[發明專利]再熱噴燃器布置

有效

• 申請號: 201310509318.8
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103776060A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: J.P.伍德;A.西亞尼;A.特尤爾;D.A.彭內爾;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: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F23R3/42
• 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

本發明涉及用于燃氣渦輪中的預混用途的噴燃器(burner)。特定而言，其涉及用于再熱過程中的燃燒室的噴燃器。此外，其涉及這種噴燃器的操作方法。

背景技術

為了實現高效率，在標準燃氣渦輪中需要高渦輪入口溫度。結果，產生高NO_x排放水平。這些排放可利用順序燃燒來減輕。主流經過第一燃燒室(例如使用如在EP?1257809中或如在US?4932861中公開的一般類型的噴燃器，其也被稱為EV燃燒器，其中EV代表環境)，其中，燃料的一部分被燃燒。剩余的燃料被添加和燃燒(例如使用如在US?5431018或US?5626017中或在US?2002/0187448中公開的類型的噴燃器，其也被稱為SEV燃燒器，其中S代表二級)。這兩種燃燒器包括預混噴燃器，因為低NO_x排放需要燃料和氧化劑的高混合質量。

由于第二燃燒器由第一燃燒器的排氣進給(可能利用一些額外的冷卻空氣來冷卻)，因而操作條件允許燃料空氣混合物的自燃(自發點火)而無需將額外的能量供應至該混合物。為了防止燃料空氣混合物在混合區中的點燃，其中的停留時間不得超過自動點火延遲時間。該標準確保噴燃器內的無火焰區。該標準在獲得燃料跨噴燃器出口區域的合適分布時帶來挑戰。

燃料和氧化劑在混合區出口處的隨后混合恰好足以允許低NO_x排放(混合質量)并避免閃回(停留時間)，這可由混合區中的燃料空氣混合物的自動點火引起。

當前設計由于噴燃器出口面積、流速和噴燃器中的噴射后停留時間而受限。這在實現周向混合時帶來困難。

發明內容

本公開的一個目的是，在利用受限的噴燃器出口區域時減少或避免下游構件(例如燃燒室和渦輪構件)的設計中的限制。噴燃器出口區域是受限的，以確保噴燃器內的足夠流速而避免到噴燃器中的閃回。然而，需要從燃料噴射位置到噴燃器出口的最小長度以允許噴燃器內的充分混合。

該目的通過提供向噴燃器提供噴射裝置而實現，噴燃器特別用于帶有第一和第二燃燒室的燃氣渦輪的二級燃燒室，噴射裝置用于將至少一種氣態燃料引入噴燃器中，其中，該噴燃器的噴射裝置具有布置在噴燃器中的至少一個本體或噴槍，并且其中，該本體具有至少一個噴嘴以用于將至少一種氣態燃料引入噴燃器中。

根據一個實施例，該至少一個本體可被配置為具有流線型截面輪廓的流線型體，并且關于縱向方向垂直地或傾斜于主要在噴燃器中的主流方向而延伸。該至少一個噴嘴可使其出口孔口在流線型體的后緣處或其中。根據本發明的本體具有兩個側表面(通常至少用于基本平行于主流方向并會聚的一個中心體，即，對于其它傾斜)，并且，至少一個渦流發生器位于至少一個側表面上的至少一個噴嘴的上游。

用于二級燃燒室的這種噴燃器可為帶有順序燃燒的燃氣渦輪的一部分，其中，燃氣渦輪包括：壓縮機；帶有第一燃燒室和第一噴燃器的第一燃燒器，其從壓縮機接收壓縮空氣；帶有第二燃燒室和二級噴燃器(也稱為第二噴燃器)的第二燃燒器，其從第一燃燒器接收帶有預定的第二燃燒器入口溫度的熱氣體；以及渦輪，其從第二燃燒器接收熱氣體。渦輪可布置在第一與第二燃燒器之間。

本發明的一個方面是將根據現有技術常規使用為單獨元件(在單獨的燃料噴射裝置上游的單獨的結構化渦流發生器元件)的渦流發生器方面和燃料噴射裝置合并成單個組合的渦流發生和燃料噴射裝置。

通過這樣做，燃料與氧化空氣的混合以及渦流產生發生在非常接近的空間附近且非常高效，使得更快速的混合是可能的，并且混合區的長度可減小。在一些情況下甚至可能的是，通過對氧化空氣路徑中的本體的對應設計和定向而省略流調節元件(渦輪出口導葉)，因為該本體也可進行流調節。這在沿噴射裝置沒有嚴重壓降的情況下都是可能的，使得該過程的整體效率可被維持。

至少一個這樣的噴射裝置位于一個噴燃器中，優選地至少兩個這樣的噴射裝置位于一個噴燃器內。通常，多個徑向延伸的噴射裝置布置在中心體周圍，例如10個、12個、14個或更多的這種噴射裝置位于一個噴燃器內。

在第一系統中，燃料和空氣被預混合，并且使用仔細控制的氣動結構來使傳播火焰穩定。

在第二燃燒系統中，燃料被噴射到第一系統的排氣中并在燃燒發生之前混合。由于到該燃燒系統的入口溫度超出燃料的自動點火溫度，因而燃燒在特性延遲時間之后發生。

因此，沒有對于復雜的氣動火焰穩定裝置的需要，因為火焰在由流速和特性自動點火延遲時間給出的預定位置處將是自穩定的。