CN1114787C - 燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种新的燃烧器，至少一个冷却管道正好延伸到压力通风室中，该冷却管道作为一个具有通到压力通风室中的孔的散流器。燃烧器罩上的至少一个开口设置在散流器区域中或紧靠该散流器孔的下游处。一个其孔通到压力通风室中的旁通管道处于各个开口的下游。每一个旁通管道的孔至少大体与散流器的孔平行，并且成阶梯状地向外偏离。各个旁通管道均有一个压力调节设备。

Description

燃烧室

技术领域

本发明涉及一种具有压力通风室的燃烧室，该压力通风室的外部由燃烧器罩限定，所述燃烧室用于接收至少一种一次风，还包括至少一个设置在所述压力通风室中的燃烧器，所述压力通风室的下游设置一个燃烧区，至少一个冷却管道进入所述压力通风室中，冷却管道在燃烧区的周围，燃烧器罩上至少有一个用于二次风的开口。

背景技术

通过若干燃烧器将液态和/或气态燃料及雾化空气供应给燃气涡轮机设备的燃烧室。为此，将这些燃烧室设置在一个燃烧室罩中，该罩使燃烧器周围的称作压力通风室的空间与外部隔离。将压力通风室设置在燃烧室的上游，并使其与燃烧室的壁连接。用燃气涡轮机的压缩机输送燃烧所需的空气。在这种方法中，一次风首先用于冷却燃烧室壁，为此将该一次风引入燃烧室壁外的冷却管中。冷却管进入压力通风室中。在冷却管中经过预热的空气作为助燃空气从该压力通风室中通过燃烧器进入燃烧室，最后与所用的燃料一起燃烧。为了能够保证燃烧器稳定运行，进入燃烧室罩的助燃空气必须有确定的流动结构。

由于使用了新的燃烧室冷却技术，因而所需的冷却空气和助燃空气的用量彼此很不相同。因为需要大量空气进行燃烧，所以除了冷却空气之外，还要有适量的压缩机空气流直接进入燃烧器罩。因而这种谓旁通气流也会流入压力通风室中，例如在DE 195 16 798A1所示的燃烧器罩上开有一些合适的开口。

在DE 195 23 094A1中介绍了另一种增加旁通气流的方法，其中通过至少一个喷射系统将二次风引入一次风(冷却空气)中，上述喷射系统位于压力通风室的过渡区中。由于这两股空气混合很好，所以压力损失很小。

但是，根据燃气涡轮机的热力学设计和所用的燃料，燃烧室中燃烧所需的空气和燃烧室冷却所需的空气会有很大的不同。所以旁通气流的用量也要变化。然而，即使改变了旁通气流的用量，也不该影响燃烧器罩中的流动状况。也就是说，在旁通气流的流入状况不利的情况下，会出现对一次风及其稳定性有不利影响的涡流，回流区域或其他现象。

发明内容

因此，本发明旨在克服所有这些缺陷，本发明的目的在于提供一种新的燃烧器，这种燃烧器改善了空气供应条件，当冷却空气和燃烧空气的质量流量不同时，还可确保燃烧器中有最佳的射流。

根据本发明，该目的是按如下方法实现的，即本发明涉及一种具有压力通风室的燃烧室，该压力通风室的外部由燃烧器罩限定，所述燃烧室用于接收至少一种一次风，还包括至少一个设置在所述压力通风室中的燃烧器，所述压力通风室的下游设置一个燃烧区，至少一个冷却管道进入所述压力通风室中，冷却管道在燃烧区的周围，燃烧器罩上至少有一个用于二次风的开口，其中有至少一个冷却管道正好延伸到压力通风室中，该冷却管道在这里作为一个具有通到压力通风室中的孔的散流器。将燃烧器罩上的至少一个开口设置在散流器区域中或紧靠该散流器孔的下游处。一个其孔通到压力通风室中的独立旁通管道处于燃烧器罩的各个开口的下游。使每一个旁通管道的孔成阶梯状地向散流器孔的外侧偏离，并至少使其基本与散流器平行。各个旁通管道均有一个用于调节旁通空气的压力调节设备。

