专利名称：预混燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明所涉及的是一种预混燃烧器，从本质上来讲，这种预混燃烧器至少是由两块部分的锥形体组成，在流动的方向上其中的一个套在另一个里面，其各自的锥体轴线都相对于中心轴线错开一定距离，其结果是形成了用于燃烧空气的切向槽口。
这样的预混燃烧器已经由专利，例如，EP-B1-0321809所公开。此预混燃烧器被设计成一种涡旋燃烧器，它基本上是由两个锥形的半壳组成，它使燃烧空气发生旋转。把燃料喷进旋转着的空气中并在这里与其混合。在燃烧器出口处形成一界限明确的帽罩形循环区，而点火就在此循环区的尖部进行。火焰本身由燃烧器前方的此循环区所稳定，而不需要机械的火焰稳定器。通常这种燃烧器的热声学特性是稳定的，此燃烧器以简单而成本低的构造而闻名。
如果此燃烧器是用气体燃料工作的话，则为此在由两个锥形半壳所形成的切向槽口附近，设置一些气体入流开口，它们沿纵向分布在两个部分体的壁上。使用气体工作时，在入口槽口区域就已经开始与燃烧空气形成混合物。
在锥形半壳的尖部安装有一个液体燃料喷嘴。燃料以锐角注入空心的锥体中。所形成的锥形燃料流线由切向的内流空气所包围。由于与压缩空气混合的结果，燃料的浓度在轴向连续地减少。在这种情况下，燃料的注入角度由预混燃烧器的开口角度所确定。然而，小的开口角度很难在液体和气体燃料之间进行好的混合，因而这个开口角度是一个可导致较高污染物散出的因素。
在部分负荷的情况下，当注入到切向槽口附近的气体燃料不再保证预混燃烧器工作时，气体燃料就经由设置在锥形半壳尖部的燃料喷嘴注入。由于在回流区和燃料喷嘴之间有大的轴向距离，就存在着由此而产生的火焰轴向位置的改变的危险和产生脉动的危险。因而，由于回流区和燃料喷嘴之间大的轴向距离，所需要的燃料量增加了。这可能导致污染物散出的增加。
在开始提到的那种类型的预混燃烧器中，本发明的一个目的是减少污染物的散出以及对回流区进行稳定。
按照本发明，此目的是这样来实现的安装一个供料喷枪，这个供料喷枪从部分的锥形体尖部开始向下游延伸而进入预混燃烧器的内部，它基本上关于中心轴线成对称地延伸；而且在供料喷枪的下游端至少设置有一个燃料喷嘴。
因为供料喷枪突出来伸入燃烧器的内部，就会使回流区和燃料喷嘴之间的轴向距离缩短，在这一事实中尤其能看到本发明的优点。因而在每个负荷范围内回流区在轴向方向上都被稳定，而且避免了脉动。此外，由于靠近回流区通过燃料喷嘴实现了燃料的注入，为稳定火焰所需的燃料就少了。因而也可以在部分负荷运行时，使预混燃烧器工作时散出的氧化氮低。此外，供料喷枪的外表面起剪切面的作用，这有助于气体燃料和燃烧空气的混合，从而减少了污染物的散出。把燃料喷嘴安放在靠近回流区的地方，在使用液体燃料时，可以增加液体燃料供料喷嘴的注入角，从而改进预混合过程，以及减少氧化氮的散出。
如果供料喷枪向下游延伸，至少要正好进入预混燃烧器靠底部的三分之一中，这会是特别有利的。这就防止了火焰前沿回火而进入燃烧器内部。
此外，由枪管和枪管中的燃料管线来组成供料喷枪是有利的。因而某些燃料空气可以通过枪管喷入，其结果是有助于燃料和空气的互相混合。而且，避免了火焰建立在供料喷枪的端部。
把涡旋体安置在枪管和燃料管线之间是有利的。因而任何涡旋都可加到通过枪管喷进来的空气上，其结果是使混合得到进一步的优化。
此外，在枪管的下游端安装一个空气流喷雾嘴是有利的。这就使得液体燃料可以燃烧而污染物散出的少。
此预混燃烧器至少在燃烧器出口附近有一个圆形横截面是有利的。圆形的燃烧器出口会产生相对于中心轴线的轴向对称流动。因而避免了由部分锥体轴线所决定的脉动，而且回流区得到进一步的稳定。
附图中，凭借一个预混燃烧器来描述本发明的一个实施例子。
这些附图有
图1表示出通过预混燃烧器的部分纵向截面；图2表示出通过图1中预混燃烧器沿II-II线的部分横截面；图3表示了图1中的细节III；图4表示了沿图3中IV-IV线的部分截面；
图5表示了沿图1中V-V线通过预混燃烧器的部分截面；图6表示了适配器的部分横截面；图7以图示表示了适配器的透视图。
图中只表示出对理解本发明的重要部件，工作介质的流动方向用箭头表示。
