再热喷燃器布置制造技术

再热喷燃器布置包括中心体、带有截面区域的环形管道、沿中心体定位并主动地连接至环形管道的截面区域的中间燃料喷射平面，其中中心体位于燃烧室的上游，其中再热喷燃器布置的结构由各种参数限定，并且再热喷燃器布置的结构由各种相关性限定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】再热喷燃器布置包括中心体、带有截面区域的环形管道、沿中心体定位并主动地连接至环形管道的截面区域的中间燃料喷射平面，其中中心体位于燃烧室的上游，其中再热喷燃器布置的结构由各种参数限定，并且再热喷燃器布置的结构由各种相关性限定。【专利说明】再热喷燃器布置
本专利技术涉及用于燃气涡轮中的预混用途的喷燃器(burner)。特定而言，其涉及用于再热过程中的燃烧室的喷燃器。此外，其涉及这种喷燃器的操作方法。
技术介绍
为了实现高效率，在标准燃气涡轮中需要高涡轮入口温度。结果，产生高NOx排放水平。这些排放可利用顺序燃烧来减轻。主流经过第一燃烧室(例如使用如在EP 1257809中或如在US 4932861中公开的一般类型的喷燃器，其也被称为EV燃烧器，其中EV代表环境)，其中，燃料的一部分被燃烧。剩余的燃料被添加和燃烧(例如使用如在US 5431018或US 5626017中或在US 2002/0187448中公开的类型的喷燃器，其也被称为SEV燃烧器，其中S代表二级)。这两种燃烧器包括预混喷燃器，因为低NOx排放需要燃料和氧化剂的高混合质量。由于第二燃烧器由第一燃烧器的排气进给(可能利用一些额外的冷却空气来冷却)，因而操作条件允许燃料空气混合物的自燃(自发点火)而无需将额外的能量供应至该混合物。为了防止燃料空气混合物在混合区中的点燃，其中的停留时间不得超过自动点火延迟时间。该标准确保喷燃器内的无火焰区。该标准在获得燃料跨喷燃器出口区域的合适分布时带来挑战。燃料和氧化剂在混合区出口处的随后混合恰好足以允许低NOx排放(混合质量)并避免闪回(停留时间)，这可由混合区中的燃料空气混合物的自动点火引起。当前设计由于喷燃器出口面积、流速和喷燃器中的喷射后停留时间而受限。这在实现周向混合时带来困难。
技术实现思路
本公开的一个目的是，在利用受限的喷燃器出口区域时减少或避免下游构件(例如燃烧室和涡轮构件)的设计中的限制。喷燃器出口区域是受限的，以确保喷燃器内的足够流速而避免到喷燃器中的闪回。然而，需要从燃料喷射位置到喷燃器出口的最小长度以允许喷燃器内的充分混合。该目的通过提供向喷燃器提供喷射装置而实现，喷燃器特别用于带有第一和第二燃烧室的燃气涡轮的二级燃烧室，喷射装置用于将至少一种气态燃料引入喷燃器中，其中，该喷燃器的喷射装置具有布置在喷燃器中的至少一个本体或喷枪，并且其中，该本体具有至少一个喷嘴以用于将至少一种气态燃料弓丨入喷燃器中。根据一个实施例，该至少一个本体可被配置为具有流线型截面轮廓的流线型体，并且关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在喷燃器中的主流方向而延伸。该至少一个喷嘴可使其出口孔口在流线型体的后缘处或其中。根据本专利技术的本体具有两个侧表面(通常至少用于基本平行于主流方向并会聚的一个中心体，即，对于其它倾斜)，并且，至少一个涡流发生器位于至少一个侧表面上的至少一个喷嘴的上游。用于二级燃烧室的这种喷燃器可为带有顺序燃烧的燃气涡轮的一部分，其中，燃气涡轮包括:压缩机；带有第一燃烧室和第一喷燃器的第一燃烧器，其从压缩机接收压缩空气；带有第二燃烧室和二级喷燃器(也称为第二喷燃器)的第二燃烧器，其从第一燃烧器接收带有预定的第二燃烧器入口温度的热气体；以及涡轮，其从第二燃烧器接收热气体。涡轮可布置在第一与第二燃烧器之间。本专利技术的一个方面是将根据现有技术常规使用为单独元件(在单独的燃料喷射装置上游的单独的结构化涡流发生器元件)的涡流发生器方面和燃料喷射装置合并成单个组合的涡流发生和燃料喷射装置。通过这样做，燃料与氧化空气的混合以及涡流产生发生在非常接近的空间附近且非常高效，使得更快速的混合是可能的，并且混合区的长度可减小。在一些情况下甚至可能的是，通过对氧化空气路径中的本体的对应设计和定向而省略流调节元件(涡轮出口导叶)，因为该本体也可进行流调节。