本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及用于軸向分級(jí)的低排放燃燒器的附壁型噴射系統(tǒng)。低排放燃燒器包括限定具有多個(gè)燃燒區(qū)的燃燒室的燃燒器外殼。襯套套筒設(shè)置在燃燒外殼中并在襯套套筒與燃燒器外殼之間形成間隙。次級(jí)噴嘴沿燃燒室中心線設(shè)置并構(gòu)造成將包括空氣、至少一種稀釋劑、燃料或其組合的第一流體噴射到多個(gè)燃燒區(qū)中的第一燃燒區(qū)的下游側(cè)。多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴設(shè)置成鄰近燃燒室上游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴周?chē)⒈粯?gòu)造成將包括空氣和燃料的第二流體噴射到第一燃燒區(qū)上游側(cè)。燃燒器還包括多個(gè)第三附壁型噴嘴。各第三附壁型噴嘴均聯(lián)接至相應(yīng)的稀釋孔。第三附壁型噴嘴構(gòu)造成將包括空氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或其組合的第三流體噴射到多個(gè)燃燒區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于軸向分級(jí)的低排放燃燒器的附壁型噴射系統(tǒng)
本專(zhuān)利技術(shù)大體上涉及燃燒器，且更具體地涉及一種用于軸向 分級(jí)的低排放燃燒裝置的附壁型(coanda)噴射系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
高溫和高壓的條件下工作，以實(shí)現(xiàn)較高的工作效率，而這趨于增加排 氣流中的排放物(例如，NOx)。盡管產(chǎn)生NOx的各種因素是公知的， 但最主要的一種是燃燒器中的火焰溫度。NOx排放與燃燒器中的火焰 溫度成正比。存在一些用于減少來(lái)自于燃燒器排氣流中NOx的常規(guī)技 術(shù)。 一種常規(guī)采用的方法涉及將蒸汽或水噴射到燃燒器中的高溫燃燒 區(qū)域以便降低燃燒期間的火焰溫度。盡管該方法很容易執(zhí)行，但其面 臨的問(wèn)題在于需要大量的蒸汽或水，從而導(dǎo)致降低設(shè)備效率。此外，將大量蒸汽或水噴射到燃燒器中會(huì)增加燃燒振動(dòng)、不完全燃燒產(chǎn)物， 以及縮短壽命。考慮到上述缺點(diǎn)，已研制出一種千式預(yù)混貧燃燒方法，其 中，燃料和燃燒空氣以預(yù)混^^莫式噴射，并在貧燃料的情況下在單級(jí)燃 燒器中燃燒。盡管實(shí)現(xiàn)了 NOx排放的減少，但預(yù)混噴射模式引起燃燒 器可操作性范圍的減小。在燃燒器中使用單級(jí)燃燒不能保證較低的 NOx排放。多級(jí)燃燒可用來(lái)實(shí)現(xiàn)減少的NOx排放和較好的燃燒器可操 作性范圍。在這樣的常規(guī)系統(tǒng)中，附加的預(yù)混器設(shè)置在燃燒器的后級(jí) (later stage)環(huán)境中，該燃燒器具有來(lái)自于一個(gè)或多個(gè)初級(jí)噴嘴的反應(yīng)氣體流。預(yù)混器的存在干擾了燃燒器后級(jí)中的熱氣流型，從而導(dǎo)致穿 越燃燒器的較高壓降。由于升溫以及引入可燃混合物到燃燒器后級(jí) 中，故冷卻這樣的預(yù)混器也很困難。因此，需要一種在燃?xì)鉁u輪機(jī)中使用的系統(tǒng)，其在無(wú)損燃 燒器的動(dòng)力和可操作性的情況下實(shí)現(xiàn)減少來(lái)自于軸向分級(jí)的燃燒器的NOx排放。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了 一種低排放燃燒 器。該燃燒器包括限定燃燒室的燃燒器外殼，該燃燒室具有多個(gè)燃燒 區(qū)。村套套筒設(shè)置在燃燒外殼中，其中在襯套套筒與燃燒器外殼之間 形成間隙。次級(jí)噴嘴沿燃燒室的中心線設(shè)置，并且構(gòu)造成用以將包括 空氣、至少一種稀釋劑、燃料或它們的組合的第一流體噴射到多個(gè)燃 燒區(qū)之中的第 一燃燒區(qū)的下游側(cè)。多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴設(shè)置成鄰近燃燒 室的上游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴周?chē)⑶冶粯?gòu)造成用以將包括空氣和燃 料的第二流體噴射到第一燃燒區(qū)的上游側(cè)。燃燒器還包括多個(gè)第三級(jí) 附壁型噴嘴。各第三級(jí)附壁型噴嘴均聯(lián)接到相應(yīng)的稀釋孔上。第三級(jí) 附壁型噴嘴構(gòu)造成用以將包括空氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或其 組合的第三流體噴射到多個(gè)燃燒區(qū)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中。 該一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于第 一燃燒區(qū)的下游側(cè)。