CN102414514B - 预混合燃烧器 - Google Patents

Abstract

提供一种预混合燃烧器(1)，其包括空气输入通道(21)、至少一个先导燃气输入通道(23)，该先导燃气输入通道具有至少一个面朝空气输入通道(21)的通道壁(39)和一个汇入空气输入通道(21)中的先导燃气出口端(29)，以及所述预混合燃烧器包括在空气输入通道(21)内位于先导燃气出口端(29)上游的点火元件(35)，其特征为：先导燃气输入通道(23)的通道壁(39)在点火元件(35)上游有至少一个燃气排出孔(37)，以及其中，先导燃气输入通道(29)在所述至少一个燃气排出孔(37)下游有一个流动阻力(41、43、47、49、51、55)，以及其中，流动阻力通过先导燃气输入通道(23)的缩窄(41、43、47、49)达到，以及其中，所述缩窄通过设置在通道壁(39)上朝内部方向的凸起(47、49)实现，或者所述缩窄通过安装在通道(23)内使通道截面减小的衬套(41)实现，或者所述缩窄通过安装在通道(23)内使通道截面减小的物体(51、55)实现。

Description

预混合燃烧器

技术领域

本发明涉及一种预混合燃烧器，它包括一个先导燃烧器和一个点火器。

背景技术

预混合燃烧器首先用于避免在火焰中形成所谓热点，也就是说避免形成有温度很高的火焰区的不均匀火焰。其目的在于减少燃烧时产生的NO_X排放量。NO_X排放量随火焰温度呈指数关系增加。因此降低火焰温度峰值(热点)导致减少NO_X排放量。

为了保持预混合火焰的温度尽可能低，它们往往用一种贫燃料空气混合物在稳定性的边界工作，也就是说与燃烧用空气之比为如此少量的燃料混合，亦即形成一种刚好尚能点燃的混合物。然而这种贫混合物的后果是导致预混合火焰中的不稳定性，而这种不稳定性可能诱发燃烧系统内压力脉动。因此，为了稳定贫混合物的预混合火焰，采用一种先导燃烧器，它作为扩散燃烧器工作，亦即燃料和燃烧空气在事先不强烈混合的情况下供给火焰。先导燃料占燃烧器总燃料量的份额约为5％至10％。除了稳定预混合火焰外，先导燃烧器还可以考虑使用于点燃火焰。

在DE19757617A1和WO00/12933中介绍了所谓混合式燃烧器，它们不仅包括预混合燃烧器而且也包括扩散燃烧器。预混合燃烧器同心地围绕扩散燃烧器配置。此外扩散燃烧器还包括一个先导燃料输入装置，以便能将其作为先导燃烧器使用。

EP1712837A1介绍了一种燃烧器，它在基本结构方面与在DE19757617A1和WO00/12933中介绍的燃烧器相同。然而不存在分开的输入通道，用于扩散燃气，亦即使用于燃烧器扩散工作的燃气，和用于先导燃气，亦即使用于先导燃烧器工作的燃气。代之以通过同一个燃料输入通道或同一些燃料输入通道，既能供给扩散燃气又能供给先导燃气。以此方式可以节省供气系统。

先导火焰通常借助扩散燃烧器的火焰点燃。这是可以实现的，因为扩散燃烧器通常为了起动燃气轮机工作，而先导燃烧器只是在过渡为燃烧器预混合工作时才需要连接。此外一般还存在一个点火燃烧器，用它点燃扩散燃气。例如在EP0193838B1中介绍了这类点火燃烧器。若现在如EP1712837A1中所述，仅存在一个公共的用于扩散燃气和先导燃气的燃料供给系统时，便需要一个恰当的点火装置，因为如在普通混合式燃烧器中所使用的那种点火燃烧器，并非无疑问地适用于这种情况。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种没有自己扩散燃气输入装置的燃烧器，它有点火装置，这种点火装置使自己的点火燃烧器成为多余。

