CN1397761A

CN1397761A - 预混合燃烧器的起动燃烧器、预混合燃烧器及燃气轮机

Info

Publication number: CN1397761A
Application number: CN02126339A
Authority: CN
Inventors: 万代重实; 松浦正昭; 斋藤圭司郎; 田中克则; 秋月涉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2003-02-19
Also published as: CA2393863C; EP1278013B1; JP2003028425A; EP1278013A2; US20030014976A1; CA2393863A1; US6701713B2; EP1278013A3

Abstract

本发明提供保焰性高的预混合燃烧器的起动燃烧器等。从起动旋流器21朝着起动喷嘴22的前端方向配设着与起动喷嘴22侧面几乎密接的空气导引板24。该空气导引板24的端部27位于起动喷嘴22的前端，从起动喷嘴22的轴心看，朝着半径方向外方弯曲。空气导引板24的端部27这样弯曲后，在该部分如箭头28所示地先导空气26回流，产生旋涡。该旋涡抑制燃料的飞散，可防止因先导空气26的流动引起燃料的稀薄化，所以可提高保焰性。

Description

预混合燃烧器的起动燃烧器、预混合燃烧器及燃气轮机

技术领域

本发明涉及预混合燃烧器的起动燃烧器、预混合燃烧器及燃气轮机，特别涉及利用燃料的滞流点和旋涡，提高保焰能力的预混合燃烧器的起动燃烧器、预混合燃烧器及燃气轮机

背景技术

图8概略地表示设在已往燃气轮机上的预混合燃烧器的起动燃烧器及主燃烧器。起动燃烧器70由外筒71、起动旋流器72、起动喷嘴73和起动锥体74构成。起动旋流器72的作用是使先导空气旋回，提高燃烧效率，该先导空气从在预混合燃烧器的中央扩散喷射燃料的起动喷嘴73的上游流过来。

该起动旋流器72与起动喷嘴73相邻，但并不直接配设在起动喷嘴73上，而是包围起动喷嘴73地配设在外筒71上。如箭头75所示，从起动喷嘴73扩散喷射出来的燃料燃烧而形成的火焰，辅助设在起动喷嘴73周围的多个预混合喷嘴76形成的预混合气体的燃烧。

上述预混合喷嘴76形成的预混合气体的燃烧，约有1500℃，不容易生成有害的热NOx。但是，起动喷嘴73的燃烧，温度相对较低，容易生成有害的热NOx。为此，为了降低该热NOx，曾考虑过减少从起动喷嘴73扩散喷射的燃料的方法。

但是，如果削减了从起动喷嘴73喷射的燃料，则上述已往的预混合燃烧器的起动燃烧器70，随着燃烧其火焰不稳定，最严重时会被先导空气吹灭。由于起动喷嘴73产生的火焰对预混合喷嘴76形成的主燃烧有很大影响，所以，应尽量使其稳定。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的是利用起动喷嘴73所扩散喷射燃料的滞流点和旋涡，提供能提高保焰性的预混合燃烧器的起动燃烧器、预混合燃烧器及燃气轮机。

为了实现上述目的，权利要求1记载的预混合燃烧器的起动燃烧器，备有起动旋流器和起动喷嘴，起动旋流器包围着起动喷嘴地配设在外筒上，起动喷嘴具有将燃料朝斜前方扩散喷射的喷射口；其特征在于，

从上述起动旋流器朝着起动喷嘴的前端方向配设着与起动喷嘴的侧面几乎密接的空气导引板，从起动喷嘴的轴心看位于起动喷嘴前端的该空气导引板的前端，其朝半径方向弯曲着。

空气导引板，从起动旋流器朝着起动喷嘴的前端方向几乎与起动喷嘴的侧面密接地配设着。该空气导引板，把由起动旋流器形成的旋回流先导空气沿着起动喷嘴的轴方向导引到前端。空气导引板的端部位于起动喷嘴的前端部，其形状是，从起动喷嘴的轴心看，朝半径方向内方或外方弯曲着。

例如，该端部朝半径方向外方弯曲时，在该部分，先导空气朝内侧旋回，产生旋涡。这样，促进适度的空气与燃料混合，可防止因先导空气的流动而引起燃料的稀薄化，提高保焰性。另外，与上述同样地，当上述端部朝半径方向外方弯曲时，如果使燃料喷射口喷射的燃料与上述端部碰撞地弯曲，则除了上述旋涡效果外，在其碰撞点还出现燃料的滞流点，也可提高保焰性。

