用于燃燒穩(wěn)定性的輔助激光點(diǎn)火的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)和用于控制用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室中，一個(gè)目的是減少排放，諸如氮氧化物NOx和/或一氧化碳CO。在燃燒室內(nèi)部的溫度導(dǎo)致高CO和NOx排放。
[0003]為了減少排放，所謂的干式低排放(DLE)燃燒系統(tǒng)被使用，其通常具有在擴(kuò)散火焰模式下燃燒的輔助燃料流。輔助燃料流可以生成所謂的引燃火焰。這穩(wěn)定了燃燒室中的主火焰。為了減少排放，引燃火焰必須被限制。
[0004]此外，一個(gè)目的是降低燃燒室中的溫度，以便于減少NOx排放。這些較低的溫度可以通過(guò)在主火焰中燃燒貧燃的燃料空氣混合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。貧燃的燃料空氣混合物包括比用來(lái)完全燃燒所有的燃料所需更多的空氣。貧燃的燃料空氣混合物因此包括較低的火焰溫度。然而，貧燃火焰可能非常不穩(wěn)定并且當(dāng)量比(燃料/空氣混合物與被稱(chēng)為化學(xué)計(jì)量混合的用于在燃燒中完全使用所有氧和所有的燃料所需的燃料/空氣混合的比率)中僅小的變化就可導(dǎo)致熄火。
[0005]干式低排放燃燒系統(tǒng)包括主火焰，在該主火焰處燃燒非常貧燃的燃料混合物。在正常情況下，這將導(dǎo)致易受動(dòng)力學(xué)影響的不穩(wěn)定的火焰。因此DLE系統(tǒng)使用引燃火焰。引燃火焰包括富燃的或更富燃的燃料混合物，其中富燃的或更富燃的引燃火焰比貧燃主火焰更穩(wěn)定并且從這個(gè)熱的穩(wěn)定引燃火焰產(chǎn)生的熱量和自由基穩(wěn)定主火焰。然而，引燃火焰局部熱，因此導(dǎo)致高NOx排放。
[0006]為了穩(wěn)定燃燒室中的主火焰，進(jìn)一步的能量源可以被使用以穩(wěn)定主火焰。
[0007]US 2006/0016169 A公開(kāi)了一種渦噴推進(jìn)系統(tǒng)。一種激光器系統(tǒng)，包括:激光器陣列，用于向燃燒室的燃燒部提供電磁輻射，使得燃燒過(guò)程被加強(qiáng)。
[0008]US 4，035，131公開(kāi)了一種燃燒室，其包括控制裝置，用于通過(guò)使用遍及整個(gè)燃料/氧化劑混合物被吸收的紫外線輻射來(lái)控制燃料/氧化劑混合物中的自保持的燃燒的點(diǎn)火。
[0009]US 4，556，020公開(kāi)了一種用于刺激特別是內(nèi)燃機(jī)中的貧燃的混合物的燃燒的布置。光子能量源通過(guò)施加紫外光源被供給到火焰。
[0010]US 2011/0214409 Al公開(kāi)了一種包括燃燒室的燃燒渦輪機(jī)。每個(gè)燃燒室設(shè)置有用于點(diǎn)火燃料/空氣混合物的點(diǎn)火設(shè)備。該點(diǎn)火設(shè)備可以包括激光器點(diǎn)火系統(tǒng)。
[0011]US 5，640，841公開(kāi)了一種針對(duì)低NOx燃燒渦輪機(jī)的等離子炬點(diǎn)火。等離子加熱的燃料被噴射，以用于精確控制點(diǎn)火在燃燒筐中的貧燃的混合物，同時(shí)通過(guò)消除傳統(tǒng)的渦輪機(jī)燃燒器的引燃火焰所需的空氣而最小化NOx生成。
[0012]US 4，052，139公開(kāi)了一種用于改進(jìn)反應(yīng)的能量產(chǎn)率的裝置。電磁輻射模擬電抗的分子，諸如在燃燒室中的燃料/氧混合物。
[0013]US 4，230，448公開(kāi)了一種油燃燒器，其包括具有微波能量源的燃燒室。微波能量源被連接到燃料供應(yīng)管線以加熱燃料并且在燃燒室中的燃燒區(qū)域中的燃料噴霧的噴嘴處施加電場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的一個(gè)目的可以是提供具有穩(wěn)定的火焰特性的燃燒室。
[0015]該目的由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)和用于控制用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)的方法解決。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，呈現(xiàn)了用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)。燃燒系統(tǒng)包括燃燒室、旋流器設(shè)備、可選的引燃器設(shè)備和發(fā)光裝置。
[0017]燃燒室具有端部分和從該端部分沿著燃燒室的中心軸線延伸的預(yù)燃燒部分。
[0018]旋流器設(shè)備被安裝到預(yù)燃燒部分，其中主燃料能夠由或通過(guò)旋流器注入到預(yù)燃燒部分的內(nèi)部體積中，使得使用主燃料的主火焰能夠在內(nèi)體積以?xún)?nèi)產(chǎn)生。