上述技术问题通过按照权利要求1所述的预混合燃烧器得以。从属权利要求包含本发明的一些有利的扩展设计。

按本发明的预混合燃烧器包括空气输入通道、先导燃气输入通道，先导燃气输入通道有至少一个面朝空气输入通道的通道壁和一个汇入空气输入通道中的先导燃气出口端，以及所述预混合燃烧器包括在空气输入通道内位于先导燃气出口端上游向的点火元件，它例如可设计为双极触发电极。在先导燃气输入通道的通道壁中，存在至少一个位于点火元件上游的燃气排出孔。

预混合燃烧器按照本发明的设计允许直接点燃先导燃气，也就是说，不必事先点燃一个经自己的扩散燃气通道供应的扩散火焰，以及无需仅为了点火的目的而存在的自己的点火燃烧器及相关的点火燃气通道。为了点火，可以从至少一个燃气排出孔将先导燃气排入空气输入通道内，并在那里与空气一起形成能点燃的混合物，它流过位于下游的点火元件。因此可以简化这种燃烧器的总体结构，因为需要较少的燃气通道，其结果是降低燃烧器制造成本。

在按本发明的燃烧器中，先导燃气输入通道在所述至少一个燃气排出孔下游具有流动阻力。这种流动阻力导致处于上游的燃气压力升高，从而保证将为了形成能点燃的混合物的足够燃气，在点火元件的区域内通过燃气排出孔排入空气输入通道中。所述流动阻力可例如通过一种缩窄，尤其通过在先导燃气输入通道的先导燃气出口端的缩窄实现。

为实现缩窄的一种结构上简单的可能性在于，在通道内部设置一个布置在通道壁上以及朝内部方向的凸起。与之不同，还有一种可能性是，缩窄通过一个安装在通道内使通道截面减小的衬套实现。另一种可能性在于，在先导燃气输入通道内置入一个障碍物。这种物体可例如是一个空气动力学造型体、格栅、编织物等。

在按本发明的预混燃烧器中，通道壁在点火元件上游可以有至少两个沿空气流动方向错开布置的气体排出孔。以此方式允许加大先导燃气的排出量，无需增大燃气排出孔的孔横截面，并因而不必改变其空气动力学。

为了能扩展加入空气输入通道内的先导燃料的截面宽度，在点火元件上游的通道壁内，设至少两个垂直于通过空气输入通道流动的空气的流动方向错开布置的气体排出孔。

按本发明预混合燃烧器的一项结构设计，先导燃气输入通道设计为先导燃气管，它延伸通过燃烧器的内腔，以及它在一个位于点火元件上游的引出位置从内腔引出并伸入空气输入通道中。在这里管壁构成通道壁以及所述至少一个气体排出孔布置在先导燃气管的伸入空气输入通道中的那个区段上。一个或多个先导燃气管的置入，尤其也可以事后在现已存在的燃烧器内进行，从而可以改装现有的燃烧器。

附图说明

由下面参见附图对实施例的说明中给出本发明的其他特征、特性和优点。

图1表示按本发明的燃烧器示意剖面图；

图2表示先导燃气管和其中所设的燃气排出孔；

图3表示图2中的先导燃气管沿线III-III剖开示出的剖面；

图4表示先导燃气管伸入空气通道内的区段沿其纵轴线的剖面；

图5表示先导燃气管第二种方案的出口端；

图6表示先导燃气管第三种方案的出口端；

图7表示先导燃气管第四种方案的出口端；

图8表示先导燃气管第五种方案的出口端；以及

图9表示先导燃气管第六种方案的出口端。

具体实施方式

下面参见图1说明按本发明的燃烧器一种实施例。燃烧器1有绕燃烧器轴线A基本上旋转对称的结构，它有一个朝燃烧室7方向开口的燃烧器出口9。燃烧器出口9有一个中央燃烧器喷枪13，它有一个液态燃料输入通道，在其燃烧室一侧的端部15有一个或多个喷雾嘴，用于将液态燃料喷入存在于燃烧室7内的火焰中。此时燃烧器喷枪13用于造成一个供给液态燃料的扩散火焰。若燃烧器仅设计针对一般用气态燃料的工作方式，则取代上述燃烧器喷枪13考虑使用模拟件，它的外部几何尺寸与上述燃烧器喷枪相同，不过在燃烧室一侧的端部没有喷雾嘴。

