專利名稱：用于合成氣體的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一個燃燒空間、最好在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中工作的燃燒器，它基本由一個用于燃燒空氣流的渦旋產(chǎn)生器及將燃料注入燃燒用空氣流的一些裝置組成，其中渦旋產(chǎn)生器具有用于進(jìn)入燃燒器的燃燒用空氣流的燃燒用空氣入口及將燃料注入燃燒用空氣流的裝置包括一個或多個帶有一組第一燃料出孔的燃料供給部分，這些燃料出孔在燃燒器的燃燒室側(cè)端部上圍繞燃燒器軸線分布地布置。
這種燃燒器的一個優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域是燃?xì)廨啓C(jī)及汽輪機(jī)技術(shù)。
背景技術(shù)：
由EP 0 321 809 B1，根據(jù)其權(quán)利要求1的前序部分公知了由多個殼組成的錐形燃燒器，即所謂的雙錐燃燒器。通過錐形的、由多個殼組成的渦旋產(chǎn)生器將在渦旋空間中產(chǎn)生出用封閉的渦旋流，由于在向燃燒室方向增大的渦旋，該渦旋流是不穩(wěn)定的及將過渡到具有核心回流的環(huán)形渦旋流。渦旋產(chǎn)生器的殼被這樣組裝，即它構(gòu)成用于燃燒用空氣的沿燃燒器軸線切向的空氣進(jìn)入槽。在這些空氣進(jìn)入槽旁的錐殼的入流通道上設(shè)有用于預(yù)混合燃?xì)?、即氣態(tài)燃料的供給部分，該燃料供給部分具有沿燃燒器軸線方向分布的用于預(yù)混合燃?xì)獾某隹?。該燃?xì)鈱⑼ㄟ^入口或入孔與空氣進(jìn)入縫隙垂直地噴入。該噴入燃?xì)馀c在渦旋空間中產(chǎn)生的燃燒用空氣-燃料氣體流結(jié)合將導(dǎo)致燃料氣體或預(yù)混合燃?xì)馀c燃燒用空氣的良好混合。在該預(yù)混合燃燒器中，良好的混合是燃燒過程中低NOx值的前提。
為了改善這種燃燒器，由EP 0 780 629 A2公知了一個熱產(chǎn)生器的燃燒器，它與渦旋產(chǎn)生器連接并具有一個附加的混合區(qū)段，用于進(jìn)一步混合燃料及燃燒用空氣。該混合區(qū)段例如可作成后置的管段，來自渦旋產(chǎn)生器氣流無顯著損耗地轉(zhuǎn)移到該管段中。通過附加混合區(qū)段可使混合程度進(jìn)一步提高及由此減少有害材料排放。
WO 93/17279給出另一公知的預(yù)混合燃燒器，其中在一個圓柱形的渦旋產(chǎn)生器裝有一個錐形內(nèi)體。在該燃燒器上預(yù)混合燃?xì)庖餐ㄟ^具有相應(yīng)出孔的供給部分噴射到渦旋空間中，這些出孔沿軸向延伸的空氣進(jìn)入槽布置。該燃燒器在錐形內(nèi)體中具有一個附加燃料氣體供給部分，為了控制該燃料氣體可在燃燒器出口附近被噴入渦旋空間中。該附加控制級用于燃燒器的起動及工作區(qū)域的擴(kuò)展。
由EP 1 070 915 A1公知了一種預(yù)混合燃燒器，其中燃料氣體供給與渦旋產(chǎn)生器在機(jī)械上去耦合。由此在不使用或僅使用很少預(yù)熱可燃?xì)怏w的情況下可避免由于熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。這里渦旋產(chǎn)生器設(shè)有一行孔，與渦旋產(chǎn)生器機(jī)械上去耦合的用于燃?xì)忸A(yù)混合工作的燃料導(dǎo)管通過這些孔伸入到渦旋產(chǎn)生器的內(nèi)部，及在那里將氣態(tài)燃料供給到燃燒用空氣的渦旋流中。
這些現(xiàn)有技術(shù)的公知預(yù)混合燃燒器涉及所謂渦旋穩(wěn)定化的預(yù)混合燃燒器，其中燃料質(zhì)量流在燃燒前盡可能均勻地分布在燃燒用空氣質(zhì)量流中。在該燃燒器類型中，燃燒用空氣通過切向空氣進(jìn)入槽流入渦旋產(chǎn)生器中。燃料、尤其是天然氣典型地沿著空氣進(jìn)入槽噴入。
