专利名称：使用惰性气体隔离氧化剂与燃料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在燃料燃烧时防止燃烧器过热的方法。
背景技术：
当燃料借助燃烧器燃烧时，往往由于燃烧过分靠近燃烧器，导致所使用的燃烧器被严重加热。这种情况尤其发生在例如燃气轮机燃烧室内所进行的燃烧时。过高的温度损坏燃烧器或燃烧器构件，縮短其使用寿命。 为保护燃烧器及其燃烧器构件，经常给它们实施冷却。 一种广泛使用的冷却方法是，用冷却空气膜被覆所涉及的构件表面。另一种可能性是，构件表面用独特的陶瓷涂层。因为对于燃烧需要确定的燃料_空气混合物，所以有时还使用扰流叶片，使燃料与空气能均匀混合并由此避免燃烧时的温度峰值。 当氢作为燃料燃烧时产生特别高的温度。此外，氢的点燃可以比其他燃料容易得多，这增大了过分靠近燃烧器点燃的危险性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在燃料燃烧时防止燃烧器过热的方法。本发明另外要解决的技术问题是，提供一种有利的燃料喷嘴、一种有利的燃烧器以及一种有利的燃气轮机。 上述技术问题，通过一种按照权利要求1的保护燃烧器的方法、一种按照权利要求6的燃料喷嘴、一种按照权利要求10的燃烧器、以及一种按照权利要求11的燃气轮机得以解决。从属权利要求包含本发明有利的扩展设计。 按照本发明用于在燃烧室内燃烧燃料时防止燃烧器过热的方法，其特征在于，燃料通过燃料喷嘴喷入，与此同时将一种惰性气体在喷入的燃料周围喷入燃烧室内，使形成易燃的混合物前，燃料与氧化剂始终被惰性气体在空间上隔离。也就是说，燃料和惰性气体同时喷入燃烧室内。在这里，惰性气体围绕燃料，使惰性气体形成隔离燃料的保护层。燃料因而不在燃烧器邻近与一种处于燃烧室内的气体接触，这种气体可含有作为氧化剂的氧。以此方式在燃烧器附近不形成由燃料与氧化剂组成的易燃混合物。 人们称那些反应非常缓慢的气体为惰性气体，也就是说它们只参与少量化学反应。属于惰性气体的例如有氮、水蒸气、二氧化碳、以及所有的稀有气体。在本发明的框架内采用的惰性气体，可例如是氮、二氧化碳、稀有气体，亦即氦、氩、氖、氪、氡、氙、或由它们组成的混合物。 燃料可以通过惰性气体与氧化剂按照本发明在空间上隔离开来，作为燃料也可以使用氢。通过在不紧邻燃料喷嘴处进行燃烧，燃烧器或燃烧器构件不遭受当尤其燃烧氢时产生的高温。当然也可以取代氢，采用其他适用的燃料，例如石油、天然气或合成气作为燃料。 优选地，在本发明的框架内所采用的惰性气体，可以通过一个环形地围绕燃料喷
3嘴的燃料进口的进口喷入燃烧室内，从而使燃料流被惰性气体覆层完全包围。在这种情况下有利的是，惰性气体进口处于尽可能靠近燃料喷嘴的地方。 为了形成易燃的混合物，可附加地使所采用的氧化剂在空间上远离燃料喷嘴地喷入燃烧室内。以此方式可以控制和影响点火的地点。由此不仅可以控制火焰，而且可以控制混合区的空间位置。 本方法尤其可以使用于燃气轮机的运行环境中。 按照本发明的燃料喷嘴包括至少一个燃料进口 ，它被惰性气体进口围绕，惰性气体进口可以通过喷入惰性气体将燃料与氧化剂在空间上隔离。 在这种情况下，燃料进口可以被惰性气体进口例如环形地完全围绕。此外，惰性气体进口也可以同心地围绕燃料进口。为此，惰性气体进口可以由多个围绕燃料进口排列的一个个孔口组成。 本发明的燃料喷嘴其优点在于，燃料和氧化剂起先在空间上彼此分离，由此可以控制燃烧。由于燃烧不在紧邻燃料喷嘴处进行，所以燃烧器不直接遭受燃烧时产生的高温。以此方式保护燃烧器及其构件的材料并延长其使用寿命。
本发明的燃烧器包括至少一个按照本发明的燃料喷嘴。
本发明的燃气轮机配备有至少一个按照本发明的燃烧器。
下面参见附图借助实施例说明本发明的其他特征、特性及优点。
图1表示沿纵向通过按照本发明燃料喷嘴的剖面。
图2表示通过按照本发明燃料喷嘴的横截面。 图3表示通过按照本发明另一种方案的燃料喷嘴的横截面。
具体实施例方式
下面借助图1和图2详细说明本发明第一种实施例。图1表示沿纵轴线11通过按照本发明燃料喷嘴的剖面。燃料喷嘴可例如是燃气轮机燃烧室的组成部分。
燃料喷嘴1具有外壳2，燃料进口 3和惰性气体进口 4处于外壳2内。燃料进口 3在这里平行于纵轴线11地布设在燃料喷嘴1中心。惰性气体进口 4处于比燃料进口 3离纵轴线ll更远的地方。它同样平行于纵轴线11地延伸，并环形地同心围绕燃料进口3。惰性气体进口 4和燃料进口 3在这里通过部分外壳2彼此隔开。 燃料喷嘴1处于燃烧室内，空气7作为氧化剂被加入燃烧室内。在这里燃料5通过燃料进口 3喷入燃烧室内。燃料5的流动方向用箭头9表示。与此同时惰性气体6通过惰性气体进口 4以这样的方式喷入燃烧室内，亦即惰性气体6将燃料5与处于燃烧室内的空气7彼此隔离。惰性气体的流动方向用箭头8表示。 由图1可见，燃料5没有在燃料喷嘴1附近与空气7直接接触。确切地说，有一层惰性气体6处于燃料5与空气7之间。这导致空气7中作为氧化剂的氧不能到达燃料5中。由此在燃料喷嘴1附近不可能形成由燃料5与空气7组成的易燃混合物。