另外，当上述端部朝半径方向内方弯曲时，在空气导引板与燃料喷射口之间形成的间隙内空气与燃料混合后，产生绕空气导引板的旋涡。这样，也与上述同样地，可提高起动燃烧器的保焰性。除了将空气导引板的端部弯曲外，把起动燃烧器的燃料喷射口设在空气导引板端部的上游侧，也可以促进空气与燃料的混合、滞留。

权利要求2所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，是在权利要求1所述的预混合燃烧器的起动燃烧器中，其特征在于，上述空气导引板的端部，从起动喷嘴的轴心看，朝半径方向外方弯曲。

空气导引板的端部位于起动喷嘴的前端，其形状是，从起动喷嘴的轴心看时朝半径方向外方弯曲着。将该端部这样弯曲时，在该部分产生先导空气的旋涡，提高保焰性。另外，同样地，上述端部朝半径方向外方弯曲时，如果使燃料喷射口喷射的燃料与上述端部碰撞地弯曲，则在该碰撞点出现燃料的滞流点，这也能提高保焰性。

权利要求3所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，是在权利要求1或2所述的预混合燃烧器的起动燃烧器中，其特征在于，在起动喷嘴的燃料喷射口侧，起动喷嘴喷射的燃料与上述空气导引板的端部相撞。

空气导引板的端部位于起动喷嘴的前端部。其形状是，从起动喷嘴的轴心看时朝半径方向外方弯曲着。在该端部产生先导空气的旋涡。另外，如果该端部选择适当弯曲角度，则在燃料喷射口侧，从起动喷嘴喷射的燃料直接相撞。如果燃料相撞，则在空气导引板端部的燃料喷射口侧产生流速为O、即燃料的滞流点，可容易保持该部分的火焰。

权利要求4所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，是在权利要求1所述的预混合燃烧器的起动燃烧器中，其特征在于，上述空气导引板的端部从起动喷嘴的轴心看时朝半径方向内方弯曲。

空气导引板的端部朝半径方向内方弯曲时，在空气导引板与燃料喷射口形成的间隙内，空气与燃料先混合后，产生绕空气导引板的旋涡。产生了旋涡后，在该地点可提高起动燃烧器的保焰性。

权利要求5所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，其特征在于，在起动喷嘴的侧面，在周方向均等地设有多个起动旋流器，从该起动旋流器到起动喷嘴的前端设有与起动喷嘴侧面几乎密接的空气导引板，位于起动喷嘴前端的空气导引板的端部从起动喷嘴的轴心看，朝半径方向弯曲着。

该发明中，把已往设在外筒侧的起动旋流器设在了起动喷嘴的侧面。起动旋流器的作用是使先导空气成为旋回流，所以，应该不偏置地设在起动喷嘴的周方向。因此，若干个起动旋流器均等地设在起动喷嘴的周方向。

空气导引板采用焊接或其它通常的接合方法几乎密接设在起动喷嘴的侧面，该空气导引板的端部从起动喷嘴的轴心看如果朝半径方向内方或外方弯曲，则先导空气和扩散燃料产生旋涡，或者出现滞流点，这样，可容易提高保焰性。另外，不把起动旋流器配设在外筒上，而是将其配设在起动喷嘴上，这样，可使空气导引板更加密接，可防止因组装误差引起的空气泄漏，从而防止因空气泄漏造成的空气紊流。

权利要求6所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，是在权利要求1～5中任一项所述的预混合燃烧器的起动燃烧器中，其特征在于，上述喷射口设在空气导引板弯曲部分的上游侧，从穿设在该空气导引板侧面的孔朝斜前方喷射燃料。

该发明中，由于把起动燃烧器的喷射口设在空气导引板的上游侧，所以，从上游流过来的空气在空气导引板的端部被卷入前与燃料混合。燃料与空气的混合气在空气导引板的端部被卷入，形成旋涡，所以，燃料和空气在起动燃烧器的前端滞留，也提高保焰性。

