CN101858597A - 低排放且抗回火的燃烧管及装置 - Google Patents

低排放且抗回火的燃烧管及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低排放且抗回火的燃烧管及装置，具体而言，提供一种向燃烧器(20)提供可燃物质的燃烧管(10)，并且燃烧管(10)包括环形护罩(30)和中心体(40)，中心体(40)具有限定在其中的空腔(70)，布置在环形护罩(30)中以形成环形通路(50)，该环形通路(50)在其尾部部分(54)处与燃烧器(20)的燃烧区域(21)可连通，并且包括前部部分(52)，在其中将燃料注入环形通路(50)。中心体(40)包括在一位置处具有通道(81)的表面(80)，将空气从空腔(70)通过该通道(81)供给至环形通路(50)，该位置在燃料注射的下游并且在燃烧区域(21)的上游。还提供中心体(40)的轮廓。

Description

低排放且抗回火的燃烧管及装置
技术领域
本文公开的主题涉及用来在利用旋流稳定(swirl-stabilized)的喷嘴的干式低NOx(DLN)燃烧器中降低氮氧化物(NOx)的排放的燃烧管和装置。
背景技术
燃烧器是燃气涡轮发动机的构件，在其中发生燃料和空气的燃烧。燃烧产生热能量，涡轮机叶片利用该热能量来产生动力。燃烧过程导致例如氮氧化物(NOx)的不希望的副产物的形成，它们作为污染物被排到大气中。最近，已经采取努力来减少NOx排放物的量，使得燃烧器较少污染。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用来向燃烧器提供可燃物质的燃烧管，并且该燃烧管包括环形护罩和中心体，中心体具有限定在其中的空腔，布置在环形护罩中以形成环形通路，该环形通路在其尾部部分处与燃烧器的燃烧区域可连通，并且包括前部部分，在前部部分中将燃料注入该环形通路。中心体包括在一位置处具有限定在其中的通道的表面，空气通过该通道从空腔供给至环形通路，该位置在燃料注射的下游并且在燃烧区域的上游。
根据本发明的另一个方面，提供一种用来向燃烧器提供可燃物质的燃烧管，并且该燃烧管包括环形护罩和中心体，中心体布置在环形护罩中以形成环形通路，该环形通路在其尾部部分处与燃烧器的燃烧区域可连通，并且具有前部部分，在前部部分中将燃料注入环形通路。中心体包括在一位置处突入环形通路的表面，该位置在燃料注射的下游并且在燃烧区域的上游。
根据本发明的又一个方面，提供一种装置，并且该装置包括燃烧管和燃烧器，可燃物质从该燃烧管输出，而在该燃烧器的内部中燃烧区域可接收可燃物质。该燃烧器包括衬套壁和端板，端板具有第一径向部分、第二径向部分和弯曲部分，第一径向部分联接到衬套壁的前部端上，燃烧管的尾部端联接到第二径向部分上，而弯曲部分置于第一径向部分和第二径向部分之间。
通过联系附图的如下具体实施方式，这些或其它的优点及特征将变得更清楚。
附图说明
在说明书所附的权利要求书中，特别地指出并且清楚地要求保护被认为是本发明的主题。通过联系附图的如下具体实施方式，本发明的前述和其它特征及优点是明显的，在其中：
图1是根据一个实施例的具有空气注射通路的燃烧管和燃烧器的侧面截面图；
图2A和图2B是根据另一个实施例的具有空气注射通路的燃烧管和燃烧器的侧面截面图；
图3A和图3B是根据另一个实施例的具有起伏的(contoured)中心体的燃烧管和燃烧器的侧面截面图；
图4是根据另一个实施例的具有空气注射通路和起伏的中心体的燃烧管的侧面截面图；以及
图5是根据另一个实施例的燃烧管和燃烧器的侧面截面图。
参考附图，具体实施方式经由示例解释了本发明的实施例和优点及特征。
部件列表
10燃烧管
11尾部部分
20燃烧器
21燃烧区域
22环形衬套壁
23端板
24第一径向部分
25第二径向部分
26弯曲部分
27角落回流区域
28主回流区域
30环形护罩
31尾部部分
40中心体
42中心体顶端
50环形通路
51入口
52前部部分
54尾部部分
60燃料注射器
61燃料注射孔
62旋流导叶
70空腔
80表面
81通道
82同心环形通道
83线性布置通道
84交错通道
90第二通道
100阀
110控制装置
130轮廓
131向外定向展开部分
132隆起
140装置
150凸出环形空间
具体实施方式
参考图1，提供了一种用来向燃烧器20提供可燃物质的燃烧管10。该燃烧管10可包括预混合喷嘴，该预混合喷嘴预混合燃料和空气混合物并且包括尾部部分11，燃料和空气混合物在尾部部分11处离开燃烧管10并进入燃烧器20。就是说，空气和燃料在燃烧管10中预混合并且向该尾部部分11行进。燃烧器20联接到该尾部部分11上并且包括燃烧区域21，在燃烧区域21中限定主回流区域28。在正常的动力产生操作期间，该燃烧器20可接收在主回流区域28的邻近经历燃烧的可燃物质，主回流区域28充当用于燃烧反应的空气动力学稳定机构。在燃烧器20的端壁的邻近可有角落回流区域27。
作为燃烧的结果，NOx排放物以浓聚物(concentrations)的形式产生，该浓聚物取决于由燃烧产物所达到的峰值温度以及产物在高温下的驻留时间。然而如将在以下描述的，通过例如降低峰值温度和/或改变主回流区域28和角落回流区域27的其中之一或两者的尺寸，可减少NOx排放物的产生。