利用这种结构，不仅旁通空气的质量流量，而且旁通气流的速度和流动方向均可适应于一次风，也就是说适应于通过至少一个冷却管道流入压力通风室中的助燃空气。在这种情况下，旁通气流在引入压力通风室时，不仅与一次风平行，而且还作为直接喷射到燃烧器罩的内壁上的所谓的附壁射流。所以能有效地防止气流分离。装到旁通管道上的压力调节设备最好使二次风(旁通气流)的压力比适应于一次风中的压力比。由此，可以避免射流对燃烧器的影响，这就可以改善燃烧室中的燃烧效率，因而散热量少，使燃气涡轮机设备进行有效的运行。此外，散流器用于减少一次风的流速，并使一次风得到最多的压力补偿。如果不需要旁通气流，旁通管道上的孔起阶梯作用，形成所谓的阶梯散流器，在该散流器的端部形成一个限定的分离部位。因而就避免了在散流器中出现的不确定因数，即避免了散流器中位置不确定的分离。

在一种特别有效的方法中，燃烧器罩中的各个开口的下游处至少还有另一个开口。与开口设置在上游的方法类似，所述的各个另一开口有一根设置在下游的旁通管道，旁通管道上有一个通入压力通风室中的孔。各个旁通管道上也有一个压力调节设备。因而就可以使各个旁通管道的高度适合于最佳的散流器运行。沿着一次风的方向使开口的一个接一个的旁通管的孔以阶梯状偏置，而且这些孔至少大体平行。这种双阶梯结构使旁通气流具有所需的取向。由于这一系列小阶梯的分隔区域相当小，所以若干小的阶梯造成的压力损失比单个大阶梯的压力损失小。

如果将压力调节设备设计成栅格状，而且如果将这些压力调节设备设置在空气入口侧的槽中，则这种结构特别合适。利用栅格体为旁通气流导向并将其排出，就可以有确定的气流流入压力通风室中。由于栅格形式是根据所需的压力损失选择的，即根据压力选择栅格体的长度和阻气动作，所以根据燃烧室总的运行情况，可以使二次风适应于所期望的一次风的速度和压力比。在检查期间和停机期间，可以更换栅格体，从而这些压力调节设备可以适应于变化的运行条件。将栅格体盖的夹具固定到最下游的至少一个栅格体上。因为装有栅格体盖，而该栅格盖也是在停机时装配的，所以可以关闭栅格体，因而机器可以有利于满足冷却空气的更大需求。

作为栅格体的替代方案，压力调节设备包括一个栅栏板，该栅栏板盖住开口而且还有一个穿过它的冲击孔，该设备还包括在旁通管道内的冲击面。在燃烧室运行期间，喷射的二次风穿过冲击孔进入压力通风室中，首先撞击冲击面，其结果是得到所需的压力损失。

在一个特别有利的方法中，设计至少一个冲击孔，该冲击孔可以被关闭，为此，该冲击孔上有一个孔盖的夹具。装配孔盖或将孔盖除去也是在停机时进行的。通过适当地阻塞或打开冲击孔，旁通气流的进气流就可适应于燃烧室的冷却需求。为此，合适的情况是可以将设置在最下游的各个栅栏板的冲击孔盖住，以确保一次风能够进行最佳的喷射。

最后，在燃烧器罩上有至少两个开口，这两个开口均匀地分布在一个至少大体横穿压缩机空气流的平面上。

下面通过结合燃气涡轮机设备的燃烧室的附图所进行的详细描述，将会更清楚本发明及其本发明的优点，同时将会更好地理解本发明，其中：

附图说明

图1是燃烧室的局部纵向剖视图；

图2是燃烧器罩的槽口区域的放大示意图；

图3是图2的示意图，但这是第二个实施例。

具体实施方式

为了理解本发明，图中只示出主要部件。没有示出的燃气涡轮机装置的部件是，例如有压缩机和燃气涡轮机以及处于燃烧器罩外侧的燃料供应设备。工作介质的流动方向由箭头表示。

现在参考附图，所有附图中的相同标号表示相同或相应部件，燃气涡轮机设备(未示出)主要包括：一个压缩机、一个设计成筒形燃烧室并有一个燃烧区2和一个燃烧室壁3的燃烧室1、一个燃气涡轮机、和一个与燃气涡轮机相连的发电机。若干燃烧器5与筒形燃烧室1的燃烧区2相连，这些燃烧器固定在燃烧器罩4上，用于供应燃料，并被设计成锥形。在射流侧，每一个锥形燃烧器5包括一个旋流发生器6和一个混合段7，该混合段成为光滑的过渡区并引入燃烧区2。EP 07 04 657 A2公开了这种锥形燃烧器5，因为这种燃烧器有管道混合段7，所有也称作管式燃烧器。在任何情况下，燃料9通过燃烧器喷嘴8(仅仅是示意地表示出)从燃烧器罩4的外部供给燃烧器。当然，也可用其它燃烧器。

