燃燒器組件、包括所述燃燒器組件的燃燒室以及將燃料供應(yīng)到所述燃燒器組件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒器組件、包括所述燃燒器組件的燃燒室和將燃料供應(yīng)到所述燃燒器組件的方法。尤其是，本發(fā)明涉及用于能量產(chǎn)生機組的氣體管道的燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]已知燃燒器組件通常包括主要的低溫燃燒部和次級的高溫燃燒部，其穩(wěn)定通過主要部所生成的火焰。
[0003]由于在燃燒系統(tǒng)中總是存在熱聲不穩(wěn)定，所以需要次級部的穩(wěn)定動作。熱聲不穩(wěn)定是通過熱聲火焰振蕩的存在所特征化的現(xiàn)象，其生成壓力波。在燃燒室中傳播的如此壓力波，在燃燒室的壁上反射并且反作用在火焰上。這些熱聲振蕩可以增加不穩(wěn)定性直到損壞燃燒室的壁，或者它們可以減弱。
[0004]由此，當(dāng)通過燃燒處理激發(fā)熱聲振蕩并且它們以振幅增加時，存在不穩(wěn)定的嚴峻條件。
[0005]根據(jù)通過Tim Iieuwen 等人的文章"A Mechanism of Combust1n Instabilityin Lean Premixed Gas Turbine Combustors (在貧預(yù)混燃氣輪機燃燒室中的燃燒不穩(wěn)定性的機制)〃，Transact1n of ASME (美國機械工程師協(xié)會會報)，Vol (卷).123，2001所定義的，當(dāng)熱釋放波動與壓力波動同相時，存在燃燒不穩(wěn)定性。因此，通過在壓力振蕩和熱聲振蕩之間的延時T管理不穩(wěn)定性。
[0006]通過“對流時間” τ顯著地影響延遲時間Τ，其是在燃燒器組件中的每個燃料供應(yīng)線的特有的。尤其是，通過下面的關(guān)系來約束延遲時間T和對流時間τ:
[0007]T/Tper1d = f ( τ，火焰長度，運動學(xué)化學(xué)反應(yīng))
[0008]其中
[0009]T是延遲時間；并且
[0010]Tper1d是與燃燒室中波動的完全振蕩對應(yīng)的時間。其中將波動期望為熱波動和壓力波動這兩者，其具有相同的周期但不同的相。
[0011]可以通過實驗研究或通過大渦模擬(LES)計算方法執(zhí)行T的準確評價。
[0012]在具有“貧預(yù)混(lean premix) ”技術(shù)的燃燒系統(tǒng)中，其中實施了預(yù)混火焰，通過由混合實施的時間將對流時間τ定義為行進在燃料噴射點和火焰基座之間的空間，根據(jù)下面的關(guān)系:
[0013]τ = Linj/Uavg
[0014]其中:
[0015]Linj是在燃料噴射點和火焰基座之間的距離；
[0016]Uavg是在伸展的Linj中的混合中的平均速度。
[0017]由于高燃燒溫度，次級部對大多數(shù)污染排放負責(zé)。根據(jù)燃燒溫度，指向?qū)嶋H污染物形成的化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)表示取決于不是高線性的溫度，以及污染物的指數(shù)增加。
[0018]相應(yīng)地，限制供應(yīng)到次級部的燃料的質(zhì)量以防止超過與污染排放相關(guān)的法律限制。這也包含供應(yīng)到主要部的燃料流速的隨后限制，其需要穩(wěn)定次級部的動作以能夠無需生成不穩(wěn)定地燃燒。
[0019]總之，因為控制用于減少排放或反之的不穩(wěn)定燃燒器的方法，所以限制已知類型的燃燒器組件的性能。
[0020]只有在給定的情況下(其中，通常燃燒系統(tǒng)的復(fù)雜性顯著增加)，可以超過在已知的燃燒器組件中的穩(wěn)定限制。
[0021]發(fā)明的公開
[0022]本發(fā)明的一個目的是使高性能燃燒器組件能夠發(fā)生穩(wěn)定燃燒并且在同時能夠符合與污染排放相關(guān)的法律限制。
[0023]尤其是，本發(fā)明的一個目的是使特別靈活的燃燒器組件能夠增加容量范圍，在其中機組可以運行并且同時將排放保持在法律限制以下。
[0024]根據(jù)如此的目的，本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的燃氣輪機機組的燃燒室的燃燒器組件。
[0025]本發(fā)明的另外的目的是使高性能燃燒室能夠生成穩(wěn)定燃燒并且能夠符合與污染排放相關(guān)的法律限制。
[0026]根據(jù)如此的目的，本發(fā)明涉及如權(quán)利要求12所述的燃燒室。
[0027]最后，本發(fā)明的另外的目的是提供一種將燃料供應(yīng)到燃燒器組件的方法，該燃燒器組件能夠有助于生成穩(wěn)定燃燒并且能夠符合與污染排放相關(guān)的法律限制。
[0028]根據(jù)如此目的，本發(fā)明涉及如權(quán)利要求13所述的將燃料供應(yīng)到燃燒組件的方法。
[0029]附圖的簡要說明
