具有至少一個(gè)燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)、燃燒器和燃料噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有至少一個(gè)燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī),所述燃燒器具有中央燃燒器軸線、與所述燃燒器軸線同軸安置的初級(jí)燃料供給單元,所述初級(jí)燃料供給單元具有初級(jí)燃料通道、朝向燃燒區(qū)的燃料噴嘴出口。繞所述燃燒器軸線布置有具有朝向燃燒區(qū)的空氣通道出口的環(huán)形室形狀的空氣通道,其中,所述兩個(gè)通道(空氣通道和初級(jí)燃料通道)的出口相互相鄰地安置。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的燃燒器例如在WO 2011 157 458 Al中被公開。該專利申請(qǐng)所公開的內(nèi)容也被包含在本申請(qǐng)之中。
[0003]在WO 2011 157 458 Al中所公開的燃燒器為了降低壓力脈動(dòng)而具有旋流葉片,所述旋流葉片具有出于減低壓強(qiáng)波動(dòng)的目的而在初級(jí)燃料通道內(nèi)專門設(shè)計(jì)的旋流葉片,該旋流葉片與燃料噴嘴入口保持一定進(jìn)入長度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于,提供一種這樣類型的燃?xì)廨啓C(jī),該燃?xì)廨啓C(jī)在燃?xì)廨啓C(jī)的至少第一運(yùn)行狀態(tài)內(nèi)能夠特別有效地降低燃?xì)廨啓C(jī)的壓強(qiáng)波動(dòng)。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型,所述技術(shù)問題被上述類型的燃?xì)廨啓C(jī)所解決,即向燃料噴嘴出口上游延伸的第一初級(jí)燃料通道部段具有在流動(dòng)方向上漸小的橫截面面積,其中,在燃料噴嘴出口上的橫截面面積與在第一通道部段的起始處的橫截面面積的比值是0.7至0.9,其中,燃燒器在至少第一運(yùn)行狀態(tài)中能夠以在由兩個(gè)通道、即初級(jí)燃料通道和空氣通道流出的流體流之間的第一相對(duì)速度被驅(qū)動(dòng),使得能夠引起在剪切層(Scherschicht)中的第一頻率的不穩(wěn)定性,該不穩(wěn)定性不適合于激起在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)的壓強(qiáng)波動(dòng)。
[0006]在剪切層中引起的不穩(wěn)定性能夠以開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定性為依據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)中的燃?xì)廨啓C(jī)(其中,為了在燃燒區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的聲學(xué)穩(wěn)定性,而調(diào)整燃燒器內(nèi)的旋流發(fā)生器)相比不同的是,在本實(shí)用新型中,為了降低壓強(qiáng)波動(dòng),首要地調(diào)整在排出燃燒器出口之后空氣通道和初級(jí)燃料通道中的氣流之間的有效相對(duì)速度。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)中所提到的燃燒器相比,由于在燃料噴嘴區(qū)域內(nèi)的較少的橫截面降低,根據(jù)本實(shí)用新型的具有燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)能夠而在相同負(fù)載范圍和相同供給壓強(qiáng)的情況下以在初級(jí)燃料通道內(nèi)(優(yōu)選設(shè)計(jì)為綜合通道)明顯更低的速度水平運(yùn)行燃燒器。
