[發(fā)明專利]用于駐渦燃燒器中的燃料分級(jí)的燃燒腔布局

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980162277.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN102713202A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·W·肯德里克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貧焰公司
• 主分類號(hào): F02C1/00
• 分類號(hào): F02C1/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 張濤

相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

本申請(qǐng)要求2009年9月13日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/241,940依照35U.S.C§119(e)的權(quán)益，其全部公開為了所有目的通過引用結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃燒和燃?xì)廨啓C(jī)的領(lǐng)域，特別是用于干低排放的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地涉及用于將燃料和空氣預(yù)混合以實(shí)現(xiàn)超低燃燒排放的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

預(yù)混合器能夠用于增強(qiáng)能量釋放/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(例如用于為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的燃燒器)中的火焰穩(wěn)定性。為了簡便，本公開始終使用術(shù)語“燃燒器”，但是應(yīng)當(dāng)理解本公開更加普遍地涉及能夠根據(jù)操作條件作為燃燒器或燃料重整器以及專用燃燒器和重整器設(shè)備操作的能量釋放/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。除非文中另外明確要求，否則術(shù)語“燃燒器”、“重整器”和“能量釋放/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”應(yīng)該被認(rèn)為完全可互換。

當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)中使用的預(yù)混合器包括置于燃燒器入口處的“轂和輻條”構(gòu)型的單元，例如通用電氣、Pratt?&?Whitney、西門子所采用的那些單元，其中燃料通過轂供應(yīng)，噴射出徑向輻條并且/或者集成到旋流葉片中。這些預(yù)混合器的輻條具有多個(gè)橫向于燃燒器入口的尺寸均勻的軸向孔。這些預(yù)混合器的設(shè)計(jì)傾向于使它們對(duì)于特定燃料-空氣動(dòng)量流量比最優(yōu)化。因此，這些預(yù)混合器在狹窄的功率帶中最佳地工作，并且沒有在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作包線上提供最均勻的燃料-空氣混合物。系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生太貧或太富的燃料-空氣區(qū)域，從而不利地影響排放。因此，看上去可以通過重新設(shè)計(jì)與這些系統(tǒng)協(xié)作使用的預(yù)混合設(shè)備在更寬的操作條件范圍上更好地工作而進(jìn)一步改進(jìn)能量釋放/轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的操作。

在公知為“駐渦”燃燒器(TVC，在本公開中稍后討論)的一類燃燒設(shè)備中，在燃燒區(qū)域中，例如在鈍體之間或者燃燒器的壁中提供腔，在腔中將形成渦流和/或其它湍流，從而穩(wěn)定貧混合物的燃燒。例如參見授予Roquemore等人的美國專利No.5,857,339。燃料和/或空氣可通過離散的噴射器噴入駐渦腔中，以引起該區(qū)域中更大的混合并且進(jìn)一步提高火焰穩(wěn)定性。離散的燃料和空氣噴射器可例如位于由燃燒腔的壁限定的駐渦區(qū)域的前壁和后壁上。例如參見Burrus的美國專利No.5,791,148。

Haynes等人的GE全球研究“用于下一代燃?xì)廨啓C(jī)的先進(jìn)燃燒系統(tǒng)，最終報(bào)告(Advanced?Combustion?Systems?for?Next?Generation?Gas?Turbines，F(xiàn)inal?Report)”，2006年1月(DE-FC26-01NT41020)描述了與Burrus描述的燃燒器布局類似的燃燒器。在Haynes等人公開的某些實(shí)施例中，作為前述離散的燃料和空氣入口的替代，燃料和空氣可以預(yù)混合，通過入口錐并且/或者通過燃燒腔的前壁或后壁引入。在入口錐和燃燒腔中都引入預(yù)混合物的實(shí)施例生成了堆積的雙渦流，以及高度湍流混合。

在描述了另一TVC實(shí)施例的美國專利No.7,603,841中，Steele等人公開了一種具有入口預(yù)混合以及向由鈍體部分地限定的燃燒腔中噴射的后噴射器的燃燒器。在該實(shí)施例中，后噴射器指向與進(jìn)入的預(yù)混合物流相反的方向，以引起湍流渦流混合。

至今為止，向燃燒腔中噴射燃料、空氣和/或預(yù)混合的燃料和空氣的所有的TVC設(shè)計(jì)已經(jīng)設(shè)計(jì)為引起湍流，從而導(dǎo)致形成額外的渦流，或者以其它方式增加渦流腔中的湍流混合。例如，Haynes等人的圖3-7示出了每個(gè)TVC腔中的雙駐渦。在這些腔中會(huì)發(fā)生的“自然”流動(dòng)會(huì)是單渦流，該“自然”流動(dòng)指的是在缺少預(yù)混合物噴射的情況下在腔中會(huì)自然發(fā)生的流體流動(dòng)，假定流動(dòng)以其它方式通過燃燒器的主流徑發(fā)生。在Haynes等人的圖3-7所示的情況下，所示“雙渦流”中的第二渦流由預(yù)混合物噴射到TVC腔中而生成，不會(huì)以其它方式存在。在其它情況下，例如在僅提供單個(gè)渦流的情況下，所示的主渦流可能以其它方式存在，但是基本通過添加預(yù)混合物的沖擊而修正，例如通過從其在腔中的自然位置平移運(yùn)動(dòng)，形成更多的湍流，或者以其它方式基本變形。

Rakhmailov共同轉(zhuǎn)讓的美國專利公報(bào)2008/0092544A1(Rakhmailov’544公報(bào))公開了一種預(yù)混合器，該預(yù)混合器與根據(jù)共同轉(zhuǎn)讓給Rakhmailov等人的美國專利No.7,086,854(Rakhmailov’854)的公開設(shè)計(jì)的燃燒器組合配置。Rakhmailov’544公報(bào)中的預(yù)混合器僅在燃燒器的入口處配置。該燃燒器的入口具有高流體流動(dòng)速度，因而在高速度環(huán)境中進(jìn)行入口預(yù)混合。