CN101639230B - 混合燃料喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混合燃料喷嘴，具体而言，涉及一种与天然气、合成气或其它类型的燃料一起使用的混合燃料燃烧喷嘴(160)。该混合燃料燃烧喷嘴(160)可包括具有若干旋流喷嘴导叶(190)的天然气系统(165)和带有若干同心环状的燃料管(210)的合成气系统(175)。
Description
技术领域
本发明一般地涉及燃气涡轮发动机，而更具体地涉及用于和具有不同特性的燃料一起使用的混合燃料燃烧喷嘴。
背景技术
已知多种类型的燃烧器并用在燃气涡轮发动机中。而这些燃烧器又使用取决于所使用的燃料的类型的不同类型的燃料喷嘴。例如，大部分天然气点火的系统使用稀预混火焰运行。在这些系统中，燃料与用于产生预混火焰的反应区上游的空气混合。一个实例是“旋流喷嘴(swozzle)”(旋流器+喷嘴)，其中燃料口定位于若干导叶(vane)周围。备选地，在大部分基于合成气的系统中，可使用扩散喷嘴，由于燃料较高的反应性，其将燃料和空气直接喷入燃烧室。
由于天然气和合成气在沃泊数和燃料反应性的特性方面存在明显的差异，传统的用于天然气系统的导叶孔喷射器设计如果用于合成气可能产生拢焰(flame holding)问题。同样，除非喷入稀释剂，否则扩散喷嘴可能产生高NOx排放。
正在发展用于合成气燃烧的备选技术，其考虑了一些合成气预混，同时通过使用燃料进入空气的协流喷射降低了拢焰的可能性。但是这种喷射方法可能未考虑到稳定天然气火焰。
因此对于可以利用具有不同特性的多种燃料运行的涡轮机燃烧系统存在期望。该系统应该是燃料灵活的，同时保持降低的排放和在各种运行条件下的高效率。
发明内容
因此本发明提供了一种和天然气、合成气或其它类型的燃料一起使用的混合燃料燃烧喷嘴。该混合燃料燃烧喷嘴可包括带有若干旋流喷嘴导叶的天然气系统和带有若干同心环状燃料管的合成气系统。
本发明还提供了一种运行多燃料涡轮机的方法。该方法包括使第一燃料流经若干旋流喷嘴导叶，将该第一燃料与空气预混合，使第二燃料流经多个同心管状燃料管，使第二燃料的一部分转向旋流喷嘴导叶，以及将第二燃料与空气预混合。
本发明还提供用于与多种不同类型的燃料一起使用的混合燃料燃烧喷嘴。该混合燃料燃烧喷嘴可包括具有若干旋流导叶的第一燃气系统，具有燃料管的第二燃气系统，以及从该燃料管向该旋流导叶延伸的旁通管路。
当结合若干附图和所附权利要求书时，在查看以下具体实施方式之后，本发明的这些以及其它特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是涡轮发动机的示意图。
图2是如可能在本文所述的混合燃料喷嘴的示意图。
图3是如可能在本文所述的混合燃料喷嘴的另一个示意图。
部件列表
100 多燃料燃气涡轮发动机
110 压缩机
120 燃烧系统
125 燃烧室
130 天然气管路
140 合成气管路
150 涡轮
160 混合燃料喷嘴
165 天然气系统
170 天然气进口
175 合成气系统
180 合成气进口
190 旋流喷嘴导叶
200 喷射口
210 同心环状燃料管
215 孔口
217 喷射口
220 燃料旁通管路
230 中心合成气口
235 空气口
240 开口
具体实施方式
现在参考附图，其中贯穿若干附图相似的标号指相似的部件。图1显示了多燃料燃气涡轮发动机100的示意图。该燃气涡轮发动机100可包括压缩机110以压缩进入气流。然后压缩的气流输送至燃烧系统120，在此处压缩的气流与燃料流一起在燃烧室125内被点燃。燃料可为来自天然气管路130的天然气流或者来自合成气管路140的合成气流。如已知的，燃料和空气可以在燃烧系统120内混合并点燃。热的燃烧气又被输送至涡轮150，以便驱动压缩机110和诸如发电机等的外部负载。在本文中燃气涡轮发动机100可使用其它构造和构件。
图2和图3显示了如本文所述的混合燃料喷嘴160。该混合燃料喷嘴160可用于燃烧系统120中，以产生用于在燃烧室125中燃烧的燃料和空气的混合物。该混合燃料喷嘴160可包括天然气系统165。混合燃料喷嘴160的天然气系统165可包括天然气进口170。天然气进口170可与天然气管路130连通。天然气管路130中可具有天然气、合成气或具有相似特性的其它燃料。
混合燃料喷嘴160还可包括合成气系统175。混合燃料喷嘴160的合成气系统175可包括合成气进口180。合成气进口180可与合成气管路140连通。合成气管路140可具有带有一定范围的氢气(H2)燃料或具有相似特性的燃料的合成气。合成气的体积流率通常比天然气的体积流率高得多。
