用于调节燃烧器中的工作流体的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于调节燃烧器中的工作流体的系统和方法，该系统包括初级燃烧室、沿圆周包绕初级燃烧室的衬套，以及与初级燃烧室流体连通的初级喷嘴。位于初级燃烧室外侧的次级燃烧室包括：罩，罩限定流体通路；次级喷嘴，次级喷嘴接近罩的上游部分；以及用于在次级燃烧室中点燃燃料的装置。本发明专利技术公开一种用于调节燃烧器中的工作流体的方法，该方法包括以下步骤：使工作流体流过初级燃烧室以及使工作流体的至少一部分流过位于初级燃烧室外侧的次级燃烧室。该方法进一步包括使燃料流过次级燃烧室、燃烧燃料以产生燃烧气体以及使燃烧气体从次级燃烧室流入初级燃烧室中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及。具体而言，本专利技术的各种实施例包括布置在初级燃烧室外侧以调节供给至初级燃烧室的工作流体的一个或多个次级燃烧室。
技术介绍
商业燃气涡轮机用于发电是本领域内已知的。用于产生电力的典型的燃气涡轮机包括位于前部的轴流式压缩机、围绕中部的一个或多个燃烧器和位于后部的涡轮。环境空气可以被供给至压缩机，并且压缩机中的旋转轮叶和固定叶片向工作流体(空气)逐步传递动能，以产生处于高能状态的经过压缩的工作流体。经过压缩的工作流体离开压缩机并且流过一个或多个喷嘴，在一个或多个喷嘴处，经过压缩的工作流体与燃料混合并且被喷射到燃烧室中，在燃烧室处点燃燃料混合物，以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体接着流向涡轮，在涡轮处，燃烧气体的膨胀做功。例如，涡轮中燃烧气体的膨胀可以使连接至发电机的轴旋转，以产生电力。各种设计和操作参数影响离开涡轮的燃烧气体中氮氧化物、一氧化碳、未燃烃和其它不期望的排放物的产生。例如，燃烧气体温度能够直接影响各种不期望的排放物的产生。具体而言，与较高功率操作相关的较高的燃烧气体温度大体使双原子氮的分解(disassociation)率提高并且使氮氧化物(NOx)的产生量增加。相反地，与燃料流减少和/或部分负载操作(下降)相关的较低的燃烧气体温度大体使燃烧气体的化学反应速率下降，使一氧化碳和未燃烃的产生量增加。作为另一个示例，燃料混合物或燃烧气体在燃烧室中的停留时间直接影响各种不期望的排放物的产生。具体而言，较长的停留时间大体使NOx水平提高，而较短的停留时间大体使一氧化碳和未燃烃水平提高。因此，用于向燃烧器供给燃料的燃烧器设计及方法的不断改进在范围广泛的燃烧器操作水平中使不期望的排放物减少方面将是有用的。
技术实现思路
本专利技术的各个方面以及优点将会在下文的描述中进行阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本专利技术而获悉。本专利技术的一个实施例是一种用于调节燃烧器中的工作流体的系统。该系统包括初级燃烧室、沿圆周包绕初级燃烧室的至少一部分的衬套以及与初级燃烧室流体连通的至少一个初级燃料喷嘴。至少一个次级燃烧室位于初级燃烧室外侧。每个次级燃烧室都包括:罩，罩限定通过次级燃烧室的流体通路；开口，开口位于罩的上游部分处；次级燃料喷嘴，次级燃料喷嘴接近罩的上游部分；以及用于在次级燃烧室中点燃燃料的装置。进一步的，所述至少一个次级燃烧室位于包绕所述初级燃烧室的环形通路中。进一步的，所述次级燃料喷嘴包括包绕所述罩的环形增压室。进一步的，所述次级燃料喷嘴包括多个端口，所述多个端口以相对于所述流体通路的轴向中心线成径向或相对于所述流体通路的轴向中心线成方位角中的至少一种情况而成角度。进一步的，所述系统进一步包括位于所述流体通路中的火焰保持器。进一步的，所述系统进一步包括位于所述罩的所述上游部分处的喇叭口开口。进一步的，所述系统进一步包括过渡件，所述过渡件从所述衬套向下游延伸并且包绕所述初级燃烧室的至少一部分，其中所述至少一个次级燃烧室定位成接近所述过渡件。本专利技术的另一个实施例是一种用于调节燃烧器中的工作流体的系统。该系统包括衬套，衬套具有上游端部和下游端部；过渡件，过渡件从衬套的下游端部延伸；以及初级燃烧室，初级燃烧室至少部分地由衬套和过渡件限定。至少一个次级燃烧室位于初级燃烧室外侧。每个次级燃烧室都包括罩，罩限定通过次级燃烧室的流体通路；次级燃料喷嘴，次级燃料喷嘴位于罩的上游部分处；以及点火器组件，点火器组件安装在次级燃烧室中。进一步的，所述至少一个次级燃烧室位于包绕所述初级燃烧室的环形通路中。进一步的，所述至少一个次级燃烧室定位成接近所述过渡件。进一步的，所述次级燃料喷嘴包括包绕所述罩的环形增压室。进一步的，所述次级燃料喷嘴包括多个端口，所述多个端口以相对于所述流体通路的轴向中心线成径向或相对于所述流体通路的轴向中心线成方位角中的至少一种情况而成角度。