将冷却管道10设置在燃烧区2的外侧，冷却管道包围燃烧区，在筒形燃烧室1中，燃料9燃烧所需的助燃空气由压缩机供给冷却管道。助燃空气首先用于冷却燃烧室壁3，形成均匀的一次风11，一次风经过冷却管道10的孔12进入空间13，该空间称作锥形燃烧器5的形成于燃烧区罩4内的压力通风室。为此，冷却管道10正好延伸到压力通风室13中，而在压力通风室13内的冷却管道部分称作散流器14，所以冷却管道10的孔12和散流器14的孔相同。在任何情况下，将设计成槽的两个开口15，15’设置在燃烧器罩4的任一侧，并使这两个开口处于各个散流器14的上游端(图1)。旁通管16，16’在各个槽15，15’的下游端，旁通管道的孔17，17’进入压力通风室13中。旁通管道16，16’的孔17，17’大体与散流器14的孔12平行。此外，旁通管道16，16’的孔17，17’相对于散流器14的孔12彼此向外成阶梯状偏离。

在本发明的第一实施例中，将设计成栅格的压力调节设备18，18’设置在旁通管道16，16’的空气入口侧。在燃烧器罩4的任一侧，各个栅格18，18’都有一个栅格盖26(虚线所示)的夹具19，所以可将设计的栅格盖住(图2)。

在筒形燃烧室1运行期间，根据燃烧室的冷却原理控制不同的输出，所以应该利用筒形燃烧室1中所需要的一部分助燃空气对不同的燃烧室壁3进行冷却。为此，将压缩机供给的助燃空气分出二次风20，通过燃烧器罩4上的槽15，15’将作为旁通空气的二次风引入压力通风室13中(图1)。旁通气流的空气流量可以高达总助燃空气量的20％。在该方法中，将旁通空气20以所谓的附壁射流25引入到压力通风室13中，附壁射流大体与一次风11平行，并与一次风11的速度大体相同(图2)。通过栅格18，18’就使旁通气流20必然会形成压力损失。这样可避免射流对燃烧器的影响，从而改善筒形燃烧室1的燃烧效果，使燃气涡轮机设备的排放物减少，运行效果增加。

此外，因为一次风11经散流器14进入压力通风室13，所以可降低压力损失。因而也就减少了一次风11和二次风20之间的压差，这样就可使用短的栅格18，18’。因此，利用栅格盖26就可使旁通空气的质量流量大体适应于所测到的筒形燃烧室1的需求量。为此，当燃气涡轮机设备停止运行时，将栅格盖26插到相应的夹具19中，将其进行固定，首先盖住的是最下游的栅格18’。当然也可将栅格盖26焊接到夹具上。

最后，通过对流传热冷却了燃烧室壁13后，一次风得到预热，预热后的一次风11和助燃空气的二次风20经压力通风室13进入燃烧器5，然后从燃烧器进入筒形燃烧室1。在筒形燃烧室1中，助燃空气与所用的燃料9一起进行燃烧，形成热的工作气体。工作气体通过燃气涡轮机(未示出)时得到膨胀，驱动压缩机和发电机，发电机又产生外部使用的电流。

在本发明的第二实施例中，将每一个压力调节设备18，18’均设计成两列冲击孔22，22’的组合件，这些孔设置在盖住槽15，15’的栅栏板21，21’上，每个槽都有处于旁通管道16，16’内的冲击面23，23’。冲击孔22，22’分布在栅栏板21，21’的整个外周上。在燃烧器罩4一侧的处于上游的槽15具有第一冲击面23，而在燃烧器罩4同一侧的处于下游的槽15’具有第二冲击面23’。冲击面23，23’以及在下游的燃烧器罩4，沿一次风11的方向成阶梯状态。在燃烧器罩4任一侧上设计的冲击孔22，22’应使它们能被盖住，为此，设置了一个孔盖27(虚线所示)的夹具24。