在燃?xì)廨啓C(jī)中除天然氣及液態(tài)燃料、通常為柴油或#2油外，最近也使用合成地制造的氣體、即所謂Mbtu氣體及Lbtu氣體。這些合成氣體由煤或油的殘余物的氣化來制造。它們的特征是，它們的大部分由H2及CO組成。其中還具有小部分的惰性成分，如N2或CO2。
在合成氣體燃燒時，由于高的回火危險將不能保持現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器上對天然氣有效的噴射。
因此得到與使用天然氣不同的下列特點及對用合成氣體工作的燃燒器的要求。根據(jù)本身由現(xiàn)有技術(shù)公知的合成氣體稀釋度，合成氣體需要比相當(dāng)?shù)奶烊粴馊紵骷s高4倍的燃料體積流，-在未稀釋的合成氣體情況下達(dá)到7倍甚至更高，由此在燃燒器相同的燃?xì)獬隹椎那闆r下得到明顯不同的脈動狀態(tài)。由于在合成氣體中氫的組分大及與此相關(guān)的氫的低點火溫度及高火焰速度形成燃料的高反應(yīng)傾向，由此必需考察尤其是回火特性及在燃燒器附近可點火的燃料-空氣混合物的停留時間。此外，必需保證在足夠高的熱值范圍上合成氣體的穩(wěn)定及可靠的燃燒，該熱值范圍將視氣化的過程質(zhì)量及組成合成氣體的原始產(chǎn)物、如油殘余物而定。為了在這些條件下在燃燒時仍可達(dá)到預(yù)混合及由此典型的低排放，在燃燒前該合成氣體通常用惰性N2或水蒸氣稀釋。這還改善了燃燒穩(wěn)定性及尤其減小了由于高H2組分而固有的回火危險。因此燃燒器必需能使不同組成的合成氣體，尤其是不同稀釋的合成氣體可靠及穩(wěn)定地燃燒。
此外有利的是，除了由燃燒器燃燒合成氣體外還能可靠地燃燒一種備用燃料、即所謂的Backup-燃料。該要求在高復(fù)雜、組合的氣體合成化及氣流產(chǎn)生(IGCC-，IntegratedGasificationCombinedCycle-)裝置上是出于高支配性的要求。在這種情況下該燃燒器應(yīng)在由合成氣體及備用燃料如柴油混合工作時也能安全及可靠地工作，其中對于燃燒器工作，單一燃燒器在混合工作時可使用燃料-混合物范圍需最大化。當(dāng)然對于指定的及所使用燃料應(yīng)保證小的排放(NOx≤25vppm，CO≤5vppm)。
由EP 0610 722 A1公知一種雙錐燃燒器，其中在燃燒器的燃燒室側(cè)端部上圍繞燃燒器軸線分布地在渦旋產(chǎn)生器上設(shè)有一組用于合成氣體的燃料出孔。這些出孔通過特定燃料導(dǎo)管供給燃料及可實現(xiàn)燃燒器用非稀釋的合成氣體工作。
由該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于給出一種燃燒器，它不但對于非稀釋的而且對于稀釋的合成氣體均可保證可靠及穩(wěn)定的燃燒及具有高的壽命。該燃燒器尤其可滿足前面所述的要求，及在其優(yōu)選構(gòu)型中可實現(xiàn)用多種燃料類型工作，也可進(jìn)行混合工作。

發(fā)明內(nèi)容
該任務(wù)將通過根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器來解決。該燃燒器的有利構(gòu)型為從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明的燃燒器以公知方式由一個用于燃燒用空氣流的渦旋產(chǎn)生器及一些將燃料注入燃燒用空氣流的裝置組成。渦旋產(chǎn)生器具有用于最好切向地進(jìn)入燃燒器的燃燒用空氣流的燃燒用空氣入口。將燃料注入燃燒用空氣流的裝置包括一個或多個帶有一組第一燃料出孔的第一燃料供給部分，這些燃料出孔在燃燒器的燃燒室側(cè)端部、即在燃燒器出口上圍繞燃燒器軸線分布地布置。該燃燒器的特征在于一個或多個帶有一組第一燃料出孔的第一燃料供給部分在機(jī)械上與渦旋產(chǎn)生器去耦合。
