用于使燃料和空气混合的旋流器的制造方法
【专利说明】用于使燃料和空气混合的旋流器
[0001]本申请是2011年2月I日提交的、名称为“用于使燃料和空气混合的旋流器”、申请号为200980130427.0的中国专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于使燃料和空气混合的旋流器，该旋流器包括被布置在参考圆直径上的多个叶片，该多个叶片与设置在叶片的第一纵向端面上的第一壁和设置在叶片的相对第二纵向端面上的第二壁一起形成流动通道，第一壁具有通向流动通道的至少一个喷射口，流动通道以如下方式形成，即使得当空气从高压侧通过流动通道流到低压侧时与燃料混合。本发明还涉及一种燃烧器，特别是用于燃气涡轮机的燃烧器，该燃烧器具有如权利要求I所述的旋流器，本发明也涉及一种具有所述类型燃烧器的燃气涡轮机。
【背景技术】
[0003]环境保护是目前日益重要的关注点，不仅在政治方面而且在经济方面均为如此。许多政府已制定通过了与操作化石燃料燃烧系统有关的限制性环境条例。而且，对于运作环境友好的装置或者转变其现有系统的公司存在众多有利税率。
[0004]减少NOx排放物是化石燃料燃烧中起重要作用的一个因素。由于NOx排放物在1800度以上的燃烧温度时明显增多，因此所有减少措施的目的是将燃烧温度保持在该温度以下。基本上已知两种措施来实现该目的。在第一种措施的情况下，燃烧按亚化学计量燃烧，即，燃烧在过量空气的情况下发生。在此情况下，增大的空气质量确保热在燃烧室的反应区中被吸收，并由此将燃烧室中的温度限制到仅产生少量NOx的温度。
[0005]第二种NOx减少措施是将燃料和空气进行很好的混合，混合物然后喷射到燃烧室。空气/燃料混合物在燃烧之前掺合的越好，则在燃烧室中形成其中发生增大的燃料分馏的区域(热区)的可能性越低。该区域否则会导致燃烧室中局部温度增大，并因而导致NOx排放物的增多。
[0006]为了实现燃料和空气的良好混合，至今已使用根据权利要求1的前言所述的旋流器。这种类型的旋流器例如在EP1867925 Al中公开。该旋流器包括被布置在参考圆直径上的多个叶片，该多个叶片与设置在叶片的第一纵向端面上的第一壁和设置在叶片的相对的第二纵向端面上的第二壁一起形成流动通道。空气从位于外部的高压侧通过旋流器流到内部的低压侧。燃料通过两个壁之一中的以及叶片中的喷射口供应到流动通道。在该过程中，喷射的燃料与流过流动通道的空气混合，由此产生随后进入到燃烧室的燃料/空气混合物。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于实现空气/燃料混合物的进一步改进的混合。本发明的目的还在于提供一种燃烧器和一种具有这种燃料器的且具有低NOx排放物的燃气涡轮机。
[0008]该目的通过独立权利要求1的特征得以实现。
[0009]可单独使用或彼此组合使用的有利实施例和发展是从属权利要求的主题。
[0010]本发明的用于使燃料和空气混合的旋流器，包括被布置在参考圆直径上的多个叶片，该多个叶片与设置在所述叶片的第一纵向端面上的第一壁和设置在所述叶片的相对的第二纵向端面上的第二壁一起形成流动通道，所述第一壁具有通向相应的所述流动通道的至少一个喷射口，所述流动通道以如下方式形成，即使得所述空气在从高压侧通过所述流动通道流到低压侧时与所述燃料混合，其特征在于，所述燃料能够通过所述第二壁中的至少一个另外的喷射口被额外喷射到所述流动通道。由于所述第二壁中的额外的喷射口，实现了所述燃料在整个流动横截面上被更为均匀地喷射到所述流动通道。这即使在较短的流动路径的情况下也导致燃料/空气混合物的明显改进的混合。由于更好的混合，实现了在燃料/空气混合物的燃烧期间在燃烧室中所形成NOx的明显减少。
[0011]本发明的有利实施例所提供的是，在各个情况下彼此相对的喷射口被布置成相对于彼此轴向对准。通过这种方式能够实现，喷射到所述流动通道中的燃料喷流彼此碰撞，因而产生燃料/空气混合物的进一步改进。
[0012]本发明的另外的有利实施例所提供的是，额外的喷射口被设置在所述叶片中。这确保燃料/空气混合物在所述流动通道中的混合的进一步改进，并确保燃料/空气混合物的燃烧期间在所述燃烧室中额外的NOx减少。