[0030]根據(jù)其非限制性實施例的下面的描述、參照附圖的圖示本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中:
[0031]圖1是包括根據(jù)實施例的燃燒室的燃氣輪機機組I的圖解視圖；
[0032]圖2是根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的、具有為了清晰被移除的部分的橫截面視圖。
[0033]用于實施本發(fā)明的最佳方式
[0034]在圖1中的標號I指示具有沿著軸A延伸的氣體管道2、壓縮機3、燃燒室4、用于將燃料供應(yīng)到燃燒室4的組件6以及發(fā)電機7的動力機組，該發(fā)電機將通過氣體管道2供應(yīng)的機械動力變換為電力。
[0035]燃燒室4包括多個座接(seat) 8，每一個適用于被燃燒器組件9所采用(更好地表示在圖2中)。沿著接近于燃燒室4的周邊邊緣的圓形路徑布置座接8。在此描述并且示出的非限制性示例中，燃燒室4是環(huán)形類型并且存在二十四個座接8和燃燒器組件9。
[0036]參照圖2，每個燃燒器組件9沿著軸B延伸并且包括主燃燒器10和次級燃燒器11。
[0037]次級燃燒器11實質(zhì)上沿軸B延伸，并且主燃燒器10在與軸B平行的次級燃燒器11的周圍延伸。
[0038]主燃燒器10被配置為供應(yīng)空氣-燃料混合物并且定義主燃燒區(qū)域12 (用點劃線示意性地示出在圖中)。
[0039]沿著指向燃燒室4的內(nèi)部的供應(yīng)方向Dl供應(yīng)空氣和燃料。
[0040]尤其是，主燃燒器10包括空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13和燃料供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管14。
[0041]空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13從壓縮機3接收空氣并且具有在供應(yīng)方向Dl中的降低徑向高度以便生成實質(zhì)上截錐形狀的導(dǎo)管。
[0042]燃料供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管14平行于軸B延伸并且終結(jié)于多個噴嘴15，其直接面向空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13。
[0043]在平行于軸B延伸的、具有圓柱形外部元件18的端部16提供空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13ο
[0044]沿著供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13 (優(yōu)選地噴嘴15的下游)布置旋流器17，其被配置為提升渦流的生成以促進在空氣和燃料之間的混合。尤其是，旋流器17適于使流經(jīng)其的混合物繞軸B旋轉(zhuǎn)以便穩(wěn)定所生成的火焰并且允許更好的控制位于燃燒室4的內(nèi)部的火焰。
[0045]旋流器(swirler) 17包括多個刀刃(在附圖中未示出)，其固緊于定義空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13的壁。
[0046]接近于空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13的端部16和圓柱形外部元件18延伸的是主燃燒區(qū)域12，其中空氣-燃料混合物的燃燒發(fā)生發(fā)源于空氣供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管13。
[0047]主燃燒區(qū)域12具有主對流時間τ pD根據(jù)上述定義，主對流時間τ ρ是通過燃料實施的、行進在噴嘴15和主燃燒區(qū)域12之間的距離的時間。
[0048]主對流時間τ 15取決于主燃燒器10的幾何體，取決于燃料發(fā)射噴嘴15的位置并且取決于確定主燃燒區(qū)域12的位置的流體動力學(xué)和運動學(xué)條件。
[0049]雖然對于污染排放的低生產(chǎn)有責(zé)任(由于低燃燒溫度)，但是主燃燒區(qū)域12特征為低燃燒穩(wěn)定性。貧燃燒穩(wěn)定性包括在其中局部化熱釋放的全體主燃燒區(qū)域12。
[0050]以主燃料流速Q(mào)P供應(yīng)燃料供應(yīng)環(huán)形導(dǎo)管14(見圖1)，如下面的細節(jié)所示便利地通過組件6的控制設(shè)備19對其調(diào)整用于供應(yīng)燃料(圖1)。次級燃燒器11被配置為提供部分預(yù)混合的空氣-燃料混合物并且定義一個或更多的次級燃燒區(qū)域20 (示意性地示出在具有虛線的圖中)。
[0051]在次級燃燒區(qū)域20中的燃燒溫度大于在主燃燒區(qū)域12中的燃燒溫度并且特征在于低溫度可變性。
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