專利名稱：具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于氣體渦輪機的燃燒系統(tǒng)。
背景技術：
眾所周知，氣體渦輪機是包括壓縮機和單相或多相渦輪機的機械，壓縮機和渦輪機通過至少一個燃燒室彼此連接。
空氣從外部環(huán)境供給至壓縮機，以對空氣增壓。
增壓空氣流過預混合腔室，終止于噴嘴或者收縮部分。在所述腔室中，至少一個噴射器供給燃料，該燃料與空氣混合以形成要被燃燒的空氣-燃料混合物。
因而，產(chǎn)生燃燒所需的燃料通過增壓系統(tǒng)而被注入燃燒室。所述燃燒的目的是引起氣體的溫度和焓的增加。
為了改善火焰的穩(wěn)定特性，通常提出一種適于產(chǎn)生引導火焰的并行燃料供給系統(tǒng)。
美國專利5381652披露了一種用于氣態(tài)燃料的燃燒系統(tǒng)，其中通過引導裝置來穩(wěn)定主火焰。
在這種情況下，引導裝置向燃燒系統(tǒng)中的燃燒室噴射引導燃氣。
在該燃燒系統(tǒng)中具有用于預混合空氣的管道，該預混合空氣流到第一中央管道，在第一中央管道中具有用于向主火焰供給燃氣的第一組徑向孔。
在該主管道中，空氣與第二組徑向孔噴射的氣態(tài)燃料進行預混合，所述第二組徑向孔位于設在一段主空氣管道上的圓筒上，并沿著該段管道本身的圓周等距離分布。
在這種情況下，引導燃料的噴射借助第一組徑向孔來實現(xiàn)，該第一組徑向孔位于預混合管道的出口并環(huán)繞主火焰。
由于該引導燃料沒有與助燃空氣進行預先混合，因此它在主要由燃料在助燃空氣中的擴散過程所控制的火焰中進行燃燒，該火焰因而被稱為擴散火焰。
擴散火焰的特征在于存在溫度非常高的區(qū)域，因而導致高的污染排放。
實際上，氮氧化物的排放與最大火焰溫度成比例，因而，擴散類型的高溫火焰是造成污染排放、尤其是氮氧化物的排放的主要原因。
已有系統(tǒng)的一個缺陷是，由于擴散類型的火焰的存在，它具有中等的污染排放。
美國專利5666044披露了使用引導裝置來穩(wěn)定主火焰，引導裝置通過噴嘴來將燃氣噴射到燃燒室中。
用該引導裝置噴射的燃氣進行燃燒所需的空氣在鄰近各引導裝置的區(qū)域內(nèi)同時被噴射到燃燒室中。在這種情況下，混合是在燃燒室中進行的，因而，火焰也為擴散類型，即使由于在鄰近噴射的區(qū)域存在大量的空氣而縮小了高溫區(qū)域的范圍。
專利申請EP1321715A2也公開了一種燃燒系統(tǒng)，其能使用液態(tài)或氣態(tài)燃料，其中具有直接向燃燒室噴射引導燃料的裝置。
這種解決方案的一個缺陷是，它產(chǎn)生了顯著的污染物排放，這也是由于用于穩(wěn)定預混合主火焰的火焰是擴散類型的緣故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)，其能夠降低氣體渦輪機的污染排放。
另一個目的是提供一種具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)，其能夠降低燃燒室中的壓力振蕩，同時能夠穩(wěn)定火焰。
再一個目的是利用一種具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)，其允許部件能夠長時間承受高溫。
又一個目的是利用一種具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)，其具有高的燃燒效率，同時具有低的污染排放。
本發(fā)明的這些目的是通過提供一種如權利要求1所述的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)來實現(xiàn)的。
本發(fā)明的其他特征記載在從屬權利要求中。


參考附帶的示意圖，本發(fā)明的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)的特征和優(yōu)點將從下面的示意性的和非限制性的描述中變得顯而易見，其中圖1是從本發(fā)明燃燒系統(tǒng)的第一優(yōu)選實施例的上面看上去的部分剖視圖；圖2是圖1的細節(jié)，其顯示了空氣在燃燒系統(tǒng)內(nèi)部的流動；圖4是圖2的細節(jié)的第一實施例，顯示了預混合燃料噴射引導裝置的第一實施例；圖5是預混合燃料噴射引導裝置的第二實施例；圖3是預混合燃料噴射引導裝置的第三實施例；圖6是圖3的細節(jié)。
具體實施例方式
參考附圖，這些附圖顯示了具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)，其整體用標號10指示，該燃燒系統(tǒng)10包括燃燒室，該燃燒室包含適合于容納主火焰的“襯套”或火焰管14。
火焰管14具有連接到空氣預混合腔室12的錐形連接端部15，該連接端部15對應連接于預混合腔室12的末端部分13。
