CN104204680A - 燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

燃烧装置(5)包括：喷燃器(10)；燃烧室(11)，其位于喷燃器(10)的下游；喷管(14)，其突出进入喷燃器(10)以用于燃料和空气喷射；增压室(20、27)，其至少部分地容纳喷燃器(10)。增压室(20、27)连接至喷管(14)的内部以向其供应氧化剂。

Description

燃烧装置
技术领域
本公开涉及燃烧装置。尤其，以下参考了燃气涡轮(例如连续燃烧燃气涡轮)，无论如何应清楚，相同的装置也可在不同的应用(例如炉)中实现。
背景技术
参考图1，燃气涡轮1具有：压缩机2，燃烧装置3以及涡轮4；压缩机2产生高压空气，其与燃料一起供应至燃烧装置3，它们在燃烧装置3中燃烧以产生热气体，该热气体在涡轮4中(高压涡轮)中膨胀；从涡轮4排出废气。
连续燃烧燃气涡轮在高压涡轮4下游具有第二燃烧装置5，其中，附加的燃料供应至废气中且其燃烧以产生热气体，该热气体然后在第二涡轮6中(低压涡轮)膨胀。
在第二燃烧装置5内，与燃料一起喷射空气；该空气主要具有帮助燃料渗入流过第二燃烧装置的废气中、以及防止在喷射后紧接的早期燃料燃烧的功能。
由于经过第二燃烧装置5的废气具有大的压力(因为在高压涡轮4中只发生了部分膨胀)，喷射至第二燃烧装置5中的空气由压缩机2的末级抽出。
该冷却方案具有一些缺点。
事实上，由于在压缩机2的末级处，空气具有大的压力，抽出的空气(并因此防止该空气燃烧或膨胀)在燃气涡轮的性能以及效率上具有大的负面影响。
发明内容
本发明的一方面包括提供燃烧装置，其带有与已知的燃烧装置相比改善的性能以及效率。
本发明的另一方面为提供燃烧装置，其中可减少从压缩机抽出的空气的负面影响。
通过提供根据所附权利要求的燃烧装置而获得这些和其他的方面。
有利地，增加了逆燃界限并且减少了NOx排放。
附图说明
根据通过附图中的非限制示例而示出的燃烧装置的优选但非排他性的实施例的描述，更多特性和优点将更显而易见，在附图中：
图1是已知的燃气涡轮的示意图；
图2是在本发明的实施例中的燃气涡轮的示意图；
图3以及图4显示了在本发明的不同实施例中的燃气涡轮的细节；以及
图5是喷管的细节；
图6显示了带有冷却空气分布的又一实施例。
具体实施方式
下面参考附图；附图在若干视图中包括用于相同或相似部分的相同标号。
优选地，燃烧装置为燃气涡轮(例如连续燃烧燃气涡轮1)的一部分。
连续燃烧燃气涡轮1包括压缩机2、第一燃烧装置3、第一涡轮4(高压涡轮)、第二燃烧装置5以及第二涡轮6(低压涡轮)。这些燃气涡轮在本领域是公知的。
在运行期间，压缩机2压缩氧化剂并使其供应至第一燃烧装置3。氧化剂通常为空气并在下面指代空气。第一燃烧装置3接收压缩空气以及燃料并燃烧它们产生热气体，该热气体在第一涡轮4中部分膨胀。来自第一涡轮4的废气进入第二燃烧装置5，在其中，附加的燃料被供应并燃烧产生热气体，该热气体然后在第二涡轮6中膨胀。
第二燃烧装置5包括喷燃器10；在运行期间，流F(来自涡轮4的废气)流过喷燃器10。自然地，在不同种类的喷燃器或燃气涡轮或燃烧装置的应用中，流也可以是与废气不同的流。
在喷燃器10的下游提供有燃烧室11。
喷燃器具有：入口12，其带有涡流发生器13(例如四面体涡流发生器)；以及喷管14，其突出进入喷燃器2以用于燃料和空气喷射。
经过喷管14喷射的空气主要用于：
有助于燃料渗入流过喷燃器10的废气中，
在喷射后屏蔽和保护燃料，以在喷射后防止其立即的燃烧，
流过喷管时喷管的冷却。
喷管14连接至空气源以及燃料箱(标号16指示来自燃料箱的管)。
在不同的示例中，喷管14可布置成供应不同的燃料，例如液体燃料(如油)和气体燃料；在这种情况下，喷管14连接至两个或更多的燃料箱，每个用于一种燃料。
燃烧装置5具有容纳喷燃器10的增压室和燃烧室11；在增压室内，空气基本静止(即不动)。
增压室连接至喷管14的内部以向其供应空气。
增压室可包括外部增压室20和内部增压室27；外部增压室20容纳连接至喷燃器10以用于向其供应空气的内部增压室27。内部增压室27和外部增压室20由冷却路径连接以用于燃烧室11。
喷管14包括用于空气的导管21和用于燃料的一个或者多个导管23、24(例如喷管14可供应两种不同的燃料，在这种情况下，每个导管23、24均连接至燃料箱)。增压室20或27连接至用于空气的导管21。
优选地，用于空气的导管21环绕用于燃料的导管23、24，并且喷管14具有容纳在增压室20、27中的部分。此外，用于空气的导管21具有将其连接至增压室20或27的一个或者多个开口25。
特别是，图3显示了一个示例，在其中用于空气的导管21连接至外部增压室20。
图4显示了一个示例，在其中用于空气的导管21连接至内部增压室27。
优选地，在导管21的入口处的空气压力损失通过该入口的几何图形的适当成形减小。
