專利名稱：尤其用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃燒器的運行方法。此外，本發(fā)明還涉及一種燃燒器，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。
在以礦物燃料來運行的透平機(jī)中，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)中，通常設(shè)有一些設(shè)置在一個燃燒室中的燃燒器。這些燃燒器的主要任務(wù)在于，可靠地點燃一種輸入到燃燒室中的燃料混合物，以便產(chǎn)生一種為驅(qū)動透平機(jī)的動葉片所需的熱燃?xì)狻Ｔ撊紵^程應(yīng)盡可能高效率地利用所述燃料混合物，其中，所產(chǎn)生的有害物質(zhì)、例如氮氧化物應(yīng)盡可能地低。
傳統(tǒng)做法是，將一種燃料與空氣的混合物作為燃料混合物和霧化的水同時輸入傳統(tǒng)的燃燒器中。為此，通過燃燒器的突伸到燃燒室的燃燒腔內(nèi)的噴管將這些物質(zhì)輸入。所述霧化水在此主要完成如下任務(wù)，即，降低燃燒過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，尤其是氮氧化物的產(chǎn)量。在輸入該霧化水時要將其噴入各燃燒器的焰心。
其缺點在于，將水直接噴入焰心中盡管有降低氮氧化物的功效，但是會導(dǎo)致燃燒過程的不穩(wěn)定，尤其是燃燒器所產(chǎn)生的火焰的不穩(wěn)定。因為火焰至少部分被輸入的水熄滅和/或阻礙。如果在透平機(jī)的多個燃燒器上發(fā)生這樣的熄滅效應(yīng)，燃燒過程就不再能穩(wěn)定且連續(xù)地運行。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于燃燒器的運行方法以及一種燃燒器，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，它們能避免現(xiàn)有燃燒器及其運行方法的缺點，并尤其能保證燃燒過程穩(wěn)定、連續(xù)。
本發(fā)明的目的首先通過一種用于至少一個燃燒器、尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的運行方法來實現(xiàn)，其中，向所述燃燒器輸送燃燒用空氣、水以及一種燃料，在此，所述水被霧化，其特征在于，在第一步驟中，所述霧化水與燃燒用空氣混合成一種水與燃燒用空氣的混合物，在第二步驟中，該水與燃燒用空氣的混合物和所述燃料混合成一種水與燃燒用空氣以及燃料的混合物。
概念“水”當(dāng)然也包括水蒸汽。本發(fā)明的方法也可稱為“濕燃燒”。
本發(fā)明的方法在制備有待輸入燃燒器中的混合物方面是一種兩步法(分兩步實現(xiàn)預(yù)混合)，與已公知的單步法不同。按后者，所述混合物在一個步驟中制成，然后被輸入燃燒器中。
由此避免了將水直接噴入焰心中。燃燒過程因此變得特別穩(wěn)定和連續(xù)。
在本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計中，所述燃燒器被設(shè)計成混合式燃燒器，它既可以用燃?xì)庥挚梢杂萌加妥鳛槿剂蟻磉\行，該燃燒器與一燃?xì)忸A(yù)混合管和一燃油預(yù)混合管相連。這種混合式燃燒器通常應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)上，以便它可選擇用兩種燃料來運行。
