CN102597631B - 尤其用于燃气轮机的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器，它包括一个中央燃料供给装置(27)、一个围绕中央燃料供给装置(27)用于供给燃烧用空气的环形空气通道(17)，以及在环形空气通道(17)内设扰流叶片(19)，它们有用于将基本上气态的燃油喷入燃烧用空气中的第一燃料喷嘴(21)和用于将基本上气态的燃油喷入燃烧用空气中的第二燃料喷嘴(23)，其中，第一燃料喷嘴(21)由燃料供给装置(27)内的一个燃料分配器供给装置供给，以及第二燃料喷嘴(23)由燃料供给装置(27)内的一个燃料分配器通道(31)供给，其中，燃料分配器供给装置包括一个供给管(55)，它在下游与扰流叶片(19)连接，以及一个环形附加件(60)，其中，供给管(55)在上游与环形附加件(60)连接，其中，环形附加件(60)沿流向看连接在燃料分配器通道(31)上游。此外本发明还涉及一种具有这种燃烧器的燃气轮机。

Description

尤其用于燃气轮机的燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器和尤其一种燃气轮机燃烧器，包括中央燃料供给装置。此外本发明还涉及一种燃气轮机。

背景技术

鉴于全世界致力于降低尤其燃气轮机中燃烧装置的有害物排放量，近些年发展了一些氮氧化物(NOx)排放量特别低的燃烧器。在这方面非常有价值的是，这些燃烧器不仅可以用一种燃料工作，而且还尽可能可以用不同的燃料工作，例如按选择使用油和天然气或它们的组合，以提高供货安全性及工作灵活性。例如在EP0276696B1中介绍了这些燃烧器。

在EP0276696B1中介绍的燃烧器，是一种如尤其使用于燃气轮机设备中的混合式燃烧器，用于用可燃气体和/或油预混合工作。这种燃烧器包括一个中央燃料供给装置，其中还集成有一个控制燃烧器系统，它作为所谓的扩散式燃烧器或作为独立的预混合燃烧器可以用可燃气体和/或油工作。除此之外还规定有可能供给惰性物质。中央燃料供给装置被主燃烧器系统围绕，该主燃烧器系统具有一个供给空气的环形通道系统，包括处于其中有多个叶片的扰流叶片组以及设在叶片上游用于与可燃气体预混合工作的喷管。除此之外在燃料供给装置中，在扰流叶片组区域内还存在油的进口喷嘴，它们可以将主空气流与油预混合。

取代如在EP0276696B1中借助处于叶片上游的喷管，也可以通过设在扰流叶片本身内的喷口将可燃气体喷入空气通道中，例如在EP0580683B1中所介绍的那样。

为了控制排放和未来还能进一步提高燃烧稳定性，除了例如在EP0580683B1中那样通过叶片的一个可燃气体喷嘴外，还应利用通过叶片的另一个可燃气体喷嘴。此附加的可燃气体喷嘴应能单独受主可燃气体级控制，也就是说，除了迄今已存在的可燃气体和油通道外，在燃烧器的中央燃料供给装置内必须加入附加的第二可燃气体通道。现在的难点在于，具有附加可燃气体通道的扰流叶片满足必要的强度规范，与此同时有长的使用寿命。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种具有两个燃料通道的燃烧器，尤其燃气轮机燃烧器，它有长的使用寿命。本发明第二个要解决的技术问题是，提供一种有利的燃气轮机。

第一个技术问题通过提供一种按权利要求1所述的燃烧器得以解决，第二个技术问题通过按权利要求8所述的燃气轮机得以解决。从属权利要求含有本发明的一些有利的设计。

在这里，燃烧器包括一个中央燃料供给装置和一个围绕中央燃料供给装置用于供给燃烧用空气的环形空气通道。在环形空气通道内设扰流叶片，它们具有用于将基本上气态的燃料喷入燃烧用空气中的第一燃料喷嘴，和用于将基本上气态的燃料喷入燃烧用空气中的第二燃料喷嘴。其中，第一燃料喷嘴由燃料供给装置内的一个燃料分配器供给装置供给，以及第二燃料喷嘴由燃料供给装置内的一个燃料分配器通道供给。燃烧器工作时有一个燃料流动方向。