进一步的，所述系统包括位于所述流体通路中的火焰保持器。进一步的，所述系统进一步包括位于所述罩的上游部分处的喇叭口开口。本专利技术还包括一种用于调节燃烧器中的工作流体的方法。该方法可以包括以下步骤使工作流体流过初级燃烧室以及使工作流体的至少一部分流过位于初级燃烧室外侧的次级燃烧室。该方法进一步包括使燃料流过次级燃烧室、在次级燃烧室中燃烧燃料以产生燃烧气体，以及使燃烧气体从次级燃烧室流入初级燃烧室中。进一步的，所述方法进一步包括使工作流体的一部分流过所述次级燃烧室，所述次级燃烧室位于包绕所述初级燃烧室的衬套的外侧。进一步的,所述方法进一步包括使流过所述次级燃烧室的燃料产生旋流。进一步的,所述方法进一步包括使所述次级燃烧室中的燃料和工作流体流动穿过火焰保持器。进一步的，所述方法进一步包括使稀释剂流过所述次级燃烧室。进一步的，所述方法进一步使燃烧气体朝向涡轮罩或者所述初级燃烧室的外部表面中的至少一个流动。通过阅读本说明书，本领域普通技术人员将更好地理解这些以及其它实施例的特征和各个方面。附图说明参照附图，说明书的其余部分更加具体地阐述面向本领域技术人员的本专利技术的完整公开，这种公开使得本领域技术人员能够实现本专利技术，包括本专利技术的最佳模式，在附图图1是根据本专利技术的第一实施例的燃烧器的头部端的简化横截面图；图2是根据本专利技术的一个实施例的图1中所示的次级燃烧室的放大横截面图；图3是根据本专利技术的第二实施例的燃烧器的简化横截面图；以及图4是根据本专利技术的第三实施例的燃烧器的简化横截面图。附图标记列表 具体实施例方式现在将详细参照本专利技术的当前实施例，其中的一个或多个示例示于附图中。具体实施方式中，使用数字和字母名称来指代附图中的特征。附图和描述中相同或类似的名称用于指代本专利技术相同或类似的部件。每个示例都以对专利技术进行解释的方式给出，并不对本专利技术构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本专利技术的范围或者精神的前提下对本专利技术进行改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，本专利技术旨在覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改型以及变型。本专利技术的各种实施例包括。在特定实施例中，燃烧器可以包括初级燃烧室和位于初级燃烧室外侧的一个或多个次级燃烧室或预燃器。在较低功率操作期间，次级燃烧室可以使燃料、稀释剂或者其它添加剂与工作流体的一部分混合并且点燃混合物，以产生燃烧气体。燃烧气体离开次级燃烧室并且与剩余的工作流体混合，以使进入初级燃烧室的工作流体的温度升高。进入初级燃烧室的温度较高的工作流体使燃烧气体在初级燃烧室中的反应速率提高，而允许在负载较低的状况下操作燃烧器并且/或者在较长的周期中操作燃烧器，而不会超过与一氧化碳和/或未燃烃相关的排放物限制。相反地，在较高功率操作期间，次级燃烧室可以使燃料、稀释剂或者其它添加剂与工作流体的一部分混合而不点燃混合物。混合物离开次级燃烧室并且与剩余的工作流体混合，以允许在进入初级燃烧室之前进行更完全的混合。图1提供根据本专利技术的第一实施例的燃烧器10的头部端的一部分的简化横截面图。燃烧器10可以包括径向布置在帽14与端盖16之间的一个或多个初级燃料喷嘴12。帽14和衬套18大体包绕和限定相对于初级燃料喷嘴12位于下游处的初级燃烧室20。例如，帽14可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节燃烧器(10)中的工作流体的系统，所述系统包括：a.初级燃烧室(20)；b.衬套(18)，所述衬套(18)沿圆周包绕所述初级燃烧室(20)的至少一部分；c.至少一个初级燃料喷嘴(12)，所述至少一个燃料喷嘴(12)与所述初级燃烧室(20)流体连通；d.至少一个次级燃烧室(40)，所述至少一个次级燃烧室(40)位于所述初级燃烧室(20)的外侧，其中每个次级燃烧室(40)都包括：i.罩(42)，其中所述罩(42)限定通过所述次级燃烧室(40)的流体通路(48)；ii开口(50)，所述开口(50)位于所述罩(42)的上游部分处；iii.次级燃料喷嘴(44)，所述次级燃料喷嘴(44)接近所述罩(42)的所述上游部分；以及iv.用于在所述次级燃烧室(40)中点燃燃料的装置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：SK维德纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：