[發明專利]一種用于渦輪發動機的預混合裝置

有效

• 申請號: 200910149752.3
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101625122A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: B·P·拉西;B·瓦拉塔拉彥;W·S·齊明斯基;G·O·克雷默;E·伊爾馬茨;P·B·梅爾頓;B·卓;C·X·斯蒂芬森;D·K·費林;J·H·安
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/62
• 分類號: F23D14/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 楊松齡

本發明是基于美國能源部(DOE)所授的合同No.DE-FC26-05NT4263在政 府資助下產生的。政府擁有該發明的一定權利。

技術領域

本發明的示例性實施方式，涉及渦輪機燃燒系統的領域，尤其是涉及用于渦 輪機燃燒器的預混合裝置。

背景技術

通常，燃氣渦輪發動機燃燒油/氣混合物，該油/氣混合物釋放熱能以形成高 溫氣流(gas?stream)。該高溫氣流經由熱氣管線而通到渦輪。該渦輪將高溫氣流 的熱能轉換為旋轉渦輪軸的機械能。該軸可具有多種應用，例如為泵或者發電 機提供動力。

在燃氣渦輪機中，發動機效率隨著燃燒氣流溫度的增加而增加。不幸的是， 較高的氣流溫度產生較高級別(level)的氮氧化物(NOx)，該排放物必須符合 于聯邦和州的條例。因而，需要在有效的范圍內存在操作燃氣渦輪機期間精細 的平衡作用，同時還要確保低于規定水平的氮氧化物的排出。

可通過確保燃油和空氣的非常好的混合而實現產生低的氮氧化物(NO_X)級 別。不同的技術，例如干低的氮氧化物(DLN)燃燒器包括低級(lean)預混燃 燒器和低級的直接噴射燃燒器，這些技術用于確保適當的混合。在采用低級預 混燃燒器的渦輪機中，燃料在允許進入反應或者燃燒區域之前在預混裝置中與 空氣進行預混合。預混合降低了燃燒溫度以及，進而也降低了氮氧化物的排出。 然而，由于采用特殊的燃料，預混合可導致自動燃燒、逆火和/或保持在預混合 裝置內的火焰。

在采用低級直接噴射(LDI)概念的渦輪機中，燃料和空氣可在混合之前， 直接被引導并分別引導到燃燒線路中，該燃燒線路布置在燃燒器的上游端。然 而，一些采用LDI概念的系統遇到了在燃燒線路內部的快速和均勻的混合貧 (lean)燃料和富空氣的困難。在該區域的局部火焰溫度可超過形成最小的氮氧 化物的閾值溫度，并且將氮氧化物的產物提高到不希望的級別。在一定情況下， 添加稀釋劑以降低氮氧化物的級別。然而，惰性稀釋劑并不是速效的，反而會 影響發動機的熱效率，以及增加投資和操作成本。

其他系統可采用具有位于反應區域下游的稀釋區域的燃燒器。在這種情況 下，惰性稀釋劑被直接引導到稀釋區域并且與油/氣混合物進行混合以實現預定 的混合物和/或進入到渦輪機段的氣流的溫度、然而，正如上面所討論的那樣， 惰性稀釋劑通常并不有效，反而會影響發動機的熱效率，以及增加投資和操作 成本。此外，在反應區域下游添加稀釋劑，并不導致氮氧化物級別的產生顯著 的改變。

發明內容

根據本發明的一個示范性實施方式，用于渦輪發動機的預混合裝置，包括 具有進口部分、出口部分和外壁的主體，該外壁可選擇地限定至少一個流體傳 輸高壓間；以及多個流體傳輸管，這些管延伸穿過該至少一個流體傳輸高壓間 的至少一部分。多個流體傳輸管的每個包括至少一個流體連通到該至少一個流 體傳輸高壓間的流體傳輸開口。在該結構中，第一流體可選擇地傳輸到該至少 一個流體傳輸高壓間，其穿過該至少一個流體傳輸開口并且在渦輪發動機的燃 燒室中燃燒之前，與流過該多個流體傳輸管的第二流體混合。

根據本發明的另一示范性實施方式，提供了一種在混合裝置中形成可燃燒 混合物的方法，該混合裝置具有主體，該主體包括進口部分、出口部分和可選 擇地限定至少一個流體傳輸高壓間的外壁。該方法包括將第一流體引導到該至 少一個流體傳輸高壓間中，以及通過多個流體傳輸管傳輸第二流體，該多個流 體傳輸管延伸穿過該至少一個流體傳輸高壓間。該多個流體傳輸管的每個包括 進口端部、出口端部以及中間部分。該方法進一步包括使第一流體流過形成在 每個該多個流體傳輸管的流體傳輸開口，在該多個流體傳輸管中混合第一和第 二流體，并且將該第一和第二流體從每個該多個流體傳輸管的出口端部傳輸到 燃燒室。