[发明专利]用于燃气轮机的燃烧器无效
申请号: | 201180047759.X | 申请日: | 2011-09-27 |
公开(公告)号: | CN103140714A | 公开(公告)日: | 2013-06-05 |
发明(设计)人: | 安德烈亚斯·卡尔松;弗拉迪米尔·米洛萨夫列维奇;马格努斯·佩尔松 | 申请(专利权)人: | 西门子公司 |
主分类号: | F23C3/00 | 分类号: | F23C3/00;F23R3/20;F23R3/28;F23R3/34 |
代理公司: | 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 | 代理人: | 田军锋;林月俊 |
地址: | 德国*** | 国省代码: | 德国;DE |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用于 燃气轮机 燃烧 | ||
技术领域
本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧器,包括:
-燃烧器外壳,以及
-先导燃烧室,该先导燃烧室包括供给模块,该供给模块将先导燃料和先导空气提供到由先导燃烧器外壳包围的先导燃烧空间内,先导燃烧器外壳包括渐缩式出口,该渐缩式出口具有在所产生的主流方向上的限定长度的喉部,所述喉部将在先导燃烧区中产生的基团与热量的汇聚物排出到由所述燃烧器外壳包围的主燃烧空间内,
-其中,燃烧器轴线由所述喉部的中心线限定,所述喉部的中心线在穿过所述喉部的所产生的主流方向上延伸。
背景技术
由文献WO2009/121777已知一种起初所提及类型的燃烧器。该文献中描述的该燃烧器的基本特征为:先导燃烧室设置有由其自身的燃烧外壳包围的其自身的燃烧空间,并且先导燃烧室将热量与基团的汇聚物排出到主燃烧区内,其使得能够在点火之后稳定燃烧。通常,与燃气轮机燃烧器设计相关联的主要目的分别为:提高热效率和稳定性、消除脉动和噪音以及减少污染排放物,特别是减少氮氧化物、一氧化碳以及颗粒排放物后的未燃的碳氢化合物。这些目标中的某些的确存在相矛盾的趋势,因为热效率的增大通常伴随着热气体通道的温度的升高,其会导致更大量的排放物,特别是氮氧化物的产生。此外,旨在完全氧化碳氢化合物,以避免一氧化碳或未燃的碳氢化合物的出现的特别稀薄的燃烧负面地影响了稳定性,其增大了高频率及低频率起伏和噪音。由于所有参量似乎都彼此相关,因此在要求了创造性的情况下,例如稳定性方面的改善应当也能够实现获得关于热效率方面的改善。
发明内容
本发明的一个目的是改善稳定性以及避免特别低的频率起伏,特别低的频率起伏通常由燃烧器中火焰前缘的位置的起伏引起。本发明的另外的目的是减少排放物以及提高热效率。
根据本发明,提供一种起初所提及类型的燃烧器,该燃烧器还包括权利要求1的特征部分的特征。
如上文提到的WO2009/121777中所描述的常规喉部开口关于喉部的内表面为相应的圆筒形形状的圆形,其中,先导燃烧空间沿到主燃烧空间内的流的方向逐渐变细。穿过喉部的主流排出到主燃烧空间内,该喉部是至少部分圆筒形的,其具有在穿过喉部的有效流的方向上的圆筒轴线。
本发明的基本特征为:赋予排出的流关于周向方向的限定的速度分布。如果没有不同地指明,则如轴向、径向和周向的规定通常指所述燃烧器轴线。在根据WO2009/121777的常规燃烧器内,观察到,由于火焰前缘从主燃烧区穿过喉部进入到先导燃烧器外壳内,所以会出现相对低频率的不稳定性。根据本发明,认识到,火焰前缘穿过先导燃烧器的喉部进入的可能性会受到以受控及限定方式赋予喉部中的速度流分布周向分量的显著影响。这样,能够消除火焰前缘进入先导燃烧器空间的问题。
根据本发明的优选实施方式的消除火焰前缘穿过喉部进入先导燃烧器内的可能性的非常有效的方式为:在喉部中形成突出部或凹进部,以获得如十字形或星形的径向横截面。
另一优选实施方式提供喉部的径向横截面,该径向横截面形成三角形、四边形、五边形或其他多边形,而不是圆形。
基本上,本发明的目的能够通过在喉部中实施径向横截面来实现,其抑制了与主燃烧器空间中的周向速度分量对应的周向速度分量,该周向速度分量由将空气和/或燃料排出到主燃烧空间内的旋流器来赋予。
能够通过在喉部中设置有径向横截面的优选实施方式来获得关于低频率稳定性以及关于穿过喉部的压力损失的良好结果,该径向横截面包括所述喉部的内表面的凸起部分和凹入部分。
当所述突出部和/或凹进部设置成沿着中心线延伸的基本螺旋形形状以赋予穿过喉部的流漩涡时,可期望进一步的改善。具有类似效果的不同方法提供突出部和/或凹进部,所述突出部和/或凹进部基本上分别平行于所述燃烧器轴线,以赋予流不带有漩涡的速度分布,以相比于主燃烧空间中的速度分布将周向速度减小至优选地接近0。
关于突出部和/或凹进部的螺旋形形状,有利的是,所述燃烧器包括旋流器,该旋流器将空气或/和燃料排出到所述主燃烧空间中,从而形成在所述主燃烧空间中第一方向的主漩涡,其中,所述突出部和/或凹进部形成为以致赋予离开所述喉部的流反向的漩涡。该设计应当非常有效地抑制了火焰前缘从主燃烧空间穿过喉部的任何侵入。
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