尤其用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器布置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃燒器布置(30)，其包括帶有前面板(23)的燃燒室(22)、以及多錐體式預(yù)混合噴燃器(21)，預(yù)混合噴燃器(21)借助于帶密封的滑動接頭(24,26,32)通過細(xì)長的混合區(qū)(24,26)以軸向可移動方式連接到所述前面板(23)。通過將所述帶密封的滑動接頭(24,26,32)定位在所述混合區(qū)(24,26)的上游來實現(xiàn)噴燃器(21)的各種軸向變化和泄漏空氣流對火焰內(nèi)的氧化過程的最小影響。
【專利說明】尤其用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器布置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒技術(shù)。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序的尤其用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器布置。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去20多年中，具有短但有效的預(yù)混合區(qū)的噴燃器(burner)(所謂的EV噴燃器:環(huán)保的V形噴燃器)已經(jīng)以非常低的NOx水平在本 申請人:的若干燃?xì)鉁u輪中實現(xiàn)。除此之外，預(yù)混合技術(shù)的三種變型已經(jīng)成功開發(fā)和部署在這些燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中:順序EV噴燃器，這是一種允許將天然氣和石油預(yù)混合到熱排氣流中以再熱第一高壓渦輪的排氣的技術(shù)；MBtu EV噴燃器，該噴燃器用來以低NOx排放量在預(yù)混合火焰中燃燒合成氣；以及高級EV噴燃器(AEV)，該噴燃器能夠在燃燒之前預(yù)蒸發(fā)和預(yù)混合液體燃料并以非常低的NOx排放量燃燒液體燃料而不噴水。
[0003]文獻(xiàn)EP O 851 172 A2公開了一種示例性的雙錐體式EV噴燃器，其用于以液體和/或氣體燃料操作燃燒室，從而使此目的所需的燃燒空氣通過切向進(jìn)氣管道導(dǎo)入噴燃器的內(nèi)部空間。這種流的導(dǎo)向?qū)е聝?nèi)部空間中的旋流，該旋流在噴燃器的出口處引起回流區(qū)。為了穩(wěn)定在此處形成的火焰峰，在形成噴燃器的每個分體件(sectional body)處設(shè)有至少一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)有用于將補(bǔ)充空氣噴入旋流中的入口開口。由于這種噴射，在分體件的內(nèi)壁處形成薄膜，該薄膜防止火焰能夠沿著分體件的內(nèi)壁回火至噴燃器的內(nèi)部空間中。
[0004]文獻(xiàn)EP 2 423 597 A2示出了雙錐噴燃器形式的另一種示例性EV噴燃器，該噴燃器具有布置成一個嵌套在另一個內(nèi)部的兩個部分錐體外殼，在這兩個外殼之間形成進(jìn)氣管道，來自外部的燃燒空氣通過該管道流入預(yù)混合噴燃器的圓錐形內(nèi)部空間中。橫向于燃燒空氣的流動方向延伸的噴射口的孔的線性排布置在進(jìn)氣管道的外壁上，并且氣體燃料通過這些孔噴入橫向于它們流過的燃燒空氣中。
[0005]文獻(xiàn)DE 195 45 310 Al公開了由具有外錐形殼體和內(nèi)錐形殼體的中空錐形組成的另一種預(yù)混合噴燃器。至少兩個進(jìn)氣管道切向于內(nèi)錐形殼體延伸并且沿直的錐形殼體線定位。所形成的部分外殼的部分錐體軸線位于相同的錐體軸線上。預(yù)混合噴燃器被分成包含進(jìn)氣管道的至少兩個(例如四個)部分，以便使燃燒空氣產(chǎn)生旋流。燃料噴嘴定位在錐體頂端以用于噴射液體燃料。
[0006]文獻(xiàn)EP O 704 657 A2描述了圖1中示出的燃燒器布置。該燃燒器布置包括帶有旋流器15和混合管14的預(yù)混合噴燃器11。旋流器15具有由切向進(jìn)入的燃燒空氣流19反復(fù)作用于其上的錐形結(jié)構(gòu)。在設(shè)置在旋流器15下游的過渡幾何形狀的輔助下在此處形成的流以使得在過渡件16處不出現(xiàn)分離區(qū)的方式平穩(wěn)地通入過渡件16中。過渡件16在混合管14的過渡幾何形狀的流出側(cè)上延伸，過渡件16和管14形成噴燃器的實際混合區(qū)。過渡件16和混合管14由環(huán)18相連。此外，過渡通道201過渡了橫截面上的差異，同時不會不利地影響所形成的流。
