[发明专利]用于将燃料空气混合物加入燃烧室的喷射器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将燃料空气混合物加入燃烧室的喷射器、一种燃烧室和一种燃气轮机。

背景技术

当代的燃气轮机应在更宽的工作范围内满足有关有害物排放和保护环境方面的要求。满足这些要求主要取决于在燃气轮机内所使用的燃烧系统。为了减少氮氧化物(NOx)的排放，使用低配比的混合气预混合。此时为了达到高的效率，力求与高的火焰温度伴随而来的高的涡轮进口温度。在这里，已提及的预混合火焰，基于高的热功率密度而易发生的热声学不稳定性和NOx排放，随火焰温度升高成指数倍增大。

在另一方面，燃气轮机必须在尽可能低的负荷和火焰温度的情况下运行，以便能符合电厂业主的要求。在这里，工作范围的下移受不完全燃尽时形成的一氧化碳(CO)排放的限制。因此值得追求的是，燃烧系统的工作范围朝两个方向扩展。

为了在现有的燃烧系统中扩展工作范围，例如通过燃烧器内部燃料分级、有效的预混合装置、减少冷空气以及分级燃烧方案，针对当前提出的要求进行系统的优化。“轴向分级法(axial staging)”提及的分级燃烧技术由传统的燃烧器组成，它点燃一次燃烧区。这种一次燃烧区又可以如传统的燃烧器那样内部分级，以及覆盖直至当前燃烧温度的负荷范围。在一次燃烧区的下游连接二次燃烧区。在二次燃烧区内通过一个沿轴向相对于一次燃烧区错开的级来喷入附加的燃料。这些燃料然后在一个扩散式区域内燃烧。所述燃料可以用惰性成分(蒸汽、氮、二氧化碳)稀释，目的是显著降低化学计算的燃烧温度，并由此抑制NOx形成。与此同时，沿整个可供使用的燃烧室分布热释放量，降低燃烧系统热声学不稳定性的趋势。

为了在保证的排放界限内可靠运行所需要的稀释介质，必须由单独的过程提供，这带来许多缺点。首先增加整个电厂的复杂性，加大投资。第二，所述单独的过程本身需要能量，所以影响总效率。第三，降低电厂的可利用率，因为这种过程有一定的故障概率，这种故障概率必须计入传统电厂的故障概率之中。基于所述的原因，在二次燃烧区内不在第二轴向级的燃料中加入空气/燃料混合物形式的惰性成分(“fuel only”)。

在涉及管式燃烧室的文件DE102006053679A1、US6418725B1中以及在涉及环形燃烧室的文件DE4232383A1、US2009/0084082A1、US6192688B1、US6047550和US6868676B1中，记载了与此相关和其他的现有技术。

US2011/0067402A1公开了一种包括燃烧室的燃气轮机，燃烧室具有一种两级式的燃烧方案。这种燃烧室包括有燃烧器装置的燃烧室前端、燃烧室出口和燃烧室壁，其中燃烧室壁从燃烧室前端延伸到燃烧室出口，以及包括一次燃烧区和二次燃烧区。沿燃气的主流方向，二次燃烧区设置在一次燃烧区下游。沿燃烧室的圆周设置汇入二次燃烧区的喷射器，这些喷射器构成燃烧系统的两个轴向级。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于将燃料空气混合物加入燃烧室的喷射器、一种燃烧室和一种包括至少一个这种燃烧室的燃气轮机，借助它们能实现减少氮氧化物(NOx)的排放和低CO排放。

按本发明用于将燃料空气混合物加入燃烧室的喷射器，包括一条纵轴线和一些弯曲的，亦即不是直的，尤其弧形的流动通道。术语“弧形”在这里理解为“按至少一条弧线弯曲的形状”，例如也理解为S形弯曲。每个流动通道包括一个燃料进口、一些空气进口和一个燃料空气混合物出口。在这里，燃料进口与燃料分配器连接。此外燃料进口还有一条垂直或平行于喷射器纵轴线延伸的中心线。燃料空气混合物出口有一条垂直于喷射器纵轴线延伸的中心线。空气进口各有一条平行于喷射器纵轴线延伸的中心线。

在流动通道中造成的燃料空气混合物，可以通过燃料空气混合物出口加入燃烧室内，例如加入燃烧室二次燃烧级内。通过流动通道的弧形，例如也可以是S形弯曲形状，在可供使用的小的空间内达到大的混合长度。

有利地，喷射器在燃烧室上可安置为，使其纵轴线基本上平行于燃烧室的纵轴线延伸。尤其是，喷射器的纵轴线与燃烧室的纵轴线重合。

有利地，一个流动通道的空气进口排布成至少一行。以此方式达到通过燃料进口加入流动通道中的燃料与通过空气进口加入流动通道中的空气连续混合。

空气进口可以有圆形横截面。它们尤其可以设计为钻孔。一行空气进口优选地可以螺旋形延伸，例如相对于一条平行于喷射器纵轴线延伸的轴线成螺旋形。每个流动通道可尤其有一条至少部分弯曲或成弧形延伸的中心线，以及所述至少一行空气进口可以平行于流动通道的中心线延伸。