[发明专利]用于减少在燃气涡轮机中的NOx排放的方法、空气燃料混合器、燃气涡轮机和旋流器

说明书

一种用于减少在燃气涡轮机中的NOx排放的方法，在该方法中一次空气流和燃料流供应到双环形反向旋转旋流器(4)中，所述一次空气流供应到内部和外部环形腔室(51,52)中，其中方法包含将燃料流喷射到内部环形腔室(51)中的步骤。另一实施例是燃气涡轮机空气燃料混合器(1)，该燃气涡轮机空气燃料混合器包含双环形反向旋转旋流器(4)，该双环形反向旋转旋流器包含适用于将燃料供给到旋流器的内部腔室(51)内部的燃料供给元件(3)；另一实施例是由这样的空气燃料混合器提供的燃气涡轮机。

技术领域

在本文中公开的主体的实施例主要涉及用于减少在燃气涡轮机中的NOx排放的方法。

背景技术

在过去几年中燃气涡轮机污染物排放特别地在NOx排放方面的减少已经变得特别地期望的；更详细地由于在该事件上愈加严厉的政府法规这样的减少特别地需要。

随着时间流逝，在该领域中，已经探究了许多解决方案以便减少NOx排放；似乎给出了良好的结果的一个解决方案是所谓的“稀薄燃烧”(即当燃料与空气当量比保持成远低于化学计量(stoichiometric))，其代表了当火焰温度适当地控制时的有效的策略。

然而，仍然可能的是给定的燃烧器燃料/空气混合物由于由燃料喷嘴硬件导致的未达最优的混合分布而不是最优的：非理想的混合的区域那么能够出现并且热点能够在燃烧器中出现，导致局部的近化学计量的燃烧区域，因而导致NOx排放的恶化。

在已知技术中，为了促进均匀的燃料/空气混合，漩涡稳定燃料/空气混合器已经应用在燃气涡轮机工业中；一种特别的已知的空气燃料混合器是包含双环形反向旋转旋流器(dual annular counter rotating swirler，有时称为双环形对转旋流器)(也表示为DACRS)的空气燃料混合器，如在图1，2和3中示出的那样。

该空气燃料混合器100包含两个共轴的环形腔室，一个外部腔室101和一个内部腔室102；在每个腔室中设置有一定数量的叶片103,104，因此形成了所谓的“旋流器”：内部旋流器105和外部旋流器106。

由于两个旋流器105,106的叶片103和104的不同的形状，在进入旋流器的空气流107处给予有反向旋转运动。

空气流然后与喷入在外部旋流器105的腔室101中的燃料(特别地为燃气)流108混合：由于由反向旋转旋流器105,106产生的剪切层，高湍流级被促进并且尽管小的可用的导管长度仍能够改善燃料/空气混合。

燃料流108关于旋流器的旋转的轴线在横向方向上被喷射在在外部旋流器105的邻近的叶片103之间的导叶中，如能够在图3中认识到的那样。

其他的已知的解决方案是在美国专利5,251,447中描述的那些，在其中使用DACRS，并且燃料轴向地(在平行于旋流器的旋转的轴线的方向上)喷射在外部腔室内部。

另一已知的解决方案在美国专利5,351,447中显示的那种，在其中在由DACRS提供的空气燃料混合器中燃料不但在外部腔室中被供应而且轴向地喷射在内部和外部旋流器的交叉点处在后者下游。

试图总结，已知的解决方案的主要目标是在那样的范围中改善空气燃料混合作用，即在这些范围中呈现了局部的近化学计量燃烧区域：在这样的意义中，看起来在已知的解决方案中共同的标准是改善在混合器的外部部分中的该混合作用，其中呈现了热点和非理想的混合的非期望的区域。

尽管那些已知的解决方案通常是有效的，但NOx排放的更进一步的减少是期望的。

此外，那些种类的已知的空气燃料混合器对于制造可变性是特别地敏感的，因为加工公差能够强烈地影响混合器的整个性能；能够发生在同样的许多由相同的制造商制造的空气燃料混合器中显示了在一个混合器和另一个混合器之间在性能方面的大的差异，因而高的整修费用。

发明内容