在本發(fā)明的該燃燒器上渦旋產(chǎn)生器的幾何結(jié)構(gòu)及需要時存在的渦旋空間的幾何結(jié)構(gòu)能以不同的方式被選擇及尤其是可具有現(xiàn)有技術(shù)公知的幾何結(jié)構(gòu)。通過僅在燃燒器或渦旋空間的燃燒室側(cè)端部圍繞燃燒器軸線分布第一燃料出孔，能可靠地避免合成氣體的回火。并仍可保證與從燃燒器出來燃燒用空氣的混合。具有高氫組分(45％體積百分比)的合成氣體可非稀釋地燃燒(Hu＝14000KJ/kg)。因此該燃燒器對于無論非稀釋的還是稀釋的合成氣體均可實現(xiàn)可靠及穩(wěn)定的燃燒。這就在IGCC過程中使用裝有根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)時保證了高度的靈活性。通過第一燃料供給部分的橫截面適配的相應(yīng)構(gòu)型，能可靠地將高體積流-與在公知的現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器上天然氣的供給相比可達(dá)7倍-導(dǎo)入燃燒器出口上的噴射位置。
在該燃燒器上，一個或多個第一燃料供給部分與所屬的第一燃料出孔在機(jī)械及熱方面與渦旋產(chǎn)生器去耦合或與構(gòu)成渦旋產(chǎn)生器的及在工作中明顯變熱的燃燒器殼去耦合。由此在相對冷的第一燃料供給部分-以下也稱為燃?xì)馔ǖ?與熱的燃燒器殼之間的熱應(yīng)力可以免除或至少明顯下降。因此在本發(fā)明的一個實施形式中，如在實施例中所詳細(xì)描述的，在燃燒器殼中用于合成氣體的噴射區(qū)域被完全切去。第一燃?xì)馔ǖ缹⒅苯拥劐^定在燃燒器殼的該切口中。由此使燃?xì)馔ǖ琅c燃燒器殼彼此在熱及機(jī)械上去耦合及解決了在冷燃?xì)馔ǖ琅c熱燃燒器殼連接位置上的設(shè)計問題。在先的結(jié)構(gòu)如EP 0610722 A1中的結(jié)構(gòu)在相對冷的燃?xì)馔ǖ琅c熱燃燒器殼連接位置上有問題，例如在這些連接位置上高應(yīng)力集中引起的裂縫。通過去耦合的方案及所提供設(shè)計可達(dá)到燃燒器所需的壽命。
各個燃料噴管與燃燒器殼的去耦合已由EP 1070 915公知。但在本發(fā)明的燃燒器上是第一次在圓周上均勻燃?xì)鈬娙氲那闆r下實現(xiàn)與整個燃?xì)馔ǖ赖臋C(jī)械去耦合。與由EP 1 070 950公知的燃?xì)鈬娚湎啾龋鶕?jù)本發(fā)明的圓周上均勻的燃?xì)鈬娚渫ㄟ^燃料在燃燒用空氣中基本均勻的分布顯得突出，及由此，尤其在使用Lbtu及Mbtu燃料時，通過優(yōu)異的排放特性及同時良好的火焰質(zhì)量而顯得突出。不再需要燃?xì)馔ǖ老鄬崛紵鳉さ母叱杀镜膶ｉT熱隔離，例如通過公知的燃?xì)馔ǖ啦迦胛铩?br> 最好燃燒器除了所述一個或多個第一燃料供給部分外，還具有設(shè)在在渦旋體上的一個或多個具有一組基本沿燃燒器軸線的方向布置的第二燃料出孔的第二燃料供給部分。變換地或組合地，也可設(shè)置一個布置在燃燒器軸線上的燃料噴管，該噴管在軸向上伸入在渦旋空間中。這些附加的燃料供給部分的結(jié)構(gòu)及構(gòu)型例如可基于根據(jù)EP321 809公知的預(yù)混合燃燒器技術(shù)或其它的結(jié)構(gòu)類型，如由EP 780 629或WO 93/17279所公知的結(jié)構(gòu)。這種燃燒器幾何結(jié)構(gòu)可借助用于合成氣體燃燒、尤其是用于Mbtu及Lbtu燃料燃燒的本發(fā)明特征來構(gòu)成。
