CN1119568C - 操作燃烧器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种操作燃烧器的简便方法，该方法适于所有运行状态。根据本发明，可这样来实现：在点火过程中和燃烧器(1)部分负载运行期间，将辅助气体(15)输入喷口(9)上游的液体燃料中，但是在燃烧器(1)的高负载范围内则中断辅助气体的输入。

Description

操作燃烧器的方法
技术领域
本发明涉及一种操作燃烧器的方法，其中液体燃料以燃料压力流入燃烧器的雾化喷嘴中，通过喷口喷出，但是一种辅助气体以略高于燃料压力的压力事先被引入液体燃料中。
背景技术
所谓的固体喷射雾化器，也就是，用于雾化液体燃料。在这样的一种喷嘴中，液体燃料在高压下，从一预燃室，经过具有一定导流长度的圆形喷口喷出。所得到的燃料流在一较稳定的环境中分裂，形成细密的喷雾。但为给燃烧形成充分细密的喷雾，就需要相对较高的燃料压力，而高的压力仅在燃气轮机装置满负载期间时施加。另一方面，对于低燃料流速的情况，只需要低燃料压力，例如，在燃烧室的点火过程中或当点火后将装置增加负载时。但是，由于液体燃料的雾化是通过一固体射流雾化器，在燃气轮机部分负载期间就导致产生相对大的液滴，因此现有的固体射流雾化器不适用于气轮机的部分负载运行期间使用。
为了在各种情况下获得细密的液滴，喷嘴可另外附带一所谓的点火阶段。这个点火阶段是一第二雾化器，是为相应低流速而设计，从而在部分负载期间确保充分细密的液体燃料的雾化。这样一种方案公开在课本“喷雾和射流”，A.Lefebvre，West Lafayette，Indiana 1989，120页，图4.21。但是，这个喷嘴有两条燃料输送管线和两条燃料管，它们径向布置，一条在另一条之上，燃料根据所需的燃料质量流量输入，这就需要相对大的构造空间。另外，所用零部件自然为复杂精细的设计，结果喷嘴更易于出现故障。在一个喷嘴中使用两个以上雾化器则使所述缺点更为显著。此外，相应数量的带有各种控制阀的燃料输送管线也是必需的，不仅造成设计投入的增加，还提高了成本。在各种情形所需的雾化器的转换过程中，燃料流发生中断，这会导致燃烧器熄火。
同一来源，142-144页和图4.50，公开了一种液体燃料的雾化器，在雾化器喷口的上游将辅助气体引入液流。为达此目的，一气管布设在液体燃料管的内部，气管在喷口的上游终止，并具有若干辅助气体排放口。辅助气体以低速，并在略高于液流的压力下喷入液流。辅助气体流入液流形成了气泡，其效果是在液流中产生了相对细小的碎片和碎条。由于这种小直径的液流易于破碎成细密的射流，液体燃料的雾化即以此方式得到改进。通过将辅助气体喷入液体燃料管使要被雾化的总体积流量增加。这样即使是部分负载时，也可通过固体射流雾化器，实现燃料的充分雾化。
然而，这种雾化器的缺点，是在气轮机的满负载过程中，即高燃料压力时无法使用。为了确保辅助气体喷入液体燃料，和在这个运行状况下雾化器的可运行性，辅助气体必须为高压。然而，没有外部能量供应，这将是很昂贵而且是不可能的。所以，这种雾化器迄今为止几乎未得以广泛应用。
发明内容
因此，为试图避免所有这些缺陷，本发明的一个目的是提供操作燃烧器的一种简便方法，该方法适用于所有运行状态。
根据本发明，提出一种操作燃烧器的方法，其中液体燃料以燃料压力流入燃烧器的雾化喷嘴中，通过喷口喷出，但是一种辅助气体以略高于燃料压力的压力事先被引入液体燃料中，其特征在于辅助气体仅在燃料器点火过程和部分负载运行期间输入，而在高负载范围内中断输入。
雾化喷嘴，本身为公知，现在可用一最佳方式进行改制，不仅适于点火和低负载工况，而且适于高负载和满负载工况。以此方式，这样一种雾化喷嘴，或者配备它的燃烧器，其各自的使用范围大为扩展。仅通过这种方式，就能使它用于在变化的燃烧空气压力下运行的燃烧室中，例如气轮机装置。
通常，低废气排放的燃烧可通过在燃烧器中，使液体燃料与辅助气体预混来实现。当轴向安装的燃烧室中配置有不同高度的燃烧器时，使用这种方法还可获得另外的优越性。通过辅助气体的供给，可显著减少液体燃料不均匀的分布，特别是发生在点火过程中的不均匀分布。这样改善了燃烧室的运行状况。
如果辅助气体甚至当燃烧器的液体燃料的供应中断时仍继续输入，这就特别便利。用这种方法，可使雾化喷嘴进一步排空，防止碳化。
进而，如果辅助气体从一压力容器或一辅助压缩机中送入燃烧器，将很有好处。相应于燃烧器使用的实际工况，每种情形均有一适合的辅助气体源。
将压缩空气所作为辅助气体输入为一种特别优越的方式。当需要时，或者外界空气被压缩，或者来自一个在燃烧器点火前已被充满的压力容器中的压缩空气可用于这个目的。使用外界空气作为辅助气体特别有利，因为它可随时得到。
根据其可得到的情况，本发明亦可由不活泼气体，例如氮气，点火气体(例如丙烷)或燃料气体(例如天然气)来实现。
结合附图，并参照下面的详细描述，将对本发明有更好的理解，也将会很容易地获得对其更全面的认识和许多伴随的优点，其中：
附图说明
唯一的附图1表示一液体燃料燃烧器的部分纵向剖视图，它装有一雾化喷嘴，安装在一气轮机装置中。
具体实施方式