[0013]优选地，所述第一壁中的所述喷射口被连接到至少一个第一环形通道，并且所述第二壁中的所述喷射口被连接到至少一个第二环形通道，燃料可通过所述第一和第二环形通道被供应到所述喷射口。该环形通道确保待喷射到各个喷射喷嘴的燃料的均匀分布。通过这种方式，在所有喷射口上实现均匀喷射，由此确保所述燃料在所述流动通道中的均质分布，并由此确保燃料/空气混合物在所述流动通道中的良好掺合。而且，由于不需要单独的供应管线通到所述喷射口，因而与实现旋流器有关的设计工作显著减少。紧凑设计还减少组装费用以及生产成本。
[0014]在此情况下，所述旋流器的所述第一和/或第二壁特别有利地分别是所述第一和第二环形通道的一部分。一方面，这可节省材料，另一方面，减少潜在泄露点的数量，因而提高操作可靠性。
[0015]所述旋流器另外的有利实施例所提供的是，所述第一和/或第二环形通道被具体实施为分离部件。环形通道的分离实施例提供的优点在于，环形通道能够更容易地适应不同的操作参数。
[0016]本发明还涉及一种燃烧器，特别是用于燃气涡轮机的燃烧器，其包括如权利要求1所述的旋流器。使用所述类型的用于燃烧器的旋流器由于低的燃烧室温度而实现低NOx的燃烧。
[0017]使用旋流器在燃气涡轮机的燃烧器的情况下特别有利，这是由于，在燃气涡轮机中，通常存在非常高的燃烧温度，并且因而出现增多的NOx排放物。
[0018]本发明还涉及一种通过根据本发明的旋流器使空气和燃料混合的方法，所述方法包括步骤:通过外部入口将空气供应到所述流动通道中；通过设置在所述第一壁中和所述第二壁中的喷射口供应燃料；将所述燃料分布到所述流动通道的横截面上；在所述流动通道中使所述燃料和所述空气混合；通过内部出口从所述流动通道排出燃料/空气混合物；通过旋流器出口将所述燃料/空气混合物供应到燃烧器的燃烧室。
[0019]由于所述燃料通过所述第一壁中和所述第二壁中的喷射口供应，所述方法实现燃料在所述流动通道的整个横截面上更为均质的分布。燃料的均质分布实现燃料和空气的更好混合，并因而确保低NOx的燃烧。
[0020]根据本发明的所述方法的有利实施例所提供的是，在通过所述第一壁中和所述第二壁中的所述喷射口供应所述燃料的同时，燃料通过所述叶片中的喷射口被供应到所述流动通道。
[0021]由于燃料通过所述叶片中的喷射口同时供应，在所述流动通道的横截面上实现燃料更为均质的分布。在此情况下，所述燃料能够从单侧通过一个叶片或从两侧通过两个叶片喷射到所述流动通道。
【附图说明】
[0022]以下参照示意图说明本发明的示例性实施例和进一步的优点。
[0023]图1显示根据本发明的旋流器上的透视俯视图。
[0024]图2显示根据图1的本发明的旋流器的局部视图。
[0025]图3显示通过根据图1的本发明的旋流器的局部截面。
[0026]图4显示根据本发明的燃烧器的视图，该燃烧器具有根据图1的旋流器。
【具体实施方式】
[0027]在各个情况下，附图均是极为简化的示意图，其中仅显示对于描述本发明而言必须的重要部件。相同或功能上相同的部件在所有附图中以相同的附图标记标示。
[0028]图1显示根据本发明的旋流器I上的透视俯视图。旋流器I包括多个叶片2，该多个叶片2彼此分隔开并布置在参考圆直径上。每个叶片2具有第一纵向端面3和第二纵向端面4。叶片2被设置成其第一纵向端面3位于第一壁5上，该第一壁5被优选地具体实施为圆形盘。叶片2被设置成其第二纵向端面4位于第二壁6上，该第二壁6也被优选地具体实施为圆形。第二壁6在图1中未显示，从而能够更好地图示叶片2和喷射口 8的布置。在各个情况下，两个相邻叶片2与第一壁5和第二壁6 —起形成流动通道7。在各个情况下，喷射口 8设置在流动通道7的区域中的第一壁5和第二壁6中，燃料可通过该喷射口 8被喷射到流动通道7。除了所述喷射孔8之外，另外的喷射口被优选设置在叶片2中。由于喷射口 8布置在第一壁5和第二壁6以及在叶片2中，在流动通道7的整个横截面上实现特别均质的喷射。这产生燃料与从外部通过旋流器I流到内部的