通過具有一個或多個其它燃料供給部分的該燃燒器的優(yōu)選實施例將可得到一個多功能的燃燒器，它能可靠及穩(wěn)定地燃燒不同的燃料。該燃燒器尤其可保證Mbtu合成氣體在熱值(低熱值Hu或LowerHeating ValueLHV)為3500-18000KJ/kg，尤其為6000至15000KJ/kg，最好為6500至14500KJ/kg或7000至14000KJ/kg上穩(wěn)定及可靠的燃燒。除了非稀釋及稀釋的合成氣體的可靠及穩(wěn)定的燃燒外，液體燃料或柴油也可被用作備用燃料。在此情況下，所使用的燃料在熱值上可明顯有區(qū)別，例如對于柴油具有的熱值為Hu＝42000KJ/kg及合成氣體具有的熱值為3500-18000KJ/kg，尤其為6000至15000KJ/kg，最好為6500至14500KJ/kg或7000至14000KJ/kg。
并且也可使用天然氣作為附加燃料。在此，天然氣的噴射可選擇在燃燒器頭中通過燃燒器噴管和/或通過第二燃料供給部分來實現(xiàn)，這些第二燃料供給部分通常通過沿渦旋產(chǎn)生器或渦旋體上的空氣進(jìn)入槽設(shè)置的燃?xì)馔ǖ纴順?gòu)成，這對于專業(yè)人員是熟悉的，例如由EP 321 809公知。以此方式，該燃燒器可用三種不同的燃料工作。
合成氣體即Lbtu/Mbtu燃料的噴入是通過在燃燒器出口上的第一出孔徑向地進(jìn)行的。這些出孔是小的排出通道，它們的通道軸線確定了軸向噴射角α。這些出孔或通道的直徑D及噴射角α為專門的參數(shù)，它們可由專業(yè)人員根據(jù)邊界條件、例如具體的燃?xì)饨M成、排放等合乎目的地選擇。在此，噴射角度可這樣地選擇，以致所有出孔的通道軸線在燃燒器或渦旋空間的下游與燃燒器軸線相交在一個點上。為了使所使用的合成氣體達(dá)到對所需的排放最佳的適配，噴射角度可這樣地選擇，即出孔的分組中的這些通道軸線相交在不同點上。以此方式，在燃燒器出口上可得到噴射燃料的任意分布。在此情況下，噴射角度可相對燃燒器半徑變化。
用于合成氣體燃燒的燃料供給部分在設(shè)計上可適配到直至7倍大的燃料體積流及尤其可提供必要的通流橫截面。這里它與天然氣的供給部分相比具有多倍大的橫截面。
當(dāng)使用油作為燃料時，將保持由現(xiàn)有技術(shù)公知的通過燃料噴管噴射油或油-水乳濁液的方案。通過不同的邊界條件，如燃?xì)廨啓C(jī)接入IGCC處理或應(yīng)保持的固定燃燒器分組，燃燒合成氣體的燃?xì)廨啓C(jī)必需保證點火燃料與合成氣體的混合運行。這里所述的燃燒器也可穩(wěn)定及可靠地工作在不同混合比例的柴油及合成氣體的混合運行中。它可在長時間上在混合運行中可靠地工作。因此，獲得了燃?xì)廨啓C(jī)更大的靈活性及在工作中可從一種燃料向另一種燃料轉(zhuǎn)換。該可能的混合運行是一個重要的運行技術(shù)優(yōu)點。


以下將借助實施例并結(jié)合附圖來扼要地描述本發(fā)明，而對本發(fā)明的總體構(gòu)思并非作出限制。附圖為圖1是一個如由現(xiàn)有技術(shù)所公知的、預(yù)混合燃燒器的極其概要的視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的燃燒器的燃燒室側(cè)區(qū)域的截面圖；圖3是根據(jù)圖2的實施例構(gòu)成的一個燃燒器的三維剖視圖；圖4是根據(jù)圖2及的燃燒室的組裝例；圖5是根據(jù)本發(fā)明的燃燒器上用于合成氣體的多個不同噴射幾何結(jié)構(gòu)的極其概要的俯視圖；圖6具有錐形內(nèi)體的燃燒器的一個構(gòu)型例；及圖7燃燒器其它可能構(gòu)型的例子。
具體實施例方式
