[發明專利]燃燒器襯套

在審

• 申請號: 201510831724.5
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105627363A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: A.埃羅格魯
• 申請（專利權）人: 通用電器技術有限公司
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;肖日松

技術領域

本發明涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體地涉及用于改進燃燒性能的燃燒器襯套。

背景技術

為了減少來自氣體供能的渦輪的污染排放量，政府機構出臺了要求減少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量的許多法規。較低的燃燒排放通常可歸因于更有效的燃燒過程，具體關于燃料噴射器位置和混合效力。

早期的燃燒系統使用擴散類型的噴嘴，其中燃料通過擴散在火焰區附近與燃料噴嘴外的空氣混合。擴散類型的噴嘴已知由于燃料和空氣在高溫下化學計量地焚燒來保持足夠的燃燒器穩定性和低燃燒動力而產生高排放。

燃燒技術的增強在于利用預混，使得燃料和空氣在燃燒之前混合來形成均一的混合物，其在低于擴散類型的火焰的溫度下焚燒，并且產生較低的NOx排放。燃料和空氣在燃燒之前一起預混允許了燃料和空氣形成更均一的混合物，其對于給定的燃燒器出口溫度，將在較低的峰值排放溫度下焚燒，導致較低的排放。美國專利申請US2004/0211186A1中公開了具有在多個負載條件下的降低的排放和改進的火焰穩定性的此類燃氣渦輪火焰層燃燒系統的實例。

盡管現有技術的燃燒器改進了排放水平并且能夠在減小的負載設置下操作，但火焰層燃燒器的熱聲仍可導致不穩定模式(如，脈動)，這可限制操作窗。此外，焚燒器的空氣動力可導致某些情況下的混合區中的火焰附著，引起逆燃和過熱的風險。此外，當前的燃料分級策略可引起燃燒器襯套上的不對稱熱負載，這可導致蠕變問題。

最后，有助于克服脈動的手段(例如，主燃料供應中的1/3-2/3組的分級)可導致不對稱的襯套熱加載，以及燃燒器出口溫度輪廓的不均勻。下文所述的本發明旨在將操作窗加寬超過當前可用的范圍，而不犧牲低排放值。

意圖是一種系統，其可提供進一步火焰穩定性和低排放益處，同時還減小熱聲不穩定性，這可擴大當前燃燒器設計可用的操作窗。

發明內容

本發明的一個目的在于修改火焰層燃燒器來通過空氣動力和高級燃料分級手段來獲得改進的熱聲特征、減少的逆燃、更好的火焰保持和增大的操作窗。

本發明的以上及其它目的通過用于燃氣渦輪的燃燒器襯套來實現，燃燒器襯套具有大致圓柱形狀并且包括第一區段和第二區段，其中第一區段相對于操作期間的熱氣流在第二區段的上游，其特征在于，第一區段為環形，并且包括圓形唇部區段和后區段，其中后區段的內半徑(R1)在操作期間的熱氣流的方向上沿襯套的中心線增大。根據一個實施例，后區段的半徑(R1)沿燃燒襯套的中心線單調地增大。

根據另一個實施例，第一區段在軸向方向上的長度在襯套在軸向方向上的總長度的百分之20到百分之80的范圍中。

根據又一個實施例，后區段與燃燒襯套的外表面之間的角(α)在5到15度的范圍中。

根據另一個實施例，燃燒襯套的外表面的半徑大致恒定。

根據又一個實施例，第二部分的半徑(R2)沿襯套的中心線大致恒定。

根據另一個實施例，燃燒器襯套的第一區段為大致中空的。附加的容積可用于放置至少一個阻尼器(優選亥姆霍茲阻尼器)和/或用于液體燃料噴射的器件。

除燃燒器襯套外，本申請還涉及包括上文所述的襯套和由燃燒襯套界定的燃燒區的燃燒器。在第一實施例中，燃燒器包括大致圓柱形的流動套筒，其中燃燒襯套至少部分位于流動套筒內，從而形成流動套筒與燃燒襯套之間的第一通路；位于流動套筒前方并且至少部分地包圍燃燒襯套的第一區段的圓頂，圓頂具有大致圓形頭端，從而形成燃燒襯套的第一區段的圓形唇部區段與圓頂之間的轉向通路；以及包括用于供應導向燃料的器件和第一旋流裝置的至少一個導向通道。轉向通路例如可具有像半環帶的截面形。轉向通路從第一通路延伸到燃燒區中，并且將圍繞燃燒襯套的第一區段的上游端離開第一通路的冷卻空氣引導到燃燒器的燃燒區中。

根據燃燒器的另一個實施例，第一通路和/或轉向通路包括燃料噴射器件和第二旋流裝置。作為優選，第一旋流裝置和/或第二旋流裝置為軸向或徑向旋流器。

本申請還提供了包括上文所述的燃燒器的燃氣渦輪。

此外，本申請還提供了一種用于操作燃氣渦輪燃燒器的方法。該方法包括：將第一空氣流供應到導向通道中；將第一燃料流供應到導向通道中來與第一空氣流混合，并且將所得的第一混合物給送到燃燒區中用于提供導向火焰；將第二空氣流供應到第一通路中；將第二燃料流供應到第一通路或第二通路中來與第二空氣流混合，并且將所得的第二混合物給送到燃燒區中用于提供主火焰；其中第一混合物和第二混合物沿襯套的內壁引導，并且形成在燃燒區的中心的中心再循環區。