[發明專利]爐子裝置

有效

• 申請號: 201310285688.8
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103542428A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: S.伯內羅;E.帕斯夸洛托;E.弗雷塔格
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術領域

本發明涉及固定式燃氣渦輪的領域，具體而言涉及用于產生將在渦輪中膨脹的熱氣體的爐子(burner)裝置，其包括位于氣室(plenum)內的爐子以及在所述爐子下游的具有流體地連接至燃氣渦輪的出口的燃燒室，所述爐子具有用于燃料噴射的裝置、用于空氣供應的裝置以及用于在爐子內產生可燃的燃料/空氣混合物的裝置。

背景技術

在燃氣渦輪的開發中，增加的循環性能和降低的污染物排放均是主要目標，以使環境影響最小化并使經濟利益最大化。為了增加燃氣渦輪效率，重要的是優化離開壓縮機的空氣的分布以及離開燃燒器的熱氣體的分布，即，工作流體在其開始在渦輪中膨脹之前經歷可能的最小壓降。

前述目標可通過布置用于燃燒器壁的冷卻路徑和并行的爐子空氣路徑(其在圖2a中示出)而實現。關于圖2a，示出了包括氣室1的爐子裝置的草圖，氣室1與固定式燃氣渦輪的壓縮機級(未示出)流體地連接，使得氣室1的體積填充有處于常壓p₁下的壓縮空氣2。氣室1包封爐子裝置，該爐子裝置包括由爐子罩4圍繞的爐子部段3，其具有用于燃料噴射的裝置5、用于空氣供應的裝置6、以及用于產生燃料/空氣混合物的裝置(未示出)，燃料/空氣混合物在位于爐子部段3下游的燃燒室7內被點燃。產生于所述燃燒室7內的熱氣體8離開所述爐子裝置直接進入渦輪(未示出)中以用于通過膨脹而做功。為了避免爐子裝置尤其是燃燒器的任何熱超載，燃燒器壁提供包括空隙9的燃燒器襯套，來自氣室1的壓縮空氣2分別從壓縮機進入空隙9以用于冷卻目的。空隙9呈現冷卻空氣路徑以冷卻燃燒器壁。冷卻空氣離開冷卻空氣路徑并直接進入燃燒室。氣室1內的還有一部分壓縮空氣經由用于空氣供應的裝置進入爐子部段3，該裝置呈位于爐子罩4內的入口開口6的形式，以用于與由噴射裝置5噴射的燃料混合，用于產生可燃的燃料/空氣混合物11。

然而，這一系統的缺點是以下事實：氣室內的并非所有由壓縮機供給的空氣參與燃燒，因此為了相同的熱氣體溫度要達到更高的火焰溫度，其后果是較高的NO_x排放。備選地，如果布局的目標是降低NO_x，則必須降低熱氣體溫度，由此負面地影響發動機效率。

經常使用一種備選系統，其中冷卻和爐子空氣路徑串行連接，參見圖2b。圖2包括相同的參考標號，其標注已在圖2a中說明的構件，從而避免重復說明這些構件。在此，用于燃燒器的冷卻路徑(其為空隙9)與爐子部段3流體地連接，使得冷卻空氣經由用于空氣供應的裝置6進入爐子，以與燃料混合以用于產生燃料/空氣混合物11。

這具有以下優點：整體空氣質量流參與燃燒，因而最小化排放，但在這種情況下，整體壓力損失可能較高，因此降低了效率。利用這一布局，通過旁通從氣室1直接到爐子罩4的空氣11中的一些，可有選擇地降低冷卻路徑的壓力損失。但是，旁通空氣11仍經歷壓力損失且由此不提供額外益處。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于產生將在燃氣渦輪中膨脹的熱氣體的爐子裝置，該爐子裝置包括在氣室內的爐子以及位于所述爐子下游的具有流體地連接至燃氣渦輪的出口的燃燒室，所述爐子具有用于燃料噴射的裝置、用于空氣供應的裝置以及用于在爐子內產生可燃的燃料/空氣混合物的裝置，其允許在較高溫度下操作并同時實現NO_x、CO排放的減少且減輕壓力降問題。

該目的通過根據權利要求1所述的特征總和來實現。通過在從屬權利要求中以及在下面特別參照優選實施例的描述中公開的特征，可有利地修改本發明。

本發明的思想基于如圖2a和圖2b中說明的兩種已知的空氣分配布局的組合的優點，并且通過使用根據權利要求1的前序部分的特征的爐子裝置而避免相應的缺點，該爐子裝置的特征在于用于燃燒空氣的兩個單獨的流路徑，即，進到爐子中的空氣供應用的裝置包括至少兩個單獨的流通路，其中，這兩個流通路中的一個以第一供應壓力供給且另一流通路以第二供應壓力供給。

實際上，在爐子裝置的優選實施例中，兩個流通路中的至少一個流體地連接至氣室，在該氣室中第一壓力占優勢，該氣室流體地連接至壓縮機且另一流通路流體地連接至空隙，在該空隙中第二壓力占優勢，并且該空隙由燃燒器襯套接界，燃燒器襯套具有至少一個到氣室的流體入口。兩個通路終止于爐子部段中，使得供給通過兩個通路的全部空氣量與燃料混合，以用于在燃燒室內被點燃之前形成燃料/空氣混合物。