[发明专利]燃气透平环形燃烧室

说明书

本发明涉及燃烧技术领域。本发明涉及的是一种燃气透平环形燃烧室，该燃烧室利用预混合燃烧器来运行，同时还涉及运行这一装置的一种方法。

燃气透平基本上包含如下部分：压缩机，燃烧室和涡轮机。由于环境保护原因，已越来越多地采用一种有害物少的预混合燃烧以代替扩散燃烧。    

大家已熟悉的技术现状是(参考H.Neuhoff和K.Throen：《新型燃气透平GT24和GT26-由于顺序燃烧而达到高效率》，ABBTechnik2(1994)，第4-7页；及D.Viereck：《燃气透平GT 13E2-一个对未来有指导意义的方案》，ABB Technik 6(1993)，第11-16页)，在一个燃气透平的压缩机和装备着多个预混合燃烧器的环形燃烧室之间安置一个集气室，在其中保持着很低的空气速度。通过这一集气室，便可实现对各燃烧器的均匀空气分配。附带地还可提供这样一个可能性：为燃烧室和透平拾取高压力水平的冷却空气。

从压缩机中出来的空气具有很高的速度(约200米/秒)，而且为了回收其中所含的动能须尽可能无损耗地在一导向扩压器中加以减速。

为了实现有害物少的燃烧，使燃料和燃烧用空气在燃烧器中预先混合。但为了预混合过程的安全进行，在附有一理想配比混合物区的混合点处，空气速度必须很高，才能可靠地避免火焰的反冲。在集气室中速度还是极低(约10米/秒)的空气因此须在预混合区再加速到高速度(约80-100米/秒)。

为了把火焰在预混合燃烧器下游稳定到一个固定的地方，必须至少局部地在燃烧器下游再次大大降低燃烧室中的空气速度。在大多数情况下会产生一种局部的、有负速度的回流区。在燃烧室中，速度大约为50米/秒，以便于获得足够的停留时间，并保持热气和燃烧室壁之间的最小的热传导。在离开燃烧室时，又有一次加速，这样，在进入透平机时的燃气速度将可达到接近声速。

在压缩机出口和透平机入口之间的流动介质(空气、燃气/空气-混合物、热气)的多次加速和减速有一缺点，即它们必然造成损耗。此外，还要求对全部的空气流进行多次转向，这是因为根据转子动力学理由，压缩机出口和透平机入口之间的距离必须保持很小，从而按照已知的技术现状使得燃烧室的结构尺寸相当的大而复杂。

本发明试图避免上述所有缺点。本发明的基本任务是开发出一种装备着特殊预混合燃烧器的燃气透平环形燃烧室，该燃烧室的特点是结构尺寸小，而且与已知的技术相比它的结构也简化了，从而在减小总的压力损耗情况下改善了燃料和空气的预混合。

按照本发明，燃气透平环形燃烧室在一个压缩机下游安置，在其前壁上至少装着按环形布置的一系列预混合燃烧器。按照本发明，前述任务是通过下述措施加以解决的：在压缩机下游与其紧挨地设有作为扩散器加以设计制做的燃烧器空气通道，分别从最后一列压缩机的导向叶片至每个燃烧器各在该通道的下游端至少有一个纵向涡流发生器。在这里，在纵向涡流发生器中或者在纵向涡流发生器下游，至少配备一个燃料喷入口，在该燃料喷入口下游设置一个通入燃烧室的混合通道，该通道具有恒定的通道高度，其长度大致相当于液压通道高度的值的两倍，该混合通道的轴线与燃气透平的轴线形成一个45°度的角度(α)。

燃烧用空气从压缩机出来后便直接分成单股空气流分配给燃烧器，及用于燃烧室和透平机的冷却。分配后用于燃烧器的空气的速度将大约减缓到压缩机出口处速度的一半，随后每个燃烧用空气通道至少在空气中发生一个纵向涡流，这时，在纵向涡流发出处或者在其下游掺入燃料，于是混合物便沿着混合通道流动，并随同一个总涡流流入燃烧室中，最后在那里燃烧。

此外，本发明的优点在于：与迄今的技术水平相比，燃烧室的尺寸较小，因而燃烧室中需要冷却的表面减少了。压缩机出口和透平机入口之间的压力损耗较小。另一方面，对各燃烧器可以实现甚佳的稳定的空气均匀分配，并改善燃料和燃烧用空气的预混合。

尤其可取的是，最后一列压缩机叶片的数目与预混燃烧器的数目是成整数比例的，特别是1或2的比率，因为这样，一条燃烧用空气通道可以直接地连接到最后一列压缩机的一个或两个叶片通道上。

有利的做法是，混合通道的横截面近似于一个圆，因为这样可以实现空气和燃料的充分混合。但是，混合通道具有矩形横截面也是可以设想的。同样地，在只有一列燃烧器时，混合通道是作为一个分段的环形间隙加以设计的。

此外，还有一个有优点的方法是，燃烧用空气通道呈螺旋状地安置在燃气透平的轴周围。由此可以节省轴向长度。