如图1中所示，燃烧管10包括环形护罩30和延长的中心体40。该环形护罩30可通常为圆柱形并且包括通向燃烧区域21的尾部部分31。中心体40以与环形护罩30相似的方式成形并且布置在环形护罩30内。该中心体40在其末端处又包括中心体顶端42，该顶端42通常定位在尾部部分31的稍微靠前处。
中心体40和环形护罩30形成环形通路50。压缩空气在成喇叭口形状的入口51处从围绕燃烧管10的多个部分的高压气室进入该环形通路50。压缩空气然后朝燃烧区域21向尾部行进。包括居中的燃料注射孔61和旋流导叶62的燃料注射器60布置在环形通路50的前部部分52处，使得由燃料注射器60注入环形通路50的燃料与压缩空气预混合以形成燃料-空气混合物。该环形通路50在环形通路50的尾部部分54处与燃烧器20的燃烧区域21可连通。
中心体40形成有限定在其中的空腔70，并且还包括表面80。该表面80形成中心体40的外表面，并且在一位置处具有限定在其中的通道81，该位置在燃料注射的位置的下游且在燃烧区域21的上游。空腔70提供另外的中心侧(hub-side)空气供给，该中心侧空气通过例如注射穿过通道81被供给至环形通路50。
可以以各种形状和尺寸形成通道81并且可以以各种样式提供通道81。如在图1中所示，该通道81可包括同心的环形通道82，该环形通道82围绕中心体40的圆周延伸。在一个备选的示例中，如在图2A中所示，该通道81在数量上可以为多个。这里，通道83围绕中心体40大体上线性地排列。在又一个备选的示例中，如在图2B中所示，通道81在数量上可再次为多个，且通道84围绕中心体40排列成交错形式。
在将中心侧空气注入环形通路50的情况下，带入回流区域的可燃物的局部燃料对空气比降低。因此，作为该局部燃料对空气比的函数的NOx的形成也减少。另外，因为在中心体顶端42附近的燃料集中由于中心侧空气的注入而相对低，所以避免了边界层回火。
在数字模拟中，已经观察到少量的中心侧空气注射不会可觉察地改变燃烧器20中的流场。但是NOx排放物已经被大量减少。另外，除其它因素外，NOx形成的量强烈地取决于穿过通路70的中心侧空气注射的量。
还可将护罩侧空气注入环形通路50。为此，环形护罩30包括限定在其中的第二通道90，护罩侧空气穿过该第二通道90向环形通路50行进。可以以与通道81相似或不同的方式形成第二通道90。
可响应于当前状况，自动地控制从空腔70供给至环形通路50的一些空气。就是说，阀100可联接到空腔70上并且可由联接到阀100上的控制装置110控制来打开或关闭，并且从而允许增加量的空气流入空腔70或者从而引起空气的量的减少。该控制装置110可包括具有其上存储了可执行指令的存储器的处理单元，当指令被执行时引起处理单元分析当前状况并且相应地控制通过阀100的流。当前状况可以是燃烧管10和燃烧器20内的压力和/或温度。联接到控制装置110上的热电偶和/或压力计可被布置在燃烧管10和燃烧器20内的若干位置处，使得能够将压力和/或温度读数传输至处理单元。
参考图3A和图3B，表面80可包括轮廓130。如在图3A中所示，轮廓130可包括向外定向展开部分131，并且如在图3B中所示，该轮廓130可包括布置在表面80上的隆起132。对于该向外定向展开部分131，数字模拟已经显示主回流区域28的尺寸能够随燃烧区域峰值温度的显著下降而被改变。这已经被观察到转化为相应的NOx排放物的大量减少。
参考图4，在一个实施例中，穿过表面80的通道81和表面80的轮廓130可一起使用。在这种情况下，改变主回流区域28的尺寸和峰值温度显著降低的组合效果导致显著的NOx排放物减少。
参考图5，提供一种装置140，其包括燃烧管10和燃烧器20，可燃物质从该燃烧管10输出，而在该燃烧器20内部中燃烧区域21可接收可燃物质。该燃烧器20包括环形衬套壁22和端板23。该端板23具有第一径向部分24、第二径向部分25和弯曲部分26，第一径向部分24联接到衬套壁22的前部端上，燃烧管10的尾部部分11联接到第二径向部分25上，而弯曲部分26置于第一径向部分24和第二径向部分25之间。以这种构造，端板23的朝内的表面限定与燃烧器20的燃烧区域21可连通的凸出环形空间150。该凸出环形空间150可被设计成为角落回流区域27提供选定的尺寸，以便导致NOx形成的减少。
尽管未在图5中显示，但需要理解的是装置140的燃烧管10可包括任何或全部以上所描述的特征。类似地，还需理解的是在图1-4中图示的实施例还可包括在图5中显示的特征。同样地，虽然图1显示了一个燃烧管10，但本文描述的本发明扩展至其中可利用多个燃烧管以向燃烧器20提供可燃物质的实施例。
虽然已联系仅有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但应该容易理解的是本发明不限于此类公开的实施例。相反，本发明可被修改以结合迄今未描述、但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或等同装置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应该理解的是本发明的各方面可仅包括其中一些所描述的实施例。因此，本发明不应视作被前面的描述限制，而是仅被所附权利要求书的范围限制。

