[发明专利]有强化混合燃料喷射器的燃气轮机燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室。更确切地，本发明涉及一种低氧化氮产物(NOx)的燃烧室，它能够燃烧可燃成分低的气态燃料混合物。

背景技术

在燃气轮机中，燃料在一个或多个燃烧室中，与由一压缩机产生的压缩空气一同燃烧。通常这样的燃烧室具有一个初级燃烧区，在该燃烧区内，近似理想配比的燃料和空气的混合物在一扩散式燃烧过程中形成并燃烧。燃料借助于一布置在中央的燃料喷嘴而导入初级燃烧区。附加的空气被导入初级燃烧区的燃烧室下游，结果使整个的燃料/空气比就大大地小于其理想配比，也就是混合物是可燃成分低的、稀薄的。虽然使用了可燃成分低的燃料/空气比，但是由于在初级燃烧区内燃料和空气混合物的局部富油，使得在起动时，燃料/空气混合物还是很容易被点燃，并可以在较宽的火焰温度范围内得到良好的燃烧稳定性。

遗憾的是，可燃成分高的燃料/空气混合物在初级燃烧区内的燃烧会导致很高的温度。这样高的温度会促进氧化氮(NOx)的形成，而氧化氮(NOx)则是一种空气污染物。众所周知，在可燃成分低的燃料/空气比下燃烧能够减少氧化氮(NOx)的形成。然而，要得到这样的可燃成分低的混合物需要将燃料充分地扩散到燃烧空气中并与燃烧空气很好地混合。这可以通过在将燃料导入燃烧区之前，将其与燃烧空气进行预混合来实现。

在使用气态燃料的情况下，可以通过下述方式实现预混合，即将燃料导入初级和次级环形通道，将燃料和空气进行预混合，然后再分别地将预混合后的燃料导入初级和次级燃烧区。使用在每一个通道的周边上布置的圆柱形燃料喷射管将气态燃料导入这些初级和次级预混合通道。在美国专利№5,394,688(Amos)中公开了这种类型的燃烧室，在此已全文引用。    

在预混合通道内圆柱形燃料喷射管的存在使得在喷射管下游的空气流中产生紊流。这样的紊流是合乎需要的，因为它有助于燃料和空气的混合。然而，与这种紊流区相关联的再循环会引起燃料喷射管实际充当了一个火焰稳定器，以致于燃烧过早地发生在预混合通道内，而不是如所希望的在燃烧区内发生。这会导致对燃料喷射管和构成预混合通道的衬套的损害。

因此，需要提供一种适合于可燃成分低的燃料的燃烧的燃气轮机燃烧室，这种燃烧室能够将燃料导入预混合通道，具有足够的紊流以使之混合，但又不会产生能作为火焰稳定器的再循环区。

发明内容

因此，本发明的基本目的是提供一种适合于可燃成分低的燃料的燃烧的燃气轮机燃烧室，这种燃烧室能够将燃料导入预混合通道，具有足够的紊流以便于混合，但不会产生可能作为火焰稳定器的再循环区。

简言之，本发明的上述目的及其它目的在下述的燃烧室中得以实现，该燃烧室包括(ⅰ)一个接收压缩空气的入口，(ⅱ)一个燃烧区，和(ⅲ)燃料预混合装置，用于将燃料至少引入压缩空气的第一部分中进行预混合，以形成燃料/空气混合物，而后将该燃料/空气混合物导入燃烧区。该燃料预混合装置包括(ⅰ)与上述入口和燃烧区流体相通的通道，压缩空气的第一部分流过该通道，和(ⅱ)多个伸入该通道的部件。这些部件中的每一个具有(ⅰ)第一和第二相对侧面，(ⅱ)第一混合肋片，该肋片从第一侧面向外延伸一第一距离，(ⅲ)第一燃料排出口，该排出口形成在第一侧面上，该第一燃料排出口位于相对于穿过该通道的压缩空气的第一部分气流在第一混合肋片的下游方向上，距第一混合肋片的距离为一第二距离。

附图简介

图1是具有本发明燃烧室的燃气轮机燃烧部分的纵剖视图。

图2是图1所示的燃烧室的纵剖视图，其中剖面是沿图3中的线Ⅱ-Ⅱ所作的。

图3是沿图2中的线Ⅲ-Ⅲ所作的横断面图。

图4是图2和3中所示的本发明的喷射棒的立体图。

图5是图4所示的喷射棒的断面图。

图6是沿图5中的线Ⅵ-Ⅵ所作的断面图。

最佳实施例

图1示出了燃气轮机1的燃烧部分。燃气轮机包括一压缩机2，该压缩机2由一涡轮机6通过一轴26驱动。周边空气被抽入压缩机2内并被压缩。由压缩机2产生的压缩空气8被导入一包括有一个或多个燃烧室4和一个燃料喷嘴18的燃烧系统，其中燃料喷嘴18既可以将气态燃料16也可以将燃料油14导入燃烧室。通常情况，气态燃料16可以是天然气，而液态燃料14可以是2号柴油，但也可以使用其它的气态和液态燃料。在燃烧室4内，燃料在压缩空气8中燃烧，产生热的压缩燃气20。