圖1極其概要地表示出一個預(yù)混合燃燒器，例如由EP 321 809 A1所公知的。該燃燒器由一個燃燒器頭10及一個與其連接的渦旋產(chǎn)生器1組成，后者構(gòu)成一個渦旋空間11。在這種燃燒器上該錐形渦旋產(chǎn)生器1由多個燃燒器殼組成，在這些殼之間構(gòu)成用于燃燒用空氣9的切向進(jìn)入槽。進(jìn)入的燃燒用空氣9在圖中用長箭頭表示。此外沿切向進(jìn)入槽可設(shè)置燃?xì)夤┙o部分24，用于將燃料，尤其是天然氣26通過切向空氣進(jìn)入槽供給到渦旋空間11。該燃料或天然氣在圖中用短箭頭表示。從燃燒器頭10伸出一個燃燒器噴管14，它一直延伸到渦旋空間11中，在其端部設(shè)有一個噴嘴16，用于噴射液態(tài)燃料13，例如油和/或水12。通過燃燒器噴管14尤其將進(jìn)行燃燒器點火。通過渦旋產(chǎn)生器1上切向空氣進(jìn)入槽進(jìn)入的燃燒用空氣9在渦旋空間11中與噴入的燃料相混合。由此產(chǎn)生的封閉渦旋流-基于在向燃燒室過渡時的橫截面跳變增大引起的渦旋空間11的端部上增長的渦旋-是不穩(wěn)定的及過渡到在核心具有回流的環(huán)形渦旋流。該區(qū)域構(gòu)成燃燒室中反應(yīng)區(qū)域17的開始部分。
但由于合成燃料的逆火危險性高，這種燃燒器用合成氣體工作是不可能的。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中用于合成氣體工作的燃燒器的燃燒室側(cè)區(qū)域的截面圖。Lbtu/Mbtu燃料的噴射是通過在直徑D及噴射角α方面合乎目的地選擇的燃?xì)饪?8徑向地在燃燒器出口處、即渦旋空間11的端部上進(jìn)行的。通過在燃燒器出口處徑向地噴入，多氫的合成氣體在未稀釋的情況下燃燒也是可能的。徑向燃?xì)鈬娚淇椎闹睆紻及噴射角α為特定的參數(shù)，它們可視邊界條件(具體燃?xì)獬煞?，排放物，?而定由技術(shù)人員合乎要求地選擇。
這里該圖表示渦旋體1的、包圍渦旋空間11的燃燒器殼。在該渦旋體的外面設(shè)有一個燃?xì)夤┙o部件2，它在徑向上包圍著渦旋體1并構(gòu)成用于輸入合成氣體的所述一個或多個第一燃料供給通道19。在該燃?xì)夤┙o部件2的燃燒室側(cè)端部上構(gòu)成用于合成氣體的出孔18。這些出孔18構(gòu)成輸出通道，它們形成了合成氣體的噴射裝置。這些通道或孔的噴射角α及直徑D將視要求而定可由專業(yè)人員適當(dāng)選擇。在該例中出孔18被設(shè)置在圍繞燃燒器軸線25的一個行中，由此達(dá)到合成氣體在圓周上均勻的噴射。
用于噴射合成氣體的相對冷的燃料輸入通道19與原則上明顯熱的渦旋產(chǎn)生器1的燃燒器殼在熱及機(jī)械上彼此去耦合。由此使熱應(yīng)力明顯降低。在該例中燃?xì)夤┙o部件2與渦旋產(chǎn)生器1之間的連接是通過設(shè)在這兩個部件上的接片3或4實現(xiàn)的，它們形成彼此的連接。以此方式達(dá)到最小的熱應(yīng)力。在該圖中還示出的空氣流8傾向于穩(wěn)定火焰及在排出前在燃燒器前部產(chǎn)生渦旋冷卻效應(yīng)。在該圖中還可看到渦旋產(chǎn)生器1的孔或環(huán)形縫隙7，這些縫隙對于在燃?xì)夤┙o部件2的出孔18與渦旋空間11之間實現(xiàn)連接是必需的。
圖3再次用三維剖視圖表示根據(jù)圖2構(gòu)成的燃燒器。在該圖中還可看出由多個燃燒器殼構(gòu)成的渦旋產(chǎn)生器1及包圍它們的燃?xì)夤┙o部件2。該燃?xì)夤┙o部件2可構(gòu)成作為燃料供給通道19的一個環(huán)形供給槽或被劃分為分開的燃料供給通道19。當(dāng)然，也可以用各個導(dǎo)管作為燃料供給通道19一直通到出孔18。
用于合成氣體的燃料供給通道19在設(shè)計上可適配直到7倍大的燃料體積流，及尤其是提供所需的通流橫截面，如由圖3中所看到的。
