[發明專利]用于軸向分級的低排放燃燒器的附壁型噴射系統

無效

• 申請號: 200910141695.4
• 申請日: 2009-05-18
• 公開（公告）號: CN101629719A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: A·T·埃武萊特;B·瓦拉塔拉彥;G·O·克雷默;A·M·埃爾凱迪;B·P·萊西
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 陳江雄;劉華聯

技術領域

[0001]本發明大體上涉及燃燒器，且更具體地涉及一種用于軸向分級的低排放燃燒裝置的附壁型(coanda)噴射系統。

背景技術

[0002]在燃氣渦輪機機組或聯合循環設備中使用的燃氣渦輪機在高溫和高壓的條件下工作，以實現較高的工作效率，而這趨于增加排氣流中的排放物(例如，NOx)。盡管產生NOx的各種因素是公知的，但最主要的一種是燃燒器中的火焰溫度。NOx排放與燃燒器中的火焰溫度成正比。

[0003]存在一些用于減少來自于燃燒器排氣流中NOx的常規技術。一種常規采用的方法涉及將蒸汽或水噴射到燃燒器中的高溫燃燒區域以便降低燃燒期間的火焰溫度。盡管該方法很容易執行，但其面臨的問題在于需要大量的蒸汽或水，從而導致降低設備效率。此外，將大量蒸汽或水噴射到燃燒器中會增加燃燒振動、不完全燃燒產物，以及縮短壽命。

[0004]考慮到上述缺點，已研制出一種干式預混貧燃燒方法，其中，燃料和燃燒空氣以預混模式噴射，并在貧燃料的情況下在單級燃燒器中燃燒。盡管實現了NOx排放的減少，但預混噴射模式引起燃燒器可操作性范圍的減小。在燃燒器中使用單級燃燒不能保證較低的NOx排放。

[0005]多級燃燒可用來實現減少的NOx排放和較好的燃燒器可操作性范圍。在這樣的常規系統中，附加的預混器設置在燃燒器的后級(later?stage)環境中，該燃燒器具有來自于一個或多個初級噴嘴的反應氣體流。預混器的存在干擾了燃燒器后級中的熱氣流型，從而導致穿越燃燒器的較高壓降。由于升溫以及引入可燃混合物到燃燒器后級中，故冷卻這樣的預混器也很困難。

[0006]因此，需要一種在燃氣渦輪機中使用的系統，其在無損燃燒器的動力和可操作性的情況下實現減少來自于軸向分級的燃燒器的NOx排放。

發明內容

[0007]根據本發明的一個示例性實施例，公開了一種低排放燃燒器。該燃燒器包括限定燃燒室的燃燒器外殼，該燃燒室具有多個燃燒區。襯套套筒設置在燃燒外殼中，其中在襯套套筒與燃燒器外殼之間形成間隙。次級噴嘴沿燃燒室的中心線設置，并且構造成用以將包括空氣、至少一種稀釋劑、燃料或它們的組合的第一流體噴射到多個燃燒區之中的第一燃燒區的下游側。多個初級燃料噴嘴設置成鄰近燃燒室的上游側且位于次級噴嘴周圍，并且被構造成用以將包括空氣和燃料的第二流體噴射到第一燃燒區的上游側。燃燒器還包括多個第三級附壁型噴嘴。各第三級附壁型噴嘴均聯接到相應的稀釋孔上。第三級附壁型噴嘴構造成用以將包括空氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或其組合的第三流體噴射到多個燃燒區之中的一個或多個剩余燃燒區中。該一個或多個剩余燃燒區位于第一燃燒區的下游側。

[0008]根據另一個示例性實施例，公開了一種具有低排放燃燒器的燃氣渦輪機。

附圖說明

[0009]本發明的這些及其它特征、方面和優點在參照附圖閱讀如下詳細描述時，將變得更為清楚，附圖中相似的標號表示相似的零件，在附圖中：

[0010]圖1為具有根據本發明示例性實施例的低排放燃燒器噴嘴的燃氣渦輪機的簡圖；

[0011]圖2為具有根據本發明示例性實施例的多個附壁型第三級噴嘴的燃燒器的簡圖；

[0012]圖3為根據本發明示例性實施例的附壁型第三級噴嘴的簡圖；

[0013]圖4為根據本發明示例性實施例的附壁型第三級噴嘴的簡圖；

[0014]圖5為根據本發明示例性實施例的附壁型第三級噴嘴的簡圖；以及

[0015]圖6為基于根據本發明示例性實施例的附壁效應在附壁型第三級噴嘴中的輪廓附近形成燃料邊界層的簡圖。

具體實施方式

[0016]如下文詳細論述的那樣，本發明的一些實施例公開了一種具有燃燒器外殼的低排放燃燒器，該燃燒器外殼限定包括多個燃燒區的燃燒室。襯套套筒設置在燃燒外殼中，并且在襯套套筒與燃燒器外殼之間形成間隙。具有多個稀釋孔的襯套設置在襯套套筒內。次級噴嘴沿燃燒室的中心線設置，并且構造成用以將包括空氣、至少一種稀釋劑、燃料或其組合的第一流體噴射(也稱為“引燃噴射”)到多個燃燒區之中的第一燃燒區的下游側。多個初級噴嘴設置成鄰近燃燒室的上游側且位于次級噴嘴周圍，并且構造成用以將包括空氣和燃料的第二流體噴射(也稱為“主噴射”)到第一燃燒區的上游側。第一流體的量通常比第二流體的少。