[發明專利]燃料噴嘴及包括該燃料噴嘴的組件和燃氣渦輪機

無效

• 申請號: 201110224376.7
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102345879A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: C·L·范德沃爾特;J·M·海恩斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;楊楷

技術領域

所公開的實施例一般地涉及氣體和液體燃料渦輪機，包括環管或環形燃燒系統兩者，以及操作此類燃燒系統的方法。

背景技術

干燥低NOx技術常規地用于通過利用燃料和空氣的預混來對帶有環管燃燒系統的工業燃氣渦輪機中的氣態燃料燃燒進行排放控制。預混的主要好處是提供引起相對恒定的反應區溫度的均勻燃燒速度。通過細心的空氣管理，可優化這些溫度以產生很低的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃燒烴(UHC)的排放。中心預混燃料噴嘴的調制可通過允許燃料-空氣比率和外噴嘴的對應反應速度保持相對恒定同時改變進入渦輪機的燃料輸入來擴大操作范圍。

本領域技術人員充分理解燃料分級是一種通過均勻的熱釋放來實現更高的渦輪機進口溫度的手段。軸向分級的系統采用沿著燃燒器流動通路的多個燃料噴射平面。軸向燃料分級的利用需要特別的設計考慮來將燃料噴入高溫燃燒產物。軸向分級的燃燒器的較后級的高溫和高壓環境已阻礙了適用于商業應用的魯棒性設計的開發。

因此希望開發具有燃料系統構造和/或利用分級燃料法的新型燃氣渦輪機，以便實現更低的峰值燃料溫度。預期此類燃氣渦輪機對應地具有低NOx和CO排放。新型燃氣渦輪機呈現在此類“排放規定”體制內的增加的可操作性范圍的能力將提供進一步的優點。

發明內容

提供了一種燃氣渦輪機燃料噴嘴。該燃料噴嘴具有物理構造，使得噴嘴無法穩定火焰直到約0.65的當量比。

另一方面，提供了一種用于單級燃氣渦輪機燃燒器的組件。該組件包括圍繞中心軸線布置的外噴嘴陣列，以及位于所述中心軸線上的中心噴嘴，其中所述中心噴嘴具有物理構造，使得中心噴嘴無法穩定火焰直到約0.65的當量比。

另一方面，提供了一種包括多個燃燒器的燃氣渦輪機。各燃燒器具有圍繞燃燒器的縱向軸線設置的多個外燃料噴嘴、大致沿著所述中心軸線布置的中心噴嘴以及單個燃燒區。中心噴嘴無法穩定火焰直到約0.65的當量比。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和優點將變得更好理解，全部附圖中相似的附圖標記代表相似的零件，其中：

圖1是對于燃氣渦輪機燃燒系統的燃燒器可操作性或火焰穩定性的圖示；

圖2是燃料空氣理論比率(x軸線)相對于在15％O₂的NOx水平(y軸線)的關系的圖形表示，顯示了延遲貧燃燃燒的好處；

圖3示出了對于預混燃燒系統的火焰穩定性的區域，區域“1”為常規燃料噴嘴無法穩定火焰(常規貧燃熄火)的范圍，區域“2”為此改進的燃料噴嘴無法穩定火焰(擴大的貧燃熄火)的范圍，而區域“3”為所有燃料噴嘴均可穩定火焰的區域；

圖4是根據一個實施例的渦輪機的環管燃燒器的示意性橫截面視圖；

圖5是根據一個實施例的端蓋和燃料噴嘴組件的示意性前端視圖；

圖6是根據一些實施例的外燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖7是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖8是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖9是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖10是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖11是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖12是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖13是根據一個實施例的中心燃料噴嘴的示意性橫截面視圖；

圖14A是對于常規環管燃燒器的火焰形狀的圖示；

圖14B是對于根據一個實施例的環管燃燒器的火焰形狀的圖示；以及

圖14C是對于根據一個實施例的環管燃燒器的火焰形狀的圖示。

零部件列表

10燃氣渦輪機

12壓縮機

14燃燒器

16葉片

18過渡管道

20火花塞

22聯焰管

24燃燒器外殼

26渦輪機外殼

28螺栓

30端蓋組件

32外燃料噴嘴組件

33中心噴嘴

34流套筒

35凸緣接頭

36外壁

37對接接頭

38燃燒襯里

39支柱

40內壁

42燃燒襯里罩蓋組件

44孔口

46預混管

47后板