具有无焰燃烧室的燃烧设备、这种设备的用途以及包括这种设备的电力生产或能源热电联产装备制造技术

披露了一种用于电力生产或能源热电联产装备的燃烧设备(100)，其特征在于：燃烧管(5)在其被称为后端的另一端处由底部(12)封闭，该底部(12)被固定到该燃烧管(5)；

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有无焰燃烧室的燃烧设备、这种设备的用途以及包括这种设备的电力生产或能源热电联产装备


[0001]本专利技术涉及一种燃烧设备和一种包括所述设备的电力生产或能源热电联产装备。燃烧设备是指包括一个或多个燃烧室或子室的设备。
[0002]特别地，本专利技术涉及一种例如使用气体燃料在“无焰”状态下操作的燃烧系统，该燃烧系统与回热器联接并且并入到以天然气为原料运行的微型气体涡轮机中。

技术介绍

[0003]已知，为涡轮机提供供应的在“无焰”氧化(或)状态下操作的燃烧室能够实现极低的NOx排放，例如<10ppm。
[0004]被称为“MILD燃烧”(MILD是中度或重度低氧稀释的缩写)的无焰燃烧是即使在空气高度预热的情况下也能以非常低的污染物排放提供高燃烧效率的燃烧模式。除了与热回收过程相关联的提高的能量效率之外，MILD燃烧还因此由于排放气体的高度再循环而提供均匀的燃烧环境。通过与具有可见火焰的传统燃烧相比，这本身表现为O2水平的局部降低、从而产生分布的反应区域并且引起工作温度的降低。降低的温度水平和均匀的反应环境对大大减少的污染物(NOx，烟灰)的形成以及材料的抵抗性具有积极影响，这是因为不存在陡峭的温度梯度。MILD燃烧允许燃料类型的大量灵活性，这使得MILD燃烧成为用于以下燃料的理想技术：低热值燃料、高热值的工业废物、氢基燃料、液体燃料(例如，煤油、石油、柴油、重油)和固体燃料。
[0005]从化学湍流相互作用的角度，MILD燃烧由化学反应时间标度与流体输送现象之间的高度耦合来表征。在MILD燃烧中，数Da(流体输送现象速率与化学反应时间标度之间的比率)大约为一，这指示与管理流体输送的时间标度相比化学反应时间并非微不足道。
[0006]在传统燃烧中，总体过程受热量和质量转移控制，这导致明确定义的反应区具有陡峭的温度梯度和物种梯度并且Da值大于一。在无焰燃烧中，排放气体(还被称为燃烧气体)的再循环因此引起温度和物种的更均匀分布。
[0007]通常，无焰燃烧是非常稳定和安静的，并且因此可以用于其中传统操作可能导致热声不稳定性(“嗡嗡声”)和显著应力的气体涡轮机的应用中。
[0008]用于(微型)气体涡轮机应用的无焰燃烧室设计是已知的。在微型气体涡轮机应用中，离开燃烧室的废气的温度受限于用于制造涡轮机的材料的容差，该容差通常为从800℃至1050℃、且特别地从950℃至1050℃。这种情况迫使使用与燃烧燃料所需的化学计量空气量相比量非常大的过量空气。
