CN1592817A - 尤其用于燃气轮机的燃烧器及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

在按照本发明的用于燃烧器(1)的运行方法中，一种用于燃烧的混合物分两步被输入到所述燃烧器(1)中。在第一步骤中，将雾化的水与燃烧用空气(L)混合，在第二步骤中将该混合物与一种燃料混合，然后输入到所述燃烧器中。按照本发明的燃烧器包括用于实现本发明方法的一些器件。

Description

尤其用于燃气轮机的燃烧器及其运行方法
本发明涉及一种用于燃烧器的运行方法。此外，本发明还涉及一种燃烧器，尤其是燃气轮机的燃烧器。
在以矿物燃料来运行的透平机中，尤其是燃气轮机中，通常设有一些设置在一个燃烧室中的燃烧器。这些燃烧器的主要任务在于，可靠地点燃一种输入到燃烧室中的燃料混合物，以便产生一种为驱动透平机的动叶片所需的热燃气。该燃烧过程应尽可能高效率地利用所述燃料混合物，其中，所产生的有害物质、例如氮氧化物应尽可能地低。
传统做法是，将一种燃料与空气的混合物作为燃料混合物和雾化的水同时输入传统的燃烧器中。为此，通过燃烧器的突伸到燃烧室的燃烧腔内的喷管将这些物质输入。所述雾化水在此主要完成如下任务，即，降低燃烧过程中产生的有害物质，尤其是氮氧化物的产量。在输入该雾化水时要将其喷入各燃烧器的焰心。
其缺点在于，将水直接喷入焰心中尽管有降低氮氧化物的功效，但是会导致燃烧过程的不稳定，尤其是燃烧器所产生的火焰的不稳定。因为火焰至少部分被输入的水熄灭和/或阻碍。如果在透平机的多个燃烧器上发生这样的熄灭效应，燃烧过程就不再能稳定且连续地运行。
因此，本发明的目的在于，提供一种用于燃烧器的运行方法以及一种燃烧器，尤其是燃气轮机的燃烧器，它们能避免现有燃烧器及其运行方法的缺点，并尤其能保证燃烧过程稳定、连续。
本发明的目的首先通过一种用于至少一个燃烧器、尤其是燃气轮机的燃烧器的运行方法来实现，其中，向所述燃烧器输送燃烧用空气、水以及一种燃料，在此，所述水被雾化，其特征在于，在第一步骤中，所述雾化水与燃烧用空气混合成一种水与燃烧用空气的混合物，在第二步骤中，该水与燃烧用空气的混合物和所述燃料混合成一种水与燃烧用空气以及燃料的混合物。
概念“水”当然也包括水蒸汽。本发明的方法也可称为“湿燃烧”。
本发明的方法在制备有待输入燃烧器中的混合物方面是一种两步法(分两步实现预混合)，与已公知的单步法不同。按后者，所述混合物在一个步骤中制成，然后被输入燃烧器中。
由此避免了将水直接喷入焰心中。燃烧过程因此变得特别稳定和连续。
在本发明的一种有利的扩展设计中，所述燃烧器被设计成混合式燃烧器，它既可以用燃气又可以用燃油作为燃料来运行，该燃烧器与一燃气预混合管和一燃油预混合管相连。这种混合式燃烧器通常应用在燃气轮机上，以便它可选择用两种燃料来运行。
通常为一个混合式燃烧器配置有两个单独的预混合管，它们能设计为环形管道，根据该燃烧器目前设定为以哪种输入的燃料来运行将相应的燃料输入其中，使之与燃烧用空气混合。另一根预混合管由此可以不用并可用来输入水。
在本发明的另一实施方式中，所述燃烧器用燃油作为燃料来运行并且将水输送到燃气预混合管中。
在这一实施方式中，所述燃烧器用燃油作为燃料来运行；燃气预混合管在此运行方式中(燃油运行方式)在没有燃气作为燃料输入其中时不发挥作用。可以利用这一机会，在燃油运行方式下赋予燃气预混合管新的功能。例如可将水输入当前的燃气预混合管中，由此不必再单独设置一根输水管道。
这样，有待喷入的水可均匀雾化和汽化，进而与燃烧用空气均匀混合，随后该富集有水和/或水蒸汽的燃烧用空气就和通过燃油预混合管喷入的燃油一起被输入到燃烧器中，且优选是所谓燃烧器的引燃火焰(Pilotflamme)区域中。
在本发明的另一实施方式中，所述燃烧器用燃气作为燃料来运行；燃油预混合管在此运行方式中(燃气运行方式)在没有燃油作为燃料输入其中时不发挥作用。可以利用这一机会，在燃气运行方式下赋予燃油预混合管新的功能。例如可将水输入当前的燃油预混合管中，由此不必再单独设置一根输水管道。
这样，有待喷入的水可均匀雾化和汽化，进而与燃烧用空气均匀混合，随后该富集有水和/或水蒸汽的燃烧用空气就和通过燃气预混合管喷入的燃气一起被输入到燃烧器中，且优选是所谓燃烧器的引燃火焰(Pilotflamme)区域中。