在筒形燃烧室1运行期间，通过冲击孔22，22’和毗邻的旁通管道16，16’进入压力通风室13的旁通气流20的射流，首先撞击冲击面23，23’，其结果是实现所需的压力损失。根据运行模式，可以关闭一列或多列冲击孔，首先盖住的是处于下游的几列冲击孔。其余二次风20适用于一次风11，其方法类似于第一实施例。

在上述两个实施例中，可以阻塞所谓的双阶梯的外槽15’(图2，图3中仅示出一部分)。在这种情况下，内槽15使二次风20保持所需的用量，而外槽15’用作阶梯式散流器。如果不需要旁通气流20，可将两个槽15，15’都关闭，因此得到双阶梯散流器(未示出)。利用这种散流器，得到的压降系数比用单一大阶梯的散流器的大。在两个槽15，15’之间采用适当的分隔段可以确保没有向散流器14中产生回流。

显然，根据上述技术可以对本发明作出许多变化和改进。所以应当明白，在权利要求的范围内，也可以用本文具体描述以外的方法实施本发明。

Claims (10)

1.一种具有压力通风室(13)的燃烧室，该压力通风室的外部由燃烧器罩(4)限定，所述燃烧室用于接收至少一种一次风(11)，还包括至少一个设置在所述压力通风室(13)中的燃烧器(5)，所述压力通风室(13)的下游设置一个燃烧区(2)，至少一个冷却管道(10)进入所述压力通风室(13)中，冷却管道在燃烧区(2)的周围，燃烧器罩(4)上至少有一个用于二次风(20)的开口(15，15’)，其特征在于：

a)至少一个冷却管道(10)正好延伸到压力通风室(13)中，该冷却管道在压力通风室中作为一个具有通到压力通风室(13)中的孔(12)的散流器(14)；

b)将燃烧器罩(4)上的至少一个开口(15，15’)设置在散流器(14)区域中或紧靠该散流器孔的下游处；

c)一个其孔(17，17’)通到压力通风室(13)中的旁通管道(16，16’)处于各个开口(15，15’)的下游；

d)使每一个旁通管道(16，16’)的孔(17，17’)至少大体与散流器(14)的孔(12)平行，并成阶梯状地向外侧偏离；

e)各个旁通管道(16，16’)均有一个压力调节设备(18，18’)。

2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于燃烧器罩(4)中的各个开口(15)的下游处还有至少另一个开口(15’)，所述的各个另一开口(15’)均有一根设置在下游的旁通管道(16’)，该旁通管道上有一个通入压力通风室(13)中的孔(17’)，各个旁通管道(16’)上也有一个压力调节设备(18’)，旁通管道(16，16’)的孔(17，17’)以阶梯状偏置，而且这些孔至少彼此大体平行。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其特征在于将压力调节设备(18，18’)设计成栅格状。

4.根据权利要求3所述的燃烧室，其特征在于将栅格(18，18’)设置在旁通管道(16，16’)的空气入口侧。

5.根据权利要求3所述的燃烧室，其特征在于使所设计的至少一个栅格(18，18’)成为可以被关闭的状态。

6.根据权利要求5所述的燃烧室，其特征在于至少设置在最下游的栅格(18，18’)具有一个栅格盖(26)的夹具(19)。

7.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其特征在于各个压力调节设备(18，18’)包括一个用于关闭开口(15，15’)的栅栏板(21，21’)，栅栏板上至少有一个穿过其的冲击孔(22，22’)，其冲击面(23，23’)处于旁通管道(16，16’)内。

8.根据权利要求7所述的燃烧室，其特征在于使所设计的各个压力调节设备(18，18’)的至少一个冲击孔(22，22’)成为可以被关闭的状态。

9.根据权利要求8所述的燃烧室，其特征在于设置在最下游的各个栅栏板(21，21’)的冲击孔(22，22’))具有一个用于孔盖(27)的夹具(24)。

10.根据上述任一权利要求所述的燃烧室，其特征在于在任何情况下，燃烧器罩(4)上开有至少两个开口(15，15’)，这些开口均匀地分布在一个大体横穿一次风(11)的平面上。

Images