[0008]因此,在燃燒器的全部負(fù)載范圍或運(yùn)行范圍內(nèi),在兩個(gè)流體流(即由空氣通道中流出的流體流和由初級(jí)燃料通道中流出的流體流)之間的剪切流中引發(fā)的不穩(wěn)定性的頻率移向較小的數(shù)值。相對(duì)速度和與相對(duì)速度成比例地引發(fā)的頻率在所占據(jù)的間隔內(nèi)比現(xiàn)有技術(shù)中的燃燒器的在剪切流中引發(fā)的頻率至少低1.5至2倍。由于這個(gè)原因,特征部分所述的特征通常是針對(duì)處于在第一運(yùn)行狀態(tài)范圍中的運(yùn)行狀態(tài)而言的,優(yōu)選基本上針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的整個(gè)負(fù)載范圍或者負(fù)載范圍的主要范圍。剪切流還能夠在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)被稱為剪切層。在剪切層中引發(fā)的不穩(wěn)定性是壓強(qiáng)波動(dòng)、尤其是出現(xiàn)的渦街。在剪切流中出現(xiàn)的不穩(wěn)定性例如可以歸因于所謂的開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定性。通常,在燃燒器預(yù)定的運(yùn)行狀態(tài)中和由此在所述的剪切流中的預(yù)定相對(duì)速度下,引發(fā)的主要是頻率的不穩(wěn)定性。在相應(yīng)的速度水平下必然出現(xiàn)在剪切流中的不穩(wěn)定性。根據(jù)本實(shí)用新型還可以這樣地設(shè)計(jì)燃燒器,使得燃燒器在至少一個(gè)第一運(yùn)行狀態(tài)下能夠以這樣的相對(duì)速度運(yùn)行,即在剪切區(qū)中引發(fā)不穩(wěn)定性的頻率不適合與火焰交互作用。為此,頻率必須以足夠大的程度遠(yuǎn)離燃燒室的能被激發(fā)的固有頻率(Eigenmode)。這種(大的)程度對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的,或能夠以較簡單的方式和方式確定。
[0009]橫截面降低的給定的區(qū)間能夠尤其實(shí)現(xiàn)燃料分流、速度和渦流數(shù)(或渦流比)的相對(duì)范圍。
[0010]初級(jí)燃料通道的橫截面面積還優(yōu)選能夠優(yōu)選沿著第一通道部段基本上被穩(wěn)定地/持續(xù)地降低。
[0011]還能夠有利地設(shè)計(jì)為,橫截面面積的比例是0.8至0.9。
[0012]這能夠在燃燒器的至少一個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)通道之間特別有利的相對(duì)速度。
[0013]優(yōu)選初級(jí)燃料通道被設(shè)計(jì)用于利用合成氣(水煤氣)運(yùn)行。
[0014]本實(shí)用新型的有利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠設(shè)定,燃?xì)廨啓C(jī)在所述至少第一運(yùn)行狀態(tài)中以在燃燒器的兩個(gè)通道之間的50至100m/S、尤其60至80m/s的相對(duì)速度運(yùn)行。
[0015]這種相對(duì)速度被證明有利于避免在利用合成氣運(yùn)行中的至少一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的壓強(qiáng)波動(dòng)。
[0016]還能夠有利地設(shè)置,在初級(jí)燃料通道內(nèi)的平均速度在此是120至180m/s、尤其140至 160m/so
[0017]第一運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)選能夠位于燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載范圍的50至100%內(nèi)。
[0018]根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的有利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),初級(jí)燃料供給單元包括初級(jí)混合管道和連接在下游的燃料噴嘴,該燃料噴嘴具有朝向初級(jí)混合管的燃料噴嘴入口和朝向燃燒區(qū)內(nèi)的燃料噴嘴出口,其中,初級(jí)混合管和燃料噴嘴的外壁在徑向上從外部限定初級(jí)燃料通道。
