凹入式燃料喷射器的布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室，该燃烧室包括引燃器本体，该引燃器本体包括凹穴，其中，燃料出口布置在该凹穴中。
【背景技术】
[0002]在燃气轮机的燃烧室中，一个目的是减少排放，例如氮氧化物NOx和/或一氧化碳CO。燃烧室内的温度导致很高的CO和NOx排放量。
[0003]为了减少排放，采用所谓的干式低排放(DLE)燃烧系统，典型情况下，该系统具有主燃料流和辅燃料流，其中，主燃料流以预混火焰模式燃烧，而辅燃料流以扩散火焰模式燃烧。辅燃料流可产生所谓的引燃火焰，该引燃火焰可为全扩散型，或者在一定程度上是预混的。这能稳定燃烧室中的主火焰。极贫燃料混合物在主火焰中燃烧。在正常情况下，这会导致易发生变动的不稳定火焰。因此，DLE系统使用引燃火焰。引燃火焰包括富燃料混合物或较富燃料混合物，其中，富燃料混合物或较富燃料混合物比贫燃料主火焰更稳定，由这种高温引燃火焰产生的热量和基团能够稳定主火焰。
[0004]燃气轮机中的液体系统的点燃一直存在问题。其中涉及多种因素，例如燃料流量、燃料的雾化、空气辅助流量、燃料喷射器/点火器的位置、以及点燃区中的气体动力学。干式低排放(DLE)系统尤其如此，因为还有需要平衡的导燃流量。
[0005]在适当位置布置点火器以实现液体引燃燃料的可靠点火的自由度很有限。点火器和相应的引燃燃料喷射器是独立装置，它们的位置取决于燃烧室的燃烧腔体内的局部空气动力学状况是否能使注入的引燃燃料喷雾在点火器上方流过。
[0006]但是，若局部液流趋向于背离点火器表面移动，则注入的引燃燃料可能被从点火器冲走，而不会被点燃。
[0007]尤其是，燃烧室内的气体动力学状况设计为在满载运转时达到最佳效率。因此，在燃气轮机的起动和放电点燃阶段，点火器处的空气动力学状况很差。
[0008]为了提高点燃可靠性，利用了多种方法，例如气体辅助点燃、采用等离子体点火器、以及采用较高功率的点火器。气体辅助点燃需要较多的气体供应(例如来自气瓶的气体供应)，而维持这种气体供应的成本可能很高。目前，等离子体点火器的使用寿命很短，并且还没有在燃气轮机中使用它们的经验。较高功率的点火器会很快烧毁，其使用寿命很短。
[0009]图9示出了一种常规型引燃燃烧器装置，其包括常规型引燃器本体900。常规型引燃器本体900的常规型引燃器表面901朝向常规型燃烧室的内腔(燃烧器腔体)。常规型燃料喷射器902和常规型点火器单元903安装在常规型引燃器本体900内，从而常规型的燃料喷雾904可向内腔注入。流体在内腔中的流向106把注入的常规型燃料喷雾904引导至常规型点火器单元903。
[0010]液体燃料在燃气轮机中常常难以点燃。例如，燃料在辅助空气流的辅助下被雾化。但是，这可能导致射流的增强，该射流把燃料推入燃烧室，并使燃料远离燃料点火器。这可能造成很差的点火效能。
[0011]可能发生点火效能差到必须首先使用气体燃料点燃燃气轮机然后再转为使用液体燃料运转的情况。
[0012]US 6，151，899 A公开了一种用于蒸汽轮机的贫燃燃烧室，其包括引燃器本体。该弓I燃器本体包括处于弓I燃器本体的中央部分的凹穴，引燃燃料喷射器安装在该凹穴中。
[0013]EP 2 112 433 Al公开了一种混合室，该混合室安装在燃烧室中，用于通过高速漩涡产生贫预混燃烧流体。该混合室包括用于在燃烧室中产生所需的漩涡的涡流产生元件。
[0014]WO 2008/071756 Al公开了一种用于燃气轮机的燃烧器，其中，主燃料由旋流器注入到燃烧室中。该旋流器包括布置成一圈以便沿所需路径引导燃料喷射的若干叶片。该旋流器还是一种分隔装置，它沿叶片之间的流槽划分空气流，以实现在燃烧室内沿所需方向喷射燃料和空气。
【发明内容】