图1中仅画出为理解本发明所必需的元件。未画出的装置元件有，例如，压缩机和气轮机。箭头表示工作介质的流动方向。
现在参见附图1，若干燃烧器1配置在气轮机装置中(图1中示出)，燃烧器使用液体燃料2，更准确地说是燃料油。当然也可使用其它适合的燃料。
每个燃料器，由一外空气管3，和共轴配置在空气管3内的雾化喷嘴4组成，空气管3和雾化喷嘴4均通向气轮机装置的燃烧室5。雾化喷嘴4具有一带内部空间7的液体燃料管6，一燃料输送管线8，和一圆形喷口9。一气管11配置在雾化喷嘴4的内部空间7，与输送线10连接，并有若干排放口12通向内部空间7。内部空间7在喷口9的方向变窄，即，它为燃油2形成一导流件13。输送管线10有一控制阀，可开关气管11。
在气轮机装置的运行过程中，燃油2通过相应的燃料输送管线8供入每个燃烧器1。在此过程中，燃油2首先通过液体燃料管6的内部空间7，在此被燃料压力送入喷口9的方向。在燃烧器1或气轮机装置的点火动作和部分负载运行中，作为辅助气体15的压缩空气，通过输送管线10和配置在气管11中的排放口12，被导入内部空间7的燃油2中。这个喷入在一低速，并在约0.1至3.0巴压力，仅略微高于燃油2的压力下实现。流量和燃料压力被附加的空气15提高，从而即使在燃烧器1的点火动作和部分负载运行中，也可改进燃油2的雾化。另外，辅助气体15进入液体燃油2形成了气泡，其效果是将燃油2挤压成细小的液体燃烧碎片、碎条。由于燃油2的各个部分具有了相对小的初始直径，当通过喷口9喷射燃油2时，即可获得特别细密的喷雾。
作为辅助气体15的空气，在气轮机装置的压缩机部分，以一预压缩状态被抽取出来，并且如果需要，通过一辅助压缩机(图1中未出)达到必需的压力。空气5当然亦可由一压力容器输入。
随着气轮机装置的负载增加，通过燃烧器1的燃料流速也不断升高。与燃料流速相对应，燃烧器1和雾化喷嘴4中的燃料压力也升高。当达到充分雾化所需的燃料压力时，通过关闭控制阀14中断空气供给。当控制阀14关闭时，即在高燃料压力期间，燃油2通过圆形喷口9分裂成适于燃烧的细密的射流。
空气15即使当燃烧器2的液体燃料2供应中断时，也输入燃烧器1，例如当然燃烧用作点火燃烧器或予燃燃烧器或一系列燃烧器的阶段燃烧器时，或者当气轮机装置停机时。以此方式，可确保雾化喷嘴4的排空，防止其碳化。
其它辅助气体，例如不活泼的气体(氮气)或点火气体(丙烷)或燃料气体(天然气)，当然也可用来代替所用的空气15。
显然，根据上述原则，本发明还可能有多种修改和变型，所以应认识到本发明还可以不同于上面具体描述的方式来实现。

Claims (12)

1.一种操作燃烧器(1)的方法，其中液体燃料(2)以燃料压力流入燃烧器(1)的雾化喷嘴中，通过喷口(9)喷出，但是一种辅助气体(15)以略高于燃料压力的压力事先被引入液体燃料(2)中，其特征在于辅助气体(15)是在燃烧器(1)的点火时和部分负载运行期间供给，而在燃烧器(1)的高负载范围内则中断供给。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是当燃烧器(1)的液体燃料(2)的供应中断时，辅助气体(15)仍继续供给。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是辅助气体(15)从一压力容器或一辅助压缩机中送入燃烧器(1)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是压缩空气作为辅助气体(15)供给。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是在燃烧器(1)的点火和/或部分负载运行期间，外界空气(15)被压缩并送入燃烧器(1)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是压缩空气(15)从一个在燃烧器(1)点火之前即被充满的压力容器中送入燃烧器(1)。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征是一种不活泼气体作为辅助气体(15)送入燃烧器(1)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是该不活泼气体为氮气。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征是一种点火气体，较佳地为，作为辅助气体(15)送入燃烧器(1)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是该点火气体为丙烷。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征是一种燃料气体用作为辅助气体(15)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是该燃料气体为天然气。
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