图4的实施例(即带有连接至内部增压室27的导管21的实施例)使带有更低压力的空气供应经过喷管14和导管21(因为空气经受压降以到达内部增压室27)。
导管21向内部增压室27或外部增压室20的连接使喷射至喷燃器10中的空气具有接近于流过导管21的流(废气)的压力。
用于空气的导管21具有从用于空气的导管21向外突出的带有套筒29的喷嘴28。该特征不是强制的，但可有助于空气和燃料渗透。优选地，在图4的实施例中，套筒比图3的实施例的套筒更长；更长的长度有助于在空气压力更低时渗入热气体中。
如图所示，用于空气的导管21的喷嘴基本与用于燃料的导管23、24的喷嘴30、31同轴(标号34指示喷嘴29、30、31的轴线)。
用于燃料的导管23、24具有从各自的用于燃料的导管23、24向外突出的带有套筒的喷嘴30、31。
根据描述和示出的内容，燃烧装置的操作是显而易见的，并且大致为下列内容(参考图3)。
空气在压缩机2的中间部分处从压缩机2抽出，在该中间部分，空气压力接近于废气F的压力。该空气供应至外部增压室20中。
空气从外部增压室20经由开口25(箭头F4)进入导管21，经过喷管14的导管21，到达喷嘴28并与燃料(箭头F6)一起通过喷嘴28喷射(箭头F5)。
在图4的实施例中，空气用于冷却燃烧室壁(箭头F1)并且其然后供应至内部增压室27中(箭头F2)。冷却空气从内部增压室27供应经过喷燃器的壁以冷却它们(箭头F3)。此外，空气通过开口25(箭头F4)进入喷管14的导管21，并且经过导管21，到达喷嘴28。然后空气与燃料(箭头F6)一起通过喷嘴28喷射至喷燃器10中(箭头F5)。
出人意料地，已确定，此外当空气喷射经过具有接近于给定流压力的压力的喷管14时，操作仍按照燃料渗透和燃烧正确地发生。
当然，说明的特征可与彼此独立地提供。
在实践中，使用的材料和尺寸可根据需求并且根据技术水平随意选择。
图6的实施例基于图3的实施例。除图3中显示的细节之外，显示了向增压室20和内部增压室27的空气供应。此外，显示了在燃烧室11下游的第一涡轮叶片列33和在喷燃器10上游的出口导向叶片以及出口增压室18。
通过主分布增压室17提供了向增压室20和内部增压室27的空气供应。在该示例中，通过主分布增压室17也提供了冷却第一涡轮叶片列33所需的冷却空气F7。冷却空气流F0提供至主分布增压室17。典型地，冷却空气流F0是中压冷却空气，其可从压缩机放气中获得(即在压缩机出口之前)。
根据一个实施例，通过主分布增压室17提供了用于增压室20的冷却空气流F8和用于内部增压室27的冷却空气流F1。
增压室17、18、20以及27可以是同心地围绕燃气涡轮的热气体路径的环状增压室。入口增压室18可以布置为同心地围绕入口导向叶片列32。主分布增压室17可以布置为同心地围绕第一涡轮叶片列33。增压室20可以布置为同心地围绕燃烧室11和内部增压室27。
在图6中显示的实施例中，通过主分布增压室17也提供了用于第一涡轮叶片列33的冷却空气流F7。
在图6中显示的实施例中，通过主分布增压室17也提供了用于入口导向叶片列32的冷却空气流F9。在该情况下，附加出口增压室18布置在喷燃器27的上游端处，喷燃器27用于入口导向叶片列32的冷却空气供应。用于入口导向叶片列32的冷却空气流F9从主分布增压室F0经由增压室20提供。
主分布增压室17的使用减少了对冷却空气供应线的需要，并且允许了用于整个燃烧室11、和喷燃器10的中压冷却空气的使用。
根据实施例，第一叶片列33和入口导向叶片32的冷却空气也可从主分布空气增压室提供。
增压室17、18以及20中的流速与沿着燃烧室的衬套(流F1)和在叶片32、33中的冷却空气的流速相比较小。特别是，增压室20的横截面保持大以减小在增压室20中的流速以便使跨过增压室20的压降保持得小。根据一个实施例，流速可以保持在30m/s以下。根据又一实施例，流速可以保持在15m/s以下。
相反，沿着燃烧室11的衬套的空气流F1的流速可以高于30m/s或者甚至高于50m/s。
结果，虽然如此，但空气流F1和空气流F8从相同的主分布增压室供给，用于将空气流4供给至喷管14的压力高于在内部增压室27中的压力。
由于在增压室20以及入口增压室18中的较低压降，在入口增压室18中的压力足以供应通向出口导向叶片32的冷却空气。
参考标号
1 燃气涡轮
2 压缩机
3 燃烧装置
4 高压涡轮
5 燃烧装置
6 低压涡轮
10 喷燃器
11 燃烧室 
12 入口
13 涡流发生器
14 喷管
16 管
17 主分布增压室
18 出口增压室
20 增压室
21 用于空气的导管
23、24 用于燃料的导管
25 开口
27 内部增压室 
28 喷嘴
29 套筒
30、31 喷嘴
32 出口导向叶片列 
33 第一涡轮叶片列
34 轴线
F 废气流
F0、Fl、F2、F3、F7、F8、F9 空气
F4、F5 氧化剂(空气)
F6 燃料

