具有環(huán)狀非流線型主體的燃燒器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及用于改善燃氣渦輪燃燒器中的燃燒穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減少來自燃氣動力渦輪的污染排放量，政府機構(gòu)已制定了許多要求減少氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的量的法規(guī)。更低的燃燒排放通?？蓺w因于更有效率的燃燒過程，尤其與燃料注入器場所和混合效果有關(guān)。
[0003]早期的燃燒系統(tǒng)利用擴散型噴嘴，其中燃料在最接近火焰區(qū)處通過擴散而與燃料噴嘴外部的空氣混合。已知擴散型噴嘴由于燃料和空氣在高溫下化學(xué)計量地噴燃以維持足夠的燃燒器穩(wěn)定性和低燃燒沖擊而產(chǎn)生高的排放。
[0004]燃燒技術(shù)的增強為利用預(yù)混合，使得燃料和空氣在燃燒之前混合以形成均勻的混合物，該混合物在比擴散型火焰低的溫度下噴燃且產(chǎn)生更低的NOx排放。在燃燒之前將燃料和空氣預(yù)混合在一起允許燃料和空氣形成更均勻的混合物，其對于給定的燃燒器出口溫度而言將在較低的峰溫度下噴燃，從而導(dǎo)致更低的排放。在US專利申請US2004/0211186A1中公開了此種燃氣渦輪火焰片燃燒系統(tǒng)的示例，該燃氣渦輪火焰片火焰片燃燒系統(tǒng)具有在多種負載狀態(tài)下的降低的排放和改善的火焰穩(wěn)定性。
[0005]盡管現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器具有在降低的負載設(shè)置下操作的改善的排放水平和穩(wěn)定性，但火焰片燃燒器的熱聲仍可導(dǎo)致不穩(wěn)定性的模式(諸如脈動)，這可限制操作窗。因此，噴燃器的空氣動力特性允許在某些情形下在混合區(qū)中的偶然的火焰附加，從而導(dǎo)致逆火和過熱的風(fēng)險。而且，現(xiàn)在的燃料分階段策略可導(dǎo)致燃燒器襯套上的不對稱的熱負載，這可導(dǎo)致蠕變問題。
[0006]此外，幫助對抗跳動的方法，例如主燃料供應(yīng)中的1/3-2/3組的分階段可導(dǎo)致不對稱的襯套熱負載，以及導(dǎo)致燃燒器出口溫度分布中的不均勻。
[0007]意圖還可提供火焰穩(wěn)定性，同時還降低熱聲不穩(wěn)定性的系統(tǒng)，其可放大當(dāng)前燃燒器設(shè)計可用的操作窗。以下描述的實施例意圖超過當(dāng)前可用的范圍來加寬操作窗，而不犧牲低排放值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個目的是提供具有進一步改善的穩(wěn)定性和改善的熱聲特性的燃燒器。
[0009]本發(fā)明的上述和其他目的通過以下燃氣渦輪燃燒器而實現(xiàn)，該燃氣渦輪燃燒器包括:流動套管;燃燒襯套，其至少部分地位于該流動套管內(nèi)，從而形成在該流動套管和該燃燒器襯套之間的主通道;和圓頂，其位于該流動套管的前方且包圍該燃燒襯套的至少一部分，該圓頂具有基本上圓形的頭端部，從而形成在該襯套與該頭端部之間的轉(zhuǎn)向通道;和渦旋器壁，其沿該燃燒器的中心線對齊，該渦旋器壁突出到由該襯套界定的空間中，其中，該渦旋器壁和該圓形的頭端部連接，且其中，該連接形成環(huán)狀端面。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該燃燒器還包括中央主體，該中央主體沿該中心線定位且延伸到由該渦旋器壁界定的空間中，從而形成在該渦旋器壁與該中央主體之間的先導(dǎo)通道。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，該先導(dǎo)管道的寬度沿先導(dǎo)管道的長度基本上為恒定的。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該環(huán)狀端面的面積是該先導(dǎo)通道的截面的面積的1.5倍到5倍。
[0013]根據(jù)本發(fā)明實施例的又一實施例，燃料噴管布置在該中央主體中。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該燃燒器還包括基本上圓柱形的延伸部，該延伸部從該圓形頭端部的徑向內(nèi)端部或端面延伸到該襯套中，其中，該延伸部與該燃燒器的中心線對齊。根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，該延伸部具有沿該襯套的中心線基本上恒定的半徑，并且/或者該延伸部的厚度基本上等于該圓形頭端部的厚度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，由該中央主體、該環(huán)狀端面和該圓形頭端部限定的凹處包括赫爾姆霍茨阻尼器或/和用于先導(dǎo)油注入的器件。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，該燃燒襯套包括環(huán)形圓形唇緣區(qū)段和彎曲中間區(qū)段，它們適于在操作期間形成火焰穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該唇緣區(qū)段包括赫爾姆霍茨阻尼器和/或液體燃料注入器件。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該先導(dǎo)通道包括與至少一個先導(dǎo)燃料注入器流體地連通的先導(dǎo)渦旋器，且該先導(dǎo)渦旋器為軸向渦旋器或徑向渦旋器。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該主通道或轉(zhuǎn)向通道包括與至少一個主燃料注入器流體地連通的主渦旋器，且其中，該主渦旋器為軸向渦旋器或徑向渦旋器。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，渦旋器壁為圓錐形噴燃器(例如，EV噴燃器或AEV噴燃器)的一部分。
[0019]本申請還提供用于包括在上述燃燒器的燃氣渦輪。
[0020]此外，本申請還提供用于操作該燃氣渦輪燃燒器的方法。該方法包括:將第一燃料射流供應(yīng)到該先導(dǎo)管道或圓錐形噴燃器(例如，EV噴燃器或AEV噴燃器)中以與第一空氣流混合，且將所得的第一混合物供給到燃燒區(qū)中以用于提供先導(dǎo)火焰;將第二空氣流供應(yīng)到該主通道中；將第二燃料射流供應(yīng)到該主通道或轉(zhuǎn)向通道中以與第二空氣流混合，且將所得的第二混合物供給到該燃燒區(qū)中以用于提供主火焰。