优选设有一机构，尤其是一所谓的三通阀机构，借助该机构并根据该燃烧器目前是以哪种输入的燃料来运行，将水(W)或者输入燃气预混合管中或者输入燃油预混合管中。
以这样的方式在燃气轮机运行时保证了所述水输入“正确的”预混合管中，亦即那个在当前的运行方式下没有燃料输入并因此可用来输入水的预混合管中。燃料的更换因此会导致水输入点的变换：通过三通阀机构，在燃油运行方式下，水被输入燃气预混合管中，在燃气运行方式下，水被输入燃油预混合管中。
本发明还提供了一种燃烧器，尤其是燃气轮机的燃烧器，其中设有于一用于将雾化水与燃烧用空气混合成一种水与燃烧用空气的混合物的第一器件，以及与第一器件不同的、用于将该水与燃烧用空气的混合物和一种燃料混合成一种水与燃烧用空气以及燃料的混合物的第二器件。
比较有利的是，所述燃烧器被设计成混合式燃烧器，它可以燃气和燃油作为相互替代的燃料来运行，该燃烧器与一燃气预混合管和一燃油预混合管相连。
在本发明另一有利的扩展设计中，水被输送到所述燃气预混合管中。
在此，所述燃烧器用燃油作为燃料来运行，在这一运行方式下不被用于输入燃料的燃气预混合管被用于输入水。
在本发明又一有利的扩展设计中，水被输送到所述燃油预混合管中。
在此，所述燃烧器用燃气作为燃料来运行，在这一运行方式下不被用于输入燃料的燃油预混合管被用于输入水。
比较有利的是，水根据该燃烧器目前是以哪种输入的燃料来运行借助一机构、优选一个三通阀机构或者输入燃气预混合管中或者输入燃油预混合管中。
下面对本发明的一实施方式予以详细说明，附图中：
图1是本发明燃烧器的一纵剖视图。
本发明的燃烧器1被设计成混合式燃烧器，它既可以用燃气又可以用燃油作为燃料来运行。它包括一燃气预混合式燃烧器5、一燃油预混合式燃烧器7以及一燃油和燃气扩散&引燃燃烧器10。该混合式燃烧器还包括一燃烧器顶板12以及一水/蒸汽预混合喷入装置14。
所述燃烧器以其燃气扩散&引燃燃烧器的尖端伸入一个燃烧室16中。该燃烧器在燃烧室的一侧固定在燃气预混合式燃烧器5区域的一燃烧壁上，在燃气轮机的外壁一侧则借助所述燃烧器顶板12固定在一燃气轮机的外壁19上。
在燃烧室壁18和燃气轮机外壁19之间有一空气通道20。借助该通道将燃烧用空气L输入燃烧器1中。水W被输入所述水/蒸汽预混合喷入装置14中。
将燃料输入燃烧器1中没有详细示出。如果所述燃料是燃油，则将该燃油输入燃油预混合式燃烧器7中。如果所述燃料是燃气，则将该燃气输入燃气预混合式燃烧器5中。
在燃烧器1运行时，水和/或水蒸汽被输入所述水/蒸汽预混合喷入装置14中，被其借助喷嘴15雾化并导入所述空气通道20中。
在该空气通道20中，水与燃烧用空气混合成一种水与燃烧用空气的混合物24。后者视当前输入的燃料类型随后被输入燃气预混合式燃烧器5或燃油预混合式燃烧器7。在那儿，该水与燃烧用空气的混合物24与相应的燃料混合成一种水与燃烧用空气以及燃料的混合物，并被输入所述燃油和燃气扩散&引燃燃烧器10中用于燃烧。
本发明的燃烧器1因此分两步来形成一种燃烧混合物。在第一步骤中水与燃烧用空气L混合成一种水与燃烧用空气的混合物24，在第二步骤中，该水与燃烧用空气的混合物24和所述燃料混合成一种水与燃烧用空气以及燃料的混合物。后者随后借助所述燃油和燃气扩散&引燃燃烧器10被用于燃烧。
这一实施方式实现了一种与已知的燃烧器不同的独有的水-预混合-喷嘴装置，并因此改变了现有燃烧器的设计原理。其结果是形成了一种有关燃气、燃油和水三种物质的预混合式燃烧器。
同样可以想象，将所述水/蒸汽预混合喷入装置14直接设置在燃气预混合式燃烧器5前，也就是说在燃烧用空气进入燃烧器中的入口处。在这样的布置中，当燃烧两种所规定的燃料(燃气或燃油)时会导致按本发明的两个步骤将三种物质均匀混合起来。所述水/蒸汽预混合喷入装置14设置在燃烧器前是实现本发明燃烧器1的一种解决方案，为此只需稍稍改动一个公知的燃烧器结构。
因此，已公知的并获得实践考验的燃烧器可作为进一步改进成本发明燃烧器1的出发点，也就是说，例如可在一个已公知的燃烧器上补装上所述包括喷嘴15的水/蒸汽预混合喷入装置14。
本发明除了实现减少燃烧所产生的氮氧化物外，还尤其在采用图示实施方式时，提高了透平机的功率。
此外，通过本发明还降低了从燃烧用空气中提取出的冷却空气的温度。由此改善了对透平机的动叶片的冷却效果。