Claims (11)

1. 一种燃烧装置(5)，包括：
喷燃器(10)，
燃烧室(11)，其位于所述喷燃器(10)的下游，
喷管(14)，其突出进入所述喷燃器(10)以用于燃料和空气喷射，
增压室(20、27)，其至少部分地容纳所述喷燃器(10)，
其特征在于，所述增压室(20、27)连接至所述喷管(14)的内部以向其供应氧化剂。
2. 根据权利要求1所述的燃烧装置(5)，其特征在于，所述喷管(14)包括用于氧化剂的导管(21)以及用于燃料的至少一个导管(23、24)，其中所述增压室(20、27)连接至用于氧化剂的所述导管(21)。
3. 根据权利要求2所述的燃烧装置(5)，其特征在于，用于氧化剂的所述导管(21)环绕用于燃料的所述至少一个导管(23、24)。
4. 根据权利要求2所述的燃烧装置(5)，其特征在于，所述喷管(14)具有容纳在所述增压室(20、27)中的部分，其中用于氧化剂的所述导管(21)具有将其连接至所述增压室(20、27)的至少一个开口(25)。
5. 根据权利要求4所述的燃烧装置(5)，其特征在于，包括由用于所述燃烧室的冷却路径连接的外部增压室(20)以及内部增压室(27)。
6. 根据权利要求5所述的燃烧装置(5)，其特征在于，用于氧化剂的所述导管(21)连接至所述外部增压室(20)。
7. 根据权利要求5所述的燃烧装置(5)，其特征在于，用于氧化剂的所述导管(21)连接至所述内部增压室(27)。
8. 根据权利要求5所述的燃烧装置(5)，其特征在于，所述外部增压室(20)至少部分地容纳所述内部增压室(27)。
9. 根据权利要求2所述的燃烧装置(5)，其特征在于，用于氧化剂的所述导管(21)具有从用于氧化剂的所述导管(21)向外突出的带有套筒(29)的喷嘴(28)。
10. 根据权利要求2所述的燃烧装置(5)，其特征在于，用于燃料的所述至少一个导管(23、24)具有喷嘴(30、31)，
用于氧化剂的所述导管(21)的所述喷嘴(28)基本与用于燃料的所述至少一个导管(23、24)的所述喷嘴(30、31)同轴。
11. 根据权利要求10所述的燃烧装置(5)，其特征在于，用于燃料的所述至少一个导管(23、24)具有从用于燃料的所述导管(23、24)向外突出的带有套筒的喷嘴(30、31)。
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