[0009]在本专利技术涉及的应用中，λ比率(空气质量流量/化学计量空气质量流量或1+过量空气)可以非常高(显著大于1)，以便使得可以将气体的温度降低到与涡轮机入口相容的温度。这种情况的结果是存在可用于燃烧的大量O2，这似乎与用于实施无焰燃烧的主要取决于混合物中O2的稀释的理想条件是对立的。
[0010]此外，有利于无焰燃烧的开始的另一条件涉及将氧化空气预热到足够高的温度以确
保混合物易于自燃。将气体涡轮机循环中存在的回热器连同再生一起使用有利于实现该功能。
[0011]已提出了能够在无焰状态下操作的许多燃烧室设计。例如，可以提及在文件WO 2003/091626中描述的气体涡轮机燃烧室。该室以如下这种方式配置，即在两端处具有敞开的内引导管并且允许很大比例的燃烧气体在该室中再循环，其他比例的气体排出到该室的下游。这种再循环使得可以在该室中维持无焰氧化状态。这些已知解决方案不可否认地使得可以实现低NOx水平，但它们未被设计成实现低CO水平。
[0012]文件CN 105299692 A披露了一种燃烧室设备，该燃烧室设备用于在大面积上对废气消毒和防止流行病的装备。该燃烧室设备包括火焰管、扩散区段、空气分布板、冷空气套筒和燃料气体套筒、冷却(或气体返回)管和外壳。火焰筒借助于四块支撑板焊接到燃料气体套筒中的空气入口端面。燃料气体套筒用螺栓固定到空气分布板。扩散区段经由护套布置在火焰筒外部并且使用螺栓安装固定到空气分布板和调节空气的套筒。空气从扩散区段进入，一部分进入燃烧室进行燃烧，并且一部分进入火焰管与燃料气体套筒之间的区域以便在高温下与火焰混合，并且一部分进入空气分布板上的空气分布孔口并且与来自冷空气管中的气体返回管的高温和高速的气流混合以便获得适合于雾化的气流。注射的消毒剂因此形成薄雾，该薄雾在装备的出口处被雾化。
[0013]冷却管与燃料气体套筒同心，使得燃料气体的路径被加长，并且混合时间被延长，但总的结构长度大大降低。专利技术目的
[0014]本专利技术的目的是克服前述现有技术的缺点中的至少一个缺点，特别在于离开燃烧设备的排放气体不仅具有低NOx水平(例如<10mg/kWh1，优选地<5mg/kWh)，而且具有低CO水平(例如，<10mg/kWh)。
[0015]更特别地，本专利技术的目的是提供一种在输出方面稳定和高度高效的燃烧设备，该燃烧设备被配置为生产与介于800
°
与1050℃之间、特别地介于950
°
与1050℃之间的入口温度相容的燃烧(排放)气体，同时将NOx和CO水平保持为低，如上文提到的那些。
[0016]本专利技术的甚至更特别的目的是一种使得可以适应高λ(过量空气)值、同时允许发生无焰燃烧的燃烧设备的设计。

