CN101573560A - 燃气涡轮机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮机的燃烧室(1)，该燃烧室(1)的焰管(3)在流向上具有用于将燃料与空气混合以形成燃料－空气混合物的混合区(15)，以及一次燃烧区(17)和后一次燃烧区(18)。在各种情况下，至少一个开口(5，6)提供在混合区(15)的区域中，以及在后一次燃烧区(18)的区域中，以便使压缩空气进入焰管(3)。所提供的压缩空气用来冷却焰管(3)，并且其中一部分然后穿过在混合区(15)的区域中和后一次燃烧区(18)的区域中的开口(5，6)而进入混合区(15)，以及进入后一次燃烧区(18)。

Description

燃气涡轮机燃烧室
本发明涉及一种提供燃烧室，其尤其地被提供用于在燃气涡轮机中使用。更确切地说，本发明涉及压缩空气的空气引导，该压缩空气被输送到燃烧室。
在下文中未对早已公知的由压缩机区域、燃烧室区域、以及涡轮区域构成的燃气涡轮机的典型设计进行详细描述。提供给燃烧室的压缩空气在燃烧过程期间引入了焰管中，并且还用于冷却燃烧室。由于法规的结果，燃气涡轮机领域的研发工作的目标在于不断减少燃气涡轮机的污染物排放。这里的重点在于NOx、CO2和CO污染物，以及未燃烧的碳氢化合物。例如，可通过燃料-空气混合物的贫混合(eine magere Mischung)，即必须向燃料-空气混合物中加入较多压缩空气，或通过在焰管中的最佳温度分布，来减少燃气涡轮机的燃烧过程期间的污染物。
在该经济背景下，期望的是例如通过较高的温度，来提高燃气涡轮机的效率。材料技术在此表明了涡轮机设计的极限，所以冷却燃烧室的部件以便在燃烧过程期间实现较高温度是在现有技术中所广泛使用的手段。
EP 0 732 546 B1公开一种现有技术中的目的在于满足这些要求的设计。从涡轮机的压缩机区域提供给燃烧室的压缩空气被分成了两条支流。一条支流用于焰管中的燃烧，而另一条则用于冷却燃烧室的外壁，冷却空气随后进入后一次燃烧区。
该设计的缺点在于压缩气流中仅有先前限定的部分提供成用于冷却。也就是说，燃气涡轮机的低污染物越多，可用的冷却空气就越少。因此，燃气涡轮机的效率必须保持较低，以便促进较低的污染排放。
另一现有技术文献EP 0 896 193 B1试图通过在燃烧之后经由混合区域提供用于冷却的压缩空气来弥补所述缺点。为此，冷却空气必须从燃烧室的下游侧沿焰管的整个管壁流动。因而此类冷却的冷却效率较低。
因此，根据EP 0 896 193 B1的现有技术所具有的缺点在于没有直接的冷却经由后一次燃烧区或二次区的壁中的开口提供在焰管内部。该现有技术因此不能实现最佳的冷却效率，并且受其燃气涡轮机的工作方式的限制。
考虑到所述现有技术，因此本发明的目的在于提供一种满足高环境标准同时还实现提高效率的燃气涡轮机的燃烧室及燃气涡轮机。
该目的是通过本发明的独立权利要求而实现的。从属权利要求提供了本发明的有利实施例。
本发明提供了一种用于燃气涡轮机的燃烧室。燃烧室的焰管在流动方向上至少分成了用于将燃料与空气混合以形成燃料-空气混合物的混合区、一次燃烧区或一次区，以及后一次燃烧区或二次区。在形成在燃烧器附近的混合区的区域中，通常提供了穿过燃烧器管路而进入焰管内部的至少一个开口。在后一次燃烧区的区域中，同样提供了称为混合开口的至少一个开口。该至少一个开口或混合开口用于冷却燃烧过程。先前在燃气涡轮机的压缩机区域中受到压缩的压缩空气穿过所述开口而进入焰管中。压缩空气被提供于冷却焰管，并且部分地穿过所述开口而进入混合区中，以及进入后一次燃烧区中。
通过带有在燃烧后被供应的空气的焰管冷却，用于燃烧的空气在较高温度下进入到燃烧室的燃烧器。由于燃烧温度以此方式上升，故可用较少的燃料运行燃气涡轮机，同时仍然达到相同的温度。因此，这种方式提高了燃气涡轮机的效率。此外，新的布置有可能使燃烧气体也在后一次燃烧区中受到冷却。此外，将空气提供给燃烧过程可产生变化，这是因为理论上所有压缩空气都可提供给燃烧过程。
在下文中，根据由附图所示的实施例来更为详细地阐述了本发明。
该图示出了根据本发明的燃烧室的示意性截面图。
附图标号1表示根据实施例的燃烧室，其具有焰管3以及设置在焰管径向外面上的筛板2(Prallgitter)。燃烧室1为使用气体和/或液体燃料运行的燃气涡轮机(未示出)的部件。焰管的构造大致为圆柱形。压缩空气经由压缩机风管而流到筛板上。从压缩机，即从涡轮机的压缩机区域，流向燃烧室的压缩空气通过筛板上的开口4而分成了许多单独的气流。
优选地，筛板的开口4形成为喷嘴，以便使得流入的压缩空气以喷射形式进行冲击。可通过在焰管表面实现期望的冷却效果的方式来调整筛板开口4的布置和几何形状。此外，实现了将冲击冷却分成空气部分11和空气部分12，以便进行调整。在该实施例中，实现了在操作期间可对通向后一次燃烧区18的开口5的几何形状能够改变。通过焰管3的冷却，延长了所使用的机械元件的寿命，并且同时加热了燃烧器流动部分11，13和混合开口流动部分12的空气。
在该实施例中，筛板形成为在周向上包绕焰管(3)的多孔板。由于压缩空气并非只是沿焰管3的外壁输送，而是在较高速度下，优选作为多孔板2的开口的喷嘴效应的结果并分为多个单独气流下，对焰管的外表面进行冲击，显著地提高了冷却效果。尽管图中示出垂直地流到焰管3上的挡板冷却空气，但引导到焰管3上的压缩气流还可以例如成角度地，即并非垂直地冲击焰管3。为此，优选地在压缩机风管9中提供一种用于区分引导在焰管3上的压缩气流的装置。
此外，本发明的实施例还应理解成是焰管在其中由冲击空气冷却的区域是开放。图1示出了一个实施例，在该实施例中前一次燃烧区和后一次燃烧区由冲击空气共同冷却。例如，还有可能只冷却一次燃烧区的区域。
然而，本发明并不限于利用单独的气流10以大致垂直或成角度地冲击焰管3以进行冲击冷却。相反，沿着焰管3外壁的层流也有可能产生期望的冷却效果。本发明的要点在于，最重要的是，用于冷却的空气穿过混合开口5，并且还穿过开口6而进入焰管3中。此外，还可构思出用于冷却焰管3的所述流动类型与由本领域技术人员所公知的其它冷却方法提供的补充类型的组合。
以这种方式预热的空气经由风管6而进入燃烧器7中。在该处，空气与燃料进行预混，燃料基本上沿燃料流流动。由于使用于冷却焰管的预热空气引起该燃料-空气混合物的温度与常规燃料-空气混合物相比升高了，故可减少燃料的使用而使该燃气涡轮机达到与本领域所公知的燃气涡轮机相同的温度。
根据该实施例，所供给的压缩空气基本上完全用来冷却焰管3，并且分成了流向混合区15的开口6的流动部分11，13，以及流向后一次燃烧区18的开口5的流动部分12。混合开口流14然后穿过多个混合开口5而基本上垂直于燃料流8地流入焰管3中。这样就实现了冷却性能的改善。可实现流通，以便可控或可调地穿过混合开口5和/或穿过开口6而进入混合区15。例如，这可通过更改穿过所述开口的流通截面而产生，但也可通过使用本领域中的技术人员所公知的其它手段。
标号清单
1燃烧室
2筛板
3焰管
4筛管开口
5混合开口
6风管
7燃烧器
8燃料流
10冲击流
11燃烧器流动部分
12混合开口流动部分
13燃烧器流动部分
14混合开口流动
15混合区
16前一次燃烧区
17一次燃烧区
18后一次燃烧区
19过渡区

