CN101922714A - 用于点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置，其具有一燃烧器毂(18)，至少一个空气供给通道(3，4)和用于各种燃料类型的至少一个燃料供给通道(9，12，13，16)，其中，所述至少一个燃料供给通道(9，12，13，16)至少局部构造在所述燃烧器毂(18)中，其中，在至少一个燃料供给通道(12)中设有一分流器(40)，该分流器与所述燃烧供给通道(12)的壁(21)有间隔，使得在所述燃烧供给通道(12)的壁(21)和所述分流器(40)之间形成一属于流经所述燃料供给通道(12)的燃料的流动路径的间隙(38)。此外，本发明涉及一种用于运行这种燃烧器装置的方法。

Description

用于点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种用于点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置以及运行这种具有在各独立权利要求的前序部分所述特征的燃烧器装置的方法。

背景技术

鉴于全世界都在力图降低燃烧装置、尤其是燃气透平的污染物排放，在近年来开发了具有特别小的氮氧化物(NOx)排放的燃烧器。在此有价值的是，这种燃烧器不仅分别能用一种燃料运行，而且可以选择地或组合地以尽可能不同的燃料(如石油、天然气和/或煤气)运行，以便提高运行的供给安全性和灵活性。这种燃烧器例如在EP 0276696B1中描述。

在设计用于所有可能的各种运行条件和运行燃料的燃烧器时的问题在于，在运行中分别需要的各种燃料的体积是不同的，因此难以对所有的运行燃料使用相同的供给系统和相同的喷入口。因此在现有技术中公知的是为液态和气态的介质使用不同的供给系统。

但在根据选择使用具有完全不同的比燃烧值的两种气态燃料(例如天然气和煤气)时产生另一个问题。在使用这两种燃料时的各种相对的体积比和在其燃烧时的不同化学过程需要修改或扩展已知的系统。

已知的是，为了减少污染物排放而在一定的运行状态下喷入额外的惰性物质，尤其是水或水蒸气，由此降低燃烧温度并因此减小NOx的污染物排放。还由WO 89/08803A1公知的是，例如在使用重油作为燃料时还应向喷入的物质混入添加剂，以避免后面的燃气透平的部件的损坏。

由EP 0276696B1公开了一种用于与煤气和/或油预混和运行的混和燃烧器，该燃烧器尤其用于燃气轮机设备中。该燃烧器由中心的引燃器系统组成，该引燃器系统可以用煤气和/或燃油作为扩散燃烧器或单独的预混和燃烧器运行。此外可以设计喷入惰性物质。引燃器系统由主燃烧器系统包围，该主燃烧器系统具有空气供给环形通道系统，该空气供给环形通道系统带有位于其中的、带有多个用于与煤气预混和运行的叶片的涡流叶片组。此外，在主燃烧器系统中在涡流叶片组的区域中存在用于燃油的喷入嘴，该涡流叶片组实现主空气流与燃油的预混和。

德国专利DE4212810B4和源自于该专利的EP0580683B1记载了本发明最接近的现有技术。在此前提是，在用低燃烧值的燃气燃烧时不需要特别的措施来降低污染物排放，因为在这种气体燃烧时不会出现非常高的火焰温度，并因此实际上保持NOx的形成是微不足道的。因此足以创造另一种简单的供给系统，然而其中必须注意的是，该系统不能不利地影响其它系统，并且在其它系统运行时也不能降低运行安全性。因此重要的是，其它的环形通道在流入侧在用于其它燃料的喷嘴上方汇入。通过这种方式，在燃烧器通过喷嘴供应其它类型的燃料时，能点燃的混和物不会到达其它环形通道。

在这种燃烧器中挑战是由于不均匀的热分布而在金属壳体(所谓的燃烧器毂)的壁中产生的机械应力，在所述燃烧器毂中燃气和燃油能量介质的环形供给通道相对紧密地并排布置。燃气环形腔关于流入的空气的流动方向在输入侧在所谓的涡流叶片组的上游向主燃烧器供给，该涡流叶片组使得空气流和燃气形成混合的涡流，或者经过涡流叶片组。此外，存在一燃油供给器，该燃油供给器通常比燃气供给器布置得更接近燃烧器出口。燃油供给器包括燃油环形腔以及通向该环形腔的燃油供给通道，该燃油供给通道布置在位于燃气环形腔和引燃器之间的燃烧器毂壁中。

