專利名稱：用于低排放燃燒系統(tǒng)的多區(qū)引燃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題大體涉及渦輪機。更具體而言，本主題公開涉及通過渦輪機的燃料噴嘴的燃料和空氣通路。
背景技術(shù)：
由于對燃?xì)廨啓C排放的要求已經(jīng)變得更嚴(yán)格，所以滿足這樣的要求的一種方法是從擴散火焰燃燒器變化為利用稀薄燃料和空氣混合物的燃燒器，其使用完全預(yù)混合的運行模式來減少例如NOx和CO的排放。這些燃燒器在本領(lǐng)域中已知為干式低NOx (DLN)、干式低排放(DLE)或稀薄預(yù)混合(LPM)燃燒系統(tǒng)。這些燃燒器典型地包括多個第一噴嘴，該多個第一噴嘴被點火，以用于燃燒器在第一燃燒區(qū)中的低負(fù)荷和中等負(fù)荷運行。在完全預(yù)混合運行期間，第一噴嘴供應(yīng)燃料，以供給第二火焰。第一噴嘴典型地圍繞第二噴嘴，第二噴嘴用于燃燒器的中等負(fù)荷直至完全預(yù)混合模式運行，從而對第二燃燒區(qū)進行供給。外部旋流器典型地定位成圍繞第二噴嘴、介于第一燃燒區(qū)和第二燃燒區(qū)之間。該外部旋流器包括多個旋流器通路，空氣通過旋流器通路噴射到第二燃燒區(qū)中。旋流器空氣在第一燃燒區(qū)和第二燃燒區(qū)之間產(chǎn)生較低的燃料-空氣比區(qū)，并且會起作用而熄滅第一火焰和第二火焰。此熄滅導(dǎo)致燃燒的不穩(wěn)定性、較高的排放和較低的調(diào)低(turndown)邊界。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種用于渦輪機的燃燒器包括多個第一燃料噴嘴，其位于燃燒器襯套中；以及第二燃料噴嘴，其位于該燃燒器襯套中，使得該多個第一燃料噴嘴排列在第二燃料噴嘴周圍。外部旋流器沿周向定位在第二燃料噴嘴周圍、第二燃料噴嘴和該多個第一燃料噴嘴之間，并且包括用于將燃料和/或空氣輸送到燃燒器的內(nèi)部中的多個外部旋流器通道。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種運行燃燒器的方法包括通過多個第一燃料噴嘴向第一燃燒區(qū)輸送第一燃料流，以及在第一燃燒區(qū)或第二燃燒區(qū)中的一個或多個中燃燒該第一燃料流。第二燃料流通過第二燃料噴嘴而朝向第二燃燒區(qū)輸送，并且在其中燃燒。第二燃料噴嘴定位成使得該多個第一燃料噴嘴排列在第二燃料噴嘴周圍。外部旋流器位于該多個第一燃料噴嘴和第二燃料噴嘴之間，并且包括延伸通過其中的多個外部旋流器通道。旋流器燃料和/或空氣流通過多個外部旋流器通道輸送到燃燒器中、基本在第一燃燒區(qū)和第二燃燒區(qū)之間，以使第一燃燒區(qū)和/或第二燃燒區(qū)中的燃燒穩(wěn)定。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下描述，這些和其它優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。


在說明書結(jié)論部分處的權(quán)利要求書中特別指出和明確要求保護了被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖得到的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它特征以及優(yōu)點是顯而易見的，其中圖1是渦輪機的一個實施例的局部截面圖； 圖2是渦輪機的燃燒器的一個實施例的截面圖； 圖3是燃燒器的一個實施例的噴嘴布置的端視圖；以及圖4a-4d是燃燒器一個實施例的運行模式的示意圖。
參照附圖，以實例的方式，詳細(xì)描述闡明了本發(fā)明的各實施例，以及優(yōu)點和特征( 部件列表 10燃?xì)廨啓C 12
14燃燒器 16渦輪 18轉(zhuǎn)子軸 20過渡件 22上游端 24燃燒器襯套 26下游端 28后框架 30第一燃料噴嘴 32第二燃料噴嘴 34燃燒區(qū) 36燃燒室 38燃燒區(qū) 40旋流器 42旋流器通道 44旋流器孔 46下游端 48文丘里管 50燃料源 52空氣源 54旋流器燃料 56空氣 58燃燒器軸線
具體實施例方式
圖1中顯示了渦輪機，例如，燃?xì)廨啓C10。燃?xì)廨啓C10包括多個燃燒器14。燃料被噴射到燃燒器14中，混合且被點燃。燃燒的熱氣產(chǎn)物流到渦輪16，渦輪16從熱氣中提取功，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子軸18。該多個燃燒器14可沿周向布置在轉(zhuǎn)子軸18的周圍，而且在一些實施例中，可有10個或14個燃燒器14。過渡件20在上游端22處在燃燒器襯套M處聯(lián)接到燃燒器14上，并且在下游端沈處聯(lián)接到渦輪16的后框架觀上。過渡件20將熱氣流從燃燒器襯套M傳送到渦輪16。