Claims (10)

1.一种用于至少一个燃烧器(1)、尤其是燃气轮机的燃烧器的运行方法，其中，向所述燃烧器输送燃烧用空气(L)、水(W)以及一种燃料，在此，所述水(W)被雾化，其特征在于，在第一步骤中，所述雾化水(W)与燃烧用空气(L)混合成一种水与燃烧用空气的混合物(24)，在第二步骤中，该水与燃烧用空气的混合物(24)和所述燃料混合成一种水与燃烧用空气以及燃料的混合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述燃烧器(1)被设计成混合式燃烧器，它可以燃气和燃油作为相互替代的燃料来运行，该燃烧器(1)与一燃气预混合管和一燃油预混合管相连。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃烧器(1)用燃油作为燃料来运行并且将水输送到燃气预混合管中。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃烧器(1)用燃气作为燃料来运行并且将水(W)输送到燃油预混合管中。
5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，设置一机构，借助该机构并根据该燃烧器目前是以哪种输入的燃料来运行，将水(W)或者输入燃气预混合管中或者输入燃油预混合管中。
6.一种燃烧器(1)，尤其是燃气轮机的燃烧器，其特征在于一用于将雾化水与燃烧用空气混合成一种水与燃烧用空气的混合物(24)的第一器件(14，20)，以及与第一器件不同的、用于将该水与燃烧用空气的混合物(24)和一种燃料混合成一种水与燃烧用空气以及燃料的混合物的第二器件(5，7)。
7.如权利要求6所述的燃烧器(1)，其中，所述燃烧器(1)被设计成混合式燃烧器，它可以燃气和燃油作为相互替代的燃料来运行，该燃烧器与一燃气预混合管和一燃油预混合管相连。
8.如权利要求7所述的燃烧器(1)，其特征在于，水(W)被输送到所述燃气预混合管中。
9.如权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，水被输送到所述燃油预混合管中。
10.如权利要求7至9中任一项所述的燃烧器，其特征在于，水(W)根据该燃烧器目前是以哪种输入的燃料来运行借助一机构、优选一个三通阀机构或者输入燃气预混合管中或者输入燃油预混合管中。
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