[發(fā)明專利]無樁式二次燃料噴嘴

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110463204.5
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102588973A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·R·德賽;S·戈帕拉克里什納;K·V·斯里哈;A·蒙加
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/48
• 分類號: F23D14/48;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強(qiáng);傅永霄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及燃?xì)廨啓C(jī)，并且更具體而言涉及具有二次燃料噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)制造商繼續(xù)研究和工程項(xiàng)目，以制造在不產(chǎn)生不合需要的空氣污染排放的情況下將以高效率運(yùn)行的新的燃?xì)廨啓C(jī)。通常由燃燒傳統(tǒng)的烴燃料的燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的主要的空氣污染排放是氮氧化物、一氧化碳和未燃燒的烴。本領(lǐng)域公知的是，在吸氣發(fā)動機(jī)中氮分子的氧化高度依賴于燃燒系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)中的最大熱氣溫度。形成氮氧化物(NO_X)的化學(xué)反應(yīng)的速率是溫度的指數(shù)函數(shù)。如果燃燒室熱氣的溫度被控制到足夠低的水平，則熱NO_X將不會產(chǎn)生。

將熱力發(fā)動機(jī)燃燒器的反應(yīng)區(qū)的溫度控制到低于形成熱NO_X的水平的一個優(yōu)選方法是，在燃燒之前將燃料和空氣預(yù)混合成稀薄混合物。存在于稀薄預(yù)混合燃燒器的反應(yīng)區(qū)中的過量空氣的熱質(zhì)量會吸收熱，并且將燃燒產(chǎn)物的溫升降低到不形成熱NO_X的水平。

用于降低排放的稀薄預(yù)混合燃料噴射器在整個行業(yè)中是常用的，已經(jīng)在重型工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)中被實(shí)踐了超過二十年。在降低燃?xì)廨啓C(jī)排氣排放的領(lǐng)域，這樣的裝置已經(jīng)取得巨大的進(jìn)步。在不使用稀釋劑(例如蒸汽或水)噴射的情況下，相對于現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)散火焰燃燒裝置，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)減少氮氧化物(NO_X)排放達(dá)一個數(shù)量級或更多。

用于燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒器的通常的構(gòu)造提供各個將燃料排出到一次燃燒室中的一次噴嘴的環(huán)形陣列，以及將燃料排出到二次燃燒室中的中心二次噴嘴。二次噴嘴具有在其排出端處被空氣旋流器包圍的軸向燃料輸送管道，空氣旋流器將燃燒空氣提供給燃料噴嘴排出口。通常二次噴嘴用作具有兩個燃料回路的二級(擴(kuò)散和預(yù)混合)全氣體二次燃料噴嘴。這允許該噴嘴在預(yù)混合模式或擴(kuò)散模式中運(yùn)行。各個燃燒器的二次噴嘴位于中心本體內(nèi)，并且延伸通過設(shè)置有旋流器的襯套，燃燒空氣通過旋流器被引入來與來自二次噴嘴的燃料混合。二次噴嘴布置成將燃料排出到上游的一次燃燒室與下游的二次燃燒室之間的喉部區(qū)域。通過同心地布置的擴(kuò)散和預(yù)混合管道，燃料被供應(yīng)給二次噴嘴。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的二次燃料噴嘴組件5的預(yù)混合區(qū)段。預(yù)混合區(qū)段10包括固定到燃料噴嘴本體20的外壁17的外表面16上的多個樁(peg)15，各個都具有角焊縫18。該多個樁15從燃料噴嘴本體沿徑向向外延伸，并且在分立的位置處在周邊周圍延伸。燃料噴嘴壁17的徑向內(nèi)部是多個二次歧管25，各個歧管設(shè)置在燃料噴嘴壁17的內(nèi)表面19與徑向內(nèi)部的支承結(jié)構(gòu)22之間。而且二次歧管25的徑向內(nèi)部是燃料室30，可從二次燃料噴嘴組件的后部部分(未顯示)對燃料室30供應(yīng)燃料。二次歧管25可包括來自下面的燃料室30的徑向通路26，其通過燃料噴嘴壁17且通過樁15而連通。徑向通路與排出通路27連通，并且通過燃料噴射孔28連通到在燃料噴嘴本體20周圍的預(yù)混合空間40中。樁15干擾了空氣流45的分布，并且造成燃料和空氣的不均勻的徑向和周向混合。另外，由于大小和它們很遠(yuǎn)地伸入預(yù)混合空間40中的原因，樁15會導(dǎo)致不合需要的壓降。

因此，存在為二次燃料噴嘴提供簡單且對燃料-空氣的混合執(zhí)行改進(jìn)的控制的預(yù)混合布置的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一方面提供了一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的二次燃料噴嘴，其中，燃燒器在二次燃料噴嘴周圍的燃料-空氣預(yù)混合空間內(nèi)提供下游燃燒空氣流。二次燃料噴嘴包括具有燃料源端和尖部端的伸長的管本體。噴嘴還包括整體式燃料噴射歧管，以用于預(yù)混合燃料和下游燃燒空氣流。燃料噴射歧管在伸長的管本體內(nèi)形成為大體環(huán)形本體形狀，并且燃料噴射歧管設(shè)置在燃料源端和尖部端之間。燃料噴射歧管從伸長的管本體的內(nèi)部沿徑向延伸到伸長的管本體的徑向上方和外部。歧管在伸長的管本體的外部的燃料-空氣預(yù)混合空間中沿周向完全在伸長的噴嘴本體周圍延伸。二次燃料噴嘴還包括從伸長的管本體的燃料源端到燃料噴射歧管的燃料通路，從而將預(yù)混合燃料供應(yīng)給整體式燃料噴射歧管。多個燃料通道在伸長的管本體內(nèi)的預(yù)混合燃料通路與整體式燃料噴射歧管的外表面上的多個燃料排出出口之間為預(yù)混合燃料提供流體連通。用于預(yù)混合燃料的燃料通道沿周向布置在燃料噴射歧管的環(huán)形本體周圍。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于包括渦輪和壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。燃燒器包括沿著燃燒器的軸向中心線布置的二次燃料噴嘴和包圍二次燃料噴嘴的至少一個一次燃料噴嘴。背板將一種或多種燃料源供應(yīng)給一次噴嘴和二次燃料噴嘴。燃燒器將來自于壓縮機(jī)的燃燒空氣供應(yīng)提供給一次燃料噴嘴和二次燃料噴嘴。