权利要求7所述的预混合燃烧器，其特征在于，以大致圆筒形的内筒中心轴为中心在周方向配设多个从前端喷射燃料并进行空气与燃料的预混合的预混合喷嘴，在这些预混合喷嘴的排列中心配设权利要求1至6中任一项记载的起动燃烧器。

燃气轮机的预混合燃烧器，由贯穿中心地配设着的起动燃烧器、设在起动燃烧器周围的多个预混合喷嘴、和略圆筒形的内筒构成，内筒包围着该起动燃烧器和该多个预混合喷嘴。该发明中，在起动燃烧器上附设着端部弯曲的空气导引板，这样，促进起动燃烧器前端处的燃料和空气的滞留。这样，提高燃烧器中心部的保焰性，防止火焰被吹灭，也有助于节约燃料。

权利要求8所述的燃气轮机，其特征在于，备有压缩机、权利要求7记载的预混合燃烧器、和气轮机；上述压缩机用于压缩导入的空气；上述预混合燃烧器将燃料喷射到由压缩机压缩后的空气中，产生高温高压的燃烧气体；上述气轮机用上述燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体转动旋转翼，作为旋转动力输出。

该燃气轮机中，在燃烧器的起动燃烧器前端备有空气导引板，即使用较少的燃料也不会有损于保焰性，可进行稳定的燃烧。所以，可减少燃料，从而可减少NOx。利用空气的卷入的本燃气轮机的起动燃烧器，与采用预混合喷嘴的燃烧相比，即使在相对低温的燃烧环境中，也可用简单的构造有效地减少NOx。

附图说明

图1是表示本实施形态之燃气轮机整体的断面图。

图2是表示本实施形态之预混合燃烧器的局部断面图。

图3是表示本实施形态之起动燃烧器的外观放大图。

图4是表示上述起动燃烧器的变型例1的外观放大图。

图5是表示上述起动燃烧器的变型例2的外观放大图。

图6是表示上述起动燃烧器的变型例3的外观放大图。

图7是表示上述起动燃烧器的变型例4的外观放大图。

图8是表示已往预混合燃烧器的起动燃烧器等的概略图。

发明的实施形态

下面，参照附图详细说明本发明，但本发明并不局限于该实施形态。(实施形态)

图1是表示本发明之燃气轮机整体的断面图。燃气轮机1主要由压缩机2、燃烧器3和气轮机4构成。压缩机2用其多级动翼6和静翼7压缩从空气导入口5导入的空气，将其送到燃烧器。燃烧器3把燃料混合到从压缩机2送来的高压空气中，使其燃烧，产生高温高压的燃烧气体。产生的燃烧气体通过尾筒8，使多级旋转翼即气轮机旋转。

图2是表示本发明之预混合燃烧器的局部断面图。燃气轮机的预混合燃烧器10，由贯穿中心的起动燃烧器11、设在起动燃烧器11周围的多个预混合喷嘴12、和略圆筒形的内筒13构成，内筒13包围着上述起动燃烧器11和上述多个预混合喷嘴12。预混合喷嘴12由主旋流器14支承着，把燃料喷射到由主旋流器14形成的旋回流压缩空气内，进行混合。起动燃烧器11的前端附近由起动旋流器15支承着，从前端将起动燃料朝斜前方喷射。这样，产生的火焰作为火种，辅助预混合喷嘴12形成的预混合气的燃烧。

在起动旋流器15上，朝着起动喷嘴11的前端方向配设着与起动喷嘴11侧面几乎密接的空气导引板16。位于起动喷嘴11前端的该空气导引板的端部从起动喷嘴11的轴心看，朝半径方向弯曲着。该空气导引板16使来自上游的压缩空气卷入，形成旋涡。这样，从起动喷嘴11喷射的燃料和空气滞留，可形成稳定的火种。

下面，说明空气导引板16的端部弯曲形态、空气导引板本身的设置形态、使燃料喷射口位置变化时的情形。图3是表示该实施形态之起动燃烧器的外观放大图。起动旋流器21包围着起动喷嘴22地配设在外筒23上。空气导引板24从起动旋流器21朝着起动喷嘴22的前端方向几乎密接在起动喷嘴侧面地被配设。这里所述的密接，考虑了加工误差、组装误差、热膨胀等因素，是理想上的密接。