空氣預混合腔室12基本上為圓冠形式的管道，該管道具有錐形部分或者說漸縮部分，該部分朝著連接至燃燒室的一連接端部漸縮，以便在已經(jīng)用由一組孔11供給的燃氣對空氣進行預混合之后加速空氣，該組孔11最好位于在預混合腔室12的圓周上設置的圓筒元件上。
所述的該組孔11沿空氣預混合腔室12的錐形端部之前的部分設置。
空氣預混合腔室12的錐形端部具有圓形部分，在該圓形部分中有一中央體17，所述中央體17伸入所述錐形端部，用于噴射空氣以防止火焰接觸中央管道17的表面。
燃燒系統(tǒng)10最好包括在中央管道17外部的一組熱電偶19。
火焰通常在預混合腔室12的下游的燃燒室中形成。
如果由于某種不正常的運行而使火焰上升到預混合腔室12內(nèi)，則熱電偶19檢測溫度的增加，中斷氣體的流動，以保護預混合腔室12免受過高溫度的影響。
火焰管14的錐形端部15具有圓冠形式的表面，在該表面上具有一組貫通孔18，該組貫通孔18用于安置對應的一組預混合燃氣噴射引導裝置20，以便穩(wěn)定中央主火焰，同時維持低水平的污染排放。
這是通過利用一組燃氣預混合引導裝置20來實現(xiàn)的，燃氣與空氣湍流在該引導裝置20中混合，獲得均勻的燃氣/空氣的混合物，然后該混合物被噴射到燃燒室內(nèi)。
由于避免了擴散類型的火焰，這就使得NOx的污染排放降低了。
燃燒系統(tǒng)10具有一組對燃氣進行預混合的引導裝置20，其能夠穩(wěn)定中央主火焰，同時通過相應的一組外部火焰來降低污染的排放。
該組引導裝置20的每個引導裝置包括預混合管道29、一組孔28以及作為旋流器的單元24，該組孔28在預混合管道29內(nèi)并用于供給燃料；所述單元24具有形成空氣的湍流和渦流的功能，所述空氣的湍流和渦流能夠與通過該裝置內(nèi)部的該組孔28所供給的燃氣均勻地混合。
空氣的湍流與通過該組管道28所供給的燃氣混合，在預混合管道29內(nèi)形成空氣和燃氣的均勻混合物，然后再注入到燃燒系統(tǒng)10的燃燒室。
這樣，對于每一個引導裝置20都獲得了一個對應的火焰，該火焰的最高溫度低于擴散火焰的最高溫度。
因而，由于火焰的最高溫度較低，含有NOx排放物的污染排放相應地降低了。
燃燒系統(tǒng)10包括一組引導裝置20，各引導裝置20分別布置在該組管道18的對應孔中，該組管道18等距離地分布在火焰管14的端部15的表面上的圓周上并與其軸線同軸。
每個引導裝置20的單元24包括至少一個成形元件，所述成形元件能夠增強預混合管道29中的空氣流的湍流。
用于每個預混合引導裝置20的空氣流最好用來自壓縮機的空氣流直接供給。
另外，還穩(wěn)定了每個引導裝置20的火焰。
預混合引導燃燒器20的火焰的穩(wěn)定性通過噴射引導燃氣(因此稱為“子引導”)來實現(xiàn)，其穩(wěn)定了預混合引導火焰，該預混合引導火焰又穩(wěn)定了預混合主火焰。
子引導燃氣產(chǎn)生擴散火焰，但是由于只須穩(wěn)定預混合引導燃氣，所以只使用了少量的燃料，由此產(chǎn)生較低的NOx污染排放。
依照本發(fā)明的一個方面，如圖4所示，提供了設置有單元24的引導裝置20的第一優(yōu)選實施例，其中，所述至少一個成形元件包括一組成形葉片27，該組成形葉片27適當傾斜以在預混合管道29內(nèi)部形成空氣的渦流運動，從而確?？諝馔牧髟陬A混合管道29內(nèi)部與通過該組管道28供給的燃氣均勻混合。
引導裝置20包括預混合管道29內(nèi)部的中央元件42，所述中央元件42內(nèi)部包括一中央管道43，該中央管道43又在環(huán)形管道34內(nèi)部并與其同軸。
環(huán)形管道34具有供給燃氣的功能，燃氣穿過該組孔28與空氣在預混合管道29內(nèi)部進行預混合。
在這種情況下，與引導裝置20相關的火焰被通過管道43噴射的可燃流體在中央進行穩(wěn)定。
該組燃氣預混合引導裝置20的每個引導裝置還包括在預混合管道29內(nèi)部的兩個管道32，用來檢測引導裝置本身內(nèi)部的流體的流速。
依照本發(fā)明的另一個方面，如圖5所示，提供了設置有單元24的引導裝置20的第二實施例，其中，如第一實施例一樣，所述至少一個成形元件也包括具有同樣功能的一組成形葉片27。
除了對火焰的穩(wěn)定之外，該實施例類似于第一實施例。
實際上，在這種情況下，與引導裝置20相關的火焰由通過預混合腔室29內(nèi)部的中央微型燃燒器45噴射的可燃流體在中央進行穩(wěn)定。
所述微型燃燒器45連接在(第二實施例也具有的)預混合管道29內(nèi)部的中央元件的下游，所述中央元件的內(nèi)部包括中央管道43，該中央管道43也在環(huán)形管道34內(nèi)部并與其同軸。
環(huán)形管道34具有供給燃氣的功能，燃氣穿過該組孔28與空氣在預混合管道29內(nèi)部進行預混合。