[0021]本發(fā)明的附加優(yōu)點和特征將在接下來的描述中部分地得到闡述，且在檢查以下時對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將部分地變得顯而易見的，或可從本領(lǐng)域的實踐中習(xí)得?，F(xiàn)在將具體參照附圖而描述本發(fā)明。
【附圖說明】
[0022]在下面參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，附圖用于例示本發(fā)明的本優(yōu)選實施例且不用于限制其。在附圖中:
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的燃氣渦輪燃燒系統(tǒng)的截面圖。
[0023]圖2a示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的截面圖。
[0024]圖2b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的端視圖。
[0025]圖2c示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的截面圖，其示意地指示操作期間的火焰鋒。
[0026]圖3a示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的截面圖。
[0027]圖3b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的端視圖。
[0028]圖4a示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的截面圖。
[0029]圖4b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的截面圖。
[0030]圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的截面圖，其示意地指示用于進一步的火焰穩(wěn)定的再流通區(qū)。
[0031]圖6a、6b、6c示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器的一部分的截面圖。
[0032]圖7a示出根據(jù)本發(fā)明實施例的包括EV噴燃器的燃氣渦輪燃燒器的一部分的截面圖。
[0033]圖7b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的包括AEV噴燃器的燃氣渦輪燃燒器的一部分的截面圖。
[0034]圖8a示出EV噴燃器的一部分的透視圖。
[0035]圖8b示出AEV噴燃器的一部分的截面圖。
[0036]參考標(biāo)號列表 1，2部分圓錐主體 3噴嘴
5圓錐形柱 6逆流區(qū) 14噴燃器的內(nèi)部 15旋轉(zhuǎn)射流 100燃燒器 102先導(dǎo)噴嘴 104徑向流入混合器 108主階段混合器 110分隔器 120火焰鋒 200燃燒器 202流動套管 204燃燒襯套 206主通道 208圓頂 210頭2而部 212轉(zhuǎn)向通道 214渦旋器壁 216燃燒器中心線 218端面 220中央主體 222先導(dǎo)通道 226中央主體前表面
228具有注入器的先導(dǎo)渦旋器
230先導(dǎo)燃料供應(yīng)
232具有注入器的主渦旋器
234主燃料供應(yīng)
240延伸部
242凹處
250燃燒區(qū)
260主火焰
262先導(dǎo)火焰
420唇緣區(qū)段
430彎曲中間區(qū)段
440冷卻孔
510主火焰穩(wěn)定區(qū)
520外先導(dǎo)穩(wěn)定區(qū)
530中央先導(dǎo)穩(wěn)定區(qū)
602赫爾霍姆茨阻尼器
604先導(dǎo)油注入
606油注入
608燃料噴管
610赫爾霍姆茨阻尼器
612赫爾霍姆茨阻尼器
614燃料注入器
618先導(dǎo)渦旋器
620主渦旋器
622燃料注入器
702EV噴燃器
704AEV噴燃器
802混合區(qū)段
804管。
【具體實施方式】
[0037]在圖1中示出用于現(xiàn)有技術(shù)的燃氣渦輪的預(yù)混合火焰片燃燒器100的示例。燃燒器100為回流預(yù)混合燃燒器類型，該回流預(yù)混合燃燒器利用先導(dǎo)噴嘴102、徑向流入混合器104、和多個主階段混合器108。燃燒器100的先導(dǎo)部分通過中央分隔器部分110而與主階段燃燒區(qū)域分離。中央分隔器部分110使通過先導(dǎo)噴嘴102注入的燃料與通過主階段混合器108注入的燃料分離。對應(yīng)地，通過分隔器110來分離通過主噴燃器和先導(dǎo)噴燃器進入的空氣?？稍诜窃O(shè)計情況下發(fā)生的火焰鋒120示意地示為指示先導(dǎo)火焰和主火焰的相互作用，這可引起熱聲不穩(wěn)定。
[0038]圖2a示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃氣渦輪燃燒器200的截面圖。燃燒器200包括流動套管202、燃燒襯套204，該燃燒襯套204至少部分地位于流動套管202內(nèi)，從而形成流動套管204與燃燒器襯套204之間的主通道206。燃燒器200還包括圓頂208，該圓頂208位于流動套管的前方且包圍燃燒襯套204的至少一部分。圓頂208具有基本上圓形的頭端部210，從而形成在襯套204與頭端部210之間的轉(zhuǎn)向通道212。壓縮機200還包括沿燃燒器200的中心線216對齊的渦旋器壁214，其中，渦旋器壁214突出到襯套204中。渦旋器壁214和圓形頭端部210連接，其中，該連接形成環(huán)狀端面218。端面218的結(jié)構(gòu)和厚度可變化，且在一個實施例中，端面218為薄板，例如片狀金屬板。在一個實施例中，端面218具有基本上垂直于中心線216的平坦表面。在本發(fā)明的一個實施例中，端面218通過瀉流和/或沖擊冷卻而得到冷卻。
[0039]在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，燃燒器200還包括中央主體220，該中央主體220沿中心線216定位且延伸到通過渦旋器壁214界定的空間中。渦旋器壁214和中央主體220形成先導(dǎo)通道222。中央主體包括前表面226，其取決于燃燒器設(shè)計(諸如非流線型主體形狀)而可具有