在起动喷嘴22的前端有喷射口(图未示)，如箭头25所示，将燃料朝斜前方扩散喷射。起动旋流器21的作用是使在外筒23与起动喷嘴22之间的空间内从上游流过来的先导空气26旋回，提高燃烧效率。空气导引板24的端部27位于起动喷嘴22的前端，从起动喷嘴22的轴心看朝半径方向外方弯曲着。

空气导引板24的端部27朝半径方向外方弯曲时，在该部分，如箭头28所示，先导空气26回流，产生旋涡。该旋涡抑制燃料的飞散，可防止因先导空气26的流动引起燃料稀薄化，结果可提高保焰性。保焰性提高后，可减少起动燃料，使燃烧器工作，也能减少近年来成为问题的热NOx。(变型例1)

图4是表示该实施形态之起动燃烧器的变型例1的外观放大图。该变型例1中，调节了上述实施形态中空气导引板端部的弯曲角度，如箭头25所示，从起动喷嘴22朝斜前方扩散喷射出的燃料直接碰撞在空气导引板的端部31上。

这样，与实施形态同样地，如箭头32所示，先导空气26在该端部31产生旋涡，与燃料充分混合。不仅如此，在燃料和端部31的碰撞点，出现燃料的滞流点，在该点也可防止燃料的稀薄化，提高保焰性。(变型例2)

图5是表示该实施形态之起动燃烧器的变型例2的外观放大图。该变型例2中，从轴心看，空气导引板41的端部42朝半径方向内方弯曲着。这样，在空气导引板41的端部42与燃料喷射口(图未示)形成的间隙43内空气与燃料充分混合。然后，该混合气回流到空气导引板41的端部42的外侧，产生旋涡44。这样，也能提高起动燃烧器的保焰性。(变型例3)

图6是表示该实施形态之起动燃烧器的变型例3的外观放大图。该发明的特征是，把已往设在外筒23上的起动旋流器21设在了起动喷嘴22的侧面50上。起动旋流器21在起动喷嘴22的周方向均等地设有多个。

空气导引板51不一定要与起动旋流器21接合。但是，为了确保把先导空气26导引到起动喷嘴22的前端，该空气导引板51必须至少以从起动旋流器21朝着起动喷嘴22的前端方向去的侧面52的某处为起点直到起动喷嘴22的前端与该起动喷嘴侧面52几乎密接。之所以要密接，与实施形态中所述的理由同样。

该图中，空气导引板51的端部53从起动喷嘴22的轴心看，是朝半径方向外方弯曲，但并不限于此，也可以朝半径方向内方弯曲。另外，也可以选择使箭头54所示的被扩散喷射燃料与端部53碰撞的弯曲角度。这样，也与上述实施形态及变型例1～2同样地，先导空气与燃料被旋涡混合，出现滞流点，提高保焰性。(变型例4)

图7是表示该实施形态之起动燃烧器的变型例4的外观放大图。该变型例4的特征在于从起动喷嘴61的喷射口喷射的燃料的喷射位置。即，如箭头62所示，燃料喷射口位于空气导引板63的弯曲部分64的上游侧。在空气导引板63上，设有与喷射口位置对应的孔。这样，空气在被弯曲部分64卷入前与燃料混合。

这样，空气与燃料的预混合气在空气导引板63的弯曲部分64被卷入，形成旋涡，可防止燃料的稀薄化。结果，与仅仅卷入空气时相比，更加提高保焰性，可用较少的燃料得到稳定的燃烧。节约了燃料，必然地有助于减少NOx。另外，该图中，空气导引板与图3类似，但并不限于此，也可以与图4至图6所示的空气导引板组合。

发明效果

如上所述，根据本发明的预混合燃烧器的起动燃烧器(权利要求1)，由于空气导引板的端部朝半径方向弯曲，所以，在该部分产生先导空气的旋涡，出现燃料的滞流点。这些现象可防止燃烧气体的稀薄化，提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也有助于减少热的NOx。

根据本发明的预混合燃烧器的起动燃烧器(权利要求2)，由于空气导引板的端部朝半径方向外方弯曲，所以，在该部分产生先导空气的旋涡，出现燃料的滞流点。这些现象可防止燃烧气体的稀薄化，提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也有助于减少热的NOx。

