[發明專利]燃料靈活的三方向旋轉旋流器和其使用方法

無效

• 申請號: 200810003048.2
• 申請日: 2008-01-10
• 公開（公告）號: CN101220953A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: A·M·埃爾卡迪;A·T·埃武萊特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D11/40
• 分類號: F23D11/40;F23D11/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;楊松齡

技術領域

本發明的實施例通常涉及燃燒器，尤其是，用在低排放量的燃燒工藝中的貧油預混燃燒器的燃料靈活、燃料空氣混合器。

背景技術

在歷史上，已經利用擴散控制(也稱作非預混)燃燒在燃燒器內從燃料中獲取能量，其中，反應物在其內初始分離，并且反應僅僅在燃料和氧化劑之間的接觸面發生，在所述接觸面處會出現混合和反應兩種情況。這種設備的示例包括但不局限于，飛機空氣輪機和用于發電、海上推進、氣體壓縮、聯合發電以及海上平臺發電等等的航改燃氣輪機。在設計這些燃燒器的過程中，工程師不僅僅要挑戰對保持或降低燃燒器總體尺寸的永久需求，以便增加最大操作溫度和增加特定能量釋放速度，還要挑戰對降低規定污染物的形成和排入環境的日益增長的要求。主要目標污染物的示例包括氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、未燃燒的或部分燃燒的碳氫化合物和溫室氣體(如二氧化碳(CO₂))。由于難于控制在燃燒發生時依賴于流體機械混合而導致的在流動過程中局部組分的變化、與局部化學計算的燃燒相關的峰值溫度、溫度升高區域的保留時間、氧氣利用率，所以擴散控制燃燒器在保持增加的性能的理想水平的同時還為滿足目前和將來的排放要求提供了有限的能力。

進來，貧油預混燃燒器已經用于進一步降低不合適污染物的排放。在這些燃燒器中，在燃燒器內發生任何顯著的化學反應之前，通過利用燃料空氣混合器使合適量的燃料和氧化劑在混合室內或區域內很好的混合，從而有助于控制上述擴散控制燃燒器和其它本領域公知的困難。預混燃燒器的燃料空氣混合器具有一套內、外反向旋轉的旋流器，所述旋流器通常設置在混合管的上游端附近，以便向空氣流傳遞旋轉。在這種設備內注射燃料的不同方式是公知的，包括向內和/或外環形旋流器供應第一燃料，所述環形旋流器可包括中空葉片，該中空葉片具有與護罩上的燃料管匯流動連通的內腔，和/或通過中心體壁內的多個噴嘴向混合管注射第二燃料，所述中心體壁與第二燃料增壓室流動連通。在這種設備中，來自壓縮機的高壓空氣通過旋流器流體混合管，從而形成強剪切區域，并且燃料從外旋流器葉片通道和/或交叉射流內的中心體噴嘴被注射到混合管，以便在使燃料空氣混合物流出混合管的下游端和進入到燃燒器內并被點燃之前使高壓空氣和燃料混合。盡管沒有限制，但是選擇用在貧油預混燃燒器內的燃料為天然氣。

除了能夠進一步降低規定污染物排放水平的燃燒器之外，具有燃料靈活性的貧油預混燃燒器在逐漸增加其重要性。由于世界上對能量的需求和天然氣價格的持續上漲，發電廠的工作者一直在尋找替代燃料，尤其是這些從豐富的和廉價的自然資源(如煤)中獲得的燃料。例如，考慮但不限制，目前對具有先進的燃燒系統的整體氣化聯合循環技術(IGCC)具有興趣，其中，清潔、有效和性價比高的煤基發電系統已經顯示出能夠獲得更高的效率水平，同時還能釋放符合或超過目前規定污染物的排放水平的廢氣。IGCC裝置的一種有意的特征為合成燃料氣(也叫做合成氣)，該合成燃料氣為富含一氧化碳和氫氣的氣體，其可通過煤或其它物質的氣化工藝獲得。然而，如果現有的發電廠具有大量的初始資本并需要保持靈活性，那么能夠燃燒天然氣、合成氣或兩者混合氣的貧油預混燃燒器是理想的選擇。不過，用于燃燒天然氣或任意其它高能燃料的常規燃燒器不能夠燃燒合成氣或任意低能燃料，并保持相同的性能和污染物形成水平，這是因為幾何參數和工作參數所需的顯著變化，所述參數例如但不限制于，對于給定火焰溫度以及總壓力降的燃料和空氣的當量比、燃料注射速度以及對于給定總燃料流動的馬赫數。

因此，存在一種對于用在貧油預混燃燒器內的燃料空氣混合器的需求，所述燃燒器具有燃燒高能燃料和/或低能燃料的靈活性，同時還能保持或超過目前在能量輸出、總效率、可操作性以及污染物的形成方面的性能水平，這種努力在發展燃氣輪機燃燒器方面為一種積極的邁進，旨在最終將發電轉化為氫基經濟。

發明內容

上述的一個或多個需求和本領域公知的其它需求通過燃料空氣混合器而實現，所述燃料空氣混合器包括：環狀護蓋；中心體；設置在中心體外表面周圍的內旋流器；燃料增壓室，其具有由軸向延伸并在它們之間具有間隙的內、外護蓋構成的環形空間、至少一個燃料入口、設置在內、外護蓋之間的間隙內的燃料增壓室旋流器，其位于燃料增壓室的下游部分，所述內護蓋周向設置在內旋流器的周圍；設置在燃料增壓室的外護蓋周圍的外旋流器，所述內、外旋流器能使進入環狀護蓋的第一氧化劑流的第一和第二部分獨立旋轉；燃料護蓋，其在徑向方向上遠離第二旋流器設置，并周向地設置在環狀護蓋的周圍，燃料護蓋與外旋流器流動連通。