因为燃气相比燃油具有更小的密度，所以其要求更大的横截面，因此燃气供给器的尺寸明显大于燃油供给器的尺寸。因此，带有燃气供给器的燃烧器毂的部分具有比燃油供给器更大的、朝向空气通道的外表面。空气供给以经过压气机的预压缩空气进行，从而使所供给的空气由于压缩而具有已经高于400℃的温度。因此，带有气体供给器的燃烧器毂部分的区域被迅速加热到超过400℃的温度并保持在该运行温度上。反之，通向燃油环形腔的燃油供给器远离热的空气供给通道，因此燃油供给通道中的燃油几乎不被加热并因此仅具有约50℃的温度。

因为，燃烧器毂一方面在燃气环形腔的区域内被强烈地加热，而另一方面相邻的燃油供给通道明显较冷，所以在连续运行时和清洗燃烧器毂时，燃气环形腔和燃油供给通道之间的壁都处于大的温度梯度下。如果燃烧器毂，也就是燃油通道用水清洗，那么燃气通道保持热，而燃油通道强烈地冷却。由于燃烧器毂内的空间有限，因而各通道紧密相邻并产生了高的温度/热量梯度。由于温度梯度产生了热应力，该热应力明显缩短了这种燃烧器毂的寿命。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是降低在燃烧器装置的运行时和清洗燃烧器毂时由所述的热在燃烧器毂中造成的应力。

用于点燃流体燃料的点燃设备的、按本发明的燃烧器装置包括一燃烧器毂、至少一个空气供给通道和用于各种燃料类型的至少一个燃料供给通道。至少一个燃料供给通道至少局部构造在燃烧器毂内，因此燃烧器毂的材料形成燃烧供给通道的壁。按照本发明，在至少一个燃料供给通道中设置一分流器

该分流器与燃烧供给通道的壁相隔，使得在燃料供给通道的壁和分流器之间形成一属于流经所述燃料供给通道的燃料的流动路径的间隙。

在按本发明的燃烧器装置中，间隙形成属于流动路径的区域，在该区域中流过可调节的连续的燃料流。该燃料流防止在间隙形成沉积，并从而防止燃料自其流出的喷嘴堵塞。此外，该区域中的流动使热的结构与冷的结构脱耦，并因此是一热保护件。由于减小的热传递，与没有分流器的燃烧器装置相比热造成的应力得以减小。

在按本发明的燃烧器装置中，分流器由流量器件组成，尤其是带有通流孔的管以及一带有相应通流孔的盘形件组成。优选在分流器的中心设置一中心孔作为通流孔。大部分燃料流经该中心孔。

此外，盘形件沿流动方向看设置在流量器件的被首先到达的端部。

在一种优选的构造中，盘形件的直径大于流量器件的直径。在此，盘形件可以卡在燃料供给通道的壁中。但也可以在燃料供给通道的壁上设置定位器件，例如定位突起。

分流器在盘形件内优选具有至少一个孔。此外，盘形件具有多个孔，这些孔基本上均匀地分布在周长上。优选小部分的冷的燃料流通过这些孔导入间隙中，其中，热的支撑结构因此与流入的冷的燃料脱离热耦合。因此，减小了该区域中的热过渡。

按照本发明的另一方面，所述技术问题通过一种运行这种燃烧器装置的方法解决，其中，在运行中，燃料通过燃料供给通道导入，其中大部分燃料流经分流器的通流孔，而小部分的燃料流过分流器的间隙，因此在很大程度上防止了间隙中的沉积。

因此，较小部分的流动被引导通过间隙，并因此防止在间隙内形成沉积，也就是说首先在燃烧器毂的支撑结构的壁上。因此喷嘴的堵塞得以防止。

通过较少的流获得了热屏蔽的功能，因为热的支撑结构与流入的冷的燃料、尤其是冷的燃油脱离热耦合。用于供应喷嘴的主要流流经分流器的通流孔，其中，该通流孔优选设计为大的、处于分流器中心的中心孔。因此，不再形成高的温度和应力梯度。结果，如所希望的那样显著地提高了寿命。