根據(jù)另 一個(gè)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了 一種具有低排放燃燒器 的燃?xì)鉁u輪機(jī)。附圖說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)在參照附圖閱讀如 下詳細(xì)描述時(shí)，將變得更為清楚，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示相似的零件， 在附圖中圖1為具有根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)示例性實(shí)施例的低排放燃燒器噴嘴的燃?xì)鉁u輪機(jī)的簡(jiǎn)圖；圖2為具有根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)示例性實(shí)施例的多個(gè)附壁型第三級(jí) 噴嘴的燃燒器的筒圖3為根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)示例性實(shí)施例的附壁型第三級(jí)噴嘴的簡(jiǎn)圖4為根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)示例性實(shí)施例的附壁型第三級(jí)噴嘴的簡(jiǎn)圖5為根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)示例性實(shí)施例的附壁型第三級(jí)噴嘴的簡(jiǎn) 圖；以及圖6為基于才艮據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)示例性實(shí)施例的附壁效應(yīng)在附壁型 第三級(jí)噴嘴中的輪廓附近形成燃料邊界層的簡(jiǎn)圖。具體實(shí)施方式如下文詳細(xì)^r述的那樣，本專(zhuān)利技術(shù)的 一些實(shí)施例公開(kāi)了 一種 具有燃燒器外殼的低排放燃燒器，該燃燒器外殼限定包括多個(gè)燃燒區(qū) 的燃燒室。襯套套筒設(shè)置在燃燒外殼中，并且在襯套套筒與燃燒器外 殼之間形成間隙。具有多個(gè)稀釋孔的襯套設(shè)置在襯套套筒內(nèi)。次級(jí)噴 嘴沿燃燒室的中心線設(shè)置，并且構(gòu)造成用以將包括空氣、至少一種稀 釋劑、燃料或其組合的第一流體噴射(也稱(chēng)為"引燃噴射")到多個(gè)燃燒 區(qū)之中的第 一燃燒區(qū)的下游側(cè)。多個(gè)初級(jí)噴嘴設(shè)置成鄰近燃燒室的上 游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴周?chē)⑶覙?gòu)造成用以將包括空氣和燃料的第二 流體噴射(也稱(chēng)為"主噴射")到第 一燃燒區(qū)的上游側(cè)。第一流體的量通 常比第二流體的少。燃燒器還包括多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴，各附壁型第三級(jí)噴 嘴均聯(lián)接到對(duì)應(yīng)的稀釋孔上。附壁型第三級(jí)噴嘴構(gòu)造成用以將包括空 氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或它們的組合的第三流體噴射到多個(gè) 燃燒區(qū)之中位于第 一燃燒區(qū)下游的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)(后級(jí))。附 壁型第三級(jí)噴嘴基于對(duì)附壁型第三級(jí)噴嘴的燃料供給，以可變的預(yù)混模式工作。附壁型第三級(jí)噴嘴包括構(gòu)造成用以混合空氣、燃料和稀釋 劑的附壁型裝置。附壁型第三級(jí)噴嘴有助于在燃燒器的后級(jí)中提供熱 量，從而導(dǎo)致可操作性的改善和排放的減少。在襯套上提供附壁型第 三級(jí)噴嘴有助于最大限度地減小燃燒器后級(jí)中的壓降，且因此最大限 度地提高整個(gè)燃燒器的效率。本文中應(yīng)注意的是，在下文論述的實(shí)施 例中，盡管可能并未明確地指出，但"空氣"還可認(rèn)作是意指空氣和稀 釋劑的組合。同樣，"燃料"還可認(rèn)作是意指燃料和稀釋劑的組合。如下文所詳細(xì)論述的那樣，本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施例在各種應(yīng)用場(chǎng) 合如地面動(dòng)力燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器、燃?xì)庠詈蛢?nèi)燃機(jī)中用來(lái)減少燃燒過(guò) 程中的排放。具體而言，本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種具有多個(gè)軸向燃燒區(qū)/級(jí)的 低排放燃燒器，該軸向燃燒區(qū)/級(jí)設(shè)有構(gòu)造成用以容許空氣、稀釋劑和 燃料基于"附壁效應(yīng)"進(jìn)行混合的多個(gè)附壁型噴嘴。現(xiàn)轉(zhuǎn)到附圖并首先參看圖1，示出了一種具有低排放燃燒器12的燃?xì)鉁u輪機(jī)10。燃?xì)?渦輪機(jī)10包括構(gòu)造成用以壓縮周?chē)諝獾膲嚎s機(jī)14。