现在参考附图，图中同样的标记号码表示几个图中的同一或相应的部分。在图1和图2中图示出了一个预混燃烧器11。此预混燃烧器11基本上是一种象由开始提到的专利EP-B1-0321809公开的所谓双锥体燃烧器。此预混燃烧器用来把燃烧空气和燃料在燃烧之前混合起来，例如在燃气轮机组中就是这样。这种预混燃烧器11由两个空心的半锥形部分体12和13组成，它们在流动方向上一个套在另一个内。在这种配置时，这两个部分体的各自的锥体轴线14和15相对于预混燃烧器11的中心轴线都错开了一个距离。这两个部分体的相邻锥壁在其纵向延伸范围上形成了用于压缩燃烧空气9的槽口16，于是，压缩的燃烧空气9就由此通入燃烧器的内部。
在切向槽口16附近的两个部分体的壁上安装了纵向走向的气体供应管线18。经由从气体供应管线18分支出来的气体流入开口(未画出)来实现气体燃料的注入。
从部分锥体12，13形成的尖部开始并与预混燃烧器11的中心轴线10对称地安装有向下游延伸的供料喷枪1。供料喷枪由枪管2和装在枪管中的燃料管线3组成。在这种配置中，供料喷枪1的下游端的轴向位置最好处在至少预混燃烧器11的底部的三分之一中，也就是说，供料喷枪也可以从预混燃烧器11中伸出。例如，供料喷枪1可以从预混燃烧器中伸出而达到预混燃烧器轴向高度的百分之二十。涡旋体6安置在枪管2的内部，最好靠近下游端。
按照图3和图4所示，涡旋体6是由一些导流体7组成，这些导流体安置在枪管内壁和燃料管线3之间。在燃料管线3的内部安装有一个环形的外燃料供应通道5和一个内燃料供应通道4。燃料通过内通道4供给位于燃料管线3下游端的燃料喷嘴8。此喷嘴8设计成用于注入液体和气体燃料的双重喷嘴形式。外通道5分支出来经由导流体7进入外燃料供应通道5a，此通道又是处于枪管2的下游端的内部。通过外通道5供给的液体燃料30因而通入枪管2的下游端。位于枪管2下游端的枪管外边缘用做雾化边缘17。
压缩机(未画出)中产生的压缩燃烧空气9通过切向槽口16进入预混燃烧器11的内部。预混燃烧器11的构形使此压缩空气9发生旋转，涡旋速度在流动方向是增加的。在用气体工作时，在入口槽口16的区域内就开始形成与燃烧空气9的混合物。枪管2的外壁作为附加的剪切面，进一步有助于燃烧空气9和气体燃料的相互混合。在燃烧器出口20处的整个起作用的横截面上出现了尽可能均匀的燃料浓度。由燃烧室的壁19形成了燃烧室，在此燃烧室中的燃烧器出口20处，形成了界限明确的帽形回流区21，点火就在帽形回流区21的尖部进行。回流区21的轴向位置由供料喷枪1的下游端的轴向位置所固定。由此避免了回流区的轴向移动，同时也避免了脉动。
在部分负荷情况下，当向切向槽口16附近注入的气体燃料不再能保证预混燃烧器11工作时，气体燃料就经由喷嘴8来注入。由于靠近回流区21处被注入了气体燃料，其结果是避免了全负荷和部分负荷工作之间的脉动。而且由于燃料是直接注入到回流区21，必须通过喷嘴8所注入燃料的需求量也减少了。
燃烧空气9a同样是通过枪管2和燃料管线3之间的空间而供给的。在这种情况下，通过枪管供给的燃料空气部分9a可以达到全部空气流的25％。涡旋体6使燃烧空气9a产生转动。此处涡旋的形式和强度必须适应于预混燃烧器的相应条件。因此涡旋体6可以这样设计，例如由涡旋体所产生涡旋的走向与预混燃烧器11的涡旋相反。这就增加了燃烧空气9，9a和燃料的互相混合，此外还避免了回流区21的回火，因而也避免了供料喷枪1下游端的火焰回火。
如果预混燃烧器11是用液体燃料工作的，燃料就由供料喷枪1来注入。这是通过外通道5而实现的，液体燃料30经由此外通道而供给雾化边刃17。通过由枪管2供给的空气9a，就形成了空气流喷雾嘴22。为了改善雾化过程，相对与空气9来说，空气9a必须进一步压缩。
此外，液体燃料可以经由燃料喷嘴8来注入。考虑到喷嘴8在预混燃烧器11内部的轴向位置，喷嘴8的喷射角度可以选择得很大。因而空气9，9a和燃料的相互混合得到了改善。
按照图5所示，预混燃烧器至少在燃烧器出口20处设置有一个圆形出口。为此目的，部分锥形体12，13的两个轴14，15必须安装在一起，例如安装在中心轴线10上。回流区21被进一步稳定，脉动也由于圆形出口而避免了。