Claims (10)

1.一种用来向燃烧器(20)提供可燃物质的燃烧管(10)，包括：
环形护罩(30)；以及
中心体(40)，其具有限定在其中的空腔(70)，所述中心体(40)布置在所述环形护罩(30)内以形成环形通路(50)，所述环形通路(50)在其尾部部分(54)处与所述燃烧器(20)的燃烧区域(21)可连通，并且包括前部部分(52)，在所述前部部分(52)中将燃料注入所述环形通路(50)，所述中心体(40)包括：
表面(80)，其在一位置处具有限定在其中的通道(81)，空气穿过所述通道(81)从所述空腔(70)被供给至所述环形通路(50)，该位置在燃料注射的下游并且在所述燃烧区域(21)的上游。
2.根据权利要求1所述的燃烧管(10)，其特征在于，所述环形护罩(30)具有限定在其中的第二通道(90)，空气穿过所述第二通道(90)被供给至所述环形通路(50)。
3.根据权利要求1所述的燃烧管(10)，其特征在于，所述通道(81)为多个，并且围绕所述中心体(40)大体上线性地排列。
4.根据权利要求1所述的燃烧管(10)，其特征在于，所述通道(81)为多个，并且围绕所述中心体(40)以交错形式排列。
5.根据权利要求1所述的燃烧管(10)，其特征在于，所述通道(81)包括同心的环形通道(82)。
6.根据权利要求1所述的燃烧管(10)，其特征在于，所述表面(80)包括向外的展开部分(131)。
7.根据权利要求1所述的燃烧管(10)，其特征在于，所述表面(80)包括隆起(132)。
8.一种用来向燃烧器(20)提供可燃物质的燃烧管(10)，包括：环形护罩(30)；以及
中心体(40)，其布置在所述环形护罩(30)内以形成环形通路(50)，所述环形通路(50)在其尾部部分(54)处与所述燃烧器(20)的燃烧区域(21)可连通，并且具有前部部分(52)，在所述前部部分(52)中将燃料注入所述环形通路(50)，所述中心体(40)包括：
表面(80)，其在一位置处突入所述环形通路(50)，该位置在燃料注射的下游并且在所述燃烧区域(21)的上游。
9.一种装置(140)，包括：
燃烧管(10)，可燃物质从其输出；以及
燃烧器(20)，在其内部中燃烧区域(21)可接收可燃物质，所述燃烧器(20)包括：
衬套壁(22)，以及
端板(23)，所述端板(23)具有第一径向部分(24)、第二径向部分(25)和弯曲部分(26)，所述第一径向部分(24)联接到所述衬套壁(22)的前部端上，所述燃烧管(10)的尾部端联接到所述第二径向部分(25)上，而所述弯曲部分(26)置于所述第一径向部分(24)和所述第二径向部分(25)之间。
10.根据权利要求9所述的装置(140)，其特征在于，所述端板(23)的朝内的表面限定凸出环形空间(150)，所述凸出环形空间(150)与所述燃烧器(20)的所述燃烧区域(21)可连通。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20101013