通常為一個混合式燃燒器配置有兩個單獨的預(yù)混合管，它們能設(shè)計為環(huán)形管道，根據(jù)該燃燒器目前設(shè)定為以哪種輸入的燃料來運行將相應(yīng)的燃料輸入其中，使之與燃燒用空氣混合。另一根預(yù)混合管由此可以不用并可用來輸入水。
在本發(fā)明的另一實施方式中，所述燃燒器用燃油作為燃料來運行并且將水輸送到燃?xì)忸A(yù)混合管中。
在這一實施方式中，所述燃燒器用燃油作為燃料來運行；燃?xì)忸A(yù)混合管在此運行方式中(燃油運行方式)在沒有燃?xì)庾鳛槿剂陷斎肫渲袝r不發(fā)揮作用。可以利用這一機(jī)會，在燃油運行方式下賦予燃?xì)忸A(yù)混合管新的功能。例如可將水輸入當(dāng)前的燃?xì)忸A(yù)混合管中，由此不必再單獨設(shè)置一根輸水管道。
這樣，有待噴入的水可均勻霧化和汽化，進(jìn)而與燃燒用空氣均勻混合，隨后該富集有水和/或水蒸汽的燃燒用空氣就和通過燃油預(yù)混合管噴入的燃油一起被輸入到燃燒器中，且優(yōu)選是所謂燃燒器的引燃火焰(Pilotflamme)區(qū)域中。
在本發(fā)明的另一實施方式中，所述燃燒器用燃?xì)庾鳛槿剂蟻磉\行；燃油預(yù)混合管在此運行方式中(燃?xì)膺\行方式)在沒有燃油作為燃料輸入其中時不發(fā)揮作用?？梢岳眠@一機(jī)會，在燃?xì)膺\行方式下賦予燃油預(yù)混合管新的功能。例如可將水輸入當(dāng)前的燃油預(yù)混合管中，由此不必再單獨設(shè)置一根輸水管道。
這樣，有待噴入的水可均勻霧化和汽化，進(jìn)而與燃燒用空氣均勻混合，隨后該富集有水和/或水蒸汽的燃燒用空氣就和通過燃?xì)忸A(yù)混合管噴入的燃?xì)庖黄鸨惠斎氲饺紵髦?，且?yōu)選是所謂燃燒器的引燃火焰(Pilotflamme)區(qū)域中。
優(yōu)選設(shè)有一機(jī)構(gòu)，尤其是一所謂的三通閥機(jī)構(gòu)，借助該機(jī)構(gòu)并根據(jù)該燃燒器目前是以哪種輸入的燃料來運行，將水(W)或者輸入燃?xì)忸A(yù)混合管中或者輸入燃油預(yù)混合管中。
以這樣的方式在燃?xì)廨啓C(jī)運行時保證了所述水輸入“正確的”預(yù)混合管中，亦即那個在當(dāng)前的運行方式下沒有燃料輸入并因此可用來輸入水的預(yù)混合管中。燃料的更換因此會導(dǎo)致水輸入點的變換通過三通閥機(jī)構(gòu)，在燃油運行方式下，水被輸入燃?xì)忸A(yù)混合管中，在燃?xì)膺\行方式下，水被輸入燃油預(yù)混合管中。
本發(fā)明還提供了一種燃燒器，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，其中設(shè)有于一用于將霧化水與燃燒用空氣混合成一種水與燃燒用空氣的混合物的第一器件，以及與第一器件不同的、用于將該水與燃燒用空氣的混合物和一種燃料混合成一種水與燃燒用空氣以及燃料的混合物的第二器件。
比較有利的是，所述燃燒器被設(shè)計成混合式燃燒器，它可以燃?xì)夂腿加妥鳛橄嗷ヌ娲娜剂蟻磉\行，該燃燒器與一燃?xì)忸A(yù)混合管和一燃油預(yù)混合管相連。
在本發(fā)明另一有利的擴(kuò)展設(shè)計中，水被輸送到所述燃?xì)忸A(yù)混合管中。
在此，所述燃燒器用燃油作為燃料來運行，在這一運行方式下不被用于輸入燃料的燃?xì)忸A(yù)混合管被用于輸入水。
在本發(fā)明又一有利的擴(kuò)展設(shè)計中，水被輸送到所述燃油預(yù)混合管中。
在此，所述燃燒器用燃?xì)庾鳛槿剂蟻磉\行，在這一運行方式下不被用于輸入燃料的燃油預(yù)混合管被用于輸入水。
比較有利的是，水根據(jù)該燃燒器目前是以哪種輸入的燃料來運行借助一機(jī)構(gòu)、優(yōu)選一個三通閥機(jī)構(gòu)或者輸入燃?xì)忸A(yù)混合管中或者輸入燃油預(yù)混合管中。