按本发明现在已知，双重的叶片喷嘴往往难以实现，因为不存在使用寿命足够长的可燃气体分配器，亦即燃料供给装置，并因而不能确保更可靠地使用。此外还已知，在各燃料通道之间大的温度梯度导致高的热应力，它们严重限制使用寿命。

现在按本发明燃料分配器供给装置包括供给管，它在下游与扰流叶片连接，以及包括环形附加件(Ringaufsatz)，其中，供给管在上游与环形附加件连接，以及其中，环形附加件沿流向看连接在燃料分配器通道上游。这促使在空间上隔离这两个燃料通道，也就是说，供给管和环形附加件与原来的燃料分配器通道在空间上分离。由此使原来的燃料分配器通道可以说平行于供给管。环形附加件起如下的作用：它撤除构件，亦即燃料供给装置中的高应力并使应力在构件上均匀地分布。由此通过降低应力消除对结构空间的危害。从而显著延长燃料供给装置的使用寿命。采用环形附加件并不影响或仅不明显地影响原先的气动设计。基于现在更便于制造和更筒易的结构，已制成的机器也可以方便地设置这种环形附加件和这种供给管。

优选地，环形附加件包括单独的接管。它向供给管供应燃料。

按优选的设计，设油多个扰流叶片，其中每个扰流叶片有单独的供给管，以及每个单独的供给管与所述一个环形附加件连接。

优选地，第一燃料喷嘴由第一分配器管供给，以及第二燃料喷嘴由第二分配器管供给，其中，分配器管集成在扰流叶片中，以及其中，在第一与第二分配器管之间的扰流叶片，设计为分成两个扰流叶片半部。因此分配器管和各自的喷嘴可以单独供给燃料。由此可以实现可调地控制燃料流量。

优选地，两个扰流叶片半部在下游具有配合塞以及在上游具有滑座。通过配合塞和滑座现在这两个扰流叶片半部可以单独热膨胀，由此同样降低应力。

按优选的设计，燃料分配器通道和供给管通过隔板隔开，其中，隔板设计为弹性的。由此可以减小在隔板内和在燃料供给装置中产生的应力。在这里隔板可以用一种弹性材料制造，和/或也可以通过相应的几何设计造成弹性并因而抵消应力。这例如可以通过弯曲或波形的隔板造成。

优选地，在燃气轮机中采用这种燃烧器。

附图说明

由下面参见附图对实施例的说明中，提供本发明的其他特征、特点和优点。

其中：

图1用非常示意性的原理简图表示燃烧器；

图2表示有两个集成的可燃气体级的扰流叶片的原理图；

图3表示有两个集成的可燃气体级和一个油通道的燃烧室套筒的原理图；

图4表示按本发明有环形附加件和扰流叶片的燃烧室套筒的横截面；以及

图5表示有扰流叶片的环形附加件的俯视图。

具体实施方式

下面参见用非常示意性的原理简图表示燃烧器的图1，说明燃烧器的基本设计方案。

燃烧器，它必要时与多个同样的燃烧器组合可例如使用于燃气轮机燃烧室内，包括一个内部控制燃烧器系统和一个同心地围绕此控制燃烧器系统的主燃烧器系统。不仅控制燃烧器系统，而且主燃烧器系统，可以按选择用气态和/或液态燃料工作，例如天然气或燃油。

