燃气轮机引擎的稳定燃烧用导引燃烧器室制造技术

燃气轮机引擎用的燃烧器，利用导引火火焰以协助维持并稳定燃烧过程。其包括燃烧器壳体、导引燃烧器室、快速冷却器及其它组件。燃烧器壳体包含于轴向相对的上游与下游端部。壳体具有至少一主要燃料入口信道、和至少一主要空气入口信道。这些信道分别供应燃料与空气至界定于壳体中的内室。导引燃烧器室沿燃烧器壳体的轴线设置，包含有接收高浓度的燃料与空气混合物的入口、在其内高浓度的燃料与空气混合物燃烧的燃烧室、用以自燃烧室排出燃烧产物的出口。快速冷却器沿中心轴线设置于燃烧器壳体的内室且位于导引燃烧器室的出口。快速冷却器包含空气入口和径向空气出口以将冷却空气导引向导引燃烧器室的出口，快速冷却由导引燃烧器室排出的燃烧产物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气轮机用的燃烧器，尤其涉及适用于稳定弓I擎燃烧 的燃烧器，更涉及利用导引燃烧器室(pilot combustor)提供燃烧产物(如热与自由基)以稳定主要稀薄预混燃烧的燃烧器。
技术介绍
燃气轮机的应用有多方面，包括发电、军事与商业飞行、管线传 输、及海洋运输等。在燃气轮机引擎中，将燃料与空气供给至燃烧室， 并于此予以混合并以火焰点燃，从而开始燃烧。燃气轮机引擎中与燃 烧过程有关的主要问题，除燃烧器的热效率与燃料与空气的适当混合 外，就是火焰的稳定、脉冲与噪音的排除、及污染排放的控制，尤其 是氮氧化物(NOx)。为使起始反应发生，燃烧过程需将热加至燃料一空气混合物中。 一旦反应开始，燃烧释放之热可用来起始反应本身而使燃烧成为自我 维持的过程。然而，必须使用有些机构将从燃烧而来之热传送回上游 至点火点。另一方式，在反应非自我维持时，则需从不同的来源，如 加热触媒金属面、或不同的引火火焰以提供热和/或自由基。亦可使 用这些方式的任意组合和其它方式来提供必要之热以起始燃烧。在燃气轮机引擎中所使用的最普遍的自我维持燃烧过程乃利用旋 流气流，该旋流气流再循环燃烧产物，而将通过之前经反应的燃料与 空气所产生的热气体与自由基予以传回上游，以起始新的混合燃料与 空气的燃烧。图1为现有技术的旋流稳定燃烧器并标示以元件符号 100。 一般而言，以旋流稳定的燃烧，中心主要再循环区为被传至上游以稳定燃烧的再循环的热气与自由基的首要来源。当燃烧过程变得非 常稀薄时，因而，燃烧系释放少许之热，而传回上游的自由基与热量 将不足以确保燃烧的起始与维持。稀薄燃烧产物的低温导致自由基的 低均衡水准。肇因于稀薄燃烧的燃烧产物的低温亦导致，当被再循环 的燃烧产物混以新鲜未反应预混的燃料与空气时，自由基的低产生率。 在此情况，将使起始燃烧所需的诱发时间变得过长而火焰会熄灭，或 变得不稳定与强度波动不定。用以产生低NOx排放的稀薄预混燃烧系统的基本问题是，燃料一空气混合物必须足够稀薄以便使火焰温度足够地低以避免NOx产生，使得在许多操作情况下，燃烧可能无法产生足够之热以自我维持。因 而必须利用热与自由基的辅助来源以维持燃烧。如使用于高温(接近化 学计量燃烧)时的辅助导引器，虽将稳定稀薄主要火焰，但亦将产生可观的NOx排放。仅由热起始的燃烧乃通过高温热解燃料以产生活跃的自由基以开 始燃烧过程。 一开始，燃料的消耗非常低且无可量测的温度上升。经 由连锁反应机制，初始产生的自由基制造了以指数级数般增加的大量 自由基。这些大量自由基最后大到足以消耗可观的燃料，而致快速点 火(Wamatz)。自由基增加至足以点火的时间谓之"点火延迟时 间"(Ignition-Delay Time)或"诱发时间"(Induction Time)。当初始温度增 加时，自由基之生产率系以指数级数之速率增加而燃烧之初始诱发时 间则减少。若初始温度低于自动点火温度，则无论经过任何期间点火 都不会发生。自由基和热气体包含在为了起始燃烧而混以新鲜预混燃 料一空气混合物的燃烧产物。这些先前产生的自由基能大量减少燃烧 的诱发时间。若所传送的自由基之量够多，则快速燃烧将起始于低温， 否则，没有传送的自由基则需较长的诱发时间。稳定燃烧在需使预混 燃料与空气混以之前已燃烧燃料的热产物后，立刻快速起始燃烧。鉴于以上所述现有技术的缺点，实需一种经改进的燃烧器，此燃 烧器减少氮氧化物的排放亦同时维持稳定的燃烧过程。
技术实现思路
