[发明专利]用于燃气轮机设备的燃烧室

说明书

本发明涉及一种用于燃气轮机设备的按照权利要求1的前序部分所述的燃烧室，以及一种具有相应设计的按照权利要求7所述的燃气轮机设备。

燃气轮机设备主要由压缩机、带有燃烧器的燃烧室和膨胀透平机构成。被吸入的空气在所述压缩机中被压缩，然后在连接在后面且布置在压缩机通风腔室中的燃烧室中与燃气相混合，并燃烧这种混合物。连接在燃烧室后面的膨胀透平机则从在燃烧器里形成的燃烧废气中提取热能并将其转化为机械能。可与该膨胀透平机连接的发电机能够将这种机械能转化为电能以产生电流。

现在，燃气轮机设备以及其他发电设备都必须在实现最大效率的同时具有尽可能低的有害物质排放。在此，主要的影响因素在于燃烧器的燃烧室中设置的燃料、被压缩气体以及导入的用于冷却燃烧器构件的冷却空气的质量流量。然而在此，限制有害物质排放、尤其是限制NOx(氮氧化物)和不充分燃烧的燃料(通常呈CO的形式)的排放也可以导致燃烧室中的冷却空气量或气体泄漏量的最小化，并进而产生发挥消声作用的寄生流。此外，在限制排放的边界条件下，所述效率的提高通常还伴随着在燃烧室中单位体积放热密度的升高。二者的结合，亦即在降低消声的同时燃烧室中的放热密度增大，这带来更高的风险来产生热声感应的振动。

然而，在燃气轮机设备的设计中和特别在其运行中要考虑这种在所述燃烧室中的热声振动。

为了降低这种热声振动，现在安装了用于减震的亥姆霍兹共鸣器，所述亥姆霍兹共鸣器由至少一个共鸣器管和共鸣器腔体构成。这种亥姆霍兹共鸣器根据共鸣器管的横截面积和长度并根据共鸣器腔体在一定频率范围内降低具有亥姆霍兹频率的振荡的振幅。例如由专利文献EP1605209A1或US2007/0125089A1已知将亥姆霍兹共鸣器作为减震装置来限制燃烧室中的热声振动。

例如，图1示出了由文献US2007/0125089A1已知的亥姆霍兹共鸣器20在与流动方向垂直的燃烧室壁10上的布置。所述燃烧室壁10在此处被设计为管状的，并且将燃烧室1与包围的压缩机通风腔室2分开。燃烧室壁10中的位于共鸣器腔体21与燃烧室1之间的贯穿缺口22构成了亥姆霍兹共鸣器的共鸣器管。在此，如图所示，每个亥姆霍兹共鸣器可以具有多个共鸣器管或者还可以具有一个单独的共鸣器管。为了不使热的燃气废气从燃烧室1进入所述亥姆霍兹共鸣器20中，设有额外的用于导入阻隔气体的开口。在图1所示实施例中，这种导入口23被布置在共鸣器腔体21与共鸣器管22对置的壁侧。这种导入口23可以将压缩气体S从包围燃烧室的压缩机通风腔室2引入共鸣器腔体21中，并在该处通过所述共鸣器管22引入燃烧室1中，并且因此阻止热的燃气侵入共鸣器管22。

然而通过所述腔体导入阻隔气体的亥姆霍兹共鸣器具有这样的缺点，即流动穿过所述亥姆霍兹共鸣器的阻隔气体可能会降低该共鸣器的阻尼性能，从而可能造成在燃烧器的运行过程中的不稳定。尤其已经确认，在这种系统中，随着流动穿过共鸣器管的阻隔气体的速度不断增大，所述阻尼性能发生明显降低。然而在所述共鸣器管中一定的阻隔气体速度是必要的，用以发挥阻止燃气从燃烧室进入共鸣器的可靠的阻隔作用。此外，这种阻隔气体导入需要引入压缩机通风腔室中的大部分气体，然而该部分气体将不能再在实际燃烧中被用于降低火焰温度。在为了最大程度地降低Nox而以其极限功率运行的燃气轮机设备中，这可能会进一步导致增加有害的Nox有害物质，而这恰恰是应该要避免的。此外，从所述共鸣器中流出的较冷的阻隔气体可能导致在燃烧过程中的局部不稳定，这进一步导致更高的CO有害物质排放。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种燃烧室，该燃烧室能够克服之前所述的缺点。

所述技术问题通过一种具有权利要求1的特征的燃烧室解决。

通过按照权利要求1的前序部分构成的、带有至少一个亥姆霍兹共鸣器的燃烧室具有至少一个导入口，所述导入口被设置在靠近至少一个共鸣器管的共鸣器管接口的燃烧室壁的区域中并且被这样定向，使得流动穿过所述导入口的阻隔气体溢流经过所述共鸣器管接口，由此可以放弃由现有技术已知的通过所述亥姆霍兹共鸣器喷射阻隔气体。所述亥姆霍兹共鸣器的减振效果因此不会再受通流的阻隔气体的影响，从而达到对热声振动的更加可靠的减振，这最终还提高了燃烧室的使用寿命，并进而提高了整个燃气轮机设备的使用寿命。此外，与已知的实施方式相比，在根据本发明设计的阻隔气体导入中需要从压缩机通风腔室中引入较少的气体，从而整体上还使所述燃气轮机设备的NOx和CO有害物质排放变得更低。