在該例中，在燃燒器殼中用于燃料即合成氣體的噴射區(qū)域完全被切去。在此情況下，燃?xì)夤┙o部件2直接地錨定在渦旋產(chǎn)生器1的燃燒器殼的該切口中。由此解決了在冷燃?xì)夤┙o部件2與熱燃燒器殼連接部位上的應(yīng)力問題。借助該例中所示的去耦合方案可達(dá)到燃燒器所需的壽命。
在該圖中合成氣體的噴射部分用標(biāo)號20指示。當(dāng)然，在這種燃燒器上也可沿渦旋產(chǎn)生器1設(shè)置附加的燃?xì)鈬娚渫ǖ?4，以類似于如圖1的實施例中可看到的方式，通過這些通道可在合成氣體噴射位置的上游將例如天然氣26導(dǎo)入渦旋空間11中。油或油-水乳濁液的噴射被概要地表示在渦旋空間11的燃燒頭側(cè)的端部上，燃燒用空氣9通過切向進(jìn)入槽的流入也是這樣。
圖4示范地表示根據(jù)圖2及3的由兩個組成部分、即燃?xì)夤┙o部件2及渦旋產(chǎn)生器1組成的一個燃燒器的組裝。
具有組合的一個或多個用于合成氣體的燃料供給通道19及在燃燒室側(cè)圍繞燃燒器軸線25分布地設(shè)置的出孔18的燃?xì)夤┙o部件2最好與渦旋產(chǎn)生器1作為一個鑄件來制造并接著被分開。組裝將這樣進(jìn)行將渦旋產(chǎn)生器1軸向地插入燃?xì)夤┙o部件2中，以使得燃?xì)夤┙o部件2的出孔18位于渦旋產(chǎn)生器1的相應(yīng)開口7中。在燃燒器頭區(qū)域中渦旋產(chǎn)生器1的一個部件6被保持在燃?xì)夤┙o部件2的一個反方部件的滑動座中，以致可自由補(bǔ)償在燃燒器頭區(qū)域中渦旋產(chǎn)生器1與燃?xì)夤┙o部件2之間的熱膨脹差別。在燃燒器前面的區(qū)域中，燃?xì)夤┙o部件2的連接片3與渦旋產(chǎn)生器1的連接片4以適當(dāng)?shù)姆绞奖舜讼噙B接、例如焊接，及構(gòu)成渦旋產(chǎn)生器1在燃?xì)夤┙o部件2中的唯一的固定支承。燃?xì)夤┙o部件2的出孔區(qū)域可自由地移動到渦旋產(chǎn)生器1的開口7中。由一個鑄件制造兩個部件可實現(xiàn)小的制造公差，由此可使在圖2中所示的渦旋產(chǎn)生器1與燃?xì)夤┙o部件2之間的環(huán)形縫隙尺度S減至最小。在相對渦旋產(chǎn)生器1的開口7的燃?xì)獬隹?8的區(qū)域中具有小縫隙尺度S的相應(yīng)高配合精度使通過該縫隙出來非渦旋燃燒用空氣減至最小，該非渦旋燃燒用空氣對燃燒穩(wěn)定性具有潛在的副作用。
圖5表示在用于合成氣體的渦旋空間11的端部上第一出孔18的不同選擇的噴射裝置的各個實施例。圖5a用極其簡化的示圖表示燃燒器出口的一個俯視圖及各個出孔18的合成氣體噴射的噴射軸線20，這些噴射軸線相交在燃燒器軸線上的一個交點21上。
圖5b以相同的視圖表示另一實施例，其中不同出孔18組的合成氣體噴射的出口軸線20相交在不同的交點21上，這些交點分布在燃燒器的出口的橫截面上。容易理解，這些交點21的分布可任意地選擇，以便使噴射適應(yīng)相應(yīng)的條件。這一方面涉及交點21的位置及另一方面當(dāng)然涉及到它們的數(shù)目。
類似地，也可以將這些交點21選擇在到燃燒器出口平面的不同距離處，或相同的距離上，如在圖5c及5d中概要表示的。
圖6表示一個渦旋產(chǎn)生器1的例子，它具有一個純圓柱形的渦旋體23，其中放置了一個錐形的內(nèi)體22。在此情況下，控制燃料的供給可直接發(fā)生在直到錐形內(nèi)體22的頂部。這里在渦旋空間11的燃燒室側(cè)端部圍繞燃燒器軸線25分布地設(shè)有用于合成氣體的出孔18。在該圖中未示出燃料供給通道19。這里也可對未示出切向空氣進(jìn)入槽附加地設(shè)置用于天然氣的其它燃?xì)獬隹撞▽Υ怂璧膶?dǎo)管24。此外在該例中，如在上述實施例中那樣，在渦旋產(chǎn)生器1上連接一個用于產(chǎn)生附加混合區(qū)段的混合管，如由現(xiàn)有技術(shù)所公知的。