根据本发明的预混合燃烧器的起动燃烧器(权利要求3)，由于空气导引板的端部朝半径方向外方弯曲，燃料与该端部碰撞，所以，在该部分产生先导空气的旋涡，出现燃料的滞流点。这些现象可防止燃烧气体的稀薄化，提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也有助于减少热的NOx。

根据本发明的预混合燃烧器的起动燃烧器(权利要求4)，由于空气导引板的端部朝半径方向内方弯曲，所以，在该部分燃料与先导空气充分混合，在其后端部外方产生旋涡，这些现象可防止燃烧气体的稀薄化，提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也减少了热的NOx。

根据本发明的预混合燃烧器的起动燃烧器(权利要求5)，由于在起动喷嘴的侧面设有起动旋流器和空气导引板，该空气导引板的端部朝半径方向弯曲，所以，在该部分燃料与先导空气充分混合，在其后端部外方产生旋涡。这些现象可防止燃烧气体的稀薄化，提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也有助于减少热的NOx。

根据本发明的预混合燃烧器的起动燃烧器(权利要求6)，由于喷射口设在空气导引板端部弯曲部分的上游侧，从穿设在空气导引板侧面的孔朝斜前方喷射燃料，所以，从上游流过来的空气与燃料先混合，在该混合的状态下由弯曲部分卷入。这样，与燃料混合了的空气在起动喷嘴前端形成旋涡，可防止燃烧气体的稀薄化，提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也有助于减少热的NOx。

根据本发明的预混合燃烧器(权利要求7)，由于备有权利要求1～6中任一项记载的预混合燃烧器的起动燃烧器，所以，与燃料混合后的空气，在起动喷嘴前端形成旋涡，可防止燃烧气体的稀薄化。结果，可提高起动燃烧器的保焰性。另外，由于提高了保焰性，可以用较少的燃料使起动燃烧器运转，也有助于减少热的NOx。

根据本发明的燃气轮机(权利要求8)，由于备有权利要求8记载的预混合燃烧器，所以，可提高起动燃烧器的保焰性，能削减燃料，从而能提供减少热NOx的燃气轮机。

Claims

1.预混合燃烧器的起动燃烧器，备有起动旋流器和起动喷嘴，该起动旋流器包围着上述起动喷嘴地配设在外筒上，起动喷嘴具有将燃料朝斜前方扩散喷射的喷射口；其特征在于，

从上述起动旋流器朝着起动喷嘴的前端方向配设着与起动喷嘴的侧面几乎密接的空气导引板，并且位于起动喷嘴前端的该空气导引板的前端从起动喷嘴的轴心看朝半径方向弯曲着。

2.如权利要求1所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，其特征在于，上述空气导引板的端部从上述起动喷嘴的轴心看朝半径方向外方弯曲着。

3.如权利要求1或2所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，其特征在于，在上述起动喷嘴的燃料喷射口侧，起动喷嘴喷射的燃料与上述空气导引板的端部相撞。

4.如权利要求1所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，其特征在于，上述空气导引板的端部从起动喷嘴的轴心看是朝半径方向内方弯曲。

5.预混合燃烧器的起动燃烧器，其特征在于，起动喷嘴具有把燃料朝斜方喷射的喷射口，在该起动喷嘴的侧面，在其周方向上均等地设有多个起动旋流器，从该起动旋流器到起动喷嘴的前端设有与起动喷嘴侧面几乎密接的空气导引板，位于上述起动喷嘴前端的空气导引板的端部从起动喷嘴的轴心看朝半径方向弯曲着。

6.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的预混合燃烧器的起动燃烧器，其特征在于，上述喷射口设在空气导引板弯曲部分的上游侧，从穿设在该空气导引板侧面的孔中朝斜前方喷射燃料。

7.预混合燃烧器，其特征在于，以形成为略圆筒形的内筒中心轴为中心在周方向配设多个从前端喷射燃料并进行空气与燃料预混合的预混合喷嘴，在这些预混合喷嘴的排列中心配设权利要求1、2、4、5中任一项记载的起动燃烧器。

8.燃气轮机，其特征在于，备有压缩机、权利要求7记载的预混合燃烧器、和气轮机；上述压缩机用于压缩导入的空气；上述预混合燃烧器将燃料喷射到由压缩机压缩后的空气中，产生高温高压的燃烧气体；上述气轮机把从上述燃气轮机的预混合燃烧器产生的燃烧气体变换为旋转动力。