[發明專利]用于將燃料空氣混合物加入燃燒室的噴射器

在審

• 申請號: 201410235334.7
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104213986A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: C.貝克;O.黛絲;W.克雷布斯;B.維格納
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F02C7/22
• 分類號: F02C7/22;F23R3/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 郝俊梅

技術領域

本發明涉及一種用于將燃料空氣混合物加入燃燒室的噴射器、一種燃燒室和一種燃氣輪機。

背景技術

當代的燃氣輪機應在更寬的工作范圍內滿足有關有害物排放和保護環境方面的要求。滿足這些要求主要取決于在燃氣輪機內所使用的燃燒系統。為了減少氮氧化物(NOx)的排放，使用低配比的混合氣預混合。此時為了達到高的效率，力求與高的火焰溫度伴隨而來的高的渦輪進口溫度。在這里，已提及的預混合火焰，基于高的熱功率密度而易發生的熱聲學不穩定性和NOx排放，隨火焰溫度升高成指數倍增大。

在另一方面，燃氣輪機必須在盡可能低的負荷和火焰溫度的情況下運行，以便能符合電廠業主的要求。在這里，工作范圍的下移受不完全燃盡時形成的一氧化碳(CO)排放的限制。因此值得追求的是，燃燒系統的工作范圍朝兩個方向擴展。

為了在現有的燃燒系統中擴展工作范圍，例如通過燃燒器內部燃料分級、有效的預混合裝置、減少冷空氣以及分級燃燒方案，針對當前提出的要求進行系統的優化。“軸向分級法(axial?staging)”提及的分級燃燒技術由傳統的燃燒器組成，它點燃一次燃燒區。這種一次燃燒區又可以如傳統的燃燒器那樣內部分級，以及覆蓋直至當前燃燒溫度的負荷范圍。在一次燃燒區的下游連接二次燃燒區。在二次燃燒區內通過一個沿軸向相對于一次燃燒區錯開的級來噴入附加的燃料。這些燃料然后在一個擴散式區域內燃燒。所述燃料可以用惰性成分(蒸汽、氮、二氧化碳)稀釋，目的是顯著降低化學計算的燃燒溫度，并由此抑制NOx形成。與此同時，沿整個可供使用的燃燒室分布熱釋放量，降低燃燒系統熱聲學不穩定性的趨勢。

為了在保證的排放界限內可靠運行所需要的稀釋介質，必須由單獨的過程提供，這帶來許多缺點。首先增加整個電廠的復雜性，加大投資。第二，所述單獨的過程本身需要能量，所以影響總效率。第三，降低電廠的可利用率，因為這種過程有一定的故障概率，這種故障概率必須計入傳統電廠的故障概率之中。基于所述的原因，在二次燃燒區內不在第二軸向級的燃料中加入空氣/燃料混合物形式的惰性成分(“fuel?only”)。

在涉及管式燃燒室的文件DE102006053679A1、US6418725B1中以及在涉及環形燃燒室的文件DE4232383A1、US2009/0084082A1、US6192688B1、US6047550和US6868676B1中，記載了與此相關和其他的現有技術。

US2011/0067402A1公開了一種包括燃燒室的燃氣輪機，燃燒室具有一種兩級式的燃燒方案。這種燃燒室包括有燃燒器裝置的燃燒室前端、燃燒室出口和燃燒室壁，其中燃燒室壁從燃燒室前端延伸到燃燒室出口，以及包括一次燃燒區和二次燃燒區。沿燃氣的主流方向，二次燃燒區設置在一次燃燒區下游。沿燃燒室的圓周設置匯入二次燃燒區的噴射器，這些噴射器構成燃燒系統的兩個軸向級。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種用于將燃料空氣混合物加入燃燒室的噴射器、一種燃燒室和一種包括至少一個這種燃燒室的燃氣輪機，借助它們能實現減少氮氧化物(NOx)的排放和低CO排放。

按本發明用于將燃料空氣混合物加入燃燒室的噴射器，包括一條縱軸線和一些彎曲的，亦即不是直的，尤其弧形的流動通道。術語“弧形”在這里理解為“按至少一條弧線彎曲的形狀”，例如也理解為S形彎曲。每個流動通道包括一個燃料進口、一些空氣進口和一個燃料空氣混合物出口。在這里，燃料進口與燃料分配器連接。此外燃料進口還有一條垂直或平行于噴射器縱軸線延伸的中心線。燃料空氣混合物出口有一條垂直于噴射器縱軸線延伸的中心線。空氣進口各有一條平行于噴射器縱軸線延伸的中心線。

在流動通道中造成的燃料空氣混合物，可以通過燃料空氣混合物出口加入燃燒室內，例如加入燃燒室二次燃燒級內。通過流動通道的弧形，例如也可以是S形彎曲形狀，在可供使用的小的空間內達到大的混合長度。

有利地，噴射器在燃燒室上可安置為，使其縱軸線基本上平行于燃燒室的縱軸線延伸。尤其是，噴射器的縱軸線與燃燒室的縱軸線重合。

有利地，一個流動通道的空氣進口排布成至少一行。以此方式達到通過燃料進口加入流動通道中的燃料與通過空氣進口加入流動通道中的空氣連續混合。

空氣進口可以有圓形橫截面。它們尤其可以設計為鉆孔。一行空氣進口優選地可以螺旋形延伸，例如相對于一條平行于噴射器縱軸線延伸的軸線成螺旋形。每個流動通道可尤其有一條至少部分彎曲或成弧形延伸的中心線，以及所述至少一行空氣進口可以平行于流動通道的中心線延伸。