管道43為微型燃燒器45供給子引導燃氣，而用于微型燃燒器45的空氣流由位于其中的一組孔35供給，并通過另一個設在微型燃燒器45本身內(nèi)部的旋流器來變成湍流。
依照本發(fā)明的另一個方面，如圖3所示，提供了設有單元24的引導裝置20的第三實施例，其中，所述至少一個成形元件包括兩組用于在預混合管道29內(nèi)形成空氣湍流的成形葉片25。
每個預混合引導裝置20包括用于燃氣的管道36，所述管道36連接到預混合管道29內(nèi)部的一組孔28上。
管道36的燃氣通過該組孔28被噴射到預混合管道29中，用于與空氣湍流預混合。
該實施例中的各引導裝置20的火焰也是通過這樣來穩(wěn)定的，即，管道37的燃氣通過預混合管道29外部的一組孔30而噴射到燃燒室中。該組孔30位于引導裝置20的端部的底面31上。
因此，為了穩(wěn)定引導裝置20本身的火焰，管道37連接到該組外孔30上，以供給燃氣。
該組燃氣預混合引導裝置20的每個引導裝置還包括至少一個熱電偶33和在預混合管道29內(nèi)的兩個管道32，兩個管道32用來檢測引導裝置20內(nèi)的流體的流速。
可以看到，在燃燒系統(tǒng)10中還具有另一個燃料供給管道70，其環(huán)繞著中央管道17。
另外，所述管道70靠近火焰管14的錐形端部15，火焰管14在此處連接至預混合腔室12。
管道70用來供給環(huán)繞主火焰的擴散引導燃料，所述擴散引導燃料也被用于點燃或用于短時間穩(wěn)定火焰，這時排放不明顯。
參考圖2，圖2還顯示了燃燒系統(tǒng)10內(nèi)部的用80和82表示的空氣流，它們分別表示預混合室12的預混合空氣流以及與附圖所示的其中一個引導裝置20相關的預混合空氣流。
來自壓縮機的空氣在預混合室12內(nèi)與從該組孔11供給的燃料混合。
預混合空氣隨后被加速，并可選擇地通過與從管道70供給的燃氣進行擴散而混合。
主火焰通過一組用預混合燃氣產(chǎn)生的引導火焰而被穩(wěn)定。
參考圖6，尤其可以看到，用83表示的燃料流是從鄰近于單元24的該組孔28供給的。
此外，該組燃氣預混合引導裝置20中的引導裝置最好位于火焰管14的錐形端部中，但也可以采用不同的布置。
燃燒系統(tǒng)10最好包括用于向該組預混合引導裝置20供給空氣的管道60。
總之，概括來說，用于氣體渦輪機的燃燒系統(tǒng)10包括一組對燃氣進行預混合的引導裝置20，所述引導裝置20位于主火焰的外部，或位于連接至預混合腔室12的的錐形連接端部15中，其產(chǎn)生一組對應的引導火焰，該組引導火焰適合于穩(wěn)定中央主火焰本身，同時降低了污染排放。
因此，顯然，依照本發(fā)明的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)實現(xiàn)了上述目的。
對這樣構思的本發(fā)明的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)可以進行許多修改和變形，這些修改和變形全部包括在同一發(fā)明構思的范圍內(nèi)。
此外，實際上，可以根據(jù)技術需要來改變所使用的材料以及尺寸和部件。
權利要求
1.一種用于氣體渦輪機的燃燒系統(tǒng)(10)，其設置有用于空氣的預混合腔室(12)，所述空氣與從一組孔(11)噴射的燃料混合，產(chǎn)生在火焰管(14)中形成的中央主火焰，所述預混合腔室(12)朝著與包括火焰管(14)的燃燒室連接的連接端部收縮，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)(10)包括一組可對燃氣進行預混合的引導裝置(20)，該組引導裝置(20)產(chǎn)生對應的一組引導火焰，該組引導火焰適合于穩(wěn)定中央主火焰本身，同時降低污染排放。
2.如權利要求1所述的具體低污染排放的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述火焰管(14)包括與空氣預混合室(12)連接的錐形連接端部(15)，所述錐形端部(15)包括一組孔(18)，每個孔(18)分別安置該組燃氣預混合引導裝置(20)中一相應的引導裝置。
3.如權利要求1所述的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組孔(18)的孔沿火焰管(14)的錐形端部(15)的圓周等距離設置，并與火焰管(14)的軸線同軸。
4.如權利要求1或2或3所述的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該燃燒系統(tǒng)(10)包括一組在中央體(17)外部的熱電偶(19)。
5.如權利要求1或2或3所述的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該燃燒系統(tǒng)(10)包括環(huán)繞所述中央體(17)的燃料供給管道(70)。
