
17.图6是表示本发明的第二变形例中的6个燃烧嘴区段与它们的燃料流量的关系的概略图。
18.图7是表示本发明的第三变形例中的2个燃烧嘴区段与它们的燃料流量的关系的概略图。
19.图中：3—燃烧器，5—先导燃烧嘴，6—主燃烧嘴，20a～20f—燃烧嘴区段，26—先导流量调整阀，27a～27d—主流量调整阀，30—控制装置。
具体实施方式
20.参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
21.图1是表示本实施方式的燃气轮机燃烧器的结构，并且具备该燃烧器的燃气轮机的结构的概略图。图2是图1的向视ii
‑
ii的剖视图。另外，在图2中，为了方便，省略内衬以及外壳的图示。
22.本实施方式的燃气轮机设备具备发电机1和驱动发电机1的燃气轮机。燃气轮机具备：压缩机2，其生成高压空气；燃烧器3，其使来自压缩机2的高压空气和燃料燃烧；以及涡轮4，其由来自燃烧器3的燃烧气体驱动。发电机1以及压缩机2与涡轮4同轴地连接，由涡轮4驱动。
23.燃烧器3(燃气轮机燃烧器)具备先导燃烧嘴5、配置于先导燃烧嘴的外周侧的主燃烧嘴6、以及配置于先导燃烧嘴5和主燃烧嘴6的下游侧(图1的右侧)的圆筒状的内衬7。在内衬7的外侧(即，内衬7与外壳8之间)形成有将来自压缩机2的高压空气供给到先导燃烧嘴5和主燃烧嘴6的空气流路9。在内衬7的内侧形成有燃烧室10。
24.先导燃烧嘴5是扩散燃烧方式，具有向燃烧室10喷射燃料的燃料喷嘴11、形成于燃料喷嘴11的外周侧的空气流路12、以及配置于空气流路12并产生旋转流的多个旋转叶片13。空气流路12与上述空气流路9连接。先导燃烧嘴5从燃料喷嘴11向燃烧室10喷射燃料，并且从空气流路12向燃烧室10供给空气。另外，先导燃烧嘴5不限于扩散燃烧方式，也可以应用其他燃烧方式。
25.主燃烧嘴6是预混合燃烧方式，具有：内筒14，其配置在先导燃烧嘴5的外周侧；外筒15，其配置在内筒14的外周侧；多个隔壁17a～17l，其在周向上划分内筒14与外筒15之间
的空间而形成多个(在本实施方式中为12个)预混合流路16；多个(在本实施方式中为24个，即，相对于各预混合流路16为2个)燃料喷嘴18，其向多个预混合流路16喷射燃料；以及环状的保焰器19，其配置在多个预混合流路16的下游侧。预混合流路16与上述空气流路9连接。主燃烧嘴6通过预混合流路16混合来自燃料喷嘴18的燃料和来自空气流路9的空气，并将该混合气体供给到燃烧室10。
26.主燃烧嘴6被隔壁17a、17d、17g、17j划分为4个燃烧嘴区段20a～20d。各燃烧嘴区段具有3组预混合流路16和燃料喷嘴18。在燃烧室10中，从先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a～20d中的任一个供给的燃料和空气燃烧，产生燃烧气体。
27.燃烧器3还具备向先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a～20d供给燃料的燃料系统21和控制装置30。燃料系统21由与燃料供给源(未图示)连接的共用燃料系统22、从共用燃料系统22分支并向先导燃烧嘴5供给燃料的先导燃料系统23、以及从共用燃料系统22分支并向燃烧嘴区段20a～20d分别供给燃料的主燃料系统24a～24d构成。
28.在共用燃料系统22设置有截止阀25。在先导燃料系统23中设置有先导流量调整阀26，在主燃料系统24a～24d分别设置有主流量调整阀27a～27d。先导流量调整阀26用于调整向先导燃烧嘴5(详细而言为燃料喷嘴11)供给的燃料的流量。各主流量调整阀用于调整向对应的燃烧嘴区段(详细而言，经由未图示的集管向6个燃料喷嘴18)供给的燃料的流量。
29.控制装置30根据燃气轮机的运转状况，控制先导流量调整阀26以及主流量调整阀27a～27d，来控制燃料的供给范围以及流量。使用图3和图4对其详细情况进行说明。
30.图3是表示本实施方式中的燃气轮机燃烧器的燃料供给的推移的时间图。图3的上侧部分表示先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a～20d中的燃料供给范围(影线部分)的推移。图3的下侧部分表示先导燃烧嘴5的燃料流量f1、燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b、燃烧嘴区段20c的燃料流量f2c、以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d的推移。图4是表示图3的时间t以后的先导燃烧嘴5的燃料流量f1、主燃烧嘴6的燃料流量f2、燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b、燃烧嘴区段20c的燃料流量f2c、以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d的推移的时间图。
