[发明专利]用于点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置以及运行这种具有在各独立权利要求的前序部分所述特征的燃烧器装置的方法。

背景技术

鉴于全世界都在力图降低燃烧装置、尤其是燃气透平的污染物排放，在近年来开发了具有特别小的氮氧化物(NOx)排放的燃烧器。在此有价值的是，这种燃烧器不仅分别能用一种燃料运行，而且可以选择地或组合地以尽可能不同的燃料(如石油、天然气和/或煤气)运行，以便提高运行的供给安全性和灵活性。这种燃烧器例如在EP 0276696B1中描述。

在设计用于所有可能的各种运行条件和运行燃料的燃烧器时的问题在于，在运行中分别需要的各种燃料的体积是不同的，因此难以对所有的运行燃料使用相同的供给系统和相同的喷入口。因此在现有技术中公知的是为液态和气态的介质使用不同的供给系统。

但在根据选择使用具有完全不同的比燃烧值的两种气态燃料(例如天然气和煤气)时产生另一个问题。在使用这两种燃料时的各种相对的体积比和在其燃烧时的不同化学过程需要修改或扩展已知的系统。

已知的是，为了减少污染物排放而在一定的运行状态下喷入额外的惰性物质，尤其是水或水蒸气，由此降低燃烧温度并因此减小NOx的污染物排放。还由WO 89/08803A1公知的是，例如在使用重油作为燃料时还应向喷入的物质混入添加剂，以避免后面的燃气透平的部件的损坏。

由EP 0276696B1公开了一种用于与煤气和/或油预混和运行的混和燃烧器，该燃烧器尤其用于燃气轮机设备中。该燃烧器由中心的引燃器系统组成，该引燃器系统可以用煤气和/或燃油作为扩散燃烧器或单独的预混和燃烧器运行。此外可以设计喷入惰性物质。引燃器系统由主燃烧器系统包围，该主燃烧器系统具有空气供给环形通道系统，该空气供给环形通道系统带有位于其中的、带有多个用于与煤气预混和运行的叶片的涡流叶片组。此外，在主燃烧器系统中在涡流叶片组的区域中存在用于燃油的喷入嘴，该涡流叶片组实现主空气流与燃油的预混和。

德国专利DE4212810B4和源自于该专利的EP0580683B1记载了本发明最接近的现有技术。在此前提是，在用低燃烧值的燃气燃烧时不需要特别的措施来降低污染物排放，因为在这种气体燃烧时不会出现非常高的火焰温度，并因此实际上保持NOx的形成是微不足道的。因此足以创造另一种简单的供给系统，然而其中必须注意的是，该系统不能不利地影响其它系统，并且在其它系统运行时也不能降低运行安全性。因此重要的是，其它的环形通道在流入侧在用于其它燃料的喷嘴上方汇入。通过这种方式，在燃烧器通过喷嘴供应其它类型的燃料时，能点燃的混和物不会到达其它环形通道。

在这种燃烧器中挑战是由于不均匀的热分布而在金属壳体(所谓的燃烧器毂)的壁中产生的机械应力，在所述燃烧器毂中燃气和燃油能量介质的环形供给通道相对紧密地并排布置。燃气环形腔关于流入的空气的流动方向在输入侧在所谓的涡流叶片组的上游向主燃烧器供给，该涡流叶片组使得空气流和燃气形成混合的涡流，或者经过涡流叶片组。此外，存在一燃油供给器，该燃油供给器通常比燃气供给器布置得更接近燃烧器出口。燃油供给器包括燃油环形腔以及通向该环形腔的燃油供给通道，该燃油供给通道布置在位于燃气环形腔和引燃器之间的燃烧器毂壁中。

因为燃气相比燃油具有更小的密度，所以其要求更大的横截面，因此燃气供给器的尺寸明显大于燃油供给器的尺寸。因此，带有燃气供给器的燃烧器毂的部分具有比燃油供给器更大的、朝向空气通道的外表面。空气供给以经过压气机的预压缩空气进行，从而使所供给的空气由于压缩而具有已经高于400℃的温度。因此，带有气体供给器的燃烧器毂部分的区域被迅速加热到超过400℃的温度并保持在该运行温度上。反之，通向燃油环形腔的燃油供给器远离热的空气供给通道，因此燃油供给通道中的燃油几乎不被加热并因此仅具有约50℃的温度。

因为，燃烧器毂一方面在燃气环形腔的区域内被强烈地加热，而另一方面相邻的燃油供给通道明显较冷，所以在连续运行时和清洗燃烧器毂时，燃气环形腔和燃油供给通道之间的壁都处于大的温度梯度下。如果燃烧器毂，也就是燃油通道用水清洗，那么燃气通道保持热，而燃油通道强烈地冷却。由于燃烧器毂内的空间有限，因而各通道紧密相邻并产生了高的温度/热量梯度。由于温度梯度产生了热应力，该热应力明显缩短了这种燃烧器毂的寿命。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是降低在燃烧器装置的运行时和清洗燃烧器毂时由所述的热在燃烧器毂中造成的应力。