圖2中顯示了例如燃?xì)廨啓C10的燃燒器14的截面圖。燃燒器14包括排列在第二燃料噴嘴32周圍的多個第一燃料噴嘴30。在一些實施例中，該多個第一燃料噴嘴30布置成圓形型式，第二燃料噴嘴32位于圓心處。該多個第一燃料噴嘴30將燃料和空氣供應(yīng)到燃燒室36中的第一燃燒區(qū)34，而第二燃料噴嘴32則將燃料和空氣供應(yīng)到燃燒室36中的第二燃燒區(qū)38。參照圖^-4d，針對燃燒器14的不同的運行狀況以不同的方式利用第一燃料噴嘴 30和第二燃料噴嘴32。如圖如所示，當(dāng)燃燒器14在點火和低負(fù)荷運行期間以第一模式運行時，僅對第一燃料噴嘴30供應(yīng)燃料及點火，所有的燃燒均發(fā)生在第一燃燒區(qū)34中。在如圖4b所示的用于燃燒器14的低至中等負(fù)荷的稀薄模式中，對多個第一燃料噴嘴30供應(yīng)燃料且對其點火，以便于在第一燃燒區(qū)34中運行。還對第二燃料噴嘴32供應(yīng)燃料且對其點火，以便于在第二燃燒區(qū)38中運行。當(dāng)燃燒器14以過渡模式運行時，如圖如所示，僅對第二燃料噴嘴32供應(yīng)燃料及點火。在完全預(yù)混合模式中，如圖4d所示，對第二燃料噴嘴32 供應(yīng)燃料及點火，以便于在第二燃燒區(qū)38中燃燒。還通過該多個第一燃料噴嘴30將燃料供應(yīng)給第二燃燒區(qū)38。圍繞第二燃料噴嘴32的是外部旋流器40。再次參照圖2，外部旋流器40包括多個旋流器通道42，在一些實施例中，多個旋流器通道42基本沿軸向延伸。如圖3所示，各個旋流器通道42在多個旋流器孔44中的旋流器孔44中在例如外部旋流器40的下游端46 處終止。再次參照圖2，在一些實施例中，多個旋流器孔44位于燃燒器14的文丘里管48的上游。但是，在其它實施例中，該多個旋流器孔44可位于文丘里管48的下游。多個旋流器通道42連接到燃料源50上，而且在一些實施例中，連接到被動供給的空氣源52上。在燃燒器14的運行期間，旋流器燃料流M和空氣流56從燃料源50和空氣源52流出，并且在其被噴射到燃燒室36中之前在多個旋流器通道42中預(yù)混合。在一些實施例中，旋流器燃料流M和空氣流56沿直接軸向方向噴射到燃燒室36中，而在其它實施例中，該多個旋流器通道42例如以螺旋的方式構(gòu)造，使得以不平行于燃燒器軸線58的角度噴射旋流器燃料流M和空氣流56。實際上，通過該多個旋流器孔44噴射到燃燒室36中的旋流器燃料流M和空氣流 56用作預(yù)混合引燃物，以使第一燃燒區(qū)34和第二燃燒區(qū)38兩者中的燃燒穩(wěn)定。例如，當(dāng)燃燒器14以稀薄模式運行時，第一燃燒區(qū)34和第二燃燒區(qū)38兩者中存在燃燒火焰。噴射到燃燒室36中、第一燃燒區(qū)34和第二燃燒區(qū)38之間的旋流器燃料流M和空氣流56的存在，提高了第一燃燒區(qū)34和第二燃燒區(qū)38之間的燃料/空氣比的一致性，從而增強了燃燒區(qū)34/38兩者中的穩(wěn)定性。為了提高燃燒器14的柔性，旋流器燃料流M可聯(lián)結(jié)到通往多個第一燃料噴嘴30 的第一燃料流上，使得燃料供應(yīng)到該多個第一燃料噴嘴30的任何時候，燃料也供應(yīng)到多個旋流器通道42。在一些實施例中，旋流器燃料流M備選地可聯(lián)結(jié)到通向第二燃料噴嘴32的第二燃料流上，使得當(dāng)燃料供應(yīng)到第二燃料噴嘴32時，燃料也供應(yīng)到多個旋流器通道42。 備選地，通往多個旋流器通道42的燃料供應(yīng)可聯(lián)結(jié)到獨立于第一燃料流和第二燃料流的引燃線路上。雖然結(jié)合僅有限數(shù)量的實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解， 本發(fā)明不限于這樣的公開的實施例。相反，可對本發(fā)明作出修改，以結(jié)合此前未描述過但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的變型、更改、替代或等效布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但是要理解到，本發(fā)明的各方面可包括所述實施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述描述的限制，而是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機的燃燒器，包括設(shè)置在燃燒器襯套中的多個第一燃料噴嘴；第二燃料噴嘴，其設(shè)置在所述燃燒器襯套中，使得所述多個第一燃料噴嘴排列在所述第二燃料噴嘴周圍；以及外部旋流器，其沿周向設(shè)置在所述第二燃料噴嘴周圍、所述第二燃料噴嘴和所述多個第一燃料噴嘴之間，所述外部旋流器包括用于將燃料輸送到所述燃燒器的內(nèi)部中的多個外部旋流器通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述多個外部旋流器通道構(gòu)造成以便將燃料輸送到所述燃燒器的所述內(nèi)部、第一燃燒區(qū)和第二燃燒區(qū)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，預(yù)混合的燃料/空氣混合物可通過所述多個外部旋流器通道來輸送。