31.在燃气轮机点火时(起动时)，控制装置30使截止阀25、先导流量调整阀26以及主流量调整阀27b、27d处于打开状态，使主流量调整阀27a、27c处于关闭状态。由此，从先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20b、20d向燃烧室10供给燃料以及高压空气。
32.在燃气轮机点火后(起动后)，控制装置30使截止阀25以及先导流量调整阀26处于打开状态，使主流量调整阀27a～27d处于关闭状态。由此，从先导燃烧嘴5向燃烧室10供给燃料以及高压空气。控制装置30在涡轮4的转速达到额定转速之前(换言之，燃气轮机达到额定转速无负荷状态(fsnl：full speed no load)之前)，增加先导流量调整阀26的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1增加。
33.若涡轮4的转速达到额定转速，则开始发电机1的发电，并且使燃气轮机的负荷增加，直至燃气轮机达到额定转速额定负荷状态(full：full speed full load)。详细而言，控制装置30首先将主流量调整阀27a从关闭状态切换为打开状态。由此，从先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a向燃烧室10供给燃料以及高压空气。控制装置30在主流量调整阀27a切换时，减少先导流量调整阀26的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1减少。由此，抑制从总燃料流量f1向总燃料流量(f1+f2a)的变化。之后，控制装置30增加先导流量调整阀26的开度以
及主流量调整阀27a的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1以及燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a增加。
34.当燃气轮机的负荷达到第一值时，控制装置30将主流量调整阀27d从关闭状态切换为打开状态。由此，从先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a、20d向燃烧室10供给燃料以及高压空气。控制装置30在主流量调整阀27d的切换时，减少先导流量调整阀26的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1减少。由此，抑制从总燃料流量(f1+f2a)向总燃料流量(f1+f2a+f2d)的变化。之后，控制装置30增加先导流量调整阀26的开度、主流量调整阀27a的开度以及主流量调整阀27d的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1、燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d增加。此时，使燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a与燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d相等。
35.当燃气轮机的负荷达到第二值(其中，第二值＞第一值)时，控制装置30将主流量调整阀27b从关闭状态切换为打开状态。由此，从先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a、20b、20d向燃烧室10供给燃料以及高压空气。控制装置30在主流量调整阀27b的切换时，减少先导流量调整阀26的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1减少。由此，抑制从总燃料流量(f1+f2a+f2d)向总燃料流量(f1+f2a+f2b+f2d)的变化。之后，控制装置30增加先导流量调整阀26的开度、主流量调整阀27a的开度、主流量调整阀27b的开度以及主流量调整阀27d的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1、燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d增加。此时，使燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b、以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d相等。