这在沿喷射装置没有严重压降的情况下都是可能的，使得该过程的整体效率可被维持。至少一个这样的喷射装置位于一个喷燃器中，优选地至少两个这样的喷射装置位于一个喷燃器内。通常，多个径向延伸的喷射装置布置在中心体周围，例如10个、12个、14个或更多的这种喷射装置位于一个喷燃器内。在第一系统中，燃料和空气被预混合，并且使用仔细控制的气动结构来使传播火焰稳定。在第二燃烧系统中，燃料被喷射到第一系统的排气中并在燃烧发生之前混合。由于到该燃烧系统的入口温度超出燃料的自动点火温度，因而燃烧在特性延迟时间之后发生。因此，没有对于复杂的气动火焰稳定装置的需要，因为火焰在由流速和特性自动点火延迟时间给出的预定位置处将是自稳定的。由于第二燃烧器中的火焰由自动点火引起，因而喷射后停留时间(即在点火平面下游的停留时间)和因此喷射后喷燃器体积是重要的功能特性。虽然喷射后体积由入口条件设定，但是贯穿自动点火过程，必须使喷燃器下游平面的长度最大化以确保高质量混合。由于该原因，与喷燃器平均流速相关联的喷燃器出口区域在一般的再热燃烧系统中是非常受限的设计参数，例如已知为GT24/GT26的现有顺序燃烧的燃气涡轮以及例如根据EP 0620362A1的，其中该文件形成本说明书的一体部分。当将喷燃器与燃烧室或其它下游构件整合时，一些额外的设计要求可在喷燃器出口的选择上设置约束。这些额外的要求可与基于自动点火过程的必要喷燃器区域冲突。这可导致使困难设计妥协的必要。如果要求燃烧系统配置在筒式喷燃器系统中，那么轴对称的设计(例如圆柱形设计)显然是有吸引力的。然而，当应用径向延伸喷射装置的构思时，这由于归因于径向延伸喷射装置的增加分离的较大半径处所需的增加周向混合而引入显著的进一步难题。这实现起来有问题，并且与如之前考虑的径向延伸喷射装置的构思不太一致。此外，喷燃器出口的外壁与燃烧室入口处的燃烧室壁之间的径向台阶(其对于带有不同自动点火时间燃料空气混合物的火焰锚定而言是必需的)通常关于燃烧系统的整体尺寸成比例地增加。对于大型系统，离开喷燃器到燃烧室壁的流的再附着不发生在反应区内部，或者只在反应区中的远远下游。这种迟再附着可导致不稳定燃烧和不完全燃烧。本专利技术的一个目的是提供一种改进的再热喷燃器构思，其并入相对于喷燃器出口区域的大中心体。当中心体的下游面的面积与包括中心体下游面的喷燃器出口面积的比值大于0.6时(优选地大于0.8),中心体是大的。该中心体始于喷射平面的上游，其中燃料被喷射到在中心体与外喷燃器壁之间的管道中，并且然后，中心体向下游继续到喷燃器的出口。中心体位于第二燃烧室的上游并终止于第二燃烧室入口处。由喷燃器和随后的第二燃烧室界定的流管道的截面从喷燃器出口到第二燃烧室入口以逐步方式增加。从外喷燃器壁到燃烧室入口的台阶是受限的，以确保离开喷燃器到第二燃烧室外壁的流的良好再附着。该台阶可以燃烧室入口的周长与喷燃器出口的周长的比值为特征。根据一实施例，喷燃器出口的周长与燃烧室入口的周长的比值在0.6至I的范围内。根据又一实施例，该比值在0.7至0.9的范围内。根据再一实施例，该比值在0.8至I的范围内。中心体提供更好的混合(由于燃料喷射装置的增加的长度与高度比值)以及混合路径，以用于与前面描述的设计的实施例等同的停留时间，并且与喷燃器和燃烧器区域相匹配。根据一实施例，中心体具有圆形截面，燃烧室入口具有圆形截本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种再热喷燃器布置，包括带有截面区域的管道、布置在所述管道中的中心体、沿所述中心体定位的中间燃料喷射平面，其中，所述中心体位于第二燃烧室的上游并终止于第二燃烧室入口处，并且其中，由所述喷燃器和随后的第二燃烧室界定的流管道的截面从喷燃器出口到所述第二燃烧室入口以逐步方式增加，其特征在于，所述喷燃器出口的周长与所述燃烧室入口的周长的比值在0.6至1的范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JP伍德，A西亚尼，A特尤尔，DA彭內尔，E弗雷塔格，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH