[發明專利]貧方位角火焰燃燒器

在審

• 申請號: 201380074577.0
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN105164471A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: J·L·霍布斯;J·A·M·塞迪;R·L·戈爾唐;E·馬斯托拉科斯;G·鮑爾奎
• 申請（專利權）人: 工業渦輪（英國）有限公司
• 主分類號: F23R3/58
• 分類號: F23R3/58;F23R3/28;F23R3/34;F23C9/00;F23C7/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年3月13日提交的美國臨時專利申請號61/780835的優先權，其內容在此全部并入本文。

技術領域

本公開涉及一種改進的燃氣渦輪發動機的燃燒室。

背景技術

對燃氣渦輪發動機的燃燒的研發可能集中在減少排放和能夠燃燒各種燃料源。對于氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的低排放的一定要求提供了一定的設計約束。實現低的CO通常與完全燃燒和產品氣處于熱力學平衡相關聯。實現低NOx與低的燃燒溫度和低的停留時間相關聯，這可以通過貧(lean)燃料-空氣比和/或稀釋來實現。燃燒氣體的稀釋可以采用廢氣，例如廢氣再循環(EGR)和煙氣再循環(FGR)來實現。這些條件可能導致不完全燃燒，而這繼而可能導致高CO輸出。

為了防止不完全燃燒，傳統的燃燒系統的尺寸被確定為具有適當的體積。但是，這種具有高稀釋(EGR或FGR)的方法可能受到可燃性和溫度極限的限制。因此，需要一種燃燒室，其被配置為導致具有超低NOx和CO輸出的燃燒。

附圖說明

雖然權利要求并不局限于特定實例，但是通過其各種示例的討論，可以最好地獲得各方面的理解。現在參照附圖，示例性實例被詳細示出。雖然附圖表示圖示，但是附圖不一定按比例并且某些特征可能被放大以更好地例示和解釋示例的創新方面。此外，本文所描述的示例性示例并不旨在是詳盡的或以其它方式限制或局限于在附圖中示出和在下面的詳細描述中公開的精確形式及構造。示例性實例通過參考如下附圖被詳細描述：

圖1示出了采用本文所討論的改進的燃氣渦輪發動機的示意圖；

圖2示出了示例性燃燒室的透視圖；

圖3示出了另一示例性燃燒室的透視圖；

圖4示出了操作中的圖4中的示例性燃燒室的透視圖；

圖5示出了示例性燃燒室的示例性剖視圖；

圖6示出了燃燒室的示例性流體流動圖；以及

圖7示出了顯示流體流動路徑的燃燒室。

具體實施方式

本文所描述的是燃燒室，其被配置成通過使來自于燃燒室的出口端的空氣與在燃燒室的入口端注入的燃料混合而在燃燒室內產生漩渦。由于空氣進入該燃燒室的出口端的方式，通過混合空氣和燃料的反應產生的產品氣被部分捕獲，從而迫使它們的一部分返回到入口端。此外，方位角反應物射流可在燃燒室中被隔開，以提供反應物。這些射流可以是使漩渦射流反向流動，其提供大體積(bulk)流體運動，使得在一個射流中的產品氣為下一個提供反應物。也就是說，每個反應都由來自先前的反應的產品氣流支持。但是，所產生的漩渦，可能不足以誘發渦流破碎，但僅僅足以提供圓錐形流動路徑。本文所描述的實施例提供了貧方位角火焰(LEAF)燃燒器，以實現穩定、高度稀釋的燃燒。為了提供這樣的結構，在出口端進入燃燒室的空氣流可產生方位角流。即，空氣流可以成角度，使得空氣流的端部可以從空氣孔偏移，如本文所述。

圖1示出了燃氣渦輪發動機10，其可被配置為提供一般發電。發動機10可以分別包括低壓壓縮機，中間壓縮機(未示出)，高壓壓縮機14和16，燃燒器18，高壓渦輪機，中壓渦輪機(未示出)，和低壓渦輪機20，22。高壓壓縮機16被連接到第一轉子軸24，而低壓壓縮機14被連接到第二轉子軸26。中間壓縮機將經由第三轉子軸被連接到中間。這些軸軸向地延伸并平行于縱向中心線軸28。發動機10包括改進的燃燒室18，其結合在本文概括的改進特征。

圖2示出了燃燒器18的示例性燃燒室100的透視圖。燃燒室100可便于燃料和空氣的組合，用于在射流燃料發動機或工業燃氣輪機中燃燒。該燃料可以是氣態、液態或固態，或它們的任意組合。氣體燃料的常見例子可以是任何一種天然氣或天然氣組合(包括但不限于，甲烷和/或乙烷和/或丙烷和/或丁烷、戊烷(和或異構體的變體)、氫、一氧化碳、二氧化碳、氮氣、水等，和/或合成氣(包括但不限于氫、和/或一氧化碳、甲烷、二氧化碳、氮氣、水等)。

液體燃料的示例可以是乙醇、煤油、柴油等的任何一種或者組合。固體燃料的示例可以粉煤。空氣可以是氧化劑，并且可以包括來自于各種來源的多個組成成分。燃料和空氣可以預混，或者可以不預混。在燃燒室100中，燃料和空氣可化合并反應。這些反應可以便于燃燒。化合的燃料和空氣可以在本文中稱為“產品氣”。