燃燒器12與壓 縮機(jī)14流動(dòng)連通，并被構(gòu)造成用以接收來(lái)自于壓縮機(jī)14的壓縮空氣 11以及用以燃燒燃料流來(lái)產(chǎn)生燃燒器排出氣流13。在所示的實(shí)施例 中，燃燒器12包括限定燃燒區(qū)域的燃燒器外殼20。在一個(gè)實(shí)施例中， 燃燒器12包括筒形燃燒器。在備選實(shí)施例中，燃燒器12包括環(huán)筒形 燃燒器或僅為環(huán)形的燃燒器。此外，燃?xì)鉁u輪機(jī)10包括位于燃燒器 12下游的渦輪16。渦輪16構(gòu)造成用以使燃燒器排出氣流13膨脹， 以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在所示的實(shí)施例中，壓縮機(jī)14由渦輪16所產(chǎn)生的 動(dòng)力經(jīng)由軸18來(lái)驅(qū)動(dòng)。參看圖2，示出了一種根據(jù)圖1的方面的低排放燃燒器12。 示例性燃燒器12包括限定燃燒室17的燃燒器外殼20。罩蓋組件19 設(shè)置在燃燒器外殼14的一端21上。燃燒襯套22設(shè)置在提供于燃燒 器外殼20中的流動(dòng)套筒24內(nèi)。多個(gè)稀釋孔23提供在燃燒襯套22中。 文氏管組件26設(shè)置在燃燒襯套22內(nèi)。次級(jí)噴嘴28(也稱(chēng)為"引燃噴嘴")設(shè)置成與燃燒室17的中心線30對(duì)準(zhǔn)。次級(jí)噴嘴28構(gòu)造成用以混合空氣和燃料，并將第一流體 (也稱(chēng)為"引燃流體")噴射到燃燒室17的第一燃燒區(qū)34的下游側(cè)32。 第一燃燒區(qū)34設(shè)計(jì)成用以在貧燃條件下工作，以便最大限度地減少 諸如NOx的排放。在有些實(shí)施例中，燃料可包括碳?xì)浠衔铩⑻烊粴狻?或高氫氣體、或氫氣、或生物氣、或一氧化碳、或合成氣、或惰性氣 體、或水蒸汽、或結(jié)合有預(yù)定量的稀釋劑的氧化劑。稀釋劑可包括氮 氣、二氧化碳、水、蒸汽等。在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)噴嘴28為附壁 型噴嘴。多個(gè)初級(jí)噴嘴36設(shè)置在燃燒室17的上游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴 28周?chē)⒈粯?gòu)造成用以將包括空氣、燃料和/或稀釋劑的第二流體(也 稱(chēng)為"主流體")噴射到燃燒室17的第一燃燒區(qū)34的上游側(cè)38。在一 個(gè)實(shí)施例中，初級(jí)噴嘴34本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低排放燃燒器（１２），包括： 限定包括多個(gè)燃燒區(qū)（３４，４２）的燃燒室（１７）的燃燒器外殼（２０）； 設(shè)置在所述燃燒外殼（２０）中的襯套套筒（２４），其中在所述襯套套筒（２４）與所述燃燒器外殼（２０）之間形成間隙（４４）； 設(shè)置在所述襯套套筒（２４）內(nèi)的襯套（２２）；其中，所述襯套（２２）包括多個(gè)稀釋孔（２３）； 次級(jí)噴嘴（２８），其沿所述燃燒室（１７）的中心線（３０）設(shè)置并且被構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料或其組合的第一流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)（３４ ，４２）之中的第一燃燒區(qū)（３４）的下游側(cè)（３２）； 多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴（３６），其設(shè)置成鄰近所述燃燒室（１７）的上游側(cè)（３８）且位于所述次級(jí)噴嘴（２８）周?chē)约氨粯?gòu)造成用以將包括空氣和燃料的第二流體噴射到所述第一燃燒區(qū)（３４）的上游側(cè)（ ３８）；以及 多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴（４０），各附壁型第三級(jí)噴嘴（４０）均聯(lián)接到相應(yīng)的稀釋孔（２３）上，其中，所述附壁型第三級(jí)噴嘴（４０）構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料或其組合的第三流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)（３４，４２）之中的一個(gè)或多個(gè)剩余 燃燒區(qū)中，其中，所述一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于所述第一燃燒區(qū)（３４）的下游側(cè)（３２）。...
【技術(shù)特征摘要】
...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：AT埃武萊特，B瓦拉塔拉彥，GO克雷默，AM埃爾凱迪，BP萊西，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：通用電氣公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]
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