[发明专利]两级燃烧式燃烧室

说明书

本发明涉及两级燃烧的燃烧室具有至少一个予混合结构的初级燃烧器，其中，在予混合腔内，通过喷嘴喷入的燃料在点燃之前与燃烧空气强烈地混合，和具有一个第二燃烧器，它安置在予燃烧腔的下游。

具有最大可能的空气过量系数的燃烧(一方面说明，该火焰还可完全再燃烧，另一方面由此已不存在过多的CO)不仅可使有害物质量NOx减小，而且使另外的有害物如CO和未燃的碳氢化合物达到最低水平。因此可允许选择较大的空气过量系数，这样尽管最初产生较大量的CO，但是它可进一步反应成CO₂，所以最终CO散发物保持微小的。另外，由于大的空气过量系数，仅形成很少附加的NO。因为例如在用于燃气轮机的燃烧室中原则上安置较多数目的燃烧器，所以在载荷调节时总是仅仅与燃料相关的元件运行，为的是对于相应的运行阶段(启动，部分负载，全载荷)可获得最佳的空气过量系数。

为了使混合物在后接的燃烧腔中实现一个可靠的点燃和充分的完全燃烧，就必需使燃料和空气有一个均匀的混合。一个好的混合还有利于，避免在燃烧室中的所谓“热斑”(hot spots)，这些热斑则会导致生成不希望的NOx。由于此原因，两极式带有开头所述类型的初级予混合燃烧器的燃烧室逐渐多地被应用。

带有予混合燃烧器的单级燃烧室因而导致不足够性亦即至少在这些运行状态只有部分燃烧器供燃料运行或者单个的燃烧器以微小的燃料量运行，所以几乎到达火焰稳定器的边界位置。事实上，关于很贫的混合物的灭火边界和由此产生的低的火焰温度，在典型的燃气轮机条件下，当空气过量系数约为2.0时就已经达到了。

这个事实则导致燃烧室相对复杂的并使用相应昂贵的调节装置的运行方式。另一个扩展予混合燃烧器之运行区域的方案是借助一个小的扩散火焰来支承燃烧器。这个导引火焰纯粹包含的是燃料，或者至少为很坏的混合，因此一方面引起一个稳定的火焰，而且另一方面导致适于扩散燃烧的典型的高NOx-弥散的结果。

本发明试图避免上述所有的缺陷，因此特别的任务是，设置一个无贫弥散物的第二燃烧结构。

上述任务本发明是如此解决的：该初级燃烧器是一个火焰稳定的但没有机械火焰稳定器的予混合燃烧器，并在予混合腔上具有至少近似切向的燃烧空气流入结构和该第二燃烧器是一个非自点燃(selbstgangiger)予混合燃烧器。

这种火焰稳定的予混合燃烧器可以例如是所谓的双锥形的燃烧器，如在EP-B1-0321809中公知的，以后还参照图1至3B进行描述。该燃料，那里的气体，则在切向布置的入口隙缝中通过排列的喷嘴喷射到被压缩的流入的燃烧空气中。这些燃烧原则上在整个隙缝中是均匀分布的。

本发明优点特别在于一个NOx-中和的第二燃烧器。

由于该燃烧器可在贫油的混合物下保持运行，所以还可以在如此范围内使调节简化，即在燃烧室加载和卸载荷时，使用现有的予混合燃烧器原则上不能运行的空气过量系数区域，本发明装置可以通过运行，同时不用单独的措施就肯定避免了火焰的熄灭问题。

借助附图中一个燃气轮机的环形燃烧室阐述本发明的一个实施例。

图1是一个燃烧室的局部纵剖图。

图2是通过燃烧室的局部横剖图。

图3A是通过双锥型予混合燃烧器之出口区域的横剖图；

图3B是通过同一予混合燃烧器之锥尖区域的横剖图；

图4是一个燃烧室变型的局部纵剖图

图5是沿燃烧室-纵向延伸长度上的温度示意图；

现在为理解本发明特示出基本的元件。例如未描述完整的燃烧室和未示出其与一个设备如燃烧供应，调节控制装置或类似物的相应配置。工作介质的流动方向是用箭头标明的。

在图1中用50标明一个加壳体的正压腔；它原则上接收被未描述的压气机输送的燃烧空气和送入一个环形的燃烧室60中。这个燃烧室是两级式结构和基本上包括一个予燃腔61和一个下游安置的主燃烧腔62，它们两个被燃烧腔壁63所包围。

在位于燃烧腔60之头端部时和其燃烧腔通过一个前板54限定的予燃腔61上安装一个环形的圆罩55。在这种圆罩中，如此安置一个燃烧器110，即燃烧器出口至少近似与前板54齐平。该初级燃烧器110的纵轴线51与燃烧腔60的纵轴线52同轴布置。在圆周上分布多个并列置于圆环形前板54上的燃烧器110(图2)。通过在其外端部上打孔的圆罩壁，燃烧空气从整体腔50流入该圆罩内部并冲击到燃烧器上。该燃料则通过燃烧管120输入燃烧器中，而燃料管贯穿圆罩壁和正压腔壁。