最后圖7表示一個燃燒器的例子，其中渦旋產(chǎn)生器1被構(gòu)造成渦旋柵，通過它進(jìn)入的空氣被置成渦旋。通過引導(dǎo)到渦旋產(chǎn)生器1的區(qū)域中出孔的導(dǎo)管24可將用于預(yù)混合加載的附加燃料注入到燃燒用空氣9中?？刂迫剂?5的供給是通過延伸在內(nèi)容積11的中心上的噴嘴16來實現(xiàn)的。并且在該燃燒器中，用于合成氣體的出孔18圍繞燃燒器軸線25分布地設(shè)置在內(nèi)容積11的燃燒室側(cè)的端部上，及通過燃料供給通道19加載合成氣體。
盡管本發(fā)明主要針對由EP 321 809公知的結(jié)構(gòu)類型的雙錐式燃燒器進(jìn)行描述，專業(yè)人員可毫無困難地看出本發(fā)明也可用于其它的燃燒器結(jié)構(gòu)類型及渦旋產(chǎn)生器的幾何結(jié)構(gòu)，例如由EP 780 629或WO93/17279所公知的。當(dāng)然，該燃燒器幾何結(jié)構(gòu)的變型是可能的，只要能保證渦旋產(chǎn)生器的目的是產(chǎn)生渦旋的燃燒用空氣流。
權(quán)利要求
1.燃燒器，它基本由一個用于燃燒用空氣流的渦旋產(chǎn)生器(1)及將燃料注入燃燒用空氣流的裝置組成，其中渦旋產(chǎn)生器(1)具有用于進(jìn)入燃燒器的燃燒用空氣流的一個或多個燃燒用空氣入口，并且將燃料注入燃燒用空氣流的裝置包括一個或多個帶有一組第一燃料出孔(18)的第一燃料供給部分(19)，這些燃料出孔在燃燒器的燃燒室側(cè)端部上圍繞燃燒器軸線(25)分布地布置，其特征在于所述一個或多個帶有一組第一燃料出孔(18)的第一燃料供給部分(19)在機(jī)械上與渦旋產(chǎn)生器(1)去耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器，其特征在于第一燃料出孔(18)組圍繞燃燒器軸線(25)分布地布置在一行中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于由這些第一燃料出孔(18)構(gòu)成的輸出通道以這樣的角度布置，以致該通道軸線在燃燒器的下游與燃燒器軸線(25)相交在一個點(21)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于由這些第一燃料出孔(18)構(gòu)成的輸出通道相對燃燒器軸線(25)以這樣的角度布置，即第一出孔(18)的不同分組中的這些通道軸線在燃燒器的下游相交在不同點(21)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項的燃燒器，其特征在于渦旋產(chǎn)生器(1)及所述一個或多個帶有第一燃料出孔(18)組的第一燃料供給部分(19)整體地作為一個部件制造，最好被鑄造，及在制造后再分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃燒器，其特征在于所述一個或多個帶有第一燃料出孔(18)組的第一燃料供給部分(19)構(gòu)成第一部件(2)，該第一部件套在渦旋產(chǎn)生器(1)上，其中渦旋產(chǎn)生器(1)在燃燒室側(cè)的端部上具有開口(7)，用于第一燃料出孔(18)通到燃燒器的一個內(nèi)容積(11)的通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的燃燒器，其特征在于第一部件(2)通過連接片(3，4)與渦旋產(chǎn)生器(1)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項的燃燒器，其特征在于第一燃料供給部分(19)被構(gòu)造成圍繞渦旋產(chǎn)生器(1)的環(huán)形槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