[發明專利]用于操作燃燒器的系統和方法

無效

• 申請號: 201210038424.8
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102635860A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: J·基爾斯納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D17/00
• 分類號: F23D17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;譚祐祥

技術領域

本發明大體涉及一種用于操作燃燒器的系統和方法。在特定的實施例中，本發明的系統和方法可用于操作燃氣渦輪中的燃燒器。

背景技術

燃燒器通常用于點燃燃料，以產生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃氣渦輪示例性地包括一個或多個燃燒器，以產生功率或推力。示例性的用于產生電功率的燃氣渦輪包括位于前面的軸向壓縮機、一個或多個在中間周圍的燃燒器和處在后面的渦輪。周圍空氣可供給至壓縮機中，并且壓縮機中的旋轉葉片和固定導葉逐漸地將動能賦予工作流體(空氣)，從而產生處于高能化狀態下的壓縮的工作流體。壓縮的工作流體離開壓縮機，并流過各個燃燒器中的一個或多個噴嘴，在此處，壓縮的工作流體與燃料混合并點燃，從而產生具有高溫、高壓和高速的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪中膨脹以做功。例如，燃燒氣體在渦輪中的膨脹可使連接在發電機上的軸旋轉，從而產生電力。

供給燃燒器的燃料可以是液體燃料、氣體燃料或液體燃料和氣體燃料的組合，這依賴于各種因素，例如操作模式、操作水平和各種燃料的可用性。如果液體燃料、氣體燃料和/或其它流體在燃燒之前與壓縮的工作流體不均勻地混合，那么在燃燒器中，尤其在噴嘴出口附近可能形成局部熱點。局部熱點可能會增加富含燃料區域中的一氧化二氮的產生，同時燃料稀薄區域可能增加一氧化碳和未燃燒的碳氫化合物的產生，所有這些都是不合需要的廢氣排放。另外，富含燃料區域可能增加燃燒器中的火焰反燃到噴嘴中并且/或者變得附著在噴嘴內部的機會，其可能損傷噴嘴。雖然對于任何燃料都可能發生火焰反燃和火焰保持，但它們更容易發生在高反應性的燃料上，例如氫氣，其具有更高的燃燒速率、火焰速度和更寬的可燃性范圍。

富含燃料區域和燃料稀薄區域的存在和位置可能隨操作模式、操作水平和/或所使用的燃料類型而變化，并且存在各種系統和方法以容許更高的燃燒器操作溫度，同時最大限度地減小不合需要的排放、反燃和火焰保持。例如，在較低的操作水平下，某些系統和方法通過在減少的液體燃料流附近噴射霧化空氣，以增強液體燃料與壓縮的工作流體在燃燒之前的擴散作用，來減少不合需要的排放。在較高的操作水平下，其它系統和方法通過在增加的液體燃料流量和/或氣體燃料流量附近噴射稀釋劑，例如水、蒸汽、燃燒廢氣或惰性氣體，以減少燃燒器中的峰值火焰溫度和/或冷卻噴嘴的下游表面，來減少不合需要的排放和/或火焰保持事件。然而，各種系統和方法時常需要專門的噴嘴設計，并且示例性地在橫跨整個燃燒器操作模式和水平的范圍上減少不合需要的排放和/或火焰保持事件方面具有降低了的效率。因此，用于在寬的操作模式和水平范圍上操作燃燒器來提高燃燒器效率、減少不合需要的排放和/或防止反燃和火焰保持事件的系統和方法將是很有用的。

發明內容

下文在以下描述中闡述，或者可從該描述中明白，或者可通過本發明的實踐學習到本發明的方面和優勢。

本發明的一個實施例是一種用于操作燃燒器的系統。該系統包括噴嘴、穿過噴嘴的具有燃料入口和燃料出口的燃料通道，以及穿過噴嘴的具有稀釋劑入口和稀釋劑出口的稀釋劑通道。燃料供給與燃料入口和稀釋劑入口流體連通，并且稀釋劑供給與稀釋劑入口流體連通。

本發明的另一實施例是一種用于操作燃燒器的系統，其包括噴嘴、穿過噴嘴的燃料通道、穿過噴嘴的稀釋劑通道以及穿過噴嘴的空氣通道，燃料通道具有燃料入口和燃料出口，稀釋劑通道具有稀釋劑入口和稀釋劑出口，并且空氣通道具有空氣入口和空氣出口。燃料供給與燃料入口以及稀釋劑入口或空氣入口中的至少一個流體連通。稀釋劑供給與稀釋劑入口流體連通。傳感器提供反映燃燒器的操作參數的參數信號，并且連接在傳感器上的控制器接收來自傳感器的參數信號，并基于參數信號而針對燃料供給產生控制信號。

本發明還可包括一種用于操作燃燒器的方法，其包括使燃料流過噴嘴中的燃料入口，并使稀釋劑流過噴嘴中的稀釋劑入口。該方法還包括感測燃燒器的操作參數，產生反映操作參數的信號，并基于反映操作參數的信號而控制通向稀釋劑入口的燃料的流量。

本領域中的普通技術人員在查看本說明書時將更好地理解這樣的實施例的特征和方面，以及其它。

附圖說明

在說明書的其余部分中，包括對附圖的參照，更具體地描述了對本領域中的技術人員而言本發明的完整且能夠實施的公開，包括其最佳模式，其中：

圖1是根據本發明的一個實施例的示例性燃燒器的簡化的橫截面；

圖2是圖1中所示的示例性噴嘴的簡化的橫截面；