下面對本發(fā)明的一實施方式予以詳細(xì)說明，附圖中

圖1是本發(fā)明燃燒器的一縱剖視圖。
本發(fā)明的燃燒器1被設(shè)計成混合式燃燒器，它既可以用燃?xì)庥挚梢杂萌加妥鳛槿剂蟻磉\行。它包括一燃?xì)忸A(yù)混合式燃燒器5、一燃油預(yù)混合式燃燒器7以及一燃油和燃?xì)鈹U(kuò)散&引燃燃燒器10。該混合式燃燒器還包括一燃燒器頂板12以及一水/蒸汽預(yù)混合噴入裝置14。
所述燃燒器以其燃?xì)鈹U(kuò)散&引燃燃燒器的尖端伸入一個燃燒室16中。該燃燒器在燃燒室的一側(cè)固定在燃?xì)忸A(yù)混合式燃燒器5區(qū)域的一燃燒壁上，在燃?xì)廨啓C(jī)的外壁一側(cè)則借助所述燃燒器頂板12固定在一燃?xì)廨啓C(jī)的外壁19上。
在燃燒室壁18和燃?xì)廨啓C(jī)外壁19之間有一空氣通道20。借助該通道將燃燒用空氣L輸入燃燒器1中。水W被輸入所述水/蒸汽預(yù)混合噴入裝置14中。
將燃料輸入燃燒器1中沒有詳細(xì)示出。如果所述燃料是燃油，則將該燃油輸入燃油預(yù)混合式燃燒器7中。如果所述燃料是燃?xì)猓瑒t將該燃?xì)廨斎肴細(xì)忸A(yù)混合式燃燒器5中。
在燃燒器1運行時，水和/或水蒸汽被輸入所述水/蒸汽預(yù)混合噴入裝置14中，被其借助噴嘴15霧化并導(dǎo)入所述空氣通道20中。
在該空氣通道20中，水與燃燒用空氣混合成一種水與燃燒用空氣的混合物24。后者視當(dāng)前輸入的燃料類型隨后被輸入燃?xì)忸A(yù)混合式燃燒器5或燃油預(yù)混合式燃燒器7。在那兒，該水與燃燒用空氣的混合物24與相應(yīng)的燃料混合成一種水與燃燒用空氣以及燃料的混合物，并被輸入所述燃油和燃?xì)鈹U(kuò)散&引燃燃燒器10中用于燃燒。
本發(fā)明的燃燒器1因此分兩步來形成一種燃燒混合物。在第一步驟中水與燃燒用空氣L混合成一種水與燃燒用空氣的混合物24，在第二步驟中，該水與燃燒用空氣的混合物24和所述燃料混合成一種水與燃燒用空氣以及燃料的混合物。后者隨后借助所述燃油和燃?xì)鈹U(kuò)散&引燃燃燒器10被用于燃燒。
這一實施方式實現(xiàn)了一種與已知的燃燒器不同的獨有的水-預(yù)混合-噴嘴裝置，并因此改變了現(xiàn)有燃燒器的設(shè)計原理。其結(jié)果是形成了一種有關(guān)燃?xì)?、燃油和水三種物質(zhì)的預(yù)混合式燃燒器。
同樣可以想象，將所述水/蒸汽預(yù)混合噴入裝置14直接設(shè)置在燃?xì)忸A(yù)混合式燃燒器5前，也就是說在燃燒用空氣進(jìn)入燃燒器中的入口處。在這樣的布置中，當(dāng)燃燒兩種所規(guī)定的燃料(燃?xì)饣蛉加?時會導(dǎo)致按本發(fā)明的兩個步驟將三種物質(zhì)均勻混合起來。所述水/蒸汽預(yù)混合噴入裝置14設(shè)置在燃燒器前是實現(xiàn)本發(fā)明燃燒器1的一種解決方案，為此只需稍稍改動一個公知的燃燒器結(jié)構(gòu)。
因此，已公知的并獲得實踐考驗的燃燒器可作為進(jìn)一步改進(jìn)成本發(fā)明燃燒器1的出發(fā)點，也就是說，例如可在一個已公知的燃燒器上補(bǔ)裝上所述包括噴嘴15的水/蒸汽預(yù)混合噴入裝置14。
本發(fā)明除了實現(xiàn)減少燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物外，還尤其在采用圖示實施方式時，提高了透平機(jī)的功率。
此外，通過本發(fā)明還降低了從燃燒用空氣中提取出的冷卻空氣的溫度。由此改善了對透平機(jī)的動葉片的冷卻效果。