[0007]燃燒室12鄰接混合管14的端部，在流的兩個橫截面之間存在橫截面上的跳躍。只有在該處形成具有火焰保持阻隔部的性質(zhì)的中央回流區(qū)。燃燒室12具有帶開口的前面板13，該開口用于接納混合管14的端部。
[0008]如圖1中所示，原理上，為了減少NOx的形成，通過在進(jìn)入燃燒室12的突然的面積增加之前在旋流器15的出口處施加這樣的混合管14，可以在混合管流20中延續(xù)燃料空氣混合，在燃燒室12處火焰被再循環(huán)流穩(wěn)定化。旋流器15的空氣狹槽和氣體通道由正交于噴燃器軸線的橫切(intersecting)平面限制在下游部分中。因此，旋流器出口不是圓形的，并且需要在旋流器15和柱形混合管14之間的特殊過渡件16。該過渡件易于引起回火，因為它必須應(yīng)用復(fù)雜的3D形狀以避免在再循環(huán)區(qū)中的流動分離和火焰穩(wěn)定。
[0009]燃?xì)鉁u輪噴燃器通常安裝到燃燒室，使得它能在軸向方向上移動以補(bǔ)償熱膨脹。通過施加在噴燃器和燃燒室的前面板之間的密封件的泄漏物接近火焰并造成對氧化過程的干擾。另外的問題由噴燃器迎面流造成，其中迎面流由于燃燒器罩內(nèi)的狹小空間而經(jīng)受流擾動。
[0010]因此，現(xiàn)有技術(shù)區(qū)別燃燒室12的前面板13和噴燃器11。為了最小化空氣泄漏而施加了密封件，然而由于噴燃器11和燃燒室12經(jīng)受大的溫度變化并且噴燃器11必須相對于前面板13軸向可移動，該密封件不是嚴(yán)密的。由于該密封件接近噴燃器出口處的火焰，泄漏的空氣通過局部火焰淬熄效應(yīng)而干擾火焰的氧化過程。為了使迎面流變平整(evenout)，目前用篩網(wǎng)套在噴燃器周圍，但這樣會導(dǎo)致空氣流的壓降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種燃燒器布置，該燃燒器布置避免了已知布置的缺點，并且將噴燃器的各種軸向變化與泄漏空氣流對火焰內(nèi)的氧化過程的最小影響相結(jié)合。
[0012]該目的和其它目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器布置實現(xiàn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的燃燒器布置包括帶有前面板的燃燒室和多錐體式預(yù)混合噴燃器，該預(yù)混合噴燃器借助于帶密封的滑動接頭通過細(xì)長的混合區(qū)以軸向可移動方式連接到所述前面板。
[0014]其特征在于，所述帶密封的滑動接頭定位在所述混合區(qū)的上游。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，帶密封的滑動接頭由柱形噴燃器環(huán)和大致柱形的噴燃器套管的同軸滑動布置構(gòu)成，其中將所述噴燃器環(huán)固定到所述噴燃器并且將所述噴燃器套管固定到所述前面板的一部分，并且在所述噴燃器環(huán)和噴燃器套管之間設(shè)有密封件。
[0016]具體而言，所述噴燃器環(huán)由所述噴燃器套管圍繞。
[0017]更具體而言，所述噴燃器環(huán)在噴燃器的下游端的上游延伸，并且密封件定位在噴燃器環(huán)的上游端處。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，噴燃器套管在到所述燃燒室的過渡處具有以錐形方式變寬的噴燃器出口。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，在密封件上游的噴燃器套管中設(shè)有吹掃空氣孔，用于利用空氣吹掃在噴燃器環(huán)和噴燃器套管之間的間隙。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，所述預(yù)混合噴燃器包括多個噴燃器外殼，所述多個噴燃器外殼圍繞中心噴燃器軸線布置并且是在下游方向上敞開的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線偏置，使得在每一對相鄰的外殼之間限定有切向狹槽，外殼中的每一個配有沿相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預(yù)混合氣體通道，使得氣體可從所述預(yù)混合氣體通道通過氣體噴射孔噴入通過相鄰的狹槽進(jìn)入外殼的布置的內(nèi)部的空氣流中，外殼和預(yù)混合氣體通道的下游端由橫切平面定界，所述橫切平面通過利用具有預(yù)定半徑的虛擬同軸柱體橫切(intersecting)所述外殼和預(yù)混合氣體通道而限定，并且所述噴燃器環(huán)具有類似于所述預(yù)定半徑的內(nèi)半徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]現(xiàn)在將借助于不同的實施例并參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
