[发明专利]用于燃气轮机的燃烧器

说明书

本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机(10)的燃烧器，其中所述燃烧器(30)包括燃烧室(28)和旋流器(107)，旋流器(107)适于将旋流器空气流(125)引导到所述燃烧室(28)，其中所述旋流器(107)包括限制旋流器空气流(125)的第一壁(115)以及限制旋流器空气流(125)的第二壁(116)，所述第二壁(116)与所述第一壁(115)位于同一侧并且相对于旋流器空气流(125)位于所述第一壁(115)的下游，并且所述第二壁(116)相对于所述第一壁(115)在远离旋流器空气流(125)的方向上移位，使得由所述第一壁(115)和所述第二壁(116)形成能够引起旋流器空气流(125)的流分离的台阶(117)，其中所述第二壁(116)在其表面中具有适于将液体燃料喷射到旋流器空气流(125)中的通孔(103)。

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧器。

背景技术

用于燃气轮机的燃烧器可以在某些操作条件下通过将水注入燃烧室中而运行，以降低火焰温度并因此减少NO_x的排放。减少NO_x排放的一种替代方法在于使用干式低排放(DLE)燃烧器，DLE燃烧器在不注入水的情况下运行，并且基于在燃烧之前预先混合燃料和空气。DLE燃烧器排放低浓度的NO_x并产生致密的火焰。但是，DLE燃烧器通常被设计用于满负载运行。特别地，DLE燃烧器包括用于将液体燃料喷射到燃烧室中的燃料喷枪，其中喷枪的尺寸被设定成使得液体燃料的高效雾化以及燃料与空气的高效混合发生在满负载运转下。

然而，当燃烧器在部分负载运行下运行时，喷枪上的压降比满负载运行下时要低，这导致与满负载运行时相比雾化效率较低。这导致燃料与空气的混合效率较低，并且会导致形成沉积在燃烧器表面上的燃料韧带，从而导致形成积碳。当在喷枪上形成积碳时，会导致燃料的阻塞，并且当在点火器端口形成积碳时，会导致点火效率降低。此外，燃料与空气的较低效的混合会导致形成排放到大气中的烟灰。

常规地，在部分负载运行下，DLE燃烧器被操作成使得压缩空气从燃气轮机排出，使得更少的空气进入燃烧室，这提高了火焰温度。利用这个更高的温度，积碳能够至少部分地燃烧。然而，这种操作是不利的，因为它降低了燃气轮机的效率，并且不能在小于例如满负载的40％的部分负载下执行。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种燃烧器，该燃烧器能够在部分负载运行下操作，具有液体燃料的高效雾化以及燃料与空气的高效混合。

根据本发明的用于燃气涡轮发动机的燃烧器包括燃烧室和旋流器，该旋流器适于将旋流器空气流引导到燃烧室，其中旋流器包括限制旋流器空气流的第一壁以及限制旋流器空气流的第二壁，其中第二壁与第一壁位于同一侧并且相对于旋流器空气流位于第一壁的下游，并且第二壁相对于第一壁在远离旋流器空气流的方向上移位，从而由第一壁和第二壁形成能够引起旋流器空气流的流分离的台阶，其中第二壁在其表面中具有适于将液体燃料喷射到旋流器空气流中的通孔。由台阶引起的流分离导致形成多个旋涡作为相对于旋流器空气流处于下游的剪切层的一部分。由于液体燃料通过通孔被喷射到旋流器空气流而不是由从第二壁突出的喷枪喷射，所以液体燃料在离开第二壁时与空气直接混合并因此与涡流相互作用。这种相互作用导致液体燃料的高效雾化和与空气的高效混合。当通孔上的液体燃料的压降低于燃烧器的满负载运行时，雾化和混合在燃烧器的部分负载运行时也将是高效的。此外，通孔需要比喷枪更小的压降。也是因为这个原因，液体燃料的高效雾化可以在较低的部分负载下发生。

优选的是，旋流器包括限制旋流器空气流的至少一个另外的壁，所述至少一个另外的壁与第二壁位于同一侧并且相对于旋流器空气流处于第二壁的下游，其中每个另外的壁相对于其直接相邻的、相对于旋流器空气流位于上游的壁在远离旋流器空气流的方向上移位，从而由两个直接相邻的壁形成能够引起旋流器空气流的流分离的相应的台阶，其中每个另外的壁在其表面中具有适于将液体燃料喷射到旋流器空气流中的通孔。具有另外的通孔的另外的壁进一步提高了雾化和混合的效率。