[0019]初級(jí)燃料通道優(yōu)選能夠在徑向上內(nèi)部被中央安置的次級(jí)燃料供給單元所限定。
[0020]有利地能夠設(shè)定,燃料噴嘴的外壁沿著一直延伸至燃料噴嘴入口的第二初級(jí)燃料通道部段被設(shè)計(jì)為大體上圓柱形的。
[0021]燃料噴嘴的外壁優(yōu)選沿著第一通道部段在流動(dòng)方向上被設(shè)計(jì)為圓錐形漸窄的。
[0022]為了穩(wěn)定燃燒能夠有利地設(shè)定,在燃料噴嘴內(nèi)安置具有旋流葉片的旋流發(fā)生器,所述旋流葉片分別帶有迎流邊緣,并且在燃料噴嘴入口和迎流邊緣之間的進(jìn)入長度(S)與在初級(jí)燃料通道的旋流發(fā)生器的區(qū)域內(nèi)的高度(h)的比值是0.5至0.95、尤其0.6至0.7。
[0023]在燃料噴嘴出口上的初級(jí)燃料通道的高度(ha)與燃料噴嘴出口的半徑(Ra)的比值優(yōu)選是0.125至0.16、尤其0.149至0.151。
[0024]給定的區(qū)間能夠?qū)崿F(xiàn),燃燒器在至少一個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)以特別有利的相對(duì)速度運(yùn)行。
[0025]根據(jù)本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)的有利設(shè)計(jì)方案,燃料噴嘴出口的半徑(Ra)與空氣通道出口的半徑(Rl)的比值可以是0.5至0.6、尤其0.54至0.56。
[0026]本實(shí)用新型的這種設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn),燃燒器在至少一個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)以特別有利的相對(duì)速度運(yùn)行。
[0027]為了穩(wěn)定燃燒還能夠有利地設(shè)定,在燃料噴嘴內(nèi)安置旋流發(fā)生器,其中,這樣地設(shè)計(jì)旋流發(fā)生器,使得在燃燒器的至少一個(gè)第一運(yùn)行狀態(tài)中能夠引發(fā)在初級(jí)燃料通道中1.6至2.2、尤其1.7至2.0的旋流系數(shù)(Drall)。
[0028]在本實(shí)用新型的范圍內(nèi),在初級(jí)燃料通道內(nèi)的旋流系數(shù)被定義為角動(dòng)量相對(duì)于噴嘴出口半徑和在通道內(nèi)流動(dòng)的初級(jí)燃料流的軸動(dòng)量之間乘積的比值,其中,考慮在噴嘴出口處的角動(dòng)量和軸動(dòng)量。如果用于迫使在初級(jí)燃料氣流上產(chǎn)生旋流的旋流發(fā)生器被設(shè)計(jì)為旋流葉片,則旋流葉片被這樣設(shè)計(jì)并且以這樣的葉片角安置,從而能夠影響旋流的占據(jù)的范圍。
[0029]當(dāng)然,本實(shí)用新型不止局限于這種類型的旋流發(fā)生器。旋流發(fā)生器例如還能夠由可加載流體的、環(huán)繞地安置在燃料噴嘴的外壁上的噴嘴所組成,該噴嘴為了加載具有旋流的通道流體而利用定位在初級(jí)燃料通道的外周方向上的部件噴射空氣。旋流發(fā)生器例如能夠是垂直于通道安置的盤狀件,該盤狀件設(shè)有大量穿過該盤狀件延伸的孔。在此根據(jù)所需的旋流調(diào)整這些孔。
[0030]旋流所占據(jù)的區(qū)間在根據(jù)本實(shí)用新型的在初級(jí)燃料通道中的較低的速度水平上被證明有利于燃燒的穩(wěn)定性。
[0031]本實(shí)用新型的有利設(shè)計(jì)方案設(shè)定,燃料噴嘴包括大量的噴嘴開口,這些噴嘴開口將初級(jí)燃料通道與空氣通道流體連通地相連接,其中,噴嘴開口的橫截面面積的總和和噴嘴開口在燃料噴嘴中的布置能這樣地選擇,使得對(duì)于燃燒器的至少第一運(yùn)行狀態(tài)來說,能夠?qū)е孪蚩諝馔ǖ纼?nèi)10%至30%、尤其15%至20%的初級(jí)燃料分流。
[0032]燃料分流所占據(jù)的區(qū)間保證了,在燃燒器運(yùn)行時(shí)所述初級(jí)燃料氣流的時(shí)間延滯曲線(Zeiverzugsprofi I)的擴(kuò)寬,這種