專利名稱：操作燃燒器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的操作燃燒器的方法。
所謂的固體噴射霧化器，也就是，用于霧化液體燃料。在這樣的一種噴嘴中，液體燃料在高壓下，從一預(yù)燃室，經(jīng)過具有一定導(dǎo)流長(zhǎng)度的圓形噴口噴出。所得到的燃料流在一較穩(wěn)定的環(huán)境中分裂，形成細(xì)密的噴霧。但為給燃燒形成充分細(xì)密的噴霧，就需要相對(duì)較高的燃料壓力，而高的壓力僅在燃?xì)廨啓C(jī)裝置滿負(fù)荷時(shí)施加。另一方面，對(duì)于低燃料流速的情況，只需要低燃料壓力，例如，在燃燒室的點(diǎn)火過程中或當(dāng)點(diǎn)火后將裝置加負(fù)荷時(shí)。但是，由于液體燃料的霧化是通過一固體射流霧化器，在燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷期間就自然地產(chǎn)生相對(duì)大的液滴，因此習(xí)用的固體射流霧化器不適用于氣輪機(jī)的部分負(fù)荷運(yùn)行。
為了在各種情況下獲得細(xì)密的液滴，噴嘴可另外附帶一所謂的點(diǎn)火階段。這個(gè)點(diǎn)火階段是一第二霧化器，是為相應(yīng)低流速而設(shè)計(jì)，從而在部分負(fù)荷期間確保充分細(xì)密的液體燃料的霧化。這樣一種方案公開在課本“噴霧和射流”，A.Lefebvre，West Lafayette，Indiana 1989，120頁(yè)，圖4.21。但是，這個(gè)噴嘴有兩條燃料輸送管線和兩條燃料管，它們徑向布置，一條在另一條之上，燃料根據(jù)所需的燃料質(zhì)量流量輸入，這就需要相對(duì)大的構(gòu)造空間。另外，噴嘴對(duì)故障更敏感的結(jié)果，自然選成所用零部件為復(fù)雜的設(shè)計(jì)。在一個(gè)噴嘴中使用兩個(gè)以上霧化器則使所述缺點(diǎn)更為顯著。此外，相應(yīng)數(shù)量的帶有各種控制閥的燃料輸送管線也是必需的，不僅造成設(shè)計(jì)投入的增加，還提高了成本。在各種情形所需的霧化器的轉(zhuǎn)換過程中，燃料流發(fā)生中斷，這會(huì)導(dǎo)致燃燒器熄火。
同一來源，142-144頁(yè)和圖4.50，公開了一種液體燃料的霧化器，在霧化器噴口的上游將輔助氣體引入液流。為達(dá)此目的，一氣管布設(shè)在液體燃料管的內(nèi)部，氣管在噴口的上游終止，并具有若干輔助氣體排放口。輔助氣體以低速，并在略高于液流的壓力下噴入液流。輔助氣體流入液流形成了氣泡，其效果是在液流中產(chǎn)生了相對(duì)細(xì)小的碎片和碎條。由于這種小直徑的液流易于破碎成細(xì)密的射流，液體燃料的霧化即以此方式得到改進(jìn)。通過將輔助氣體噴入液體燃料管使要被霧化的總體積流量增加。這樣即使是部分負(fù)荷時(shí)，也可通過固體射流霧化器，實(shí)現(xiàn)燃料的充分霧化。
然而，這種霧化器的缺點(diǎn)，是在氣輪機(jī)的滿負(fù)荷過程中，即高燃料壓力時(shí)無法使用。為了確保輔助氣體噴入液體燃料，和在這個(gè)運(yùn)行狀況下霧化器的可運(yùn)行性，輔助氣體必須為高壓。然而，沒有外部能量供應(yīng)，這將是很昂貴而且是不可能的。所以，這種霧化器迄今為止幾乎未得以廣泛應(yīng)用。
因此，為試圖避免所有這些缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供操作燃燒器的一種簡(jiǎn)便方法，該方法適用于所有運(yùn)行狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，這可根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的方法來實(shí)現(xiàn)輔助氣體僅在燃料器點(diǎn)火過程和部分負(fù)荷運(yùn)行期間輸入，而在高負(fù)荷范圍內(nèi)中斷輸入。
霧化噴嘴，本身為公知，現(xiàn)在可用一最佳方式進(jìn)行改制，不僅適于點(diǎn)火和低負(fù)荷工況，而且適于高負(fù)荷和滿負(fù)荷工況。以此方式，這樣一種霧化噴嘴，或者配備它的燃燒器，其各自的使用范圍大為擴(kuò)展。僅通過這種方式，就能使它用于在變化的燃燒空氣壓力下運(yùn)行的燃燒室中，例如氣輪機(jī)裝置。