[0022]圖1示出根據(jù)文獻(xiàn)EP O 704 657 A2的已知燃燒器布置；
圖2以透視圖示出能有利地在根據(jù)本發(fā)明的燃燒器布置中使用的噴燃器；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的配有滑動接頭的圖2的噴燃器；以及 圖4以剖視圖示出帶有如圖3中所示的滑動接頭的根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃燒器布置。
[0023]部件列表
10，30 燃燒器布置 11，21 預(yù)混合噴燃器 12，22 燃燒室 13，23 前面板
14混合管
15旋流器
16過渡件
17過渡通道
18環(huán)
19燃燒空氣
20混合管流
24噴燃器套管
25噴燃器外殼
26噴燃器環(huán)
27燃料噴槍
28燃料噴射器(中心)
29噴燃器出口(錐形)
31進(jìn)氣口(鐘形)
32密封件(迷宮)
33吹掃空氣孔
34噴燃器軸線
35預(yù)混合氣體通道
36狹槽(切向)
37凸緣
Pl, P2 橫切平面?！揪唧w實施方式】
[0024]如在引言部分中所說明的，通過現(xiàn)有EV和AEV噴燃器的前面板密封的空氣泄漏流繞過初始火焰區(qū)并且隨后混合到熱氣體中，而不事先與燃料預(yù)混合。這因此對NOx和CO兩者的產(chǎn)生是有害的。
[0025]相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的燃燒器布置(圖4中示出了該燃燒器布置的一個實施例)中，通過可抽出的噴燃器部分和套管的泄漏空氣有意地首先用來吹掃在套管和噴燃器環(huán)之間的間隙，并且因此防止在噴燃器環(huán)的出口邊界處的火焰穩(wěn)定?？諝饨又慌湃胩坠艿幕旌蠀^(qū)，在這里，空氣在其到達(dá)在噴燃器套管的擴(kuò)散器式出口處被穩(wěn)定化的火焰區(qū)之前有足夠時間與其它燃料-空氣混合物預(yù)混合。
[0026]根據(jù)圖4，燃燒器布置30包括預(yù)混合噴燃器21，預(yù)混合噴燃器21沿中心噴燃器軸線34延伸并且配有圖2中示出的燃料噴槍27和旋流器構(gòu)型。
[0027]圖2的旋流器構(gòu)型由噴燃器外殼25組成，噴燃器外殼25圍繞中心噴燃器軸線34布置并且是在下游方向上敞開的虛擬的軸向延伸公共錐體(未示出)的部分，其中使所述部分或外殼25垂直于所述噴燃器軸線34移置,使得在每一對相鄰?fù)鈿?5之間限定有切向狹槽36。
[0028]每個外殼25配有沿相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預(yù)混合氣體通道36，使得燃料氣體能從所述預(yù)混合氣體通道35通過氣體噴射孔(未示出)噴入通過相鄰的狹槽36進(jìn)入外殼25的布置的內(nèi)部的空氣流中。
[0029]外殼25和預(yù)混合氣體通道35的下游端分別由橫切平面Pl和P2定界，平面Pl和P2通過利用具有預(yù)定半徑的虛擬的同軸柱體橫切所述外殼25和預(yù)混合氣體通道35而限定。
[0030]如在圖3和圖4中所示，旋流器布置由柱形噴燃器環(huán)26圍繞，柱形噴燃器環(huán)26具有類似于所述虛擬柱體的所述預(yù)定半徑的內(nèi)半徑。噴燃器環(huán)25固定到旋流器布置并且分別在噴燃器21或旋流器布置的下游端的上游延伸。在旋流器布置的中心設(shè)有燃料噴射器28以用于噴射預(yù)混合的油和/或輔助氣體。
[0031]帶有其噴燃器環(huán)26的噴燃器21可滑動地安裝在同軸的噴燃器套管24中。迷宮式密封件32在噴燃器環(huán)26和周圍的噴燃器套管24之間定位在噴燃器環(huán)26的上游端處。噴燃器套管24在其下游端處具有以錐形方式變寬的噴燃器出口 29，并且利用圓形凸緣37固定到燃燒室22的前面板23 (圖4)。此外，噴燃器套管24在其上游端處具有鐘形進(jìn)氣口31，用于將燃燒空氣弓I導(dǎo)至旋流器布置內(nèi)。
[0032]在密封件32的下游，噴燃器套管24配有一系列環(huán)形的吹掃空氣孔33，吹掃空氣能通過吹掃空氣孔33進(jìn)入在噴燃器環(huán)26和噴燃器套管24之間的間隙中。
[0033]安裝在燃燒室22的前面板23上的噴燃器套管24的使用使燃?xì)鉁u輪噴燃器21的軸向位置變得可軸向調(diào)整。這通過利用其進(jìn)氣口 31在軸向方向上導(dǎo)向空氣迎面流而改善沿噴燃器狹槽36的空氣速度分布，并且同時形成混合管，泄漏空氣在混合管處與相比火焰足夠遠(yuǎn)的上游燃料混合。噴燃器套管24起到噴燃器混合管的作用，但作為前面板23的一部分引入，從而避免了上述泄漏問題。由于噴燃器21在套管24內(nèi)部滑動，將會再次出現(xiàn)泄漏，但這種泄漏不是有害的，因為泄漏空氣在混合管的上游添加，并且將參與火焰上游的混合過程。