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，通過所述多個外部旋流器通道的燃料流通過所述多個第一燃料噴嘴聯(lián)結(jié)到第一燃料流上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，通過所述多個外部旋流器通道的燃料流通過所述第二燃料噴嘴聯(lián)結(jié)到第二燃料流上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，燃料在所述燃燒器的文丘里管的上游的位置處從所述多個外部旋流器通道進入所述燃燒器的內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述多個外部旋流器通道沿基本平行于燃燒器軸線的方向延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒器，其特征在于，燃料沿基本平行于所述燃燒器軸線的方向從所述多個外部旋流器通道輸送到所述燃燒器的所述內(nèi)部中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述多個外部旋流器通道在所述第二燃料噴嘴周圍基本成螺旋形地延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒器，其特征在于，燃料沿實質(zhì)上不平行于燃燒器軸線的方向從所述多個外部旋流器通道輸送到所述燃燒器的所述內(nèi)部中。
11.一種運行燃燒器的方法，包括通過多個第一燃料噴嘴向第一燃燒區(qū)輸送第一燃料流；在所述第一燃燒區(qū)或第二燃燒區(qū)中的一個或多個中燃燒所述第一燃料流；通過第二燃料噴嘴向第二燃燒區(qū)輸送第二燃料流，所述第二燃料噴嘴設(shè)置成使得所述多個第一燃料噴嘴排列在所述第二燃料噴嘴周圍；在所述第二燃燒區(qū)中燃燒所述第二燃料流；將外部旋流器定位在所述多個第一燃料噴嘴和所述第二燃料噴嘴之間，所述外部旋流器包括從中延伸通過的多個外部旋流器通道；以及通過所述多個外部旋流器通道將旋流器燃料流輸送到所述燃燒器中、基本在所述第一燃燒區(qū)和所述第二燃燒區(qū)之間，以使所述第一燃燒區(qū)和/或所述第二燃燒區(qū)中的燃燒穩(wěn)定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在所述燃燒器的文丘里管的上游將所述旋流器燃料流輸送到所述燃燒器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，旋流器燃料流聯(lián)結(jié)到所述第一燃料流上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，旋流器燃料流聯(lián)結(jié)到所述第二燃料流上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述旋流器燃料流輸送到所述燃燒器中提高了所述第一燃燒區(qū)和所述第二燃燒區(qū)之間的燃料-空氣比的一致性。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，燃料和空氣的預(yù)混合物通過所述多個外部旋流器通道輸送到所述燃燒器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于低排放燃燒系統(tǒng)的多區(qū)引燃。一種運行燃燒器的方法包括通過多個第一燃料噴嘴向第一燃燒區(qū)輸送第一燃料流，并且在第一燃燒區(qū)中燃燒該第一燃料流。第二燃料流通過第二燃料噴嘴向第二燃燒區(qū)輸送，并且在其中燃燒。第二燃料定位成使得該多個第一燃料噴嘴排列在第二燃料噴嘴周圍。外部旋流器位于該多個第一燃料噴嘴和第二燃料噴嘴之間，并且包括延伸通過其中的多個外部旋流器通道。旋流器燃料流通過多個外部旋流器通道輸送到燃燒器中、基本在第一燃燒區(qū)和第二燃燒區(qū)之間，以使第一燃燒區(qū)和/或第二燃燒區(qū)中的燃燒穩(wěn)定。
文檔編號F23R3/38GK102200290SQ20111007799
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者A·R·罕, T·E·約翰遜 申請人:通用電氣公司