[发明专利]在压缩空气中燃烧燃料的方法

说明书

本发明涉及一种在压缩空气中燃烧燃料的方法，压缩空气制备成沿轴线流动的气流，其中，首先从此气流中分出多股支流，为每股支流单独供应一部分燃料和燃烧成伸入气流中的引领火焰，而其余的燃料分布在气流中，在引领火焰处点燃和燃烧。

本发明具体涉及在燃气轮机中压缩机部段与涡轮部段之间流动的压缩空气中的燃料的燃烧。在一台相应的燃气轮机的两个涡轮部段之间流动的压缩空气中燃料的燃烧，也属本发明考虑之列。

在用于提供机械能的燃气轮机中，空气在压缩机部段中被压缩为高压，接着，通常通过燃料的燃烧供入热量而被加热，在这种情况下，一般基本上保持这一高压，并最终在涡轮部段中膨胀降压。燃料的燃烧按传统的方法实现，此时，气体通过燃烧室流动，在燃烧室中设有燃烧器或多个燃烧器的装置，通过它们向气体中供入要燃烧的燃料并点燃之。

这类燃烧器的例子可参阅EP0193838 B1、US-Patent Re.33896、EP0276696B1、US-Patent 5062792、WO92/19913 A1，以及其他的实施形式如EP0210462 A1、EP0321809 A1和EP0 483554 A1。由EP0 489193 A1可知一种用于燃气轮机的燃烧室的例子，它设有多个燃烧器，这种燃烧室有一个带端壁的圆形环腔，燃烧器固定在端壁上，被提供来用于燃烧的压缩空气大部分经燃烧器流入环腔。此外，环腔以一个内壁和一个外壁为界，它们各具有一些用于流过空气的孔口。通过这些孔口流入环腔中的空气用于冷却内壁和外壁。燃烧室设在燃气轮机的压缩机部段与涡轮部段之间。在压缩机部段中压缩过的空气流进入燃烧室之前，它多次转向并最晚在进入燃烧室时失去它在离开压缩机部段时可能获得的扭转。尽管每个燃烧器本身给予流过它的气体支流某种程度的扭转，然而这还不足以使气流获得一种相对于轴线的扭转。由于燃烧室的结构以及比较复杂的气流导引装置造成了很大的压力损失；此外，由于气流失去了在压缩机部段中可能获得的扭转，所以气流必须在进入涡轮部段时重新被加入扭转，这就需要昂贵的设备方面的支出，并导致进一步的压力损失。

由EP0590297 A1可知一种燃烧室的例子，在这一燃烧室中导引一种带扭转的压缩空气流。虽然此文献没有明确说明燃烧室应如何设计，但指出了在保持扭转的情况下为了导引气流通过燃烧室，可以取消按传统的方式设在涡轮进口的固定的导向轮。

在压缩空气流中燃烧的方式和方法取决于有关于气流的许多细节。尤其是当气流运动得比较快时，在气流中进行的燃烧趋于不稳定，这种不稳定可能表现为增加有害物质的产生量，并可能直至使燃烧完全中断。当然，总是非常希望在此较快速流动的气流中相应进行必须的短时间内的燃烧，以抑制氧化氮的产生量，这种氧化氮由于燃烧时出现的高温自行调整，而与燃烧时进行反应的具体情况无关。为了取代氧化氮产物，只需要在燃烧形成的烟气中有过剩的氧，当然在燃气轮机中总是存在着这种情况。气流在高温下停留的时间短与减少氧化氮的产生量意义相同。当具有扭转的气流通过时，刚才所叙述的困难可能变得更加严重，因为在规定的用于燃烧燃料的气流的停留时间下，要求有更高的流动速度。

鉴于这一困难，本发明的目的是提出一种在压缩空气中燃烧燃料的方法，它始终保证燃料的稳定燃烧。

按本发明为达到这一目的，提出了一种在压缩空气中燃烧燃料的方法，压缩空气制备或沿轴线流动的气流，其中，首先从此气流中分出多股支流，为每股支流单独供应一部分燃料并燃烧成伸入气流中的引领火焰，其余的燃料分布在气流中，并在引领火焰处点燃和燃烧，其中，其余的燃料不均匀地分布在气流中，使由此所形成的燃料在气流中的分布，在每个引领火焰处有局部最大值。

就本发明的意图而言，除了将燃料在其中燃烧的空气流分成多股支流，并分别为每一股支流供入或多或少的热能的传统实践外；按本发明燃烧的主负荷不是在分成支流的气流中实施的。当然，是从气流中分出一部分气流并再分成一些支流，而这些支流用于形成引领火焰，它们伸入气流中并构成了其余燃料的点火源，燃料或多或少自由地分布在气流中。燃料在气流中的分布是有目的地不均匀，使得燃料在每个引领火焰处存在着分布的局部最大值。燃料在气流中的这种分布的不均匀性，保证在每个引领火焰处有比较充足的燃料与空气的混合物，这种混合气可简单并安全地点燃；在此意义上，与按传统的理解在燃料分布方面不希望有的不均匀性，对保证燃烧的稳定性和保证全部燃料彻底燃烧是有裨益的。