围绕燃烧器喷枪13存在圆柱形壁17，它包围一个在壁17与燃烧器喷枪13之间构成的内腔19。此环形内腔19用于将可燃气输入空气输入通道21内，通过它将维持火焰必要的空气供给燃烧器1。为此环形内腔19有一些燃气排出孔20。燃烧器1在燃烧器出口9的上游有所谓的轴向格栅30，它保证空气与可燃气产生涡旋，并因而确保两者均匀混合。这种均匀预混合的空气燃料混合物经由燃烧器出口9输入燃烧室7并在那里燃烧。

为了保持生成少量的NO_X，调整为贫空气燃料混合物，也就是说将混合物内的燃料份额保持为尽可能低，由此可以避免在形成的预混合火焰内NO_X生成的温度峰值。与预混合火焰不同，作为扩散火焰工作的先导火焰用于使在稳定性边界附近工作的预混合火焰稳定化，以避免在燃烧室内基于振荡燃烧而形成压力脉动。与预混合火焰不同，在扩散火焰中，在将燃料与空气输送给火焰前并未进行燃料与空气的均匀混合。先导火焰不仅用于稳定预混合火焰，而且还用于点燃预混合火焰。

为了向先导火焰输送，先导燃气管23通过在圆柱形壁17与燃烧器喷枪13之间的环形内腔19，一直延伸到内腔19的在燃烧室一侧的端部。在那里它们穿过一个基本上圆锥形的端壁25，并将一个管段27伸入空气输入通道21。先导燃气管23在燃烧室一侧的端部29开口，以及用于将先导燃气喷入通过环形空气输入通道21流入的空气内。此外，在空气输入通道21内还伸入一个具有双极触发电极33的点火器31。意味着是燃烧器1真正的点火元件的双极触发电极33，其顶端35处于先导燃气管23开口的出口端29上游。所述的顶端35设置为，使之与其中一个先导燃气管23基本上处于同一条半径线上。以此方式使双极触发电极35处于先导燃气管附近。应当指出，触发电极32的顶端35并非一定要与其中一个先导燃气管23位于同一条半径线(Radiallinie)上。有意义的仅仅是，顶端35延伸到离其中一个先导燃气管23足够近的地方。

设在点火器31附近的那个先导燃气管23，除了出口端29中的孔外，还在管壁内配备至少一个位于出口端29上游的燃气排出孔37。在本实施例中存在三个燃气排出孔37a、37b、37c，它们设计为沿管23的轴向以及沿管23周向错开的孔。在图2和图3中表示了孔的这种布局，其中图2表示在先导燃气管23中这些孔的俯视图，以及图3表示沿线III-III通过先导燃气管23管壁39剖开示出的剖面图。选择孔37a、37b、37c的如此分布，是鉴于优化通过孔37所排出燃气的分布断面。

在先导燃气管23中的燃气排出孔37设在电极顶端35上游，也就是说，从燃气排出孔37排出并喷入通过空气输入通道21流动的空气中的燃气，沿电极顶端35流动，从而可以借助点火火花点燃燃气。

为保证通过燃气排出孔37a至37c排出对于点燃足够的燃气量，在先导燃气管23中燃气排出孔的下游，设置一个流动阻力。流动阻力导致在其上游发生压力增大，这保证为了成功点燃有足够的先导燃气通过燃气排出孔37a、37b、37c排入空气输入通道21内。

图4用放大的剖面图详细表示先导燃气管23伸入空气输入通道21内的区段27。在此视图中只能看到其中一个穿过管壁39延伸的燃气排出孔37。在先导燃气出口端29，在先导燃气管23内插入一个衬套41，它在出口端29的区域内将先导燃气管23内可供先导燃气流动用的流动截面减小。以此方式将衬套41上游的燃气压力提高到，使得有足够的先导燃气通过燃气排出孔37排出。

