CN103119369A

CN103119369A - 燃气涡轮机燃烧室

Info

Publication number: CN103119369A
Application number: CN2011800379953A
Authority: CN
Inventors: B.普拉德
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2031-06-15
Also published as: RU2566866C2; WO2012016748A2; US20130125550A1; JP2013535651A; CN103119369B; WO2012016748A3; EP2416070A1; US9194587B2; JP5657794B2; EP2601447A2; RU2013109306A

Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮机燃烧室，带有：布置于在一端向燃烧室开口的圆柱体（2）的中间区段中的引燃喷嘴，其中引燃喷嘴包括燃料喷嘴（1）以及围绕燃料喷嘴（1）的外周径向间隔开的圆柱形外罩（9），且其中在燃料喷嘴（1）和外罩（9）之间设有先导涡旋元件（5）；在径向方向上围绕引燃喷嘴布置的多个主燃烧器；先导锥（4），所述先导锥（4）带有内侧（11）和外侧（12）以及燃烧室侧的开口（6），其中先导锥（4）在燃烧室侧布置在引燃喷嘴上，使得通过空气和先导燃料的混合在先导锥（4）内形成先导火焰，以点燃由主燃烧器喷入的燃料，其中先导锥（4）在其内侧（11）和/或外侧（12）具有湍流生成器。

Description

燃气涡轮机燃烧室

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧室。

背景技术

其中进行预混合燃烧的燃气涡轮机除用于预混合燃烧的主燃烧器外还提供有用于燃烧的先导燃烧器。先导燃烧器用于稳定燃烧。由先导燃烧器产生的扩散火焰或预混合火焰用作主燃烧器的先导火焰，以产生含燃料更多的火焰，以此稳定燃烧。先导燃烧器如需要可在出口处具有圆锥体，以此便于先导火焰的稳定。在此燃气涡轮机燃烧室中，主燃烧器围绕先导燃烧器有序间隔地布置。此燃气涡轮机燃烧室的高效能要求高的、由高的火焰温度产生的涡轮机入口温度。在CO和NOx值形成方面，需要将火焰温度和气体在燃烧室内的滞留时间保持在允许的范围内。

燃气涡轮机内的高温度要求了高的火焰温度，这个高的火焰温度也影响NOx值且增大此值。但为将NOx值保持在允许的范围内，燃烧室内的平均火焰温度在形成的NOx值方面应最小化到与效率相匹配的允许的值。此外，需要例如通过缩短的燃烧室而降低气体在燃烧室内的滞留时间。

但除低的NOx值之外，也需要实现低的CO值。但在低于1300℃的火焰温度下CO值升高。燃烧室内低于此温度下限的局部受限的体积也可对于高的CO排放具有主导的影响。为将CO保持在低的值，要求良好的混合。但为此要求例如通过延长的燃烧室来提高滞留时间或气体在燃烧室内的混合路径。但这与用于降低NOx值的滞留时间的缩短相抵触。

因此，为了将NOx值保持在允许的范围内，可采取措施，例如预热或减少提供到燃烧室的压缩机空气，或通过供给***的改变至少部分地围绕燃烧室回转。但这不利地影响了涡轮机在基本负荷下的运行。此外，因此提高了制造成本。也可能影响机器的可用性，这同样也是很大的缺点。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是给出一种燃气涡轮机燃烧室，所述燃气涡轮机燃烧室带有增大的火焰温度且因此提高的效率，且可无前述缺点地运行。

该技术问题通过一种根据权利要求1、4或5所述的燃气涡轮机燃烧室解决。另外的从属权利要求包含了本发明的有利的构造。

通过尤其在先导锥的内侧和/或外侧上的湍流生成器，在先导锥的下游实现在形成于先导锥内的先导混合物和由主燃烧器产生的主混合物之间的更好的混合。因此，在先导锥下游形成了所形成的先导-主混合物改善的燃烧。因此，可以减少滞留时间并且缩短气体在燃烧室内的混合路径，而不提高CO值。以此，即使高的火焰温度也可以实现低的NOx值。以此，可省去降低NOx值的措施。因此还可通过避免在燃烧室内的局部受限的冷的体积使带有低CO排量的稳定工作区域延伸到更低的平均温度。