Claims (12)

1.一种具有焰管(3)的燃烧室(1)，其在流向上具有用于将燃料与空气混合以形成燃料-空气-混合物的混合区(15)，以及一次燃烧区(17)和后一次燃烧区(18)，其中至少一个开口(5，6)被提供在该混合区(15)的区域中以及该后一次燃烧区(18)的区域中，以便将压缩空气引导该焰管(3)中，其特征在于，所供给的压缩空气用来冷却焰管(3)，并且穿过在混合区(15)的区域中和在后一次燃烧区(18)的区域中的开口(5，6)而部分地进入该混合区(15)，以及进入该后一次燃烧区(18)。
2.根据权利要求1所述的燃烧室(1)，其特征在于，焰管(3)的冷却通过焰管(3)的外表面上的冲击冷却而实现。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃烧室(1)，其特征在于，筛板(2)被提供在该焰管(3)径向外部，以便将该压缩空气分成单独的气流。
4.根据权利要求3所述的燃烧室(1)，其特征在于，该筛板(2)形成为在周向上包绕该焰管(3)的多孔板。
5.根据权利要求4所述的燃烧室(1)，其特征在于，该多孔板中的开孔形成为喷嘴。
6.根据权利要求1到5任一所述的燃烧室(1)，其特征在于，一部分供给的压缩空气直接穿过该后一次燃烧区(18)的开口(5)而进入该焰管(3)。
7.根据权利要求1到5任一所述的燃烧室(1)，其特征在于，供给该燃烧室(1)的压缩空气被完全提供于焰管(3)的冷却，并且分成了到该混合区(15)的开口(6)的流动部分(11)，以及到该后一次燃烧区(18)的开口(5)的流动部分(12)。
8.根据权利要求3到7任一所述的燃烧室(1)，其特征在于，该筛板仅覆盖该一次燃烧区(17)，或该一次燃烧区(17)和该后一次燃烧区(18)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧室(1)，其特征在于，尤其是在操作期间，能够控制或调节穿过该开口(5)而到达该后一次燃烧区(18)的流通，和/或穿过该开口(6)而到达该混合区(15)的流通。
10.根据权利要求9所述的燃烧室(1)，其特征在于，尤其是在操作期间，通过改变通向该后一次燃烧区(18)的开口(5)，和/或通向该混合区(15)的开口(6)的流通截面来实现流通的控制或调节。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧室，其特征在于，使用气体和/或液体燃料运行该燃烧室。
12.一种具有根据前述权利要求任一所述的燃烧室(1)的燃气涡轮机，其特征在于，压缩空气被提供于通过燃气涡轮机的压缩机区域，以及在压缩机区域和燃烧室之间的适合的连接元件。
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Open date: 20091104