技术实现思路

[0017]本专利技术涉及一种用于电力生产或能源热电联产装备的燃烧设备，所述装备包括由所述设备供应的气体涡轮机、特别是微型气体涡轮机，所述设备适合于“无焰”类型的燃烧状态并且包括：
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外管；
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燃烧管，该燃烧管形成适合于氧化空气和燃料的混合物的无焰燃烧的燃烧区域，所述燃烧管与该外管同心，与燃料注射装置和空气注射装置连通，该燃料注射装置和该空气注射装置被布置在该燃烧管的被称为前端的第一端处，并且该燃烧管在该燃烧管的被称为后端的第二端处由端壁封闭，所述端壁被固定到所述燃烧管并且是流体密封的；
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该燃料注射装置，该燃料注射装置至少包括被称为燃料注射孔口的第一孔口；
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该空气注射装置，该空气注射装置至少包括被称为空气注射孔口的第二孔口；
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用于排出燃烧气体的装置；
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封闭壁，该封闭壁覆盖该燃烧管的前端并且连接到该空气注射装置和该燃料注射装置；其特征在于，
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该燃烧管基本上呈具有能够允许气体在无焰燃烧状态下再循环的单一内部体积的圆柱体的形式；
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该燃烧气体排出装置包括布置在基本上为圆柱形的该燃烧管的前端处的至少一个开口，所述开口一方面由该燃烧管的接近该封闭壁的圆柱形纵向壁的一端界定并且另一方面由所述封闭壁界定，这些燃烧气体的流动和排出是在所述纵向壁与该外管之间执行的。
[0018]根据本专利技术的有利实施例，该燃烧设备包括呈任何可能组合的以下技术特征中的一个或多个技术特征：
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该燃烧设备进一步包括管状套筒，该管状套筒同心地布置在该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于电力生产或能源热电联产装备的燃烧设备(100)，所述装备包括由所述设备供应的气体涡轮机、特别是微型气体涡轮机，所述设备适合于“无焰”类型的燃烧状态并且包括：
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外管(26)；
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燃烧管(5)，该燃烧管形成适合于氧化空气和燃料的混合物的无焰燃烧的燃烧区域(4)，所述燃烧管(5)与该外管(26)同心，与燃料注射装置和空气注射装置连通，该燃料注射装置和该空气注射装置被布置在该燃烧管(5)的被称为前端的第一端处，并且该燃烧管在该燃烧管(5)的被称为后端的第二端处由端壁(12)封闭，所述端壁(12)被固定到所述燃烧管(5)并且是流体密封的；
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该燃料注射装置，该燃料注射装置至少包括被称为燃料注射孔口的第一孔口(35)；
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该空气注射装置，该空气注射装置至少包括被称为空气注射孔口的第二孔口(36)；
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用于排出燃烧气体的装置；
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封闭壁(14)，该封闭壁覆盖该燃烧管(5)的前端并且连接到该空气注射装置和该燃料注射装置；其特征在于，
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该燃烧管(5)基本上呈具有能够允许气体在无焰燃烧状态下再循环的单一内部体积的圆柱体的形式；
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燃烧气体排出装置包括布置在基本上为圆柱形的该燃烧管(5)的前端处的至少一个开口(9)，所述开口(9)一方面由该燃烧管(5)的接近该封闭壁(14)的圆柱形纵向壁的一端界定并且另一方面由所述封闭壁(14)界定，这些燃烧气体的流动和排出是在所述纵向壁(5)与该外管(26)之间执行的。2.如权利要求1所述的燃烧设备(100)，进一步包括管状套筒(7)，该管状套筒同心地布置在该燃烧管(5)与该外管(26)之间，连接到该封闭壁(14)且面向该排出装置的开口(9)定位，以便形成被称为重组区域(8)的环形区域，使得能够延长经由该开口(9)排放的这些燃烧气体的停留时间。3.如权利要求1所述的燃烧设备(100)，其特征在于，该外管(26)与该燃烧管(5)至少部分地界定被称为旁路(6)的环形通道，该旁路允许能够在该燃烧区域(4)下游与这些燃烧气体混合的稀释气流通过，该封闭壁(14)包括被称为旁路开口的一个或数个开口(39)，这些开口形成在该封闭壁的外围中并且该稀释气流经由这些开口进入该旁路(6)。4.如权利要求2所述的燃烧设备(100)，其特征在于，该外管(26)与该管状套筒(7)至少部分地界定被称为旁路(6)的环形通道，该旁路允许能够在该重组区域(8)下游与这些燃烧气体混合的稀释气流通过，该封闭壁(14)包括被称为旁路开口的一个或数个开口(39)，这些开口形成在该封闭壁的外围中并且该稀释气流经由这些开口进入该旁路(6)。5.如权利要求2所述的燃烧设备(100)，其特征在于，该管状套筒(7)轴向上在该燃烧管(5)的长度的至少50％上延伸。6.如前述权利要求中任一项所述的燃烧设备(100)，包括圆柱形的增压室(1)，该增压室由该外管(26)的一部分和该封闭壁(14)部分地形成，所述部分布置在该外管(26)的前端处，所述封闭壁(14)形成所述增压室(1)的端壁。7.如权利要求6所述的燃烧设备(100)，其特征在于，该增压室(1)流体连接到空气供应

【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔，
申请(专利权)人：布鲁塞尔自由大学，
类型：发明
国别省市：