36.若燃气轮机的负荷达到第三值(其中，第三值＞第二值)时(时间t)，控制装置30将主流量调整阀27c从关闭状态切换为打开状态。由此，从先导燃烧嘴5以及燃烧嘴区段20a、20b、20c、20d向燃烧室10供给燃料以及高压空气。控制装置30在主流量调整阀27c的切换时，减少先导流量调整阀26的开度，使先导燃烧嘴5的燃料流量f1减少。由此，抑制从总燃料流量(f1+f2a+f2b+f2d)向总燃料流量(f1+f2a+f2b+f2c+f2d)的变化。之后，控制装置30增加先导流量调整阀26的开度、主流量调整阀27a的开度、主流量调整阀27b的开度、主流量调整阀27c的开度、以及主流量调整阀27d的开度，增加先导燃烧嘴5的燃料流量f1、燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b、燃烧嘴区段20c的燃料流量f2c、以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d。
37.此时，作为本实施方式的特征，控制装置30以在燃烧嘴区段20a、20c与燃烧嘴区段20b、20d之间产生燃料流量的偏差的方式控制主流量调整阀27a～27d。详细而言，相对于燃烧嘴区段20a～20d的燃料流量的平均值(＝(f2a+f2b+f2c+f2d)/4)，使燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a以及燃烧嘴区段20c的燃料流量f2c增加，使燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b以及燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d减少。由此，在向全部的燃烧嘴区段20a～20d供给燃料时，虽然容易产生使燃烧火焰的波动放大的现象，但能够抑制该现象。因此，能够实现燃烧稳定性的提高。
38.另外，在本实施方式中，燃烧嘴区段20a～20d各自的燃料流量相对于燃烧嘴区段20a～20d的燃料流量的平均值的增加和减少在周向上交替。由此，与燃料流量的增加和减少在周向上不交替的情况相比，能够提高燃烧稳定性。其结果，能够抑制下游侧的金属温度的局部上升。
39.另外，在上述一实施方式中，作为例子主要说明了主燃烧嘴6由隔壁17a、17d、17g、17j划分为4个燃烧嘴区段20a～20d，燃料系统21具有分别与4个燃烧嘴区段20a～20d对应的4组主燃料系统和主流量调整阀的情况，但不限于此。
40.例如，如图5所示的第一变形例那样，主燃烧嘴6由隔壁17a、17c、17e、17g、17i、17k划分为6个燃烧嘴区段20a～20f，燃料系统21也可以具有分别与6个燃烧嘴区段20a～20f对应的6组的主燃料系统和主流量调整阀。在该变形例中，控制装置30在向所有的燃烧嘴区段20a～20f供给燃料时，以在燃烧嘴区段20a、20c、20e与燃烧嘴区段20b、20d、20f之间产生燃料流量的偏差的方式控制主流量调整阀。详细而言，相对于燃烧嘴区段20a～20f的燃料流量的平均值(＝(f2a+f2b+f2c+f2d+f2e+f2f)/6)，使燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b、燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d以及燃烧嘴区段20f的燃料流量f2f增加，使燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20c的燃料流量f2c以及燃烧嘴区段20e的燃料流量f2e减少。由此，能够得到与上述一实施方式相同的效果。
41.或者，如图6所示的第二变形例那样，控制装置30在向全部的燃烧嘴区段20a～20f供给燃料时，以在燃烧嘴区段20a、20b、20c、20e与燃烧嘴区段20d、20f之间产生燃料流量的偏差的方式控制主流量调整阀。详细而言，使燃烧嘴区段20d的燃料流量f2d以及燃烧嘴区段20f的燃料流量f2f相对于燃烧嘴区段20a～20f的燃料流量的平均值增加，使燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a、燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b、燃烧嘴区段20c的燃料流量f2c以及燃烧嘴区段20e的燃料流量f2e相对于燃烧嘴区段20a～20d的燃料流量的平均值减少。在该变形例中，虽然无法获得第一变形例那样的效果，但能够实现燃烧稳定性的提高。
42.另外，例如如图7所示的第三变形例那样，主燃烧嘴6也可以由隔壁17a、17g划分为2个燃烧嘴区段20a、20b，燃料系统21具有分别与2个燃烧嘴区段20a、20b对应的2组主燃料系统和主流量调整阀。在该变形例中，控制装置30在向所有的燃烧嘴区段20a、20b供给燃料时，以在燃烧嘴区段20a与燃烧嘴区段20b之间产生燃料流量的偏差的方式控制主流量调整阀。详细而言，使燃烧嘴区段20b的燃料流量f2b相对于燃烧嘴区段20a、20b的燃料流量的平均值增加，使燃烧嘴区段20a的燃料流量f2a相对于燃烧嘴区段20a、20b的燃料流量的平均值减少。由此，能够实现燃烧稳定性的提高。