燃气轮机的燃烧装置制造方法及图纸

一种燃气轮机燃烧装置，在其中的内套筒表面上承受火焰辐射热的一侧涂布了一层陶瓷涂层，并在另一侧涂布了一层在高温耐蚀性方面优于构成内套筒的金属材料的涂层．这样，传到内套筒上的火焰辐射热受到了陶瓷涂层的屏蔽，而形成在另一侧表面上的耐腐蚀金属材料涂层避免了氧化物的生成．通过金属材料制成的内套筒表面释放出的热量增多，减弱了产生在内套筒上的热应力，从而避免了裂纹的产生．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃气轮机的燃烧装置，它包括一个金属制成的具有一衬套体部分以及一个与衬套体部分端面相连的衬帽的内套筒，该内套筒表面上有冷却空气孔;一个向上述内套筒供给燃料的燃料喷枪;一个环绕上述的内套筒，并与内套筒的筒壁一同构成一个环形空气通道的外套筒。 对应用于发电厂的燃气轮机装置，一向有这样的要求，即为了控制环境污染，尽可能减少排气中含有的有害成份。人们一向建议采取的办法是向燃烧室注入水或蒸气，以减少排气中含有的有害成份氮氧化合物，即所谓NOX。这种做法在降低NOX方面是可行的。 在为了降低NOX而注入水或蒸气的燃烧装置中，与不注水的装置比较，产生了一系列问题。 水喷嘴与用来正常供应燃料的燃料喷枪相结合而制成。伴随注水而生的问题可能发生在与燃料喷枪连接的衬帽构件以及燃烧装置的衬套体上。特别需要指出，喷射的水雾理应与燃烧气体混合，但有一部分水雾是通过衬帽构件上作为空气冷却所用的间隙与小孔进入燃烧气体。通过空气冷却孔进入的水将对衬帽构件发生重要影响，造成该构件耐久性降低。换句话说，当注入水的水滴附着于那些承受燃烧火焰直接辐射热的金属构件时，这些金属构件承受强大的热应力而产生裂纹。 本专利技术旨在提供一种长寿命的燃烧装置。在这种装置中，虽仍注入水却能避免产生裂纹。 本专利技术的目的是这样实现的为了减弱受到的燃烧火焰的辐射热，在所述的内套筒的衬帽受到火焰辐射的一侧涂布了一层陶瓷涂层;为了避免生成妨碍空气冷却的氧化物，在该衬帽的另一侧涂布了一层由耐蚀金属材料组成的且在高温耐蚀特性方面比构成所述的内套筒的基体金属更好的涂层。 本专利技术的装置的特点在于即便当水喷咀中流出的水附着于衬帽，衬帽上几乎不产生热应力，即几乎没有局部温升。因为，本专利技术人的研究结果表明，避免局部发生下列问题是有益的1.来自燃烧气体火焰的热量传入构件;2.水触及高温下的构件而造成温度梯度的变化;3.由于构件表面状况的变化而产生的对冷却效应的热阻尼。实验业已证明燃烧装置的裂纹并不仅仅由于注水引起的突然冷却，而且还由于在构件局部极度受热情况下用水冷却所造成。本专利技术者发现，通过消除局部区域的过热现象，可避免产生裂纹。在本专利技术中，所说的问题都通过对衬帽构件进行表面处理而得以较好的解决。 附图简介如下 图1.燃烧装置的剖面图 图2.应用了本专利技术的燃烧装置衬帽部分的剖面图 图3.图2第Ⅲ部分的局部放大剖面图 图4.沿图2所示Ⅸ方向的前视图 图5.图4中D部分的放大示意图 图6与图7衬帽壁横截面中的温度分布 图8图10温度特性曲线图 如图1及图2所示，该燃烧装置具有一个由一衬套体5和一个衬帽16，33所组成的内套筒，该衬帽10，33包括一个锥体1，20，一个帽环4，26，一个套环3和一个端板(未标出);一个燃料喷枪11;一个管状的外套筒50。外套筒和内套筒一起形成了一个环形通道51。 参见图1，裂纹可能产生在燃烧装置的衬帽10的金属构件上，理由解释如下 图1中，锥体1并不直接与燃烧火焰9相接触，而是在高温下经燃烧火焰9的辐射而受热。锥体1上有若干冷却小孔2，这样，由小孔2引入的气流可产生空气冷却效应。燃烧喷枪11伸入套环3，帽环4则嵌入衬套筒体5。在内套筒体5外面有一个管状的外套筒50，这样，在内套筒体5和外套筒50之间形成了一个环形通道51。然而，若使用带有水喷咀的燃料喷枪11，原应直接流向燃烧火焰9的水雾7往往通过间隙8及小孔2流向燃烧火焰9。而且，这一现象并非均匀地沿衬帽10的圆周方向产生，而往往发生在局部位置。所以，在发生上述现象的衬帽10上，存在下列因素的影响从水喷嘴6注入的水，因燃烧气体火焰9的辐射热造成的温升以及冷却空气造成的冷却效应。衬帽10的原有结构是通过火焰的辐射热与冷却空气之间形成的平衡来保证适宜的温度条件。然而，衬帽10的这种温度平衡将在很大程度上被喷嘴6流出的水打破。