[发明专利]用于燃气轮机的燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的燃烧器，包括先导燃烧室，所述先导燃烧室包括供应模块，所述供应模块将先导燃料和先导空气供应到位于由先导燃烧器壳体包围的先导燃烧空间中的先导燃烧区域中，所述先导燃烧器壳体包括渐缩式出口，所述渐缩式出口将在先导燃烧区域中生成的基团和热量的混合物排放到由燃烧器壳体包围的主燃烧空间中，其中，所述燃烧器还包括设置有多个孔的均衡器，主空气流穿过所述多个孔进入处于压力损失下的腔，以均衡在所述腔中的空气的流动分布，所述燃烧器还包括位于所述均衡器的下游的燃料喷射器以将主燃料流供应到主空气流中，其中，燃烧器轴线由所述先导燃烧区域的中心和所述主燃烧区域的中心限定。

背景技术

燃气轮机发动机使用在各种应用中——包括发电、军用和民用航空、管道输送以及海洋运输。根据本发明的燃气轮机的优选操作方式是部分倾斜的预混合燃烧过程（LPP），其中通过提供燃烧产物——基团和热量——的先导燃烧室来使燃烧保持稳定，其中燃烧产物能够使主要的部分倾斜的预混合燃烧过程稳定。接着热量效率，与燃气轮机发动机中的燃烧过程相关联的主要问题是火焰的稳定化、脉动和噪音的消除以及污染排放物——尤其是硝基氧化物、一氧化碳、未燃尽的碳氢化合物（UHC）、烟气以及颗粒排放物——的控制。

在WO2009/121777A1中描述了前述类型的燃烧器，其中由于NOx排放物的从传统的大约2300K降至低于化学计量点的小于1800K的较低的火焰温度，LLP燃烧作为减少NOx排放的可能性的方法被提及。为了使火焰温度减少至低于1800K，需要为化学计量燃烧的空气量的大约两倍，这可以导致预混合火焰的贫燃熄灭。尽管熄火问题会导致低频振动，但通过在火焰速度中的起伏和火焰前方的统计学运动，也形成较高的频率，这同样是不理想的。

减少火焰温度的另外的方法是添加水，液态的水由于蒸发作用可以冷却火焰温度。但是由于将均为液态的燃料和水混合是非常复杂的并且需要用于添加混合模块的空间，所以需要对燃烧器的结构进行较大的改型。然而，现有的传统燃烧器设计已经是非常紧凑的结构，不可能再有用于附加模块的空间。由于使燃料和水混合会形成保持不稳定的液态乳状液，所以混合模块需要相当靠近燃烧器以避免这两种混合成分分离。

发明内容

因此本发明的一个目的是使设计更具有空间效率，尤其是能够添加另外的模块，尤其是用于生成燃料和水的乳状液的混合模块。

本发明的另一目的是提高稳定性并且避免燃烧器中的低频和高频振动。

本发明的另一目的是减少排放物——尤其是NOx、Co和UHC。

本发明提出一种包括权利要求1的特征部分的特征的前述燃烧器。从属权利要求涉及优选实施方式，其中参考从属权利要求，对于本领域普通技术人员而言为可能和合理的组合都属于本发明的范围。

本发明的基本特征是，空气流沿大致径向方向进入腔，然后流动方向改变大约90度，以沿腔的由限制径向运动的壁所先导的基本上轴向的流动方向进入旋流器。在旋流器中，旋流器翼部给予气流另一周向速度分量，以在燃烧腔下游获得最佳的速度分布。燃气轮机的传统旋流器——如在上述WO2009/121777中示出的——使用沿旋流器的径向流动方向，这如对径向空间消耗的缺点那样。令人惊讶地，应该意识到的是，根据本发明的沿旋流器的不同的流动方向不会对进入主燃烧区域下游的气流的速度型面的旋流分布产生任何负面效果。必须指出的是，对于连续性而言，由于沿旋流器流动路径的不同横截面没有以与如前所述相同的方式加速流动，所以通过旋流器的气流的轴向方向明显不同。另一方面，均衡器和旋流器的直径减小，这使得液态燃料更容易在更靠近主火焰前部的上游端的位置处引入。当燃料喷射器位于旋流器前部时——大多数情形下是这样——在相同的旋流高度的混合距离可以更大，而不需要额外的径向空间需求。同样，气流均衡器可以设计为非常充分而不需要限制与空间限制有关的边界条件。

通过这样给出一种优选的实施方式：所述燃烧器在喷射器下游包括旋流器以给予进入所述主燃烧空间的下游的燃料和空气的流的指定的流动分布。可替代地，旋流器和喷射器的次序可以改变或喷射器可以例如通过为旋流器叶片设置喷射孔而与旋流器组合。根据本发明，由于能够获得足够的轴向空间，所以旋流器可以设计成几乎没有与空间限制相关的任何妥协。所有需求可以被认为给予流动的用于最好的稳定性、最低的压力损失和导致高效的最佳混合的最优的旋流分布。