[发明专利]尤其用于燃气涡轮的燃烧器布置

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧技术。本发明涉及根据权利要求1的前序的尤其用于燃气涡轮的燃烧器布置。

背景技术

在过去20多年中，具有短但有效的预混合区的喷燃器(burner)(所谓的EV喷燃器：环保的V形喷燃器)已经以非常低的NOx水平在本申请人的若干燃气涡轮中实现。除此之外，预混合技术的三种变型已经成功开发和部署在这些燃气涡轮发动机中：顺序EV喷燃器，这是一种允许将天然气和石油预混合到热排气流中以再热第一高压涡轮的排气的技术；MBtu EV喷燃器，该喷燃器用来以低NOx排放量在预混合火焰中燃烧合成气；以及高级EV喷燃器(AEV)，该喷燃器能够在燃烧之前预蒸发和预混合液体燃料并以非常低的NOx排放量燃烧液体燃料而不喷水。

文献EP 0 851 172 A2公开了一种示例性的双锥体式EV喷燃器，其用于以液体和/或气体燃料操作燃烧室，从而使此目的所需的燃烧空气通过切向进气管道导入喷燃器的内部空间。这种流的导向导致内部空间中的旋流，该旋流在喷燃器的出口处引起回流区。为了稳定在此处形成的火焰峰，在形成喷燃器的每个分体件(sectional body)处设有至少一个区域，在该区域内设有用于将补充空气喷入旋流中的入口开口。由于这种喷射，在分体件的内壁处形成薄膜，该薄膜防止火焰能够沿着分体件的内壁回火至喷燃器的内部空间中。

文献EP 2 423 597 A2示出了双锥喷燃器形式的另一种示例性EV喷燃器，该喷燃器具有布置成一个嵌套在另一个内部的两个部分锥体外壳，在这两个外壳之间形成进气管道，来自外部的燃烧空气通过该管道流入预混合喷燃器的圆锥形内部空间中。横向于燃烧空气的流动方向延伸的喷射口的孔的线性排布置在进气管道的外壁上，并且气体燃料通过这些孔喷入横向于它们流过的燃烧空气中。

文献DE 195 45 310 A1公开了由具有外锥形壳体和内锥形壳体的中空锥形组成的另一种预混合喷燃器。至少两个进气管道切向于内锥形壳体延伸并且沿直的锥形壳体线定位。所形成的部分外壳的部分锥体轴线位于相同的锥体轴线上。预混合喷燃器被分成包含进气管道的至少两个(例如四个)部分，以便使燃烧空气产生旋流。燃料喷嘴定位在锥体顶端以用于喷射液体燃料。

文献EP 0 704 657 A2描述了图1中示出的燃烧器布置。该燃烧器布置包括带有旋流器15和混合管14的预混合喷燃器11。旋流器15具有由切向进入的燃烧空气流19反复作用于其上的锥形结构。在设置在旋流器15下游的过渡几何形状的辅助下在此处形成的流以使得在过渡件16处不出现分离区的方式平稳地通入过渡件16中。过渡件16在混合管14的过渡几何形状的流出侧上延伸，过渡件16和管14形成喷燃器的实际混合区。过渡件16和混合管14由环18相连。此外，过渡通道201过渡了横截面上的差异，同时不会不利地影响所形成的流。

燃烧室12邻接混合管14的端部，在流的两个横截面之间存在横截面上的跳跃。只有在该处形成具有火焰保持阻隔部的性质的中央回流区。燃烧室12具有带开口的前面板13，该开口用于接纳混合管14的端部。

如图1中所示，原理上，为了减少NOx的形成，通过在进入燃烧室12的突然的面积增加之前在旋流器15的出口处施加这样的混合管14，可以在混合管流20中延续燃料空气混合，在燃烧室12处火焰被再循环流稳定化。旋流器15的空气狭槽和气体通道由正交于喷燃器轴线的横切(intersecting)平面限制在下游部分中。因此，旋流器出口不是圆形的，并且需要在旋流器15和柱形混合管14之间的特殊过渡件16。该过渡件易于引起回火，因为它必须应用复杂的3D形状以避免在再循环区中的流动分离和火焰稳定。

燃气涡轮喷燃器通常安装到燃烧室，使得它能在轴向方向上移动以补偿热膨胀。通过施加在喷燃器和燃烧室的前面板之间的密封件的泄漏物接近火焰并造成对氧化过程的干扰。另外的问题由喷燃器迎面流造成，其中迎面流由于燃烧器罩内的狭小空间而经受流扰动。

因此，现有技术区别燃烧室12的前面板13和喷燃器11。为了最小化空气泄漏而施加了密封件，然而由于喷燃器11和燃烧室12经受大的温度变化并且喷燃器11必须相对于前面板13轴向可移动，该密封件不是严密的。由于该密封件接近喷燃器出口处的火焰，泄漏的空气通过局部火焰淬熄效应而干扰火焰的氧化过程。为了使迎面流变平整(even out)，目前用筛网套在喷燃器周围，但这样会导致空气流的压降。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃烧器布置，该燃烧器布置避免了已知布置的缺点，并且将喷燃器的各种轴向变化与泄漏空气流对火焰内的氧化过程的最小影响相结合。