CN1678871A - 燃烧器 - Google Patents

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Abstract

现有的燃烧器在一定的工作范围内呈现燃烧不稳定性。基于这种不稳定性，燃烧器的工作范围受到限制。本发明的燃烧器(1)中燃料(7)的浓度分布为沿径向(55)由内向外减小。

Description

燃烧器
本发明涉及一种如权利要求1和2的前序部分所述的燃烧器。
具有预混合功能的燃烧器的工作范围尤其在燃气轮机中受到自激励的火焰波动的限制。
这种燃烧不稳定性可以积极地例如通过提高引燃火焰的功率、或消极地例如通过共振器来抑制。
因此，本发明的目的在于提供一种燃烧器，在该燃烧器上可以简单的方式和方法来扩展稳定燃烧的范围。
上述目的通过如权利要求1或2所述的燃烧器来实现。对该燃烧器的其他有利的扩展设计可由从属权利要求中获得。
下面借助附图所示实施方式对本发明予以详细说明。附图中：
图1示出一燃烧器；
图2为图1所示燃烧器的局部放大视图；
图3示出了用于本发明构造的燃烧器的旋流叶片；
图4示出了用于本发明构造的燃烧器的旋流叶片；
图5示出了流动的燃料(空气-燃气混合物)的流动矢量；
图6示出了沿图2中线VI-VI剖切的剖视图。
图1示出了尤其用于燃气轮机的燃烧器1，尤其是预混合燃烧器1。该燃烧器1具有燃烧器纵轴线46，沿此燃烧器纵轴线46在中间例如设有扩散式燃烧器或引燃式燃烧器43。在预混合操作中，引燃式燃烧器43运行用于支持燃烧器1。
在所述扩散式燃烧器43的径向端部49，燃料7和/或空气4通过例如朝向纵轴线46的环圈形通道13(参见图6)被输入预混合区段10和/或燃烧腔室19。代替空气也可输入氧气或与燃料7形成可燃的燃料-气体混合物的另一种燃气。例如先将空气4输入通道13，然后再将燃料7输入该通道。
空气4在通道13内流动或至少流经旋流叶片16，此处，旋流叶片16将例如燃料7导引到通道13中。
旋流叶片16被设置成例如围绕燃烧器纵轴线46、尤其等距离地围绕燃烧器纵轴线(图6)。空气4和燃料7在图1中用点划线示出的预混合区段10内相互混合。
当然也可先将燃料7输入通道13中，然后再将空气4输入该通道中。
图2示出了带有环圈状通道13的扩散式/引燃式燃烧器43的径向端部49。通过至少两个燃料喷嘴31将燃料7输入通道13中，并使其沿流动方向88流过该通道。
优选使燃料通过设置在旋流叶片16上的燃料喷嘴31输入。
也可通过其他分配单元将燃料7输入通道13中。
按照现有技术，由于燃料浓度的分布如附图标记58所示，将导致燃烧不稳定。沿径向55、即沿垂直于纵轴线46的方向燃料浓度近乎相同。
按照本发明，通过使燃料浓度的分布如附图标记52所示，至少在燃烧器1运行的某一时刻燃料浓度沿径向55不均匀，从而可减小燃烧波动的强度。
借此可扩展燃烧器1的工作范围。
燃料浓度例如沿径向55看从中心出发、即从燃烧器纵轴线46出发向外变化，尤其是例如使其线性减小或增大。
当然也可以非线性减小或增大。
图3示出了可实现这一点的旋流叶片16。
也可如此扩大所述燃烧器的工作范围，即，使流动介质(例如空气4/燃料7的混合物)的流出角α、即合成速度和环周速度之间的角度(参见图5)具有与燃料7浓度相近似的分布，也就是说使流出角α从燃烧器纵轴线46向外看例如沿径向55从最大值减小到最小值或者从最小值增大到最大值。这例如可以如图4所示通过旋流叶片16的扭转来实现。
流出角α也是在通道内流动的介质(空气、氧气、燃料、它们的混合物)的流动方向与法向矢量是燃烧器纵轴线46的平面之间的夹角。
还可以同时将燃料浓度按附图标记52所示分布与流出角α的分布相互结合起来，以便扩展和改善燃烧器1的工作范围。
图3示出了一种用于本发明燃烧器1的旋流叶片16。
旋流叶片16具有入流边缘67和出流边缘70。在通道13内，介质沿流动方向88先流过入流边缘67，然后流过出流边缘70。
在入流边缘67的区域内设有芯体段73，该段内设有用于燃料7的输入通道64。输入通道64例如是盲孔。沿径向55看，平行于出流边缘70地在输入通道64中设置有一些代表燃料喷嘴31的孔眼。燃料7通过这些燃料喷嘴31进入通道13中。安装在燃烧器中的旋流叶片16的各燃料喷嘴31的孔眼的直径沿径向55按照燃料浓度分布52相应改变，例如沿径向55由内向外逐渐减小。
流经旋流叶片16的介质具有流出角α。
图4示出用于本发明燃烧器1的另一种旋流叶片16。
这种旋流叶片16例如在其尺寸和燃料喷嘴31的分布方面构造成和图3所示的旋流叶片相同。
此外，叶身61可围绕扭转轴线76进一步扭转。
扭转轴线76与流动方向88之间形成不为零、尤其可为90°的夹角。
燃气或燃料-空气混合物在旋流叶片16上从入流边缘67流向出流边缘70，且沿径向55看具有不同的流出角α，也就是说，沿燃料输入通道64的纵轴线方向看过去，在出流边缘70区域内在旋流叶片16的一端形成的流出角α1与另一端形成的流出角α2不同(不等于α1)。尤其可使流出角α线性减小。当然也可将其设计成非线性增大或减小。
使流出角α沿径向55如此分布同样可抑制燃烧的不稳定性，从而可扩展燃烧器1的工作范围。
在通道13中，流经旋流叶片16的流动介质的流向与通道13内的流动方向88之间形成流出角α。
旋流叶片16既可被扭转也可具有不同直径的燃料喷嘴。
图5示出了通道13内的流动燃气的各流动矢量的分布。矢量79表示子午流速分量，矢量82表示环周速度，由此得出合成速度矢量85。合成速度85与环周速度82之间的角度就是流出角α。角度90°-α是余角。
流出角α也是流动介质的流动方向与垂直于燃烧器纵向轴线46的平面之间的夹角。

Claims (19)

1.一种燃烧器(1)，其中，至少一种燃料(7)沿流动方向(88)被输入该燃烧器，在此，所述燃料(7)在垂直于所述流动方向(88)的平面内具有一种浓度分布(58)，其特征在于，使所述浓度分布(52)不均匀，以避免在所述燃烧器(1)工作时燃烧不稳定。
2.一种燃烧器(1)，其中，将空气和/或氧气(4)沿流动方向(88)输入该燃烧器，在此，所述空气和/或氧气(4)在垂直于所述流动方向(88)的平面内具有一种流出角分布，其特征在于，使所述流出角分布不均匀，以避免在所述燃烧器(1)工作时燃烧不稳定。
3.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有燃烧器纵轴线(46)；所述燃烧器(1)设有垂直于燃烧器纵轴线(46)的径向(55)；所述燃料(7)的浓度分布(52)沿所述径向(55)改变。
4.如权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有表示所述燃烧器(1)的内部区域的燃烧器纵轴线(46)；并且所述燃料(7)的浓度分布(52)由内向外减小。
5.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料(7)被输送到一通道(13)内；空气(4)和/或氧气也被输送到所述通道(13)内。
6.如权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述空气和/或氧气(4)被输送到一通道(13)内；所述燃料(7)也被输送到所述通道(13)内。
7.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有燃烧器纵轴线(46)；所述燃料(7)或空气或氧气(4)被输送到一通道(13)内；所述通道(13)围绕所述燃烧器纵轴线(46)呈环圈状。
8.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有燃烧器纵轴线(46)；所述燃烧器(1)设有垂直于该燃烧器纵轴线(46)的径向(55)；所述燃烧器(1)具有介质在内部流动的一通道(13)；所述流动介质在其流动方向和垂直于所述燃烧器纵轴线(46)的平面之间形成沿所述径向(55)改变的流出角(α)。
9.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有表示所述燃烧器(1)内部区域的燃烧器纵轴线(46)；所述流出角(α)沿径向(55)由内向外减小。
10.如权利要求5或6所述的燃烧器，其特征在于，燃料-气体混合物流入所述通道(13)内。
11.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)是燃气轮机燃烧器。
12.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有扩散式燃烧器或引燃式燃烧器(43)。
13.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)是预混合燃烧器。
14.如权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有一通道(13)；在该通道(13)内设有至少一个旋流叶片(16)。
15.如权利要求14所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料(7)通过所述旋流叶片(16)中的至少一个燃料喷嘴(31)被输入所述通道(13)中。
16.如权利要求15所述的燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片(16)具有直径各不相同的燃料喷嘴(31)，借此使所述燃料(7)的浓度分布(52)不均匀。
17.如权利要求16所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器(1)具有表示所述燃烧器(1)的内部区域的燃烧器纵轴线(46)；所述燃烧器(1)具有垂直于该燃烧器纵轴线(46)的径向(55)；所述装在旋流叶片(1 6)中的所述燃料喷嘴(31)的直径沿所述径向(55)由内向外逐渐减小。
18.如权利要求1或2所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃烧器(1)具有至少一个旋流叶片(16)，其中，所述旋流叶片(16)具有叶身(61)，该叶身围绕扭转轴线(76)扭转，使得沿所述流动方向(88)流经所述旋流叶片(16)的燃气沿所述叶身(61)的与所述流动方向(88)成不为零的夹角的边缘具有不同的流出角(α)。
19.如权利要求18所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃烧器(1)具有一表示所述燃烧器(1)的内部区域的燃烧器纵轴线(46)；所述燃烧器(1)具有垂直于该燃烧器纵轴线(46)的径向(55)；流经旋流叶片(16)的燃气沿径向(55)在所述旋流叶片(16)上有不同的流出角(α)，所述流出角(α)沿径向(55)由内向外减小。
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