[发明专利]用于筒式燃烧器的喷燃器

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮的喷燃器，其具有突出地弯曲的优选为柱形的燃烧室，喷燃器包括组合式混合和喷射装置。

背景技术

混合装置是用于燃气涡轮的环境友好的喷燃器的必需部件。它们在喷燃器中使连续流动的燃料流与氧化流体(例如空气)混合，用于随后的燃烧室中的预混合燃烧。在现代燃气涡轮中，燃料和氧化流体的良好混合是用于具有较少排放物的完全燃烧的先决条件。混合装置的优化旨在减少获得规定的均匀度所需的能量。在连续的流混合过程中，混合装置上面的压降是混合程序的能量成本的度量。此外，获得规定的均匀度所需的时间和空间是用于评价混合装置或混合元件的重要参数。

高涡轮入口温度提高标准燃气涡轮的效率。由于高入口温度，故出现高氧化一氮排放水平和较高寿命周期成本。可利用顺序燃烧循环来减轻这些问题，其中，与常规涡轮相比，压缩机输送几乎双倍的压力比。主流经过第一燃烧室(例如使用EP 1 257 809或US 4,932,861中公开的一般类型的喷燃器，其也被称为“EV”燃烧器，其中，EV表示环境)，其中，燃料的一部分燃烧。在于高压涡轮级处膨胀之后，添加和燃烧更多燃料(例如使用US 5,431,018或US 5,626,017或US 2002/0187448中公开的类型的喷燃器，其也被称为SEV燃烧器，其中，“S”表示顺序)。两种燃烧器包含预混合喷燃器，这是因为较少氧化一氮排放物另外需要燃料和氧化剂的高混合质量。

因为第二燃烧器由第一燃烧器的膨胀排气供给，所以操作条件允许燃料空气混合物的自燃(自发点燃或自动点燃)，而不需要向混合物供应附加的能量。为了防止燃料空气混合物在混合区中点燃，其中的驻留时间必须不超过自燃延迟时间。该标准确保喷燃器内部的无火焰区。然而，该标准对获得横跨喷燃器出口区域的适当的燃料分配方面提出挑战。SEV喷燃器当前仅设计用于以天然气和油操作。因此，相对于主流的动量通量来调节燃料的动量通量，以便穿透到漩涡中。这通过使用来自最后的压缩机级的空气(高压载体空气)来完成。高压载体空气绕过高压涡轮。燃料和氧化剂随后在混合区的出口处混合正好足以允许较少的氧化一氮排放物(混合质量)和避免逆燃(驻留时间)，燃料空气混合物在混合区中自动点燃可引起该逆燃。

在没有进一步修改的情况下，就无法对当前用于燃气涡轮(例如阿尔斯通的GT24或GT26)的已知SEV几何形状升级，以配合具有柱形几何形状的筒式燃烧器，这是因为无法同时维持驻留时间和流体动态结构，即，如上所述的已知SEV构思对筒式燃烧器不起作用。

WO 2011/054760和WO 2011/054766描述燃气涡轮喷燃器，其具有用于具有环形或矩形横截面的喷燃器的组合式混合和喷射装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大致柱形燃烧器(例如筒式燃烧器)的喷燃器，其产生低的气体压降，同时提供燃料和气体的均匀混合。这种喷燃器对于反应性高的状况特别有利，即，对于喷燃器的入口温度高的情形，和/或对于将喷燃反应性高的燃料，特别是氢成分高的燃料或MBtu高的燃料的情形。

在此处，提出一种具有特定几何形状和组合式混合和喷射装置的喷燃器，当将气体(例如空气)和燃料混合成均匀性高的混合物时，该喷燃器仅产生最小压降。特定几何形状可有助于避免低速气穴。提出该喷燃器，以提高具有基本上非矩形的燃烧室(例如筒式燃烧器)的燃气涡轮发动机的效率。此外，根据本发明的喷燃器意图提高燃料容量和简化设计。

通过提供用于燃气涡轮的燃烧室的、具有混合和喷射装置的喷燃器来实现这些和其它目的，其中，混合和喷射装置包括：

限制壁，其限定具有纵向轴线的气体流通道、入口区域，以及在主流方向上在其下游的出口区域；

至少两个流线型本体，其均沿第一横向方向从限制壁的第一区垂直于主流方向或相对于主流方向倾斜地延伸到气体流通道中；

每个流线型本体具有布置成基本上平行于主流方向的两个侧向表面，在该两个侧向表面之间有中心平面，侧向表面在它们的上游侧处连结于彼此以形成本体的前缘，并且在它们的下游侧处连结以形成本体的后缘；

每个流线型本体具有垂直于第一横向方向的横截面，该横截面成形为流线型轮廓；

其中，所述流线型本体中的至少一个设置有混合结构以及至少一个燃料喷嘴，该至少一个燃料喷嘴位于其后缘处，用于基本上平行于主流方向将至少一种燃料引入到流通道中，

其中，喷燃器包括沿着第一横向方向具有不同的长度的流线型本体中的至少两个。