控制燃烧器系统包括一个内供油通道1，它被一个环形的内可燃气体供给通道3同心地围绕。内可燃气体供给通道3又被一个内空气供给通道或惰性物质供给通道5同心地围绕。此外可以在此空气供给通道内或上设置恰当的点火系统(图中没有表示)。控制燃烧器系统有一个面朝燃烧室7的出口9，在出口9的区域内，在空气供给通道中设扰流叶片组11。借助喷口13可以将可燃气体从内可燃气体供给通道3喷入扰流叶片组区域内，或在扰流叶片组上游喷入空气供给通道5内。来自油供给通道的油，可以借助喷油嘴15，在扰流叶片组下游喷入供给的空气中或供给的惰性物质内。

控制燃烧器系统可按已知的方式作为扩散式燃烧器用油和/或可燃气体工作，燃料在扩散式燃烧器中直接喷入火焰内。但也存在这样的可能性，即，控制燃烧器系统作为预混合燃烧器工作，燃料在预混合燃烧器内与空气彻底混合，然后将混合物供给火焰。

围绕控制燃烧器系统的主燃烧器系统包括一个沿径向在外部的空气供给通道17，亦称环形空气道，扰流叶片组的多个扰流叶片19延伸穿过它。扰流叶片19有第一可燃气体喷嘴21和第二可燃气体喷嘴23，气体燃料可通过它们喷入经由径向空气供给通道17流入的空气中。此外可借助喷油嘴25在流动通过空气供给通道17的空气内再喷入油。虽然在本实施例中论及油和喷油嘴，但这仅仅应作为适用的液态燃料和相应的喷嘴的代表。

处于扰流叶片19内的第一可燃气体喷嘴21和第二可燃气体喷嘴23以及喷油嘴25，通过沿径向处于内部的燃料供给装置，所谓的供应燃料。扰流叶片19和套筒27具有一个燃料流动方向。在套筒27内设置第一和第二环形可燃气体分配器通道29和31，它们给可燃气体喷嘴21或23供应可燃气体。此外，在套筒27内设环形的油分配器通道33，它给喷油嘴25供油。可燃气体分配器通道29、31和油分配器通道33，通过可燃气体供给通道35、37或通过油供给通道39供应相应的燃料。可燃气体供给通道35、37给可燃气体分配器通道29、31供应燃料。针对油供给通道39存在自己的油供给管43。

图2表示有两个集成的可燃气体级B和D的扰流叶片7的原理图。

扰流叶片19有两个彼此独立的可燃气体分配器通道29和31。其中一个具有出口喷嘴21的可燃气体分配器通道29，可例如使用于喷入介质D，它不同于第二可燃气体分配器通道31通过出口喷嘴23喷入的介质(介质B)。优选地，这两种通过扰流叶片19的可燃气体分配器通道29和31喷入的是气态介质，例如一种介质是天然气和另一种介质是煤气。在需要时同样可通过这些出口喷嘴21和/或23喷入一种惰性物质，例如水蒸气。

图3表示具有燃料分配器通道29和31的燃料套筒27，它有一些将燃料导入叶片19中的孔。这两个燃料分配器通道29和31基本上平行布设，以及通过隔板50隔开。

现在按本发明已知，双重叶片喷嘴往往难以实现，原因是不存在使用寿命足够长的可燃气体分配器，亦即套筒27，并因而不能确保更可靠地使用。此外还已知，在各燃料通道之间大的温度梯度导致高的热应力，它们严重限制使用寿命。

现在按本发明至少其中一个燃料分配器通道29(或31)设计为供给管55(图4)。供给管55在下游汇入分配器管65(或70)。供给管55在上游与环形附加件60(图5)连接。在这里，环形附加件60沿流向看连接在燃料分配器通道31(或29)上游。由此使原来的燃料分配器通道31(或29)可以说平行于供给管55。环形附加件60通过单独的管接头75供应。原来的燃料分配器通道31(或29)通过另一个通道80供应。所以这两个可燃气体导引通道，亦即供给管55和环形附加件60与原来的燃料分配器通道31(或29)，按本发明在空间上去耦。环形附加件60起如下的作用：它撤除套筒27中的高应力并使应力在构件上均匀地分布。由此通过降低应力消除对结构空间的危害。从而显著延长燃烧器套筒27的使用寿命。采用环形附加件60并不影响或仅不明显地影响原先的气动设计。基于现在更便于制造和更筒易的结构，已制成的机器也可以方便地设置这种环形附加件60和这种供给管55。

