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燃气轮机燃烧器

阅读：240发布：2021-03-02

IPRDB可以提供燃气轮机燃烧器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明旨在通过对于双燃料燃烧低NOx燃烧器中的引导喷嘴采用鼓风的方法来抑制诸如在燃气轮机的轻负载操作的过程中烟尘的产生。本发明的燃气轮机燃烧器是设有双燃料燃烧低NOx燃烧器的燃气轮机中的燃烧器，该双燃料燃烧低NOx燃烧器具有能同时或者选择性地喷射气体燃料和液体燃料的引导喷嘴和围绕该引导喷嘴设置的、能同时或者选择性地喷射气体燃料和液体燃料的多个主喷嘴，其中引导喷嘴具有用于喷射气体燃料的气体喷嘴部和用于喷射液体燃料的液体喷嘴部，对液体喷嘴部采用鼓风方法，使用燃烧空气作为鼓风的空气，并将燃烧空气投到形成在液体喷嘴部中的液体薄膜上，以通过使用速度差来雾化液体燃料。，下面是燃气轮机燃烧器专利的具体信息内容。

1、一种设置有双燃料燃烧低NOx燃烧器的燃气轮机中的燃气轮机燃 烧器，所述双燃料燃烧低NOx燃烧器具有能同时或者选择性地喷射气体 燃料和液体燃料的引导喷嘴，和围绕引导喷嘴设置的、并能同时或者选择 性地喷射气体燃料和液体燃料的多个主喷嘴，其中所述引导喷嘴具有用于喷射气体燃料的气体喷嘴部和用于喷射 液体燃料的液体喷嘴部，对液体喷嘴部采用鼓风方法，使用燃烧空气作为 鼓风的空气，并将燃烧空气投到形成在所述液体喷嘴部中的液体薄膜上， 以利用燃烧空气和液体薄膜间的速度差来雾化液体燃料；

其中为了以环形液体薄膜状态喷射液体燃料，所述液体喷嘴部以环形 形状形成，并且进一步具有：第一鼓风喷嘴部，用于沿以环形液体薄膜状 态喷射的液体燃料薄膜的内表面产生鼓风；和第二鼓风喷嘴部，用于沿液 体燃料薄膜外表面产生鼓风；

其中第二鼓风喷嘴部形成为环形形状，用于以环形形式产生鼓风；

其中至少将燃烧空气供给至第一鼓风喷嘴部的空气通道在引导喷嘴 的周向上分支为多个部分，用于将气体燃料供给至气体喷嘴部的气体通道 和用于将液体燃料供给至液体喷嘴部的液体通道中的每一个都在引导喷 嘴的周向上分支为多个部分，并且所述空气通道的多个部分与所述气体通 道的多个部分和/或所述液体通道的多个部分交替地设置在引导喷嘴的周 向上。

2、根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其中为了在第一鼓风喷 嘴部中产生漩涡，空气通道相对引导喷嘴的径向成角度设置。

3、根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其中第二鼓风喷嘴部具 有设置在其内部的涡旋式喷嘴。

4、根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其中第一鼓风喷嘴部设 置在引导喷嘴的中央上，并且涡轮机机壳内的燃烧空气通过穿透引导喷嘴 的中央部分的空气通道经由外部管道供给至第一鼓风喷嘴部。

