[發明專利]用于降低燃燒器中的燃燒動態性的系統和方法

有效

• 申請號: 201210588707.X
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103292353A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 嚴鐘昊;T.E.約翰遜;左柏芳;W.D.約克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23R3/16
• 分類號: F23R3/16;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;嚴志軍

聯邦研究聲明

本發明根據由(美國)能源部給予的編號為DE－FC26－05NT42643的合同在（美國）政府的支持下作出。政府對本發明具有某些權利。

技術領域

本發明大體涉及用于降低燃燒器中的燃燒動態性(combustion?dynamics)的系統和方法。

背景技術

燃燒器通常用在工業操作和動力生產操作中以便使燃料燃燒來產生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃氣渦輪典型地包括用以產生動力或推力的一個或多個燃燒器。用來產生電能的典型的燃氣渦輪包括在前部的軸向式壓縮機、圍繞中部的一個或多個燃燒器以及在后部的渦輪。環境空氣可供應到壓縮機，并且在壓縮機中的轉動的葉片和靜止的靜葉將動能逐漸地給予工作流體(空氣)，以產生在高度受激勵狀態的壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮機并且流動通過一個或多個噴嘴進入到在各個燃燒器中的燃燒室中，其中，壓縮工作流體與燃料混合并且點燃以產生具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪中膨脹以產生功。例如，燃燒氣體在渦輪中的膨脹可使連接到發電機的軸旋轉，以便產生電力。

不同的設計參數和操作參數影響燃燒器的設計和操作。例如，較高的燃燒氣體溫度通常提高燃燒器的熱力效率。盡管如此，較高的燃燒氣體溫度還促進逆燃或火焰保持情形，其中燃燒火焰朝正由噴嘴供應的燃料遷移，從而在相對短的時間量內可能引起對噴嘴的嚴重損害。此外，較高的燃燒氣體溫度通常會提高雙原子氮的離解率，從而增加氮氧化物(NO_X)的產生。相反，與降低的燃料流量和/或部分負荷操作(降低)相關的較低的燃燒氣體溫度通常會降低燃燒氣體的化學反應速率，從而增加一氧化碳和未燃燒的碳氫化合物的產生。

在特定的燃燒器設計中，多個預混合器管可沿徑向布置在端帽中，以提供用于通過端帽且進入到燃燒室中的工作流體和燃料的流體連通。盡管在實現較高的操作溫度、同時進行保護而免于逆燃或火焰保持且控制不合乎需要的排放時是有效的，但某些燃料和操作條件在燃燒器中利用高的氫燃料成分產生了非常高的頻率。在與高頻率相關的燃燒器中的增加的振動可降低一個或多個燃燒器構件的使用壽命。備選地或此外，燃燒動態性的高頻率可在預混合器管和/或燃燒室內部產生壓力脈沖，其會影響燃燒火焰的穩定性、降低針對逆燃或火焰保持的設計余量和/或增加不合需要的排放。因此，降低在燃燒器中的共振頻率的系統和方法對于提高燃燒器的熱力效率、保護燃燒器不受災難性的損害和/或在寬范圍的燃燒器操作水平上減少不合乎需要的排放而言將是有用的。

發明內容

本發明的方面和優點下面在隨后的描述中加以闡明，或可從描述中顯而易見，或可通過實踐本發明而學習。

本發明的一個實施例為用于降低燃燒器中的燃燒動態性的系統。該系統包括沿徑向延伸跨過燃燒器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括沿軸向與下游表面分開的上游表面。多個管束從上游表面延伸通過端帽的下游表面，并且各個管束提供通過端帽的流體連通。在第一管束內部的第一分隔物限定了沿軸向延伸通過下游表面的第一稀釋劑通道。與第一分隔物處于流體連通的稀釋劑供應向在第一分隔物中的第一稀釋劑通道提供稀釋劑流。

本發明的另一實施例為用于降低燃燒器中的燃燒動態性的系統，其包括沿徑向延伸跨過燃燒器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括與下游表面沿軸向分開的上游表面。多個管束從上游表面延伸通過端帽的下游表面，并且各個管束提供通過端帽的流體連通。在第一管束內部的第一稀釋劑通道沿軸向延伸通過端帽的至少一部分并且通過下游表面。與第一稀釋劑通道處于流體連通的稀釋劑供應向稀釋劑通道提供稀釋劑流。

本發明還可包括用于降低燃燒器中的燃燒動態性的方法。該方法包括使燃料流動通過沿軸向延伸通過端帽的多個管束，端帽沿徑向延伸跨過燃燒器的至少一部分。該方法還包括使稀釋劑流動通過在第一管束內部的第一稀釋劑通道進入到在端帽下游的燃燒室中，其中，第一稀釋劑通道沿軸向延伸通過端帽的至少一部分，并且從而在燃燒室中、在第一管束和至少一個其它相鄰的管束之間形成稀釋劑隔離物。

在審閱說明書之后，本領域普通技術人員將更好地理解這樣的以及其它的實施例的特征和方面。

附圖說明

在說明書的剩余部分中(包括對附圖的參考)更詳細地闡述了本發明的完整且能夠實現的公開、包括對本領域技術人員來說本發明的最佳模式，在其中：

圖1為根據本發明的一個實施例的示范性的燃燒器的簡化的截面圖；

圖2為根據本發明的第一實施例的、在圖1中示出的端帽的上游軸向視圖；