附图说明

本发明另外的优点、特点和特征在下文中根据实施例通过参考附图详述。实施例的特征在此单独或相互组合地存在都是有利的。

图1示意性地示出了通过根据现有技术的燃气涡轮机燃烧室的纵截面。

图2示意性地示出了垂直于通过根据现有技术的燃气涡轮机燃烧室的纵截面的横截面。

图3示意性地示出了在第一实施例中的根据本发明的先导锥的侧视图。

图4示意性地示出了垂直于通过根据本发明的第一实施例的燃气涡轮机燃烧室的纵截面的横截面。

图5示意性地示出了在第二实施例中的根据本发明的先导锥的侧视图。

图6示意性地示出了在第三实施例中的根据本发明的先导锥的侧视图。

图7示意性地示出了垂直于通过根据本发明的第三实施例的燃气涡轮机燃烧室的纵截面的横截面。

图8示意性地示出了通过本发明的第四实施例的燃气涡轮机燃烧室的纵截面。

图9示意性地示出了垂直于通过根据本发明的第五实施例的燃气涡轮机燃烧室的纵截面的横截面。

具体实施方式

图1和图2示出了根据现有技术的燃气涡轮机燃烧室。燃气涡轮机燃烧室在此具有布置在圆柱体2的中间区段中的引燃喷嘴。圆柱体2在其端部向燃烧室（未示出）打开。引燃喷嘴包括燃料喷嘴1以及围绕所述燃料喷嘴1的外周径向间隔开的圆柱形外罩9。在燃料喷嘴1和外罩9之间设有先导涡旋元件5。带有内侧11和外侧12的先导锥4在燃烧室侧布置在引燃喷嘴上。先导锥4在圆柱体2的前部区域的内部具有开口6。多个主燃烧器在径向方向上围绕引燃喷嘴布置。每个主燃烧器具有主喷嘴7以及以一定间隙围绕相关的主喷嘴7的外周布置的外圆柱体20。此外，在间隙内设有主涡旋元件21。此主燃烧器通过燃料与空气的混合产生主混合物，所述主混合物被主喷嘴朝燃烧室（未示出）的方向喷出。

在先导锥4内通过空气和先导燃料的混合形成混合的先导火焰（先导混合物），以便点燃来自主燃烧器的、以混合形式存在的燃料，且因此燃烧来自主燃烧器的混合物（主混合物）。

图3和图4现在示出了本发明的第一实施例。为改善在从先导锥4朝燃烧室的方向流出的、含燃料多的先导混合物和来自主燃烧器的、含燃料更少的主混合物之间的混合，在先导锥4的内侧11上安装了具有凸块的形式的湍流生成器（图3和图4）。所述湍流生成器主要安装在先导锥4的开口6的区域内。凸块30也可安装在先导锥4的外侧12上（未示出）。凸块30在此优选地以均匀的距离安装在先导锥4的开口6的整个周长上（图4）。作为凸块30的替代，也可布置凹窝或凹坑（未示出）。湍流生成器导致了更好的混合且因此导致了改善的CO值。因此，即使燃烧气体在燃烧室（未示出）内的滞留时间短并且混合路径短，也以高的火焰温度实现了良好的NOx值。因此，可省去用于降低NOx值的另外的措施。因此，不会再影响例如在基本负荷下运行的影响。

图5现在示出了本发明的第二实施例。在此，提供了单独的环条33作为湍流生成器，所述环条布置在先导锥4的开口6的区域内的外侧12的整个周长上。替代地（未示出）也可提供在先导锥4的开口6的区域内在外周12的周侧上相互间隔开地布置的条。环条33与先导锥4的外侧12成30°至60°的角度布置。条（未示出）也可以以此角度布置。以此实现了先导混合物和主混合物的特别好的混合，且因此实现了特别好的燃烧。

图6和图7现在示出了本发明的第三实施例。在此，湍流生成器构造为在开口6的整个周长上布置在开口6上的梯形条35，其中梯形条35以±30°的角度交替地布置在先导锥4上。也可以显著地提高先导混合物与主混合物的混合。

湍流生成器也可例如是带有尖锐的直边缘的、在开口6的整个周长上以预先确定的角度布置在先导锥4上的翼、角或棱（未示出）。在此，尖锐的边缘指向燃烧室（未示出）。此翼同样可以以不同的角度，尤其是±30°的角度交替地（未示出）布置在先导锥4上。

图8示出了根据本发明的燃气涡轮机燃烧室的另外的实施例。燃气涡轮机燃烧室具有轴向方向A。此外，每个主燃烧器具有主喷嘴7以及以一定间隙围绕所涉及的主喷嘴7的外周布置的外圆柱体20。此外，延长管230构造为，使其延长了外圆柱体20的开口，即，延长管230径向缩窄且在周向方向上扩宽，以便每个延长管230与相邻的延长管230相互过渡。由此，形成环形的主喷嘴开口240。环形的主喷嘴开口240在轴向方向A上延长直至先导锥4的开口6。在此，在环形的主喷嘴开口240的内侧111上设有例如凸块30的湍流生成器。此外，在先导锥4的内侧11和/或外侧12上安装湍流生成器。这导致了比在无湍流生成器的燃气涡轮机的此构造中更好的混合且因此改善的CO值。

图9示出了根据本发明的燃气涡轮机燃烧室的第五示例。此燃气涡轮机燃烧室具有轴向方向A。每个主燃烧器都具有主喷嘴7和以一定间隙围绕所涉及的主喷嘴7的外周布置的外圆柱体20（图8）。存在带有燃烧室侧出口的延长管250，所述延长管250构造为，使得它将外圆柱体20的开口（图8）在轴向方向上延长直至先导锥4的开口6。在此，在延长管250的内侧260上在延长管250的出口的区域内设有例如凸块30的湍流生成器。此外，在先导锥4的内侧11和/或外侧12上设有湍流生成器。这导致了比在无湍流生成器的燃气涡轮机的此构造中更好的混合且因此改善的CO值。