5、根据权利要求4所述的燃气轮机燃烧器，其中第一鼓风喷嘴部具有 设置在其内部的涡旋式喷嘴。

说明书全文

技术领域

本发明涉及燃气轮机的一种双燃料燃烧低NOx燃烧器。

背景技术

近年来，已经对燃气轮机的燃烧器等进行了各种改进，以降低NOx 并且提高了燃气轮机的温度(提高了涡轮机入口的温度)，从而获得了很 高的效率。
如图4所示，例如，一种已通过设置在燃烧器内管101上的引导喷嘴 102和多个围绕引导喷嘴102所设置的主喷嘴103喷射的燃料F和从压缩 机104释放并引入到燃烧器内管101上游侧的加压空气PA在燃气轮机的 燃烧器100内混合。然后，混合物在燃烧器内管101的下游侧或燃烧器大 小头接管(transition pipe)105的上游侧的燃烧区域中燃烧，并作为高温、 高压燃烧气体CG被引入到装备有固定叶片106和移动叶片107的涡轮机 中。在所述涡轮机中，燃烧气体CG膨胀，以用作驱动力，所述驱动力驱 动压缩机104并且将剩余的驱动力输出到外面。
需要根据燃气轮机的操作状态对引入到燃烧器内管101中的加压空 气PA与燃料F的比例(即燃料空气比)进行控制以获得最佳值(即燃料 加料量)。为此，并不是所有的加压空气PA都被引入燃烧器100的燃烧部， 而是部分加压空气PA被旁路并从涡轮机机壳108流入燃烧器大小头接管 105中。为此目的设置了旁路阀门109，并允许部分加压空气PA从设置在 涡轮机机壳108中的旁路管110的开口部分流入并供给到燃烧器大小头接 管105中。
在这种燃烧器100中，燃烧器内管101的上游侧被分配作为第一级燃 烧区域，而燃烧器内管101的下游侧被分配为第二级燃烧区域。相对较小 量的燃料通过引导喷嘴102喷射到第一级燃烧区域中，以产生高温燃烧气 体。以此燃烧气体作为火焰(触发)，大量的稀预混燃料混合物通过主喷 嘴103喷射到第二级燃烧区域中，由此防止产生局部高温燃烧气体，并且 将NOx保持在最小值(例如参见日本专利申请特开No.2000-130756)。
作为上述提及的燃烧器100，公知一种所谓的双燃料燃烧低NOx燃烧 器，其具有能够同时或者选择性喷射气体燃料和液体燃料的引导喷嘴102， 以及围绕引导喷嘴102设置并能够同时或者选择性喷射气体燃料和液体燃 料的多个主喷嘴103。
为了说明，例如以引导喷嘴102为例，例如如图5所示。引导喷嘴 102具有位于喷嘴体111中央、用于喷洒液体燃料的压力喷洒型的液体喷 嘴部112，以及环绕在液体喷嘴部112周围、用于向外倾斜地喷射气体燃 料的多个气体喷嘴部113。
在这种双燃料燃烧低NOx的燃烧器中，引导喷嘴102使得可以使用 多种燃料，并且能够组合使用不同的燃料，因此实现了具有卓越燃烧稳定 性的扩散燃烧，而主喷嘴103能够使用很多燃料，因此可以减小用于扩散 燃烧的引导燃料量并实现含有最低NOx浓度的预混燃烧(例如，参见日 本专利特开No.1997-264536)。
然而，在上述的双燃料燃烧低N0x燃烧器中，为了在引导喷嘴102中喷 射液体燃料，使用一个压力喷洒型喷嘴作为液体喷嘴部112。这就会引起 问题，如果为了保证燃烧稳定性，执行高引导比例(从引导喷嘴102喷射 的液体燃料量相对从主喷嘴103喷射的液体燃料量的高比例)的操作，例 如在燃气轮机轻负载操作期间，会产生烟尘(黑烟)，造成污染。

发明内容

本发明的目的是通过对双燃料燃烧低NOx燃烧器中的引导喷嘴采用 鼓风(air blast)方法，来抑制诸如在燃气轮机的轻负载操作期间产生烟尘。
为了实现上述目的，本发明的燃气轮机燃烧器是在装有双燃料燃烧低 NOx燃烧器的燃气轮机中的燃气轮机燃烧器，该双燃料燃烧低NOx燃烧 器具有能同时或者选择性地喷射气体燃料和液体燃料的引导喷嘴和围绕 引导喷嘴设置、并能同时或者选择性地喷射气体燃料和液体燃料的多个主 喷嘴，
其中引导喷嘴具有用于喷射气体燃料的气体喷嘴部和用于喷射液体 燃料的液体喷嘴部，对液体喷嘴部采用鼓风方法，使用燃烧空气作为鼓风 的空气，并将燃烧空气投到形成在液体喷嘴部中的液体薄膜上，以通过利 用燃烧空气和液体薄膜间的速度差来雾化液体燃料；
其中为了以环形液体薄膜状态喷射液体燃料，所述液体喷嘴部以环形 形状形成，并且进一步具有：第一鼓风喷嘴部，用于沿以环形液体薄膜状 态喷射的液体燃料薄膜的内表面产生鼓风；和第二鼓风喷嘴部，用于沿液 体燃料薄膜外表面产生鼓风；
其中第二鼓风喷嘴部形成为环形形状，用于以环形形式产生鼓风；
其中至少将燃烧空气供给至第一鼓风喷嘴部的空气通道在引导喷嘴 的周向上分支为多个部分，用于将气体燃料供给至气体喷嘴部的气体通道 和用于将液体燃料供给至液体喷嘴部的液体通道中的每一个都类似地在 引导喷嘴的周向上分支为多个部分，并且所述空气通道的多个部分与所述 气体通道的多个部分和/或所述液体通道的多个部分交替地设置在引导喷 嘴的周向上。
燃气轮机燃烧器的特征还在于，为了在第一鼓风喷嘴部中产生漩涡， 空气通道相对引导喷嘴的径向成角度设置。
燃气轮机燃烧器的特征还在于，第二鼓风喷嘴部分具有设置在其内部 的涡旋式喷嘴(swirler)。
燃气轮机燃烧器的特征还在于，第一鼓风喷嘴部设置在引导喷嘴的中 央上，并且将涡轮机机壳内的燃烧空气通过穿透引导喷嘴中央部分的空气 通道而经过外部管道供给到第一鼓风喷嘴部。
燃气轮机燃烧器的特征还在于，第一鼓风喷嘴部具有设置在其内部的 涡旋式喷嘴。

