[发明专利]再热喷燃器布置

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮中的预混用途的喷燃器(burner)。特定而言，其涉及用于再热过程中的燃烧室的喷燃器。此外，其涉及这种喷燃器的操作方法。

背景技术

为了实现高效率，在标准燃气涡轮中需要高涡轮入口温度。结果，产生高NO_x排放水平。这些排放可利用顺序燃烧来减轻。主流经过第一燃烧室(例如使用如在EP 1257809中或如在US 4932861中公开的一般类型的喷燃器，其也被称为EV燃烧器，其中EV代表环境)，其中，燃料的一部分被燃烧。剩余的燃料被添加和燃烧(例如使用如在US 5431018或US 5626017中或在US 2002/0187448中公开的类型的喷燃器，其也被称为SEV燃烧器，其中S代表二级)。这两种燃烧器包括预混喷燃器，因为低NO_x排放需要燃料和氧化剂的高混合质量。

由于第二燃烧器由第一燃烧器的排气进给(可能利用一些额外的冷却空气来冷却)，因而操作条件允许燃料空气混合物的自燃(自发点火)而无需将额外的能量供应至该混合物。为了防止燃料空气混合物在混合区中的点燃，其中的停留时间不得超过自动点火延迟时间。该标准确保喷燃器内的无火焰区。该标准在获得燃料跨喷燃器出口区域的合适分布时带来挑战。

燃料和氧化剂在混合区出口处的随后混合恰好足以允许低NO_x排放(混合质量)并避免闪回(停留时间)，这可由混合区中的燃料空气混合物的自动点火引起。

当前设计由于喷燃器出口面积、流速和喷燃器中的喷射后停留时间而受限。这在实现周向混合时带来困难。

发明内容

本公开的一个目的是，在利用受限的喷燃器出口区域时减少或避免下游构件(例如燃烧室和涡轮构件)的设计中的限制。喷燃器出口区域是受限的，以确保喷燃器内的足够流速而避免到喷燃器中的闪回。然而，需要从燃料喷射位置到喷燃器出口的最小长度以允许喷燃器内的充分混合。

该目的通过提供向喷燃器提供喷射装置而实现，喷燃器特别用于带有第一和第二燃烧室的燃气涡轮的二级燃烧室，喷射装置用于将至少一种气态燃料引入喷燃器中，其中，该喷燃器的喷射装置具有布置在喷燃器中的至少一个本体或喷枪，并且其中，该本体具有至少一个喷嘴以用于将至少一种气态燃料引入喷燃器中。

根据一个实施例，该至少一个本体可被配置为具有流线型截面轮廓的流线型体，并且关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在喷燃器中的主流方向而延伸。该至少一个喷嘴可使其出口孔口在流线型体的后缘处或其中。根据本发明的本体具有两个侧表面(通常至少用于基本平行于主流方向并会聚的一个中心体，即，对于其它倾斜)，并且，至少一个涡流发生器位于至少一个侧表面上的至少一个喷嘴的上游。

用于二级燃烧室的这种喷燃器可为带有顺序燃烧的燃气涡轮的一部分，其中，燃气涡轮包括：压缩机；带有第一燃烧室和第一喷燃器的第一燃烧器，其从压缩机接收压缩空气；带有第二燃烧室和二级喷燃器(也称为第二喷燃器)的第二燃烧器，其从第一燃烧器接收带有预定的第二燃烧器入口温度的热气体；以及涡轮，其从第二燃烧器接收热气体。涡轮可布置在第一与第二燃烧器之间。

本发明的一个方面是将根据现有技术常规使用为单独元件(在单独的燃料喷射装置上游的单独的结构化涡流发生器元件)的涡流发生器方面和燃料喷射装置合并成单个组合的涡流发生和燃料喷射装置。

通过这样做，燃料与氧化空气的混合以及涡流产生发生在非常接近的空间附近且非常高效，使得更快速的混合是可能的，并且混合区的长度可减小。在一些情况下甚至可能的是，通过对氧化空气路径中的本体的对应设计和定向而省略流调节元件(涡轮出口导叶)，因为该本体也可进行流调节。这在沿喷射装置没有严重压降的情况下都是可能的，使得该过程的整体效率可被维持。

至少一个这样的喷射装置位于一个喷燃器中，优选地至少两个这样的喷射装置位于一个喷燃器内。通常，多个径向延伸的喷射装置布置在中心体周围，例如10个、12个、14个或更多的这种喷射装置位于一个喷燃器内。

在第一系统中，燃料和空气被预混合，并且使用仔细控制的气动结构来使传播火焰稳定。

在第二燃烧系统中，燃料被喷射到第一系统的排气中并在燃烧发生之前混合。由于到该燃烧系统的入口温度超出燃料的自动点火温度，因而燃烧在特性延迟时间之后发生。

因此，没有对于复杂的气动火焰稳定装置的需要，因为火焰在由流速和特性自动点火延迟时间给出的预定位置处将是自稳定的。