[0019]燃燒系統(tǒng)可選地包括引燃器設(shè)備。本發(fā)明可使得引燃器設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)的方案相比變得多余。另一方面，在其它配置中可能有利的是附加地在燃燒系統(tǒng)中具有引燃器設(shè)備。引燃器設(shè)備(如果存在)被安裝到燃燒室的端部分，從而引燃燃料能夠由或通過(guò)引燃器設(shè)備注入到預(yù)燃燒部分的內(nèi)部體積中，使得使用引燃燃料的引燃火焰能夠在內(nèi)體積以?xún)?nèi)產(chǎn)生，以用于穩(wěn)定主火焰。
[0020]在本申請(qǐng)的意義上的“可選的”是指“可選的引燃器”可能存在及工作，它可能存在但不工作，或者它甚至可能不存在或者不被安裝因而顯然也不能工作。
[0021 ] 發(fā)光裝置被適配用于將電磁輻射發(fā)射到內(nèi)體積中，其中發(fā)光裝置被布置到燃燒室，使得向引燃火焰和/或主火焰的能量輸入能夠由電磁輻射生成，以用于穩(wěn)定引燃火焰和/或主火焰。
[0022]更精確的是，當(dāng)能量輸入僅被導(dǎo)向主火焰時(shí)，那么該配置可以有利地穩(wěn)定主火焰。在該情況下，引燃燃料可能甚至不被要求生成穩(wěn)定的主火焰。當(dāng)能量輸入僅被導(dǎo)向引燃火焰時(shí)，那么該配置可以有利地穩(wěn)定引燃火焰。穩(wěn)定的引燃火焰還可隨后改進(jìn)主火焰的穩(wěn)定。在第三配置中，當(dāng)能量輸入被導(dǎo)向弓I燃火焰和主火焰時(shí)，兩個(gè)火焰還可以被直接穩(wěn)定。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，呈現(xiàn)了控制用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒系統(tǒng)的方法。根據(jù)該方法，主燃料被旋流器注入到燃燒室的預(yù)燃燒部分的內(nèi)體積中。旋流器設(shè)備被安裝到從燃燒室的端部分沿著燃燒室的中心軸線延伸的預(yù)燃燒部分。
[0024]主燃料被點(diǎn)燃，使得主火焰被生成并在內(nèi)體積以?xún)?nèi)燃燒。
[0025]引燃燃料(如果引燃器設(shè)備存在)由或通過(guò)引燃器設(shè)備被注入到預(yù)燃燒部分的內(nèi)體積中，其中引燃器設(shè)備被安裝到燃燒室的端部分。引燃燃料被點(diǎn)燃，使得引燃火焰被生成并在內(nèi)體積以?xún)?nèi)燃燒。
[0026]通過(guò)從發(fā)光裝置發(fā)射電磁輻射到內(nèi)體積中從而生成向引燃火焰的能量輸入，引燃火焰被穩(wěn)定。
[0027]如已經(jīng)指出的，該設(shè)計(jì)的進(jìn)一步的實(shí)施例是穩(wěn)定功能可以被導(dǎo)向主火焰。因而，激光被用來(lái)向主火焰提供能量輸入。
[0028]燃燒室可以是環(huán)型的或者罐型的燃燒器。燃燒室可以是管狀的并且可以具有圓柱形或橢圓形的截面。燃燒室包括主燃燒部分和預(yù)燃燒部分，旋流器設(shè)備被安裝到預(yù)燃燒部分。沿著燃燒燃?xì)庠谌紵业膬?nèi)體積以?xún)?nèi)的流動(dòng)方向(該流動(dòng)方向通常與中心軸線平行，或者在某些設(shè)計(jì)中流動(dòng)方向傾斜于中心軸線)，預(yù)燃燒部分被定位在相對(duì)于主燃燒部分的上游。主火焰從預(yù)燃燒部分延伸到位于主燃燒部分的下游。引燃火焰(如果引燃器設(shè)備被安裝)通常在預(yù)燃燒部分中燃燒并且可僅使得短的部分延伸到主燃燒部分中。引燃火焰被用來(lái)穩(wěn)定主火焰。
[0029]燃燒室的中心軸線可以是燃燒室的并且特別是預(yù)燃燒部分的對(duì)稱(chēng)線。在另一個(gè)設(shè)計(jì)中，燃燒室的中心軸線可以與燃?xì)鉁u輪機(jī)的中心線重合。在旋流器部分處，旋流器被安裝到預(yù)燃燒部分并且圍繞預(yù)燃燒部分中心軸線。
[0030]端部分是預(yù)燃燒部分的上游端部分并且形成燃燒室的上游端部分。特別地，端部分可以包括法線，其具有相對(duì)于預(yù)燃燒部分的中心軸線的平行分量。端部分可以被定義為引燃燃料進(jìn)入(預(yù))燃燒室處的部分。端部分可以例如由錐形燃燒室的尖端或者例如由圓柱形燃燒室的上游端形成。
[0031]端部分還可以是(預(yù))燃燒室的端面并且形成燃燒室的上游端部分。
[0032]旋流器設(shè)備包括槽，由氧化劑/燃料混合物組成的主燃料通過(guò)該槽能夠被多個(gè)旋流器流注入到預(yù)燃燒部分中。旋流器設(shè)備特別地可以是繞中心軸線圍繞的徑向旋流器。
[0033]流過(guò)旋流器的槽的主燃料的氧化劑/燃料混合物在相應(yīng)的流以?xún)?nèi)進(jìn)入到預(yù)燃燒部分中時(shí)通常相對(duì)于中心軸線被切線地引導(dǎo)。進(jìn)而，氧化劑/燃料混合物在預(yù)燃燒室以?xún)?nèi)被引導(dǎo)，使得一個(gè)分量平行于預(yù)燃燒部分以?xún)?nèi)的中心軸線的軸線方向，直到氧化劑/燃料混合物進(jìn)入燃燒室的主燃燒部分。主燃料的氧化劑/燃料混合物生成主火焰。
[0034]包括燃燒器面的引燃器設(shè)備可以被附接到接近旋流器設(shè)備的端部分。引燃器設(shè)備的引燃燃料注入器可以被布置到引燃器面以用于將引燃燃料注入到預(yù)燃燒部分中。引燃燃料通常沿著預(yù)燃燒室的中心軸線的軸向方向被注