[0034]總之，包圍噴燃器21的長柱形套管24是燃燒器前面板23的一部分。這些套管24具有鐘形嘴部或進(jìn)氣口 31，用于將具有強(qiáng)軸向分量的空氣流引導(dǎo)至噴燃器狹槽36。套管24具有徑向進(jìn)氣口或吹掃空氣孔33，用于吹掃在套管24和噴燃器環(huán)26之間的徑向間隙并防止在噴燃器環(huán)出口處的火焰穩(wěn)定。與現(xiàn)有的AEV噴燃器相反，混合區(qū)不是可抽出的噴燃器21的一部分，因為套管24本身形成在到燃燒室22的出口之前的噴燃器混合區(qū)。在出口處，套管具有擴(kuò)散器的形狀(噴燃器出口 29)以便更好地穩(wěn)定火焰。
【權(quán)利要求】
1.一種尤其用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器布置(30)，其包括帶有前面板(23)的燃燒室(22)以及多錐體式預(yù)混合噴燃器(21)，所述預(yù)混合噴燃器(21)借助于帶密封的滑動接頭(24，26，32)通過細(xì)長的混合區(qū)(24，26)以軸向可移動方式連接到所述前面板(23)，其特征在于，所述帶密封的滑動接頭(24，26，32)定位在所述混合區(qū)(24，26)的上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器布置，其特征在于，所述帶密封的滑動接頭(24，26，32)由柱形噴燃器環(huán)(26)和基本上柱形的噴燃器套管(24)的同軸滑動布置構(gòu)成，其中將所述噴燃器環(huán)(26)固定到所述噴燃器(21)并且將所述噴燃器套管(24)固定到所述前面板(23)的一部分，并且在所述噴燃器環(huán)(26)和噴燃器套管(24)之間設(shè)有密封件(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器布置，其特征在于，所述噴燃器環(huán)(26)由所述噴燃器套管(24)圍繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器布置，其特征在于，所述噴燃器環(huán)(26)在所述噴燃器(21)的下游端的上游延伸，并且所述密封件(32)定位在所述噴燃器環(huán)(26)的上游端處。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的一項所述的燃燒器布置，其特征在于，所述噴燃器套管(24)在到所述燃燒室(22)的過渡處具有以錐形方式變寬的噴燃器出口(29)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器布置，其特征在于，在所述密封件(32)上游的噴燃器套管(24)中設(shè)有吹掃空氣孔(33)，用于利用空氣吹掃在噴燃器環(huán)(26)和噴燃器套管(24)之間的間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中的一項所述的燃燒器布置，其特征在于，所述預(yù)混合噴燃器(21)包括多個噴燃器外殼(25)，所述多個噴燃器外殼(25)圍繞中心噴燃器軸線(34)布置并且是在下游方向上敞開的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線(34)移置，使得在每一對相鄰的外殼(25)之間限定有切向狹槽(36)，所述外殼(25)中的每一個配有沿所述相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預(yù)混合氣體通道(36)，使得氣體能從所述預(yù)混合氣體通道(35)通過氣體噴射孔噴入通過所述相鄰的狹槽(36)進(jìn)入外殼(25)的布置的內(nèi)部的空氣流中，所述外殼(25)和預(yù)混合氣體通道(35)的下游端由橫切平面(Pl，P2)定界，所述橫切平面(Pl，P2)通過利用具有預(yù)定半徑的虛擬同軸柱體橫切所述外殼(25)和預(yù)混合氣體通道(35)而限定，并且所述噴燃器環(huán)(26)具有類似于所述預(yù)定半徑的內(nèi)半徑。
【文檔編號】F23D17/00GK103542403SQ201310288214
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】E.帕斯夸洛托, P.施伊斯塞, J.赫拉特 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司