[發明專利]凹入式燃料噴射器的布置

有效

• 申請號: 201380064744.3
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN104870901A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: T.多爾曼斯利
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F23R3/34
• 分類號: F23R3/34;F23D11/24;F23D11/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機的燃燒室，該燃燒室包括引燃器本體，該引燃器本體包括凹穴，其中，燃料出口布置在該凹穴中。

背景技術

在燃氣輪機的燃燒室中，一個目的是減少排放，例如氮氧化物NOx和/或一氧化碳CO。燃燒室內的溫度導致很高的CO和NOx排放量。

為了減少排放，采用所謂的干式低排放(DLE)燃燒系統，典型情況下，該系統具有主燃料流和輔燃料流，其中，主燃料流以預混火焰模式燃燒，而輔燃料流以擴散火焰模式燃燒。輔燃料流可產生所謂的引燃火焰，該引燃火焰可為全擴散型，或者在一定程度上是預混的。這能穩定燃燒室中的主火焰。極貧燃料混合物在主火焰中燃燒。在正常情況下，這會導致易發生變動的不穩定火焰。因此，DLE系統使用引燃火焰。引燃火焰包括富燃料混合物或較富燃料混合物，其中，富燃料混合物或較富燃料混合物比貧燃料主火焰更穩定，由這種高溫引燃火焰產生的熱量和基團能夠穩定主火焰。

燃氣輪機中的液體系統的點燃一直存在問題。其中涉及多種因素，例如燃料流量、燃料的霧化、空氣輔助流量、燃料噴射器/點火器的位置、以及點燃區中的氣體動力學。干式低排放(DLE)系統尤其如此，因為還有需要平衡的導燃流量。

在適當位置布置點火器以實現液體引燃燃料的可靠點火的自由度很有限。點火器和相應的引燃燃料噴射器是獨立裝置，它們的位置取決于燃燒室的燃燒腔體內的局部空氣動力學狀況是否能使注入的引燃燃料噴霧在點火器上方流過。

但是，若局部液流趨向于背離點火器表面移動，則注入的引燃燃料可能被從點火器沖走，而不會被點燃。

尤其是，燃燒室內的氣體動力學狀況設計為在滿載運轉時達到最佳效率。因此，在燃氣輪機的起動和放電點燃階段，點火器處的空氣動力學狀況很差。

為了提高點燃可靠性，利用了多種方法，例如氣體輔助點燃、采用等離子體點火器、以及采用較高功率的點火器。氣體輔助點燃需要較多的氣體供應(例如來自氣瓶的氣體供應)，而維持這種氣體供應的成本可能很高。目前，等離子體點火器的使用壽命很短，并且還沒有在燃氣輪機中使用它們的經驗。較高功率的點火器會很快燒毀，其使用壽命很短。

圖9示出了一種常規型引燃燃燒器裝置，其包括常規型引燃器本體900。常規型引燃器本體900的常規型引燃器表面901朝向常規型燃燒室的內腔(燃燒器腔體)。常規型燃料噴射器902和常規型點火器單元903安裝在常規型引燃器本體900內，從而常規型的燃料噴霧904可向內腔注入。流體在內腔中的流向106把注入的常規型燃料噴霧904引導至常規型點火器單元903。

液體燃料在燃氣輪機中常常難以點燃。例如，燃料在輔助空氣流的輔助下被霧化。但是，這可能導致射流的增強，該射流把燃料推入燃燒室，并使燃料遠離燃料點火器。這可能造成很差的點火效能。

可能發生點火效能差到必須首先使用氣體燃料點燃燃氣輪機然后再轉為使用液體燃料運轉的情況。

US?6,151,899?A公開了一種用于蒸汽輪機的貧燃燃燒室，其包括引燃器本體。該引燃器本體包括處于引燃器本體的中央部分的凹穴，引燃燃料噴射器安裝在該凹穴中。

EP?2?112?433?A1公開了一種混合室，該混合室安裝在燃燒室中，用于通過高速漩渦產生貧預混燃燒流體。該混合室包括用于在燃燒室中產生所需的漩渦的渦流產生元件。

WO?2008/071756?A1公開了一種用于燃氣輪機的燃燒器，其中，主燃料由旋流器注入到燃燒室中。該旋流器包括布置成一圈以便沿所需路徑引導燃料噴射的若干葉片。該旋流器還是一種分隔裝置，它沿葉片之間的流槽劃分空氣流，以實現在燃燒室內沿所需方向噴射燃料和空氣。

發明內容

本發明之目的是提高燃氣輪機的燃燒室的點燃效能。

此目的是通過獨立的權利要求中所述的一種燃氣輪機的燃燒室和一種操作燃燒室的方法來實現的。

根據本發明的第一方面，提供一種燃氣輪機的燃燒室。該燃燒室包括引燃燃燒器裝置、燃料噴射器和點火器單元。該引燃燃燒器裝置包括具有引燃器表面的引燃器本體，該引燃器表面朝向燃燒室的內腔(燃燒器腔)。該引燃燃燒器裝置還包括中軸線。該燃料噴射器包括用于向內腔注入燃料的燃料出口。該點火器單元適合于點燃內腔中的燃料。具體而言，該點火器單元布置在所述引燃器表面，使得流過該點火器單元的燃料能夠噴射。該引燃器本體包括凹穴，其中，所述燃料出口布置在該凹穴中。該凹穴的位置相對于所述中軸線偏置。

根據本發明的另一個方面，提供一種操作上述燃燒室的方法。