空氣導向的燃料噴射的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃氣輪機的燃燒室，該燃燒室尤其包括用于向內腔噴射空氣噴流的空氣噴流噴射器。
【背景技術】
[0002]在燃氣輪機的燃燒室中，一個目的是減少排放，例如氮氧化物NOx和/或一氧化碳CO。燃燒室內的溫度導致很高的CO和NOx排放量。
[0003]為了減少排放，采用所謂的干式低排放(DLE)燃燒系統(tǒng)，典型情況下，該系統(tǒng)具有主燃料流和輔燃料流，其中，主燃料流以預混火焰模式燃燒。輔燃料流可產生所謂的引燃火焰，該引燃火焰可為全擴散型，或者在一定程度上是預混的。這能穩(wěn)定燃燒室中的主火焰。極貧燃料混合物在主火焰中燃燒。在正常情況下，這會導致易發(fā)生變動的不穩(wěn)定火焰。因此，DLE系統(tǒng)使用引燃火焰。引燃火焰包括富燃料混合物或較富燃料混合物，其中，富燃料混合物或較富燃料混合物比貧燃料主火焰更穩(wěn)定，由這種高溫引燃火焰產生的熱量和基團能夠穩(wěn)定主火焰。
[0004]燃氣輪機中的液體系統(tǒng)的點燃一直存在問題。其中涉及多種因素，例如燃料流量、燃料的霧化、空氣輔助流量、燃料噴射器/點火器的位置、以及點燃區(qū)中的氣體動力學。干式低排放(DLE)系統(tǒng)尤其如此，因為還有需要平衡的導燃/主流量。
[0005]在適當位置布置點火器以實現(xiàn)液體引燃燃料的可靠點火的自由度很有限。點火器和相應的引燃燃料噴射器是獨立裝置，并依靠燃燒室的燃燒器腔體內的局部空氣動力學狀況使噴射的引燃燃料噴霧在點火器上方沖過。
[0006]需要依靠燃燒室內的燃燒器腔體中的流體流動使噴射的引燃燃料在點火器上方沖過。因此，若局部液流趨向于背離點火器表面移動，則燃料可能被從點火器沖走，而不會被點燃。
[0007]尤其是，燃燒室內的空氣動力學狀況設計為當滿載運轉時達到最優(yōu)，此時，不希望燃料沖過燃燒室的任何部分，因為這可能導致積碳。因此，在燃氣輪機的起動和放電點燃階段，點火器處的空氣動力學狀況很差。
[0008]為了提高點燃可靠性，利用了多種方法，例如氣體輔助點燃、等離子體點火器、以及較高功率的點火器。氣體輔助點燃需要較多的氣體供應(例如來自氣瓶的氣體供應)，而維持這種氣體供應的成本可能很高。目前，等離子體點火器的使用壽命很短，并且還沒有在燃氣輪機中使用它們的經驗。較高功率的點火器會很快燒毀，其使用壽命很短。
[0009]圖9示出了一種常規(guī)型引燃燃燒器裝置，其包括常規(guī)型引燃器本體900。常規(guī)型引燃器本體900的常規(guī)型引燃器表面901朝向常規(guī)型燃燒室的內腔(燃燒器腔體)。常規(guī)型燃料噴射器902和常規(guī)型點火器單元903安裝在常規(guī)型引燃器本體900內，從而常規(guī)型的燃料噴霧904可向內腔注入。流體在內腔中的流向106把注入的常規(guī)型燃料噴霧904引導至常規(guī)型點火器單元903。
[0010]EP0728989BI公開了一種燃氣輪機燃燒室。燃料被引燃燃燒器噴射，并被引燃燃燒器外周中的唇緣沿徑向導向燃燒室內腔的中央。從引燃燃燒器的基底區(qū)噴射的氣柱把噴射的燃料導離引燃燃燒器表面。
[0011]W02009/056425公開了一種包括燃燒器頭部的燃氣輪機燃燒室。燃料由引燃燃料噴嘴噴射，引燃燃料噴嘴相對于燃燒器頭部的縱軸偏心布置。燃料由噴嘴沿預定的錐形噴霧方向噴射。
[0012]EP1837597A2公開了一種包括引燃器本體的燃燒室燃燒器。噴霧噴嘴附接至燃燒器，其中，噴霧噴嘴向燃燒室的內腔噴射燃料。多個噴吹口向燃燒室的內腔的混合部分中噴射用于氧化的空氣，并沿遠離燃燒器表面的方向噴射空氣。
[0013]EP1279897A2公開了一種燃氣輪機燃燒室的引燃噴嘴。引燃噴嘴布置在噴射燃料的燃燒室主噴嘴附近。而且，引燃空氣噴入燃氣輪機燃燒室中，它把噴射的燃料導離引燃燃燒器的表面。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明之目的是提高燃氣輪機的燃燒室的噴射燃料的點燃效能。