附图说明

本发明的其它特征、特性和优点由以下参照附图对实施形式的说明得出。在附图中示出：

图1是由EP 0580683B1公开的燃烧器装置，

图2是已知的燃烧器装置的局部横截面视图，

图3是按本发明的、带有两个集成的、可相互独立地控制的燃气级的涡流叶片的原理图，

图4是带有两个集成的、可相互独立地控制的燃气级和一个燃油通道的燃烧器毂的原理图，

图5是带有按本发明的分流器40的燃烧器毂18，

图6是按本发明的分流器40。

具体实施方式

图1示出了按现有技术的燃烧器装置20，该燃烧器装置在必要时可以结合多个相同类型的装置例如应用在燃气轮机设备的燃烧室中。

所述燃烧器装置由内部部件、即引燃器系统和与之同心布置的外部部件、即主燃烧器系统组成。两个系统都适于以任意组合的气态和/或液态燃料运行。引燃器系统由中心燃油供给器1(介质G)和同心地围绕该燃油供给器布置的内部燃气供给通道2(介质F)。内部燃气供给通道又由同心地围绕所述燃烧器轴线布置的内部空气供给通道3(介质E)包围。

在该通道中或内可以设置恰当的点火系统，对此已知有多种实施可能性，因此在图中省略。中央的燃油供给器1在其端部具有喷油嘴5，而内部空气供给通道3在其端部区域具有涡流叶片组6。引燃器系统1、2、3、5、6可以以本身公知的方式，也就是主要作为扩散燃烧器运行。其任务在于，使主燃烧器保持稳定的燃烧运行，因为主燃烧器大多以不稳定的贫混合物运行。

主燃烧器系统具有与引燃器系统同心布置并且相对于引燃器系统倾斜地收缩的外空气供给环形通道系统4。该空气供给环形通道系统4也配设有涡流叶片组7。涡流叶片组7由带有在空气供给环形通道系统4的(介质A)流动横截面中的喷嘴11的中空叶片。这些喷嘴由供给导管8和环形通道9通过用于介质B的开口10供应。此外，燃烧器具有用于介质C(优选燃油)的供给导管12，该供给导管通入环形通道13，该环形通道在涡流叶片组7区域中或在涡流叶片组7下面具有用于介质C的喷嘴14。

还示意示出了介质C的射束15。按照本发明，燃烧器还具有用于介质D的另一煤气供给通道16。该煤气供给通道在带有喷出嘴11的涡流叶片组7的上面通入外空气供给环形通道系统4，具体是在其内侧，因此两者共同在原理上形成一扩散燃烧器。

图2示出了按现有技术公知的燃烧器毂18的放大的局部横截面视图。燃烧器装置是环形的，因此环形通道9和13设定为环状围绕的。

类似地也可以实现图1所示的主燃烧器的区域。涡流叶片组7仅具有一个带有喷嘴11的供给通道，喷嘴优选设计用于喷入气态介质B。在喷嘴11的下方沿流动方向设置一用于喷入优选液态介质C的喷嘴14。沿圆环形的环形通道13布置有多个喷嘴14，因此可以使介质C均匀地喷入同样环形的燃烧室。

然而，与图1不同的是，该视图具有仅一个燃气导管和一个燃油导管。

图3示出了带有两个集成的、可相互独立地控制的燃气级B和D的涡流叶片7的原理图。

涡流叶片7具有两个相互独立的供给通道11和21。一个带有喷嘴11的供给通道例如可以用于喷入介质D，而第二供给通道21用于通过喷嘴24喷入介质B。通过涡流叶片7的供给通道喷入的两种介质优选是气态的，例如一种是天然气，另一种是煤气。同样在需要时可以通过喷嘴11和/或21喷入惰性物质、如水蒸气。

图4示出了带有供给通道16、环形通道9和13以及开口10的燃烧器毂18，所述开口将燃料输送到叶片7。

如果用水冲洗供给通道12(以下称为燃油通道12)，那么获得了不同的温度分布。两个燃气供给器保持较热，而燃油通道2被强烈地冷却。在经过冲洗的燃油通道和加热的燃气通道之间形成的高热梯度缩短了燃烧器毂18的寿命。