优选地，这种按本发明的燃烧器套筒27与一个分割式扰流叶片19结合地使用。扰流叶片包括由第一分配器管65供给的第一燃料喷嘴21，以及由第二分配器管70供给的第二燃料喷嘴23。在这里，分配器管65、70集成在扰流叶片19内。现在，在第一与第二分配器管65与70之间的分割式扰流叶片，设计为分成两个扰流叶片半部19a、19b。由此可以进一步改善从套筒27撤除应力并使应力在构件上均匀分布。此外扰流叶片半部19a、19b在下游具有配合塞90a、90b，以及在上游具有滑座85a、85b，可以说滑座是安装在套筒27本身内。通过配合塞90a、90b和滑座85a、85b，现在这两个扰流叶片半部19a、19b可以单独热膨胀，由此同样降低应力。

为了达到进一步降低应力，将燃料分配器通道31(或29)与供给管55隔开的隔板50设计为弹性的。在这里隔板50可以用一种弹性材料制造。附加或与此不同，隔板50也可以通过相应的几何设计造成弹性并因而抵消应力。这例如可以通过弯曲或波形的隔板50造成。

Claims (7)

1.一种燃烧器，它包括中央燃料供给装置（27）、围绕中央燃料供给装置（27）的用于供给燃烧用空气的环形空气通道（17）以及在环形空气通道（17）内设置的扰流叶片（19），所述扰流叶片具有用于将基本上气态的燃料喷入燃烧用空气中的第一燃料喷嘴（21）和用于将基本上气态的燃料喷入燃烧用空气中的第二燃料喷嘴（23），其中，第一燃料喷嘴（21）由燃料供给装置（27）内的一个燃料分配器供给装置供给，以及第二燃料喷嘴（23）由燃料供给装置（27）内的一个燃料分配器通道（31）供给，其中，燃烧器工作时具有一个燃料流动方向，其特征为：燃料分配器供给装置包括多个供给管（55），其中每个供给管在下游与每个扰流叶片（19）的第一燃料喷嘴（21）连接，以及在上游与环形附加件（60）连接；以及其中，所述环形附加件（60）沿流向看连接在燃料分配器通道（31）上游，并安置在燃料供给装置（27）上，所以在环形附加件（60）与燃料分配器通道（31）之间的空间去耦，导致降低燃料供给装置（27）内的应力。

2.按照权利要求1所述的燃烧器，其特征为，所述环形附加件（60）包括单独的接管（75）。

3.按照前列诸权利要求之一所述的燃烧器，其特征为，所述第一燃料喷嘴（21）由第一分配器管（65）供给，以及所述第二燃料喷嘴（23）由第二分配器管（70）供给，其中，所述第一分配器管（65）、第二分配器管（70）集成在扰流叶片中，以及其中，在所述第一与第二分配器管（65）与（70）之间的扰流叶片（19），设计为分成两个扰流叶片半部（19a、19b）。

4.按照权利要求3所述的燃烧器，其特征为，所述两个扰流叶片半部（19a、19b）在下游分别具有配合塞（90a、90b）。

5.按照权利要求4所述的燃烧器，其特征为，所述两个扰流叶片半部（19a、19b）在上游分别具有滑座（85a、85b）。

6.按照权利要求1所述的燃烧器，其特征为，所述燃料分配器通道（31）和供给管（55）通过隔板（50）隔开，其中，隔板（50）设计为弹性的，由此可减小隔板（50）内产生的应力。

7.一种燃气轮机，具有至少一个按照前列诸权利要求之一所述的燃烧器。