[0015]此目的可通過獨立的權利要求中所述的一種燃氣輪機的燃燒室和一種操作燃燒室的方法來實現(xiàn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種燃氣輪機的燃燒室。該燃燒室包括引燃燃燒器裝置、燃料噴射器、點火器單元和空氣噴流噴射器。
[0017]該引燃燃燒器裝置包括具有引燃器表面的引燃器本體，該引燃器表面朝向燃燒室的內腔(即，燃燒器腔體)。燃料噴射器包括用于向內腔中噴射燃料的燃料出口，所述燃料出口布置在引燃器表面上。點火器單元適合于點燃該內腔中的燃料，其中，點火器單元布置在引燃器表面處，使得流過點火器單元的燃料可點燃。該空氣噴流噴射器適合于向內腔中噴射空氣噴流。
[0018]該空氣噴流噴射器包括位于引燃器表面上的空氣噴流出口，其中，該空氣噴流出口布置在引燃器表面上，使得空氣噴流可沿朝向燃料出口和點火器單元的方向噴射，從而把燃料導向點火器單元。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種操作燃燒室的方法。燃料由燃料噴射器噴射到燃燒室的內腔(即，燃燒器腔體)中。燃燒室包括引燃燃燒器裝置，該引燃燃燒器裝置包括具有引燃器表面的引燃器本體，該引燃器表面導向并朝向燃燒室的內腔。燃料噴射器包括布置在引燃器表面處的燃料出口。內腔中的燃料被點火器單元點燃，其中，點火器單元布置在引燃器表面處，使得流過點火器單元的燃料可點燃?？諝鈬娏鞅徊贾迷谝计鞅砻嫣幍目諝鈬娏鲊娚淦鲊娚涞絻惹恢?，其中，空氣噴流噴射器包括布置在引燃器表面處的空氣噴流出口，從而朝燃料出口和點火器單元噴射空氣噴流，以便把燃料導向點火器單元。
[0020]該燃燒室可為用于燃氣輪機的環(huán)形或筒形燃燒室。該燃燒室可為管形，并且可具有圓筒形或橢圓形橫截面。該燃燒室可包括主燃燒段和預燃燒段，旋流器裝置和上述的引燃燃燒器裝置安裝到該預燃燒段上。該引燃燃燒器裝置產生引燃火焰，其中，該引燃火焰用于穩(wěn)定內腔中的主火焰。
[0021]包括引燃器表面的引燃燃燒器裝置例如可附接至旋流器裝置附近的燃燒室末段上。引燃燃燒器裝置的(引燃)燃料噴射器布置在引燃器表面處，用于向內腔中注入燃料。
[0022]引燃器表面朝向燃燒室的內腔(燃燒器腔體)。引燃器本體可安裝到燃燒室的開口端上(例如端面的孔中)。引燃器本體例如以可拆卸方式安裝到燃燒室的端面上。燃燒室的端面相對于燃燒室內的氣流處于燃燒室的最上游位置。燃燒室的側壁附接至該端面，并包括相對于該端面的角度。燃燒室的側壁(至少部分地)沿燃燒室的中軸線從端面延伸。
[0023]由燃料噴射器在引燃器表面處注入的燃料用于控制主火焰，由旋流器裝置注入的主燃料在主火焰中燃燒。注入的(引燃)燃料產生預定的火焰形狀。主燃料流相對于燃燒室的中軸線以大致正切于燃燒室的方向經由旋流器引入。注入的主燃料流和引燃燃料流可包括液體燃料或氣體燃料。主燃料和引燃燃料流在注入燃燒室后大致沿中軸線朝遠離引燃器表面的方向流動。主燃料和引燃燃料流也可相對于中軸線以稍稍傾斜的角度流動。引燃燃料被點火器單元點燃，以形成引燃火焰。引燃火焰點燃主燃料，以形成主火焰。
[0024]燃燒室的中軸線可為燃燒室的對稱線，尤其是預燃燒段的對稱線。燃燒室的中軸線可為與燃氣輪機的中心線重合的其它設計。
[0025]空氣噴流噴射器的空氣噴流出口例如包括噴嘴，該噴嘴把空氣噴流導向預定的所需方向。根據(jù)本發(fā)明，空氣噴流由空氣噴流出口沿朝向燃料出口和點火器單元的方向噴射。例如，空氣噴流噴射器、燃料噴射器和點火器單元可在引燃器表面處依次布置，使得從空氣噴流出口噴射的空氣噴流被噴向燃料噴射器和點火器單元。因此，空氣噴流把由燃料噴射器噴射的燃料導向點火器單元。
[0026]空氣噴流噴射器沿具有與引燃器表面的法向正交的(方向)分量的噴射方向噴射空氣噴流。換言之，空氣噴流由空氣噴流噴射器沿與引燃器表面至少部分地平行并且與引燃器表面的法向至少部分地不平行于或與燃燒室的中軸線至少部分地不平行的方向噴射。該空氣噴流例如可為氧氣或空氣(即，壓縮空氣)。
[0027]因此，利用本發(fā)明的方式，由空氣噴流噴射器噴射的空氣噴流把由燃料噴射器噴射的燃料噴霧導向位于引燃器表面的點火器單元的點火器頭上方，