權(quán)利要求
1.一種用于至少一個燃燒器(1)、尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的運行方法，其中，向所述燃燒器輸送燃燒用空氣(L)、水(W)以及一種燃料，在此，所述水(W)被霧化，其特征在于，在第一步驟中，所述霧化水(W)與燃燒用空氣(L)混合成一種水與燃燒用空氣的混合物(24)，在第二步驟中，該水與燃燒用空氣的混合物(24)和所述燃料混合成一種水與燃燒用空氣以及燃料的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述燃燒器(1)被設(shè)計成混合式燃燒器，它可以燃?xì)夂腿加妥鳛橄嗷ヌ娲娜剂蟻磉\行，該燃燒器(1)與一燃?xì)忸A(yù)混合管和一燃油預(yù)混合管相連。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃燒器(1)用燃油作為燃料來運行并且將水輸送到燃?xì)忸A(yù)混合管中。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃燒器(1)用燃?xì)庾鳛槿剂蟻磉\行并且將水(W)輸送到燃油預(yù)混合管中。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項所述的方法，其特征在于，設(shè)置一機(jī)構(gòu)，借助該機(jī)構(gòu)并根據(jù)該燃燒器目前是以哪種輸入的燃料來運行，將水(W)或者輸入燃?xì)忸A(yù)混合管中或者輸入燃油預(yù)混合管中。
6.一種燃燒器(1)，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，其特征在于一用于將霧化水與燃燒用空氣混合成一種水與燃燒用空氣的混合物(24)的第一器件(14，20)，以及與第一器件不同的、用于將該水與燃燒用空氣的混合物(24)和一種燃料混合成一種水與燃燒用空氣以及燃料的混合物的第二器件(5，7)。
7.如權(quán)利要求6所述的燃燒器(1)，其中，所述燃燒器(1)被設(shè)計成混合式燃燒器，它可以燃?xì)夂腿加妥鳛橄嗷ヌ娲娜剂蟻磉\行，該燃燒器與一燃?xì)忸A(yù)混合管和一燃油預(yù)混合管相連。
8.如權(quán)利要求7所述的燃燒器(1)，其特征在于，水(W)被輸送到所述燃?xì)忸A(yù)混合管中。
9.如權(quán)利要求7所述的燃燒器，其特征在于，水被輸送到所述燃油預(yù)混合管中。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項所述的燃燒器，其特征在于，水(W)根據(jù)該燃燒器目前是以哪種輸入的燃料來運行借助一機(jī)構(gòu)、優(yōu)選一個三通閥機(jī)構(gòu)或者輸入燃?xì)忸A(yù)混合管中或者輸入燃油預(yù)混合管中。
全文摘要
在按照本發(fā)明的用于燃燒器(1)的運行方法中，一種用于燃燒的混合物分兩步被輸入到所述燃燒器(1)中。在第一步驟中，將霧化的水與燃燒用空氣(L)混合，在第二步驟中將該混合物與一種燃料混合，然后輸入到所述燃燒器中。按照本發(fā)明的燃燒器包括用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的一些器件。
文檔編號F23R3/28GK1592817SQ03801535
公開日2005年3月9日 申請日期2003年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月21日
發(fā)明者艾爾弗雷德·凱斯勒 申請人:西門子公司