[發(fā)明專利]具有預(yù)混合主燃料噴嘴組件的燃燒器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110076945.8
• 申請日: 2011-03-18
• 公開（公告）號: CN102192504A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: B·W·羅米格;L·J·斯托亞;K·蘇布拉馬尼安;D·W·西蒙斯
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本申請主要涉及一種用于燃氣輪機的燃燒器，且更具體地涉及一種具有預(yù)混合主燃料噴嘴組件的兩級低NOx燃燒器。

背景技術(shù)

用于燃氣輪機的低NOx燃燒器在工業(yè)中是公知的。例如，美國專利號4292801描述了一種“雙級-雙模式低NOx燃燒器”，其在燃燒過程期間產(chǎn)生數(shù)量減少的氮氧化物(NOx)。圖1是此種已知的燃燒器100的實施例的截面視圖。燃燒器100通常包括第一燃燒室102和第二燃燒室104。燃燒室102、104在外部周界上由燃燒襯套106限定并由截面減少的喉部隔開，該喉部用作熱動力分隔器來隔離該兩個燃燒區(qū)。

在上游端，燃燒器100由端蓋108封閉。端蓋108支承可傳送燃料到這些燃燒室中的多個燃料噴嘴。更具體而言，多個主燃料噴嘴110提供燃料至第一室102，以及輔助燃料噴嘴112提供燃料至第二室104。主燃料噴嘴110通常圍繞輔助燃料噴嘴112定位成圓形陣列，該輔助燃料噴嘴112居中地定位并沿軸向經(jīng)過第一室102朝向第二室104延伸。

為了使空氣能進入燃燒室102、104，流動套筒114圍繞燃燒襯套106定位。流動套筒114和燃燒襯套106一起限定與壓縮機連通的環(huán)形空氣通路116。來自壓縮機的空氣流動經(jīng)過環(huán)形通路116并經(jīng)由在燃燒襯套106和端蓋108之間的環(huán)形間隙118進入燃燒室102、104。

操作中，燃料選擇性地經(jīng)引導(dǎo)通過主燃料噴嘴110和輔助燃料噴嘴112，以產(chǎn)生減少的NOx排放物的方式在燃燒室102、104中的一個或二者中啟動和終止燃燒。具體而言，燃燒器100可以擴散模式或以預(yù)混合模式進行操作。在擴散模式中，燃料經(jīng)引導(dǎo)通過主燃料噴嘴110且在第一室102中發(fā)生燃燒。在預(yù)混合模式中，燃料經(jīng)引導(dǎo)通過主燃料噴嘴110和輔助燃料噴嘴112二者，但僅在第二室104中發(fā)生燃燒。第一室102用作預(yù)混合區(qū)，在其中，空氣和燃料進行預(yù)混合以形成空氣-燃料混合物，而第二室104用作燃燒室，在其中，空氣-燃料混合物經(jīng)燃燒以產(chǎn)生熱的燃燒產(chǎn)物。眾所周知的是，燃燒已經(jīng)預(yù)混合的空氣-燃料混合物會產(chǎn)生相對較低的NOx排放物。因此，燃燒器100通常在穩(wěn)態(tài)操作期間以預(yù)混合模式進行操作，而擴散模式則用于過渡至穩(wěn)態(tài)或在需要減少輸出時。

對于燃燒器100的一個問題是，主燃料噴嘴110并非真正的預(yù)混合噴嘴。代替的是，主噴嘴110實質(zhì)上為在遠端由分隔的空氣渦流器所環(huán)繞的燃料柱樁(peg)。空氣渦流器使空氣圍繞恰處于其遠端上游的燃料柱樁渦動，將其噴射到空氣流中。因此，主燃料噴嘴110通常視作為擴散噴嘴。

對于燃燒器100的另一問題是，僅一部分進入第一室102的空氣傳送通過環(huán)形間隙118并進入空氣渦流器。大部分進入第一室102的空氣傳送通過直接在燃燒襯套106中形成的混合孔。結(jié)果是，在擴散模式中非常少的預(yù)混合會發(fā)生在噴嘴水平處，以及相比于對于較好的第一級混合所可能發(fā)生的情況，在預(yù)混合模式中可能會發(fā)生較少的預(yù)混合。

一種類型的公知預(yù)混合噴嘴是渦流環(huán)形燃料噴嘴或“渦流噴嘴”，其通常包括在內(nèi)部輪轂和外部護罩之間延伸的多個導(dǎo)葉。導(dǎo)葉周向地間隔開并包括燃料噴射開口。燃料噴射開口經(jīng)由燃料通道接收燃料，該燃料通道從內(nèi)部輪轂中的燃料進入開口沿徑向向外延伸。在操作中，沿軸向行進經(jīng)過渦流噴嘴的空氣通過導(dǎo)葉而渦動，以及沿徑向行進通過渦流噴嘴的燃料噴射到渦流空氣流中。此種噴嘴改善了混合，但通常用于單級燃燒器。

發(fā)明內(nèi)容

一種燃燒器包括第一燃燒室、與第一燃燒室相關(guān)聯(lián)的預(yù)混合主燃料噴嘴組件、第二燃燒室，以及與第二燃燒室相關(guān)聯(lián)的輔助燃料噴嘴組件。預(yù)混合主燃料噴嘴組件包括構(gòu)造成用以使空氣流渦動的多個導(dǎo)葉，各導(dǎo)葉均包括構(gòu)造成用以噴射燃料到空氣流中的多個燃料噴射孔。

在本發(fā)明的另一方面，一種預(yù)混合主燃料噴嘴組件包括內(nèi)部環(huán)形套圈(collar)、多個導(dǎo)葉，以及形成在各導(dǎo)葉中的多個燃料噴射孔。導(dǎo)葉從內(nèi)部環(huán)形套圈沿徑向向外延伸。該內(nèi)部環(huán)形套圈還可包括多個空氣通道開口。

在本發(fā)明的又一方面，一種燃燒器包括與預(yù)混合主燃料噴嘴組件相關(guān)聯(lián)的第一燃燒室以及與輔助燃料噴嘴組件相關(guān)聯(lián)的第二燃燒室。預(yù)混合主燃料噴嘴組件圍繞輔助燃料噴嘴組件同心地定位。

當(dāng)研究以下附圖和詳細描述時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會清楚或?qū)顾_系統(tǒng)和方法的其它系統(tǒng)、裝置、方法、特征以及優(yōu)點變得清楚。所有這些附加的系統(tǒng)、裝置、方法、特征和優(yōu)點都意圖包含在該描述中并意圖由所附權(quán)利要求來保護。

附圖說明