[發明專利]耐火焰主噴嘴設計

無效

• 申請號: 201110310914.4
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102444894A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: A·R·罕;T·E·約翰遜
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/48
• 分類號: F23D14/48
• 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

技術領域

本發明涉及燃燒器燃料噴嘴，且更具體地涉及一種燃燒器燃料噴嘴，其包括在高反應性低沃泊(wobbe)燃料操作中用以降低主燃料噴嘴導葉內火焰穩定風險的器件。

背景技術

燃氣輪機廣泛地用于動力生成的商業操作。圖1顯示了本領域中公知的典型燃氣輪機10。如圖1中所示，燃氣輪機10大體上包括位于前方的壓縮機12、圍繞中部的一個或多個燃燒器14，以及位于后方的渦輪16。壓縮機12和渦輪16通常共用公共的轉子。壓縮機12逐漸地壓縮工作流體和排放壓縮的工作流體至燃燒器14。燃燒器14噴射燃料到壓縮的工作流體流中并點燃混合物以產生具有高的溫度、壓力和速度的燃燒氣體。燃燒氣體離開燃燒器14并流動至渦輪16，在其中燃燒氣體膨脹以做功。

圖2提供了本領域中公知的燃燒器20的簡化截面圖。殼體22環繞燃燒器20以容納來自壓縮機12的壓縮工作流體。噴嘴布置在端蓋中，例如，如圖2中所示那樣主噴嘴28徑向地圍繞副噴嘴30布置。噴嘴28，30下游的襯套32限定通過文丘里喉部(或縮窄段，throat)38隔開的上游室34和下游室36。來自壓縮機12的壓縮工作流體在殼體22和襯套32之間流動通向主噴嘴28和副噴嘴30。主噴嘴28和副噴嘴30將燃料與壓縮的工作流體相混合，且混合物從主噴嘴28和副噴嘴30流動進入上游室34和下游室36中，在其中發生燃燒。

在全速基本負載操作期間，燃料和壓縮工作流體混合物經過主噴嘴28和副噴嘴30的流率足夠高，使得燃燒僅發生在下游室36中。然而，在降低功率操作期間，主噴嘴28以擴散模式操作，在擴散模式中來自主噴嘴28的燃料和壓縮工作流體混合物的流率降低，使得來自主噴嘴28的燃料和壓縮工作流體混合物的燃燒發生在上游室34中。

諸如天然氣的較低反應性燃料通常具有較低的火焰速度。由于較低的天然氣火焰速度，來自以擴散模式操作的主噴嘴28的燃料和壓縮工作混合物的流率足夠高，使得上游室34中的燃燒發生在距主噴嘴28的足夠距離處以防止燃燒過度地加熱主噴嘴28和/或使主噴嘴28熔化。然而，較高反應性的燃料，例如合成氣體、氫、一氧化碳、乙烷、丁烷、丙烷或較高反應性碳氫化合物的混合物，通常具有較高的火焰速度。較高反應性燃料增加的火焰速度使得上游室34中的燃燒移動得更接近主噴嘴28。在上游室34中處于擴散模式操作下的局部火焰溫度可遠高于主噴嘴28材料的熔點。結果，以擴散模式操作的主噴嘴28會經歷過度加熱，從而導致過早和/或災難性故障。

燃料端口通常定位在導葉之間以噴射導葉之間的燃料到進入空氣中。導葉之間的空間受到限制，以及對于高反應性燃料，在擴散模式操作期間增加了在燃料噴口中火焰穩定的機會，這會導致損壞噴嘴，從而限制燃燒系統的燃料靈活性。

發明內容

在示例性實施例中，一種燃料噴嘴，包括：具有限定環形腔的側壁和前壁的噴嘴腔，以及周向地圍繞噴嘴腔外表面布置的旋流器導葉。多個端口形成在側壁和前壁的其中一個內且圍繞其周向地間隔開。該多個端口提供穿過側壁或前壁的流體連通。該多個端口以定位或定向中的至少一種方式使得限定在側壁或前壁中且穿過該側壁或前壁連通的燃料噴口向旋流器導葉的下游連通。

在另一示例性實施例中，一種燃料噴嘴包括具有限定環形腔的側壁的噴嘴腔，其中，側壁成漸縮形使得噴嘴腔為部分圓錐形狀。旋流器導葉圍繞噴嘴腔的外表面周向地布置。多個端口形成在側壁中且圍繞其周向地間隔開。該多個端口提供穿過側壁的流體連通。該多個端口在軸向方向上相對于側壁定向成大于90°的角。

在再一示例性實施例中，一種降低主燃料噴嘴導葉內火焰穩定風險的方法，包括步驟：(a)形成包括側壁并限定環形腔的噴嘴腔；(b)周向地圍繞噴嘴腔的外表面布置旋流器導葉；以及(c)形成在側壁中且圍繞其周向地間隔開的多個端口，該多個端口提供穿過側壁的流體連通，其中，該多個端口以定位或定向中的至少一種方式使得限定在側壁中且穿過側壁連通的燃料噴口向旋流器導葉的下游連通。

附圖說明

圖1是燃氣輪機的簡化截面圖；

圖2是燃燒器的簡化截面圖；

圖3是經過現有燃料噴嘴的截面視圖；

圖4是示出具有軸向延伸長度的燃料噴嘴的截面視圖；

圖5是示出具有成一定角度定向的燃料端口的燃料噴嘴的截面視圖；

圖6是示出具有軸向延伸長度和成一定角度定向的燃料端口二者的燃料噴嘴的截面視圖；以及

圖7是示出在前面中具有燃料端口的燃料噴嘴的截面視圖。

零件清單

燃氣輪機??10