通常，低廢氣排放的燃燒可通過在燃燒器中，使液體燃料與輔助氣體預(yù)混來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)軸向安裝的燃燒室中配置有不同高度的燃燒器時(shí)，使用這種方法還可獲得另外的優(yōu)越性。通過輔助氣體的供給，可顯著減少液體燃料不均勻的分布，特別是發(fā)生在點(diǎn)火過程中的不均勻分布。這樣改善了燃燒室的運(yùn)行狀況。
如果輔助氣體甚至當(dāng)燃燒器的液體燃料的供應(yīng)中斷時(shí)仍繼續(xù)輸入，這就特別便利。用這種方法，可使霧化噴嘴進(jìn)一步排空，防止碳化。
進(jìn)而，如果輔助氣體從一壓力容器或一輔助壓縮機(jī)中送入燃燒器，將很有好處。相應(yīng)于燃燒器使用的實(shí)際工況，每種情形均有一適合的輔助氣體源。
將壓縮空氣所作為輔助氣體輸入為一種特別優(yōu)越的方式。當(dāng)需要時(shí)，或者外界空氣被壓縮，或者來自一個(gè)在燃燒器點(diǎn)火前已被充滿的壓力容器中的壓縮空氣可用于這個(gè)目的。使用外界空氣作為輔助氣體特別有利，因?yàn)樗呻S時(shí)得到。
根據(jù)其可得到的情況，本發(fā)明亦可由不活潑氣體，例如氮?dú)?，點(diǎn)火氣體(例如丙烷)或燃料氣體(例如天然氣)來實(shí)現(xiàn)。
結(jié)合附圖
，并參照下面的詳細(xì)描述，將對(duì)本發(fā)明有更好的理解，也將會(huì)很容易地獲得對(duì)其更全面的認(rèn)識(shí)和許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，其中唯一的附圖表示一液體燃料燃燒器的部分縱向剖視圖，它裝有一霧化噴嘴，安裝在一氣輪機(jī)裝置中。
圖中僅畫出為理解本發(fā)明所必需的元件。未畫出的裝置元件有，例如，壓縮機(jī)和氣輪機(jī)。箭頭表示工作介質(zhì)的流動(dòng)方向。
現(xiàn)在參見附圖，若干燃燒器1配置在氣輪機(jī)裝置中(圖中示出)，燃燒器使用液體燃料2，更準(zhǔn)確地說是燃料油。當(dāng)然也可使用其它適合的燃料。
每個(gè)燃料器，由一外空氣管3，和共軸配置在空氣管3內(nèi)的霧化噴嘴4組成，空氣管3和霧化噴嘴4均通向氣輪機(jī)裝置的燃燒室5。霧化噴嘴4具有一帶內(nèi)部空間7的液體燃料管6，一燃料輸送管線8，和一圓形噴口9。一氣管11配置在霧化噴嘴4的內(nèi)部空間7，與輸送管線10連接，并有若干排放口12通向內(nèi)部空間7。內(nèi)部空間7在噴口9的方向變窄，即，它為燃油2形成一導(dǎo)流件13。輸送管線10有一控制閥，可開關(guān)氣管11。
在氣輪機(jī)裝置的運(yùn)行過程中，燃油2通過相應(yīng)的燃料輸送管線8供入每個(gè)燃燒器1。在此過程中，燃油2首先通過液體燃料管6的內(nèi)部空間7，在此被燃料壓力送入噴口9的方向。在燃燒器1或氣輪機(jī)裝置的點(diǎn)火動(dòng)作和部分負(fù)荷運(yùn)行中，作為輔助氣體15的壓縮空氣，通過輸送管線10和配置在氣管11中的排放口12，被導(dǎo)入內(nèi)部空間7的燃油2中。這個(gè)噴入在一低速，并在約0.1至3.0巴壓力，僅略微高于燃油2的壓力下實(shí)現(xiàn)。流量和燃料壓力被附加的空氣15提高，從而即使在燃燒器1的點(diǎn)火動(dòng)作和部分負(fù)荷運(yùn)引中，也可改進(jìn)燃油2的霧化。另外，輔助氣體1 5進(jìn)入液體燃油2形成了氣泡，其效果是將燃油2擠壓成細(xì)小的液體燃燒碎片、碎條。由于燃油2的各個(gè)部分具有了相對(duì)小的初始直徑，當(dāng)通過噴口9噴射燃油2時(shí)，即可獲得特別細(xì)密的噴霧。
作為輔助氣體15的空氣，在氣輪機(jī)裝置的壓縮機(jī)部分，以一預(yù)壓縮狀態(tài)被抽取出來，并且如果需要，通過一輔助壓縮機(jī)(圖中未出)達(dá)到必需的壓力?？諝?當(dāng)然亦可由一壓力容器輸入。