图5表示在先导燃气管23出口端29区域内造成流动阻力的另一种方案。取代衬套41，先导燃气管23在出口端29有一个截锥形壁段43，它导致先导燃气出口端29的出口45有一个与先导燃气管23流动截面相比减小了的孔口截面。由此也可以造成燃气排出孔37上游区恰当升高压力。

图6表示在先导燃气管23内引入流动阻力的另一种方案。按本方案，先导燃气管23在出口端29前不远处有一个围绕其圆周的V形内凹47，它导致可供先导燃气流动用的流动截面在该内凹区减小。流动截面的这种减小仍可导致内凹47上游的压力增高。

图7表示流动阻力的另一种方案。按本方案，先导燃气管23在出口端29前不远处有一个方向朝里并围绕管圆周的环形凸起49，它导致减小可供先导燃气流动用的流动截面，并因而导致凸起49上游的压力增高。

图8表示流动阻力的再另一种方案。按本方案，管壁39直至先导燃气出口端29设计为圆柱形。在先导燃气管23内提高压力的流动截面减小，通过气动造型的内插件51实现，它借助杆53固定在管壁39内侧。所述固定可借助硬钎焊或熔焊连接实现。与之不同，杆也可以借助螺钉连接固定在管壁39上。

图9表示在先导燃气管23内流动阻力的再另一种方案。在图9中表示的先导燃气管23同样直至先导燃气出口端29有圆柱形管壁39。在先导燃气出口端29前不远处或直接就在先导燃气出口端29，在先导燃气管23内装入一个格栅55，它成为通过先导燃气管23流动的先导燃气的流动障碍，并因而导致格栅55上游的压力增高。

借助实施例说明的本发明可以在一种燃烧器中实现，在这种燃烧器中先导燃烧器仅有一些先导燃气输入通道作为唯一的燃气输入通道，燃烧器的点燃不是自身存在和有自己燃料输入的点火燃烧器造成的。因此按本发明的燃烧器仅有两个燃气输入系统就够用了，亦即先导燃气输入系统和预混合工作时燃气的输入系统。其结果是，降低燃烧器复杂性并与此同时降低生产成本。

Claims (4)

1.一种预混合燃烧器（1），其包括空气输入通道（21）、至少一个先导燃气输入通道，该先导燃气输入通道具有至少一个面朝空气输入通道（21）的通道壁（39）和一个汇入空气输入通道（21）中的先导燃气出口端（29），以及所述预混合燃烧器包括在空气输入通道（21）内位于先导燃气出口端（29）上游的点火元件（35），其特征为：先导燃气输入通道的通道壁（39）在点火元件（35）上游有至少一个燃气排出孔（37），以及其中，先导燃气输入通道在所述至少一个燃气排出孔（37）下游有一个流动阻力（41、43、47、49、51、55），以及其中，流动阻力通过先导燃气输入通道的缩窄（41、43、47、49）达到，以及其中，所述缩窄通过设置在通道壁（39）上朝内部方向的凸起（47、49）实现，或者所述缩窄通过安装在所述通道内使通道截面减小的衬套（41）实现，或者所述缩窄通过安装在所述通道内使通道截面减小的物体（51、55）实现，以及所述至少一个先导燃气输入通道设计为至少一个先导燃气管（23），它通过燃烧器（1）的内腔（19）延伸，以及它在一个位于点火元件（35）上游的引出位置从内腔（19）引出并伸入空气输入通道（21）中，其中，管壁构成通道壁以及所述至少一个气体排出孔（37）布置在先导燃气管（23）伸入空气输入通道（21）中的区段（27）上。

2.按照权利要求1所述的预混合燃烧器（1），其特征为，所述缩窄（41、43、47、49、51、55）设置在先导燃气管（23）的先导燃气出口端（29）。

3.按照权利要求1所述的预混合燃烧器（1），其特征为，通道壁（39）在点火元件（35）上游有至少两个沿空气在空气输入通道（21）中流动方向错开布置的燃气排出孔（37a、37b、37c）。

4.按照权利要求1所述的预混合燃烧器（1），其特征为，通道壁（39）在点火元件（35）上游有至少两个垂直于空气在空气输入通道（21）中流动方向错开布置的燃气排出孔（37a、37b、37c）。