换言之，水触击并暂时附着于处于适宜温度平衡下的衬帽10上，结果温度突然降低。另一方面，当水只触及衬帽10圆周方向上的某些特定部位时，相对其他部分而言，该处温度大幅度降低。这种暂时的温度降低或局部的温度降低将使构成衬帽10的各个零件上产生热应力。这种热应力的产生，在燃烧火焰直接辐射的锥体1上尤其显著。同时由于带有若干空气冷却小孔2，锥体1可能受到集中的应力。各种损伤，诸如裂纹都可能发生在构成衬帽的耐蚀构件上，这是因为热应力集中在小孔的开口边沿附近。若此类损伤严重，则衬帽本身断裂，断裂碎片四散，致使叶片及位于燃烧装置的喷枪出口处的喷嘴严重损坏。为防止由于热应力对衬帽的损伤，通常的办法是，例如，改进水喷嘴，或改进冷却小孔开口边沿的形状。然而，无论按照那一种办法，由于衬帽复杂的结构与形状，都不会获得令人满意的结果。 综上所述，一般低氮氧化合物喷水燃烧装置结构上的问题是由于水喷嘴喷入的水雾影响而引起的。换句话说，当水突然触及面对燃烧气体并在高温下受热的衬帽的某一部分，或者上述现象发生在衬帽的某一局部时，在构成衬帽的金属构件上产生一个温度梯度，因而引起热应力。衬帽面对燃烧气体的部分带有若干用来进行空气冷却的小孔，有可能承受到集中的应力。因此，假如金属构件上产生热应力，则金属构件上就会产生明显的应力集中，而假如，应力集中超过构件材料的机械强度限度，则构件会发生断裂。此外，下列现象应予注意由于水喷嘴喷入的水的影响引起衬帽构件的高温氧化;由于水中杂质沉积在构件上引起构件表面状态恶化，造成不利于构件上冷空气形成冷却效应的热阻尼。这样，冷却效应减弱，因而构件的温度升高。若由水喷嘴加入的水集中在衬帽局部，则上述对冷却效应产生的热阻尼将导致构件的局部温度升高，在构件上产生热应力。另一方面，由水喷嘴引入的水经衬帽的冷却空气小孔混入燃烧气体，与燃烧气体接触，使冷却空气小孔引入的空气量显著减少，改变了燃烧气体的空气/燃料比，结果燃烧火焰抵近衬帽的表面。假若水添加物作用的这种现象局限于某一部分冷却空气引入孔，则局部燃烧条件将改变，从而使衬帽局部承受更高的温度，在构件上产生热应力。在如上述的各种情况下，由水喷嘴加入的水的影响导致构件上热应力的产生，以致于构件在应力集中处发生损伤。因此，为防止使用水喷嘴的低氮氧化合物燃烧装置的衬帽发生损伤，最可取的办法是避免衬帽上产生热应力。至于防止热应力产生的方法，可以改进水喷嘴或衬帽的结构。但是，因为冷却空气的流通以及燃烧气体的影响等等原因，很难用此办法来解决上述各种各样的问题。 依照本专利技术，在燃气轮机的燃烧装置中，对在接触燃烧气体时最可能受损伤的部分(图1中锥体)进行表面处理。一般来说，对在高温燃气轮机中用于高温条件下的构件，采用陶瓷涂层作为防止构件温度升高的办法。这种陶瓷涂层涂布在燃气轮机构件上，诸如燃烧室衬体，叶片、喷嘴等等。对于任一构件的那些空气冷却不充分的部分，补偿办法是使用陶瓷涂层，与此同时也就降低了构件材料本身的温度。这种涂层即所谓热屏蔽涂层，主要由二氧化锆(ZrO2)类材料组成。在通常的不喷水的燃烧装置的炉衬中，衬帽本身的温度低至400-500℃，低于构成构件的材料的耐受温度(约700-800℃)。因而，并不进行诸如热屏蔽涂层这样的特殊表面处理，也不对衬帽进行表面处理。而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧装置，包括：一个金属制成的，具有一衬套体部分以及与衬套体部分端面相连的衬帽的内套筒，该内套筒表面上有冷却空气孔；一个向所述的内套筒供给燃料的燃料喷枪；一个环绕所述的内套筒，并与内套筒的筒壁一起构成一个环形通道的外套筒，其特征在于：在所述的内套筒的衬帽受到火焰辐射的一侧涂布了一层陶瓷涂层，在该衬帽的另一侧涂布了一层由耐蚀金属材料组成的，且在高温耐蚀特性方面比构成所述的内套筒的基体金属更好的涂层。

【技术特征摘要】
1、一种燃烧装置，包括一个金属制成的，具有一衬套体部分以及与衬套体部分端面相连的衬帽的内套筒，该内套筒表面上有冷却空气孔；一个向所述的内套筒供给燃料的燃料喷枪；一个环绕所述的内套筒，并与内套筒的筒壁一起构成一个环形通道的外套筒，其特征在于在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭信之，濑文之，朝日直达，岛庆享，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]