图5示出了带有分流器40的、按本发明的燃烧器毂18。分流器40(图6)由带有通流孔55(以下称作管孔55)的管45组成。盘形件42同样具有管孔55，这些管孔与管孔55一致。盘形件42的直径大于管45的直径。因此在壁21和管45之间形成一沿流动方向的间隙38。因此，分流器在一定程度上具有双管的形状，也就是管45和壁21的形状，在此，壁同样构造为管状。盘形件42可以基本上形状配合地布置在壁21中，例如夹紧。也可以设计定位突起35，盘形件42贴靠在该突起上。在盘形件42中设有孔50。这些孔50优选均匀地分布在周长上。通过设置在盘形件42上的孔在分流器40中划分流体流。可调节的小部分流通过较小的孔50导入间隙38。因此，该流体流防止在间隙38中形成沉积以及防止喷嘴14的堵塞。此外，通过小的流获得了热屏蔽的功能。此外，该区域中下降的流动使热的结构与冷的结构脱离耦合，并因此是热屏蔽。因此，热的支撑结构与流入的燃料、优选冷的燃油脱离热耦合。此外，供应喷嘴14的主流流经管孔55。该管孔优选实现为在分流器40中心的中心孔。通过分流器42以及间隙38中的小的燃料流，间隙中的热过渡α明显小于在同一位置没有分流器的热过渡α_之前，因此成立：α＜＜α_之前。然而，供应喷嘴14的主流流经中心孔，也就是说流过管孔55。在此，热过渡α基本上保持不变，也就是α≈α_之前。

因此，通过间隙38中的小流得到了作为热屏蔽的分流器40的功能，并且热的支撑结构与流入的冷燃油脱离耦合。因此不再形成高的温度梯度和应力梯度。从而明显提高了燃烧器毂18的寿命。

因此，按本发明的分流器40将流体流划分为流过间隙38的小流和流过管孔55的数量上的主流。因此，流动分隔器40防止了使用液态燃料时的沉积和喷嘴的堵塞。此外，下降的流使热的结构和冷的结构脱离耦合，并因此是热屏蔽。此外，小横截面上的高温度梯度和由此产生的热应力得以避免。因此，通过使用分流器40，部件18可以满足更高要求的寿命。该分流器40易于制造并且可轻易地适配在现有的燃烧器毂18中。

Claims (10)

1.一种用于用来点燃流体燃料的点火设备的燃烧器装置，其具有燃烧器毂(18)，至少一个空气供给通道(3，4)和用于各种燃料类型的至少一个燃料供给通道(9，12，13，16)，其中，所述至少一个燃料供给通道(9，12，13，16)至少部分构造在所述燃烧器毂(18)中，其特征在于，在至少一个燃料供给通道(12)中设有分流器(40)，该分流器与所述燃烧供给通道(12)的壁(21)有间隔，使得在所述燃烧供给通道(12)的壁(21)和所述分流器(40)之间形成一属于流经所述燃料供给通道(12)的燃料的流动路径的间隙(38)。

2.如权利要求1所述的燃烧器装置，其特征在于，所述分流器(40)由构造在所述燃料供给通道(12)中的套筒(30)形成。

3.如权利要求1或2所述的燃烧器装置，其特征在于，所述分流器(40)至少局部伸入所述环形通道(13)。

4.如前列各权利要求之一所述的燃烧器装置，其特征在于，所述分流器(40)由一流量器件，尤其是带有通流孔(55)的管(45)，以及一带有相应通流孔(55)的盘形件(42)组成。

5.如权利要求4所述的燃烧器装置，其特征在于，所述分流器(40)中心的中心孔设计为通流孔(55)。

6.如权利要求4或5所述的燃烧器装置，其特征在于，所述盘形件(42)沿流动方向看设置在所述流量器件的被首先到达的端部。

7.如权利要求4至6之一所述的燃烧器装置，其特征在于，所述盘形件(42)的直径大于所述流量器件的直径。

8.如权利要求4至7之一所述的燃烧器装置，其特征在于，所述分流器(40)在所述盘形件(42)中具有至少一个孔(50)。

9.如权利要求8所述的燃烧器装置，其特征在于，所述盘形件(42)具有多个孔(50)，这些孔基本上均匀地分布在周长上。

10.一种用于运行按权利要求4至9之一所述的燃烧器装置的方法，其特征在于，在运行中燃料通过所述燃料供给通道(12)导引，其中大部分燃料流经所述分流器(40)的通流孔(55)，而较小部分的燃料流过所述分流器(40)的间隙(38)，因此在很大程度上防止了所述间隙(38)中的沉积。

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