[0015]本发明之目的是提高燃气轮机的燃烧室的点燃效能。
[0016]此目的是通过独立的权利要求中所述的一种燃气轮机的燃烧室和一种操作燃烧室的方法来实现的。
[0017]根据本发明的第一方面，提供一种燃气轮机的燃烧室。该燃烧室包括引燃燃烧器装置、燃料喷射器和点火器单元。该引燃燃烧器装置包括具有引燃器表面的引燃器本体，该引燃器表面朝向燃烧室的内腔(燃烧器腔)。该引燃燃烧器装置还包括中轴线。该燃料喷射器包括用于向内腔注入燃料的燃料出口。该点火器单元适合于点燃内腔中的燃料。具体而言，该点火器单元布置在所述引燃器表面，使得流过该点火器单元的燃料能够喷射。该引燃器本体包括凹穴，其中，所述燃料出口布置在该凹穴中。该凹穴的位置相对于所述中轴线偏置。
[0018]根据本发明的另一个方面，提供一种操作上述燃烧室的方法。
[0019]该燃烧室可为用于燃气轮机的环形或筒形燃烧室。该燃烧室可为管形，并且可具有圆筒形或椭圆形横截面。该燃烧室可包括主燃烧段和预燃烧段，旋流器装置和上述的引燃燃烧器装置安装到该预燃烧段上。该引燃燃烧器装置产生引燃火焰，其中，该引燃火焰用于稳定内腔中的主火焰。
[0020]包括引燃器表面的引燃燃烧器装置例如可附接至旋流器装置附近的燃烧室末段上。引燃燃烧器装置的(引燃)燃料喷射器布置在引燃器表面，用于向内腔中注入燃料。
[0021]引燃器表面朝向燃烧室的内腔(燃烧器腔体)。引燃器本体安装到燃烧室端面的孔中，即，引燃器本体可安装到燃烧室的开口端(例如端面的孔中)。引燃器本体例如以可拆卸方式安装到燃烧室的端面上。燃烧室的端面相对于燃烧室内的气流处于燃烧室的最上游位置。燃烧室的侧壁附接至该端面，并包括相对于该端面的角度。燃烧室的侧壁(至少部分地)沿燃烧室的中轴线从端面延伸。
[0022]由燃料喷射器在引燃器表面处注入的燃料用于控制主火焰，由旋流器装置注入的主燃料在主火焰中燃烧。注入的(引燃)燃料产生预定的火焰形状。主燃料流相对于燃烧室的中轴线以大致正切于燃烧室的方向经由旋流器引入。注入的主燃料流和引燃燃料流可包括液体燃料或气体燃料。主燃料和引燃燃料流在注入燃烧室后大致沿中轴线朝远离引燃器表面的方向流动。主燃料和引燃燃料流也可相对于中轴线以稍稍倾斜的角度流动。引燃燃料被点火器单元点燃，以形成引燃火焰。引燃火焰点燃主燃料，以形成主火焰。
[0023]燃烧室的中轴线可为燃烧室的对称线，尤其是预燃烧段的对称线。燃烧室的中轴线可为与燃气轮机的中心线重合的其它设计。引燃燃烧器装置的中轴线可与上述的燃烧室中轴线平行和/或同轴。
[0024]因此，引燃器表面的凹穴的“偏心”位置限定出距引燃燃烧器装置的中轴线一定距离的凹穴位置。尤其是，引燃器本体的中轴线不穿过“偏心”凹穴。
[0025]这意味着，凹穴形成距中轴线一定距离的孔或腔体。尤其是，腔体具有圆筒形轮廓或圆锥形轮廓。具体而言，凹穴可具有转动对称轮廓。因此，凹穴包括对称轴，该对称轴距引燃燃烧器装置的中轴线一定距离。
[0026]因此，燃料出口相对于凹穴周围的一段引燃器表面是凹入的。尤其是，在一种示例性实施例中，燃料喷射器相对于点火器单元凹入到引燃器本体中，而点火器单元可布置在凹穴周围的一段引燃器表面处。
[0027]因此，燃料喷射器向偏心凹穴中注入燃料。燃烧室的内腔(燃烧器腔体)中的流体在燃烧室内围绕引燃燃烧器装置的中轴线沿周向流动。流体(空气/燃料混合物)穿过偏心凹穴，并把由燃料喷射器注入并雾化的燃料导引至点火器。通过把燃料喷射器出口布置在凹穴内，能够实现燃料相对于点火器单元正确喷射，而不会影响燃料雾化或者在火焰点燃后的燃料运转。因此，能实现适当的点燃效能。
[0028]通常，燃烧室的内腔中的燃烧流体(例如燃料/空气混合物)的环流是绕中轴线被导引的，因此是绕中轴线沿周向环流。因此，由于凹穴相对于中轴线偏心布置