6.如權利要求1或2或3所述的具有低污染排放的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述的可對燃氣進行預混合的一組引導裝置(20)中的每個引導裝置包括預混合管道(29)、在預混合管道(29)內(nèi)部的用于燃氣的一組孔(28)以及單元(24)，所述單元(24)包括至少一個成形元件以便在空氣流中產(chǎn)生湍流，以在預混合腔室(29)本身內(nèi)部獲得空氣/燃料氣體的均勻混合物。
7.如權利要求6所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述至少一個成形元件包括一組成形葉片(27)。
8.如權利要求6所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述至少一個成形元件包括兩組成形葉片(25)。
9.如權利要求7所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組燃氣預混合引導裝置(20)的每個引導裝置包括用于燃氣的管道(43)，所述管道(43)位于預混合室(29)內(nèi)的中央元件(42)中，用于穩(wěn)定引導裝置本身的火焰，所述管道(43)位于用于燃氣的環(huán)形管道(34)內(nèi)部并與其同軸，所述環(huán)形管道(34)又連接至該組孔(28)上。
10.如權利要求9所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組燃氣預混合引導裝置(20)的每個引導裝置包括在預混合管道(29)內(nèi)的兩個管道(32)和至少一個熱電偶(33)，所述兩個管道(32)用于檢測引導裝置本身內(nèi)部的流體的流速。
11.如權利要求7所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組燃氣預混合引導裝置(20)的每個引導裝置包括位于預混合管道(29)內(nèi)的微型燃燒器(45)，用于穩(wěn)定引導裝置本身的火焰。
12.如權利要求10所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該微型燃燒器(45)包括用于空氣的一組孔(35)，該微型燃燒器(45)連接至用于燃氣的管道(43)，該管道(43)處于用于燃氣的環(huán)形管道(34)內(nèi)部并與其同軸，所述環(huán)形管道(34)又連接至該組孔(28)上。
13.如權利要求8所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組燃氣預混合引導裝置(20)的每個引導裝置包括預混合管道(29)外部的一組孔(30)，用于穩(wěn)定引導裝置本身的火焰。
14.如權利要求13所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組燃氣預混合引導裝置(20)的每個引導裝置包括連接于該組外部孔(30)的管道(37)和連接于該組孔(28)的管道(36)。
15.如權利要求8或11的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，該組燃氣預混合引導裝置(20)的每個引導裝置包括至少一個熱電偶(33)和預混合管道(29)內(nèi)的兩個管道(32)。
16.如上述任一權利要求所述的燃燒系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)(10)包括用于向該組預混合引導裝置(20)供給空氣的管道(60)。
17.前面描述和顯示的用于上述目的的一種燃燒系統(tǒng)(10)。
全文摘要
一種用于燃氣渦輪機的燃燒系統(tǒng)(10)，其設置有用于空氣的預混合腔室(12)，所述空氣與從一組孔(11)噴射的燃料混合，從而產(chǎn)生在火焰管(14)中形成的中央主火焰，所述預混合腔室(12)朝著與包括火焰管(14)的燃燒室連接的連接端部收縮，所述燃燒系統(tǒng)(10)包括一組可對燃氣進行預混合的引導裝置(20)，該組引導裝置(20)產(chǎn)生對應的一組引導火焰，該組引導火焰適合于穩(wěn)定中央主火焰本身，同時降低污染排放。
文檔編號F23R3/34GK1902443SQ200480039640
公開日2007年1月24日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權日2003年12月30日
發(fā)明者G·切徹里尼, R·莫迪, V·南尼茨尼 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)控股有限公司