[發明專利]用于燃燒設備的入口預混合器

有效

• 申請號: 200980162281.8
• 申請日: 2009-11-30
• 公開（公告）號: CN102686849A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: D·W·肯德里克
• 申請（專利權）人: 貧焰公司
• 主分類號: F02C1/00
• 分類號: F02C1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張濤

相關申請的交叉參考

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

技術領域

本發明屬于燃燒和燃氣輪機的領域，特別是用于干低排放的燃氣輪機設計領域，更具體地涉及用于將燃料和空氣預混合以實現超低燃燒排放的設備和方法。

背景技術

預混合器能夠用于增強能量釋放/轉換系統(例如用于為燃氣輪機發動機或發電機提供動力的燃燒器)中的火焰穩定性。為了簡便，本公開始終使用術語“燃燒器”，但是應當理解本公開更加普遍地涉及能夠根據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備操作的能量釋放/轉換系統。除非文中另外明確要求，否則術語“燃燒器”、“重整器”和“能量釋放/轉換系統”應該被認為完全可互換。

當前現有技術中使用的預混合器包括置于燃燒器入口處的“轂和輻條”構型的單元，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，噴射出徑向輻條并且/或者集成到旋流葉片中。這些預混合器的輻條具有多個橫向于燃燒器入口的尺寸均勻的軸向孔。這些預混合器的設計傾向于使它們對于特定燃料-空氣動量流量比最優化。因此，這些預混合器在狹窄的功率帶中最佳地工作，并且沒有在整個發動機操作包線上提供最均勻的燃料-空氣混合物。系統會產生太貧或太富的燃料-空氣區域，從而不利地影響排放。因此，看上去可以通過重新設計與這些系統協作使用的預混合設備在更寬的操作條件范圍上更好地工作而進一步改進能量釋放/轉換系統的操作。

在公知為“駐渦”燃燒器(TVC，在本公開中稍后討論)的一類燃燒設備中，在燃燒區域中，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，以引起該區域中更大的混合并且進一步提高火焰穩定性。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“用于下一代燃氣輪機的先進燃燒系統，最終報告(Advanced?Combustion?Systems?for?Next?Generation?Gas?Turbines，Final?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混合物的實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。在該實施例中，后噴射器指向與進入的預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/或預混合的燃料和空氣的所有的TVC設計已經設計為引起湍流，從而導致形成額外的渦流，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TVC腔中的雙駐渦。在這些腔中會發生的“自然”流動會是單渦流，該“自然”流動指的是在缺少預混合物噴射的情況下在腔中會自然發生的流體流動，假定流動以其它方式通過燃燒器的主流徑發生。在Haynes等人的圖3-7所示的情況下，所示“雙渦流”中的第二渦流由預混合物噴射到TVC腔中而生成，不會以其它方式存在。在其它情況下，例如在僅提供單個渦流的情況下，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動，形成更多的湍流，或者以其它方式基本變形。

Rakhmailov共同轉讓的美國專利公報2008/0092544A1(Rakhmailov’544公報)公開了一種預混合器，該預混合器與根據共同轉讓給Rakhmailov等人的美國專利No.7,086,854(Rakhmailov’854)的公開設計的燃燒器組合配置。Rakhmailov’544公報中的預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速度，因而在高速度環境中進行入口預混合。