附图说明

图1是示出了本发明的实施例1的引导喷嘴主要部分的剖面图。
图2是示出了本发明的实施例2的引导喷嘴主要部分的剖面图。
图3是示出了本发明的实施例3的引导喷嘴主要部分的剖面图。
图4是传统燃气轮机的外围的剖面图。
图5是传统引导喷嘴主要部分的剖面图。

具体实施方式

下面将参照附图，通过实施例来详细说明根据本发明的燃气轮机燃烧 器。
【实施例1】
图1是示出了本发明的实施例1的引导喷嘴主要部分的剖面图。
如图1所示，燃气轮机内的双燃料燃烧低NOx燃烧器的引导喷嘴10 包含配合在管状喷嘴盖12内的杆状喷嘴体11。
喷嘴体11具有用于喷射诸如LNG的气体燃料的气体喷嘴部13，以 及用于喷射诸如轻油或煤油的液体燃料的液体喷嘴部14。对于液体喷嘴部 14采用鼓风方法，并将燃烧空气(加压空气)用作鼓风中的空气。燃烧空 气投到形成在液体喷嘴部14上的液体薄膜上，这样液体燃料通过利用燃 烧空气和液体薄膜之间的速度差(剪切力作用)而雾化。
多个气体喷嘴部13以通过喷嘴盖12的方式设置在喷嘴体11尖端的 外周部中，并适于将气体燃料向喷嘴体11之外倾斜地喷射。
液体喷嘴部14具有形成为锥化的环形的前侧，用于以环形液体薄膜 状态喷射液体燃料，并进一步具有：第一鼓风喷嘴部15a，用于沿着在环 形液体薄膜状态中喷射的液体燃料薄膜的内表面产生鼓风(猛烈被吹送的 空气流)；以及第二鼓风喷嘴部15b，用于沿着液体燃料薄膜的外表面产生 鼓风。
第一鼓风喷嘴部15a在喷嘴体11中央形成作为水平细长室。用于将 加压空气供给到第一鼓风喷嘴部15a的空气通道16在喷嘴体11的周向上 分支成多个部分。相似地，用于将气体燃料供给到气体喷嘴部13的气体 通道17和用于将液体燃料供给到液体喷嘴部14的液体通道18每个在喷 嘴体11的周向上分支为多个部分。空气通道16的多个部分以及气体通道 17的多个部分和/或液体通道18的多个部分交替地设置在喷嘴体11的周 向上。此外，空气通道16具有朝向喷嘴体11的中间部分外周开口的引入 端部，并且为了在第一鼓风喷嘴部15a内产生漩涡，相对喷嘴体11的径 向成角度设置。
第二鼓风喷嘴部15b具有形成为锥化的环形形状的前侧，用于以锥化 环形产生鼓风。图中的标号19表示配合在喷嘴体11前端之上的喷嘴盖， 喷嘴盖19具有形成为锥表面的内表面。将加压空气供给到第二鼓风喷嘴 部15b的空气通道(空气引入孔)20在喷嘴体11的外周部分中分支成多 个部分，并且具有朝向喷嘴体11的中间部分的外围开口的引入侧端部。 第二鼓风喷嘴部15b具有一个直的部分，其中多个叶片状涡旋式喷嘴21 在周向上设置。
液体喷嘴部14分为：前级液体喷嘴部14a，具有形成为锥化环形状的 第一半部分；和形成为直环状的后级液体喷嘴部14b。前级液体喷嘴部14a 和后级液体喷嘴部14b通过设置在喷嘴体11周向上的多个涡旋式端口14c 相连通。在前级液体喷嘴部分14a之内，用于产生漩涡的台阶14d形成为 肋的形状。
双燃料燃烧低NOx燃烧器的其它特征与图4中所示的相同，通过参 考图4省略重复的说明。
由于上述的结构，如果气体燃料在燃气轮机的操作的过程中被用作双 燃料燃烧低NOx燃烧器的燃料，在引导喷嘴10中，来自气体燃料供给源 (未示出)的气体燃料通过在喷嘴体11周向上分支为多个部分的气体通 道17，以及从设置在多个部分前端上的气体喷嘴部13向外倾斜喷射。
如果液体燃料与气体燃料同时使用或选择性地替代气体燃料，则来自 液体燃料供给源(未示出)的液体燃料通过在喷嘴体11周向上分支为多 个部分的液体通道18，并提供给形成为环状形状的液体喷嘴部14。从那 里，供给液体燃料，当通过涡旋式端口14c和台阶14d旋动时，从前级液 体喷嘴部14a的锥化环形部分在环形液体薄膜状态中被喷射。