Claims

1.一种燃气涡轮机燃烧室，该燃气涡轮机带有：

-布置于在一端向燃烧室开口的圆柱体（2）的中间区段中的引燃喷嘴，其中，所述引燃喷嘴包括燃料喷嘴（1）以及围绕该燃料喷嘴（1）的外周径向间隔开的圆柱形外罩（9），且其中在燃料喷嘴（1）和外罩（9）之间设有先导涡旋元件（5），

-在径向方向上围绕所述引燃喷嘴布置的多个主燃烧器，

-先导锥（4），所述先导锥具有内侧（11）和外侧（12）以及燃烧室侧的开口（6），所述先导锥（4）在燃烧室侧布置在引燃喷嘴上，使得通过空气和先导燃料的混合在所述先导锥（4）内形成先导火焰，以点燃由所述主燃烧器喷入的燃料，

-所述先导锥（4）在其内侧（11）和/或外侧（12）具有湍流生成器，

其特征在于，

-所述湍流生成器是梯形和/或三角形的条（35），所述条在先导锥（4）的开口（6）处布置在所述开口（6）的整个周长上，

-其中，所述梯形和/或三角形的条（35）以±30°的角度交替地布置在所述先导锥（4）上。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧室，其特征在于，所述燃气涡轮机燃烧室具有轴向方向（A），且每个主燃烧器具有主喷嘴（7）以及以一定间隙围绕相关的主喷嘴（7）的外周布置的外圆柱体（20），并且，延长管（230）构造为，使其延长所述外圆柱体（20）的开口，即，使得所述延长管（230）径向缩窄且在周向方向上扩宽，使得每个延长管（230）与相邻的延长管（230）相互过渡，以便形成环形的主喷嘴开口（240），所述主喷嘴开口（240）在轴向方向（A）上延长直至所述先导锥（4）的开口（6），且在所述环形的主喷嘴开口（240）的内侧（111）上设有湍流生成器。

3.根据权利要求1所述的燃气涡轮机燃烧室，其特征在于，所述燃气涡轮机燃烧室具有轴向方向（A），且每个主燃烧器具有主喷嘴（7）以及以一定间隙围绕相关的主喷嘴（7）的外周布置的外圆柱体（20），并且，带有燃烧室侧出口的延长管（250）构造为，使得它将所述外圆柱体（20）的开口在轴向方向（A）上延长直至所述先导锥（4）的开口（6），且在所述出口的区域内在延长管（250）的外侧（260）上设有湍流生成器。

4.一种燃气涡轮机燃烧室，该燃气涡轮机燃烧室带有：

-布置于在一端向燃烧室开口的圆柱体（2）的中间区段中的引燃喷嘴，其中，所述引燃喷嘴包括燃料喷嘴（1）以及围绕所述燃料喷嘴（1）的外周径向间隔开的圆柱形外罩（9），并且，在燃料喷嘴（1）和外罩（9）之间设有先导涡旋元件（5），

-在径向方向上围绕引燃喷嘴布置的多个主燃烧器，

-先导锥（4），所述先导锥带有内侧（11）和外侧（12）以及燃烧室侧的开口（6），所述先导锥（4）在燃烧室侧布置在所述引燃喷嘴上，使得通过空气和先导燃料的混合在先导锥（4）内形成先导火焰，以点燃由所述主燃烧器喷入的燃料，

-所述先导锥（4）在其内侧（11）和/或外侧（12）上具有湍流生成器，

其特征在于，

所述燃气涡轮机燃烧室具有轴向方向（A），且每个主燃烧器具有主喷嘴（7）以及以一定间隙围绕相关的主喷嘴（7）的外周布置的外圆柱体（20），且其中，延长管（230）构造为，使其延长所述外圆柱体（20）的开口，即，使得所述延长管（230）径向缩窄且在周向方向上扩宽，使得每个延长管（230）与相邻的所述延长管（230）相互过渡，以便形成环形的主喷嘴开口（240），所述主喷嘴开口（240）在轴向方向（A）上延长直至所述先导锥（4）的开口（6），且在所述环形主喷嘴开口（240）的内侧（111）上设有湍流生成器。

5.一种燃气涡轮机燃烧室，该燃气涡轮机燃烧室带有：

-在径向方向上围绕所述引燃喷嘴布置的多个主燃烧器，

-先导锥（4），所述先导锥带有内侧（11）和外侧（12）以及燃烧室侧的开口（6），所述先导锥（4）在燃烧室侧布置在所述引燃喷嘴上，使得通过空气和先导燃料的混合在所述先导锥（4）内形成先导火焰，以点燃由所述主燃烧器喷入的燃料，

其特征在于，

所述燃气涡轮机燃烧室具有轴向方向（A），且每个主燃烧器具有主喷嘴（7）以及以一定间隙围绕相关的主喷嘴（7）的外周布置的外圆柱体（20），并且，带有燃烧室侧出口的延长管（250）构造为，使得它将外圆柱体（20）的开口在轴向方向（A）上延长直至所述先导锥（4）的开口（6），并且，在所述出口的区域内在延长管（250）的内侧（260）上设有湍流生成器。