混合燃料喷嘴160的天然气系统165可包括若干旋流喷嘴导叶190。如已知的，旋流喷嘴导叶190可包括若干喷射口200。各旋流喷嘴导叶190可具有一个或多个喷射口200。喷射口200在旋流喷嘴190上可具有成角度的位置或者其它类型的构造。燃料可喷射在旋流喷嘴导叶190的压力侧和吸入侧两者之上。在该实例中，旋流喷嘴导叶190可具有简化的旋流导叶设计，尽管在本文中可使用其它设计。旋流喷嘴导叶190可最大化燃料/空气混合以满足诸如拢焰裕度、逆火(flashback)裕度以及低排放等的性能要求。被引导通过旋流喷嘴导叶190的天然气、合成气或类似的燃料可以与通过导叶级联的空气混合，并在燃烧室125中在喷嘴160的下游点燃。
混合燃料喷嘴160的合成气系统175中可包括若干同心环状的燃料管210。同心环状的燃料管210可与合成气进口180连通。同心环状的燃料管210可沿混合燃料喷嘴160的长度延伸，并可经由一个或多个孔口215、一个或多个燃料喷射口217或者通过其它类型的结构而离开。在本文中可以使用其它构造和定向。
同心环状的燃料管210还可与燃料旁通管路220连通。燃料旁通管路220允许其中一些合成气被输送到旋流喷嘴导叶190和天然气系统165的喷射口200。合成气流的一部分因此可以以类似于上述天然气系统165的方式点燃。
混合燃料喷嘴160的混合气系统175还可包括与合成气进口180连通的中心合成气口230。该中心合成气口230还可包括另一个同心环状的燃料管210，该燃料管贯穿上述合成燃料喷嘴160，并结束于其中一个孔口215、其中一个燃料喷射口217或其它类型的结构处。中心合成气口230的使用是可选的。在本文中还可以使用其它的构造以及其它数目的同心环状的燃料管210。
空气可通过若干不同的空气口235进入合成气燃料系统175，包括通过定位于导叶190之间的若干开口240进入。可使用空气口235和开口240的任何数量和构造。空气还可围绕天然气进口170同心环状地进入。空气围绕并在同心环状的燃料管210之间流动，以便提供与合成气的某些混合。空气还围绕中心合成气口230流动。空气和合成气可混合并在孔口215的下游点火。同样，空气可进入围绕导叶190和开口240的天然气系统165。空气和合成气或者离开天然气系统165的天然气可以混合并如上所述在旋流导叶190的下游点燃。
在使用中，天然气通过天然气管路130并进入天然气系统165的天然气进口170。天然气然后经过旋流喷嘴导叶190的喷射器口200并与经由该处的空气混合，以便下游的点燃。
对于合成气运行，合成气通过合成气管路140进入合成气系统175的合成气进口180。其中一些合成气可进入燃料旁通管路220，并可通过旋流喷嘴导叶190的喷射口200。剩余的合成气可通过同心环状的燃料管210，并可与通过空气口235或其它结构进入的协流空气混合。燃料和空气可通过孔口215离开，并可在燃烧室125中在下游点燃。
对于合成气运行，在相同的绝热火焰温度和运行条件下，其体积流率可以是天然气流的体积流率的两倍以上。同样，如果燃料仅通过旋流喷嘴导叶190的喷射口200喷入，燃料压力比将非常高。因此，对于合成气运行，旋流喷嘴叶片190的喷射口200和同心环状的燃料管210两者都可使用。
根据要求和可获得性，本文描述的联合燃料燃气涡轮发动机100因而具有使用天然气、高H2气体、低H2气体或其它类型燃料的灵活性。燃料被有效燃烧且处于典型的排放标准内。
应该很明显，前述内容仅涉及本发明的某些实施例，并且在不背离由所附权利要求及其等价物所限定的本发明的一般精神和范围的情况下，可由本领域普通技术人员做出多种修改和改进。
Claims (6)
1.一种用于与天然气、合成气或其它类型的燃料一起使用的混合燃料燃烧喷嘴(160)，包括：
天然气系统(165)；
所述天然气系统(165)包括多个旋流喷嘴导叶(190)，各所述多个旋流喷嘴导叶(190)包括一个或多个喷射口(200)；
合成气系统(175)；
所述合成气系统(175)包括多个同心环状的燃料管(210)；以及
燃料旁通管路，其从所述多个同心环状的燃料管延伸到所述多个旋流喷嘴导叶，用于使所述合成气的一部分转向通过所述喷射口。
2.如权利要求1所述的混合燃料燃烧喷嘴(160)，其特征在于，所述天然气系统(165)包括与所述多个旋流喷嘴导叶(190)连通的天然气进口(170)。
3.如权利要求1所述的混合燃料燃烧喷嘴(160)，其特征在于，所述合成气系统(175)包括与所述多个同心环状的燃料管(210)连通的合成气进口(180)。
4.如权利要求1所述的混合燃料燃烧喷嘴(160)，其特征在于，所述多个同心环状的燃料管(210)包括多个孔口(215)和/或多个喷射口(217)。
5.如权利要求1所述的混合燃料燃烧喷嘴(160)，其特征在于，所述合成气系统(175)包括中心合成气口(230)。
6.如权利要求1所述的混合燃料燃烧喷嘴(160)，其特征在于，所述混合燃料燃烧喷嘴(160)还包括定位在所述多个旋流喷嘴导叶(190)周围并与所述合成气系统(175)连通的多个开口(240)。
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