使用的惰性气体可涉及例如氮、二氧化碳、稀有气体或由这些物质组成的混合物。采用的燃料可尤其涉及石油、天然气，但也可以涉及氢。此外还存在可能性，燃料中已经搀
4入一定量的氧化剂，例如空气，该量并不能导致点燃。 图2表示已结合图1说明的燃料喷嘴1垂直于纵轴线11的横截面。在图2中可 以看到通过外壳2、通过燃料进口 3和通过惰性气体进口 4的横截面。燃料进口 3具有圆形 横截面并处于燃料喷嘴1中心。燃料进口 3的横截面也可以与之不同有任何其他形状。惰 性气体进口4环形地围绕燃料进口3配置。燃料5可通过燃料进口 3喷入燃烧室内。惰性 气体，如已结合图1说明的那样，可以通过惰性气体进口 4喷入燃烧室内。
下面借助图1和图3详细说明第二种实施例。图3中那些与已结合图1说明的构 件对应的构件采用相同的附图标记，并且不再重新说明。 按照本发明这一实施例的燃料喷嘴的纵剖面，与已结合第一种实施例说明并表示 在图1中的燃料喷嘴1的纵剖面对应。然而，本实施例的燃料喷嘴1与在第一种实施例中说 明的燃料喷嘴的区别在于其横截面。图3表示垂直于燃料喷嘴1纵轴线11的横截面。由 图3可以看到燃料喷嘴1的外壳2，它包括一个布设在中心的燃料进口 3以及一些环形地围 绕燃料进口 3排列的惰性气体进口 10。燃料进口 3仍有圆形横截面。但此横截面也可以是 任何其他形状。 图3中表示的一个个惰性气体进口 10分别具有圆形横截面。它们同心地环形围 绕燃料进口 3地布设。惰性气体进口 10也可以与图3所示的圆形横截面不同地具有任何 其他形状。 除横截面不同外，在本实施例中介绍的燃料喷嘴工作方式，与在第一种实施例的 范围内介绍的燃料喷嘴的工作方式是一致的。 虽然在提供的实施例中惰性气体进口完全围绕燃料进口，或惰性气体进口围绕燃 料进口均匀分布，但原则上惰性气体进口也可以仅部分围绕燃料进口 ，或惰性气体进口围 绕燃料进口不均匀地分布。这种变更尤其当氧化剂在燃烧室内也不均匀分配时采用。
作为另一种变更可以是，在第一种实施例中介绍的环形惰性气体进口的径向尺寸 沿其圆周变化，以均衡氧化剂在燃烧室内的不均匀分配。 总之，本发明的特征在于，它为燃烧器提供防止高温的有效保护，与此同时可以控 制在空间的点火和火焰位置。
权利要求
一种在燃烧室内燃烧燃料(5)时防止燃烧器(1)过热的方法，其中，燃料(5)通过燃料喷嘴(1)喷入，与此同时将惰性气体(6)在喷入的燃料周围喷入燃烧室内，使得在形成易燃的混合物前，所述燃料(5)与氧化剂(7)始终被惰性气体(6)在空间上隔离。
2. 按照权利要求l所述的方法，其特征为，所述惰性气体(6)包括氮、水蒸气、二氧化碳、稀有气体或它们的混合物。
3. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征为，采用氢作燃料(5)。
4. 按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为，所述惰性气体(6)通过环形地围绕燃料喷嘴(1)燃料进口 (3)的进口 (4)喷入燃烧室内。
5. 按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征为，为了形成易燃的混合物，氧化剂(7)在空间上远离燃料喷嘴(1)地喷入燃烧室内。
6. —种具有至少一个燃料进口 (3)的燃料喷嘴(l)，所述燃料进口 (3)被惰性气体进口 (4)围绕，惰性气体进口 (4)可以通过喷入惰性气体(6)将燃料(5)与氧化剂(7)在空间上隔离。
7. 按照权利要求6所述的燃料喷嘴(l)，其特征为，所述惰性气体进口 (4)环形地围绕所述燃料进口 (3)。
8. 按照权利要求7所述的燃料喷嘴(l)，其特征为，所述惰性气体进口 (4)同心地围绕所述燃料进口 (3)。
9. 按照权利要求6至8之一所述的燃料喷嘴(l)，其特征为，所述惰性气体进口由多个围绕所述燃料进口 (3)布设的一个个孔口 (10)组成。
10. —种具有按照权利要求6至9中任一项所述的燃料喷嘴(1)的燃烧器。
11. 一种具有按照权利要求10所述燃烧器的燃气轮机。
全文摘要
本发明涉及一种在燃烧室内燃烧燃料(5)时防止燃烧器(1)过热的方法，其中，燃料(5)通过燃料喷嘴(1)喷入，与此同时将一种惰性气体(6)在喷入的燃料周围喷入燃烧室内，使得在形成易燃的混合物前，燃料(5)与氧化剂(7)始终被惰性气体(6)在空间上隔离。
文档编号F23D11/36GK101772674SQ200880101383
公开日2010年7月7日 申请日期2008年7月3日 优先权日2007年7月10日
发明者伯索德·科斯特林, 保罗·皮克斯纳, 奥尔加·戴斯, 安德烈·克卢格, 尤维·西伯, 托马斯·库纳特, 马丁·伦兹, 马尔特·布洛梅耶 申请人:西门子公司