項的燃燒器，其特征在于一個燃料噴管(14)設(shè)置在燃燒器軸線(25)上，該噴管伸入在燃燒器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中一項的燃燒器，其特征在于在渦旋產(chǎn)生器(1)上設(shè)有一個或多個具有一組基本沿燃燒器軸線(25)的一個方向布置的第二燃料出孔的第二燃料供給部分(24)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的燃燒器，其特征在于所述一個或多個第一燃料供給部分(19)被構(gòu)造成具有一個橫截面，該橫截面可實現(xiàn)比所述一個或多個第二燃料供給部分(24)高多倍的體積流。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的燃燒器，其特征在于在燃燒器的一個內(nèi)容積(11)中設(shè)有一個內(nèi)體(22)，其中至少一個第二燃料供給部分(24)的第二燃料出孔基本沿燃燒器軸線(25)的一個方向分布地設(shè)在內(nèi)體(22)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中一項的燃燒器，其特征在于設(shè)有多個用于獨立控制預(yù)混合燃料供給到所述一個或多個第一燃料供給部分(19)及供給到所述一個或多個第二燃料供給部分(24)的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至9中一項的燃燒器，其特征在于渦旋產(chǎn)生器(1)被構(gòu)造成渦旋柵。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中一項的燃燒器，其特征在于燃燒用空氣入口(4)是基本延伸在燃燒器軸線(3)方向上的切向進(jìn)入槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的燃燒器，其特征在于沿每個進(jìn)入槽設(shè)有具有一組第二燃料出孔的第二燃料供給部分(24)。
17.運行根據(jù)權(quán)利要求10的燃燒器的方法，其特征在于通過第一燃料供給部分(19)供給合成氣體及通過第二燃料供給部分(24)供給天然氣(26)。
18.運行根據(jù)權(quán)利要求9的燃燒器的方法，其特征在于通過第一燃料供給部分(19)供給合成氣體及通過燃料噴管(14)供給液體燃料，必要時為燃料-水乳濁液(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒器，它基本由一個用于燃燒用空氣流的渦旋產(chǎn)生器(1)及將燃料注入燃燒用空氣流(9)的裝置組成，其中渦旋產(chǎn)生器(1)具有用于進(jìn)入燃燒器的燃燒用空氣流(9)的一個或多個燃燒用空氣入口，并且將燃料注入燃燒用空氣流的裝置包括一個或多個帶有一組第一燃料出孔(18)的第一燃料供給部分(19)，這些燃料出孔在燃燒器的燃燒室端部上圍繞燃燒器軸線(25)分布地布置。該燃燒器的特征在于所述一個或多個帶有一組第一燃料出孔(18)的燃料供給部分(19)在機(jī)械上與渦旋產(chǎn)生器(1)去耦合。借助本發(fā)明的燃燒器能可靠及安全地使用無論稀釋還是非稀釋形式的合成氣體作為燃料使用。
文檔編號F23D17/00GK1571905SQ02820767
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月19日
發(fā)明者蒂莫西·格里芬, 阿爾貝特·凱勒, 約阿希姆·克勞齊格, 羅蘭·米克, 芙蘭克·賴斯 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司