隨著氣輪機(jī)裝置的負(fù)載增加，通過燃燒器1的燃料流速也不斷升高。與燃料流速相對(duì)應(yīng)，燃燒器1和霧化噴嘴4中的燃料壓力也升高。當(dāng)達(dá)到充分霧化所需的燃料壓力時(shí)，通過關(guān)閉控制閥14中斷空氣供給。當(dāng)控制閥14關(guān)閉時(shí)，即在高燃料壓力期間，燃油2通過圓形噴口9分裂成適于燃燒的細(xì)密的射流。
空氣15即使當(dāng)燃燒器2的液體燃料2供應(yīng)中斷時(shí)，也輸入燃燒器1，例如當(dāng)然燃燒用作點(diǎn)火燃燒器或予燃燃燒器或一系列燃燒器的階段燃燒器時(shí)，或者當(dāng)氣輪機(jī)裝置停機(jī)時(shí)。以此方式，可確保霧化噴嘴4的排空，防止其碳化。
其它輔助氣體，例如不活潑的氣體(氮?dú)?或點(diǎn)火氣體(丙烷)或燃料氣體(天然氣)，當(dāng)然也可用來代替所用的空氣15。
顯然，根據(jù)上述原則，本發(fā)明還可能有多種修改和變型，所以應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在附具的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明還可以不同于上面具體描述的方式來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種操作燃燒器(1)的方法，其中液體燃料(2)以現(xiàn)行的燃料壓力流入燃燒器(1)的霧化噴嘴中，通過噴口(9)噴出，但是一種輔助氣體(15)以略高于燃料壓力的壓力事先被引入液體燃料(2)中，其特征在于輔助氣體(15)是在燃燒器(1)的點(diǎn)火和部分負(fù)荷運(yùn)行期間供給，而在燃燒器(1)的高負(fù)荷范圍內(nèi)則中斷供給。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是即使當(dāng)燃燒器(1)的液體燃燒(2)的供應(yīng)中斷時(shí)，輔助氣體(15)仍繼續(xù)供給。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是輔助氣體(15)從一壓力容器或一輔助壓縮機(jī)中送入燃燒器(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是壓縮空氣作為輔助氣體(15)供給。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是在燃燒器(1)的點(diǎn)火和/或部分負(fù)荷運(yùn)行期間，外界空氣(15)被壓縮并送入燃燒器(1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是壓縮空氣(15)從一個(gè)在燃燒器(1)點(diǎn)火之前即被充滿的壓力容器中送入燃燒器(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是一種不活潑氣體，較佳地為氮?dú)?，作為輔助氣體(15)送入燃燒器(1)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是一種點(diǎn)火氣體，較佳地為丙烷，作為輔助氣體(15)送入燃燒器(1)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是一種燃料氣體，較佳地為天然氣，用作為輔助氣體(15)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種操作燃燒器的簡(jiǎn)便方法,該方法適于所有運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明,可這樣來實(shí)現(xiàn):在點(diǎn)火過程中和燃燒器(1)部分負(fù)荷運(yùn)行期間,將輔助氣體(15)輸入噴口(9)上游的液體燃料中,但是在燃燒器(1)的高負(fù)荷范圍內(nèi)則中斷輔助氣體的輸入。
文檔編號(hào)F23D11/22GK1186928SQ9710859
公開日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者F·朱斯, M·斯塔德爾 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司