本专利技术涉及一种燃气轮机引擎用的燃烧器，其利用弓I火火焰以协助维持并稳定燃烧过程。本文所揭示的燃烧器的具体实施例包括燃烧 器壳体、导引燃烧器室、快速冷却器以及其它元件。燃烧器壳体包含于轴向相对的上游与下游端部。此外，该壳体具 有至少一主要燃料入口通道、和至少一主要空气入口通道，这些通道 乃建置成分别供应燃料与空气至界定于壳体中的内室。导引燃烧器室沿燃烧器壳体的轴线而设置，且包含有用于接收高 浓度的燃料与空气混合物的入口、在其内高浓度的燃料与空气混合物 燃烧成燃烧产物的燃烧室、和用于自燃烧室排出燃烧产物的出口。本专利技术的一特定具体实施例中，导引燃烧器室的出口具有环状截 面并且环绕着快速冷却器。甚者，导引燃烧器室的出口可包括多个形 成于其径向外表面的小孔，而用于导引第二冷却空气源至朝向导引燃 烧器室排出的燃烧产物。快速冷却器沿中心轴线而置于燃烧器壳体的内室内，且位于导引 燃烧器室的出口 。快速冷却器包含空气入口和多个径向空气出口以导 引冷却空气朝向导引燃烧器室之出口及快速冷却由导引燃烧器室排出 的燃烧产物。所揭示的燃烧器的某些具体实施例包含火焰稳定器，其置于燃烧 器壳体的内室内。火焰稳定器具有衔接燃烧器壳体的底座部、及沿轴 向下游方向从该底座部延伸至内室内的长圆柱状钝体。最好是，火焰 稳定器有轴向延伸的中央空气通道形成其中，此通道与快速冷却器入 口相通并供其空气。所揭示的燃烧器之一示范具体实施例可进一步包括毗邻燃烧器壳 体下游端部的喷口装置。喷口装置界定内部再循环室与燃烧器出口 。 内部再循环室乃设成用以接收来自混合室的预先燃烧的气体和用以于 上游方向再循环部分的燃烧产物气体以辅助燃烧的稳定。再者，所揭示的燃烧器可包括沿燃烧器壳体中心轴而设置的点火 器，用以于燃烧器壳体的内室的主要再循环区前滞点点燃主要稀薄燃烧。本专利技术还涉及一种用于燃气轮机燃烧器室的燃烧器，其包括界定 主要内燃烧室的燃烧器壳体、在壳体内用以制造热与自由基的装置、 和将热与自由基供给至主要内燃烧室前用以快速冷却热与自由基的机构。最好是，已快速冷却之热与自由基沿燃烧器壳体的轴线被供至主 要内燃烧室。燃烧器壳体具有于轴向相对的上游与下游端部、并且具有至少一 主要燃料入口通道、和至少一主要空气入口通道，这些通道乃建置成 分别供应燃料与空气至界定于壳体中的内部主要燃烧室。制造热与自由基之装置乃置于燃烧器壳体内并供应热与自由基至 壳体的主要内燃烧室。此制造热与自由基的装置可为沿燃烧器壳体之 轴线设置的导引燃烧器室。最好是，此导引燃烧器室包括至少有一用 以接收高浓度的燃料与空气混合物的入口、在其内高浓度的燃料与空 气混合物燃烧成热与自由基的燃烧室、和用以自燃烧室排出热与自由 基的出口。在热与自由基进入主要内燃烧室前立即快速冷却热与自由基的机 构亦置于燃烧器壳体内。用于快速冷却所排出之热与自由基的手段包 括沿中央轴线设置在燃烧器壳体的内室内的快速冷却器。最好是，快 速冷却器位于导引燃烧器室的出口且包含空气入口和用以将冷却空气 导引朝向导引燃烧器室的出口的多个径向空气出口而快速冷却从导引 燃烧器室排出的燃烧产物。所揭示的燃烧器的具体实施例更可包括置于燃烧器壳体的内室内 的火焰稳定器。该火焰稳定器包含衔接燃烧器壳体的底座部、及沿轴 向下游方向从底座部延伸至主要内燃烧室内的长圆柱状钝体。最好是， 火焰稳定器具有轴向延伸的中央空气通道形成其中，此通道与快速冷 却器入口相通并供应空气至该入口 。所揭示的燃烧器亦可包括毗邻燃烧器壳体下游端部之喷口装置。 喷口装置界定内部再循环室与燃烧器出口 。内部再循环室乃设成用以 接收来自内部主要燃烧室的预燃烧的气体、和用以于上游方向再循环 部分的该燃烧产物以辅助燃烧之稳定。附图说明为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机燃烧器室用的燃烧器，包括：　ａ）燃烧器壳体，具有轴向相对的上游与下游端部，该壳体具有至少一个主要燃料入口信道和至少一个主要空气入口信道，这些信道适用于分别供应燃料与空气至界定在该壳体中的主要内部燃烧室；　ｂ）配置于该 燃烧器壳体内、用以产生热与自由基并供应该热与自由基至该壳体的主要内部燃烧室的装置；　ｃ）配置于该燃烧器壳体内、用以在该热与自由基进入该主要内部燃烧室前立刻快速冷却所排出的热与自由基的装置；以及　ｄ）火焰稳定器，其配置于该燃烧器壳 体的内室内并包括与该燃烧器壳体接合的底座部及沿轴向下游方向从该底座部延伸至该主要内部燃烧室内的长圆柱状钝体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M康韦尔，VD米洛萨夫列维奇，
申请(专利权)人：德拉文公司，德马格德拉瓦尔工业涡轮机械公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]