按照图6和图7所示，为了把预混燃烧器11的截面转换成圆形截面，预混燃烧器11的下游端必须连接上一个适配器39。在这种情况下，在向适配器39过渡的地方，这两个部分锥形体12，13的内半径Ri要比适配器39的出口半径Ra大。适配器39的高度h和角度α的大小取决于通入适配器39的入口形状。角度α与平均的流动角度相适应，因此不会发生分离。适配器的自由流通截面在从适配器39的入口指向出口的方向上是减小的；因此在这里适配器使流动额外地得到加速。
当然，本发明不受所述的实施例的限制。此预混燃烧器当然可以装备有多个切向入口槽口。供料喷枪当然也可以装在不同于双锥形燃烧器的预混燃烧器中。双重喷嘴也可以是由两个喷嘴组成，在这种情况下内供应通道必须进行适当的修改。外燃料供应通道也可以从燃料管线移入枪管中。
显然，按照前面的技术来看，本发明可以进行多种改善和变化。因而应该理解为在所附权利要求的范围内，本发明可以不按上述的工艺来付诸实践。
标号一览表1 供料喷枪2 枪管3 燃料管线4 内燃料供应管道5，5a 外燃料供应管道6 涡旋体7 导流体8 燃料喷嘴9，9a 压缩的燃烧空气10 中心轴线
11预混燃烧器12部分锥形体13部分锥形体14锥体轴15锥体轴16切向槽口17雾化边刃18气体－供应管线19燃烧室壁20燃烧器出口21帽形回流区22空气流喷雾嘴30液体燃料31气体燃料39适配器α平均流动角Ri部分锥形体的内半径Ra适配器的出口半径h 适配器的高度
权利要求
1.一种预混燃烧器(11)，从本质上来讲，它至少是由两块部分锥形体(12，13)所组成，在流动方向上这两块部分锥形体一个套在另一个里面，其相应锥体轴线(14，15)相对于中心轴线(10)错开一定距离，由于这样的结果，形成了用于燃烧空气(9)的切向槽口(16)，其特征在于从部分锥形体(12，13)的尖部开始，安装了一个供料喷枪(1)，此喷枪向下游延伸而进入预混燃烧器(11)的内部，基本上关于中心轴线(10)对称，而且至少在供料喷枪(1)的下游端安装了一个燃料喷嘴(8)。
2.按照权利要求1所述预混燃烧器，其特征在于供料喷枪(1)向下游延伸，至少正好进入预混燃烧器(11)的底部的三分之一中。
3.按照权利要求1所述的预混燃烧器，其特征在于供料喷枪(1)基本包含一个枪管(2)和一个安装在其中的燃料管线(3)，而且燃料喷嘴(8)安装在燃料管线(3)的下游端。
4.按照权利要求3所述的预混燃烧器，其特征在于在燃料管线(3)中安装有一个内燃料供应通道(4)和一个外燃料供应通道。
5.按照权利要求3所述的预混燃烧器，其特征在于在枪管(2)的下游端安装有一个空气流喷雾嘴(22)。
6.按照权利要求3所述的预混燃烧器，其特征在于在枪管(2)和燃料管线(3)之间安装有一个涡旋体。
7.按照权利要求6所述的预混燃烧器，其特征在于此涡旋体是由一些导流体(7)组成的。
8.按照权利要求1所述的预混燃烧器，其特征在于在燃烧器出口(20)的附近，预混燃烧器(11)至少有一个圆形的横截面。
9.按照权利要求1所述的预混燃烧器，其特征在于在预混燃烧器(11)的下游端安置有一个适配器(39)，此适配器(39)的下游端具有一圆形的横截面。
10.按照权利要求9所述的预混燃烧器，其特征在于预混燃烧器(11)的两块部分锥形体(12，13)的内半径(Ri)在向此适配器(39)的过渡处比适配器(39)的出口半径(Ra)大。
全文摘要
预混燃烧器(11)从本质上来讲，至少由两个部分锥形体(12，13)组成，在流动方向上它们的一个套在另一个里面，其相应的锥体轴线相对于中心轴线(10)错开了一定距离。因而形成了用于燃烧空气(9)的切向槽口(16)。从部分锥形体(12，13)的尖端开始，安装了一个供料喷枪(1)，它向下游延伸而进入预混燃烧器(11)的内部，它基本上是相对于中心轴线(10)成对称的分布。在供料喷枪(1)的下游端安装了至少一个燃料喷嘴(8)。
文档编号F23D11/24GK1163372SQ9612187
公开日1997年10月29日 申请日期1996年12月5日 优先权日1995年12月5日
发明者R·麦克米伦 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司