同时，来自加压空气供给源(未示出；从燃气轮机压缩器释放的空气) 的加压空气在通过喷嘴体11周向上分支为多个部分的空气通道16之后提 供给第一鼓风喷嘴部15a，同样地通过空气通道20提供给第二鼓风喷嘴部 15b。由于空气通道16的倾斜，提供给第一鼓风喷嘴部15a的加压空气在 涡旋时向外喷射，从而形成沿液体燃料的薄膜的内表面运行的鼓风，该液 体燃料是从液体喷嘴部14在环形液体薄膜状态中喷射的。提供给第二鼓 风喷嘴部15b的加压空气在被涡旋式喷嘴21涡旋的同时喷射到外部，由 此形成沿液体燃料薄膜外表面运行的鼓风，所述液体燃料是从液体喷嘴部 14在环形液体薄膜状态中喷射的。
如上所示，鼓风沿着液体燃料薄膜的内、外表面形成，该液体燃料是 从液体喷嘴部14在环形液体薄膜状态中喷射的。这样，促进了液体燃料 的雾化和蒸发来获得令人满意的燃烧状态。这样，即使例如在燃气轮机轻 负载运转期间，为了保证燃烧稳定性，进行高引导比的操作，也可以降低 烟尘(黑烟)的产生。
在本实施例中，将加压空气提供至在喷嘴体11的中央形成为水平细 长室的第一鼓风喷嘴部15a的空气通道16在喷嘴体11的周向上分支为多 个部分。相似地，用于将气体燃料供给到喷嘴部13的气体通道17和用于 将液体燃料供给到液体喷嘴部14的液体通道18中的每一个都在喷嘴体11 的周向分支为多个部分。空气通道16的多个部分与气体通道17的多个部 分和/或液体通道18的多个部分交替地设置在喷嘴体11的周向上。这样， 喷嘴体11中通道结构的复杂性可被有效地避免。换言之，可以容易且便 宜地生产采用鼓风方法的引导喷嘴10。
【实施例2】
图2是示出了本发明的实施例2的引导喷嘴主要部分的剖面图。
本实施例是去除实施例1中第一鼓风喷嘴部分15a的实施例；仅提供 一个与实施例1中的第二鼓风喷嘴部15b对应的环形鼓风喷嘴部15A；形 成为端口形状、并与环形的前级液体喷嘴部14a相连通的液体喷嘴部14A 的前端对设置在鼓风喷嘴部15A上的各叶片状涡旋式喷嘴21开口。由于 其它特征与实施例1中的相同，与图1中所示相同的部件被赋予与图1相 同的标号，并略去重复的说明。
根据本实施例，从液体喷嘴部14A喷射的液体燃料形成沿鼓风喷嘴 部15A的外圆周壁表面扩展的液体薄膜，以及鼓风喷嘴部15A在该液体 薄膜内产生鼓风，因此促进了液体燃料的雾化。
这样，能够获得与实施例1相同的作用和效果。此外，实施例1中的 第一鼓风喷嘴部15a被去除。这能带来以下优点，即与实施例1相比喷嘴 体11中的通道和喷嘴结构能被简化。
【实施例3】
图3是示出了本发明的实施例3的引导喷嘴主要部分的剖面图。
本实施例是这样一个实施例，其中向实施例1中的第一鼓风喷嘴部分 15a提供加压空气的空气通道16被形成为穿透喷嘴体11中央的单个空气 通道16A，并且外部管道与空气通道16A相连，这样将涡轮机机壳内的加 压空气提供给第一鼓风喷嘴部15a(参见图4的涡轮机机壳180内所形成 的、并具有连接至其的外部管道的加压空气出口30)。同样，涡旋式喷嘴 28安装在第一鼓风喷嘴部15内。由于其它特征与实施例1中的相同，与 图1中所示相同的部件被赋予了与图1相同的标号，并略去重复的说明。
根据本实施例，从液体喷嘴部14喷射的液体燃料通过以夹持形式产 生的鼓风得到更高的程度雾化。因此，能够获得与实施例1相同的作用和 效果。此外，单个空气通道16A能提供以下优点，即与实施例1相比喷嘴 体11中的通道结构能被简化。
无需说本发明不限于前述实施例，而可以在不偏离本发明主旨的情况 下进行各种变化和修改，比如对于涡旋式喷嘴结构的改变和喷嘴部分形状 的改变。
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