CN101666501A - 用于涡轮机械燃烧器的辅助燃料喷嘴的涡流角 - Google Patents

用于涡轮机械燃烧器的辅助燃料喷嘴的涡流角 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于涡轮机械燃烧器的辅助燃料喷嘴的涡流角，更具体地，本发明涉及一种燃烧器，其包括主燃烧室和辅助燃烧室，设置于主燃烧室中并向主燃烧室提供燃料的一个或者多个主喷嘴，中心体组件，设置于该中心体组件的下游的文丘里管，以及容纳于该中心体组件中、朝着文丘里管延伸并向辅助燃烧室提供燃料的辅助燃料喷嘴。该辅助燃料喷嘴包括燃料通道和空气通道，以及设置在燃料通道周围的、具有在空气通道中径向突出的一个或多个叶片的涡流器，各叶片均具有以相对于辅助燃料喷嘴的纵向轴线成涡流角布置的后缘，该涡流角大于45°。

Description

用于涡轮机械燃烧器的辅助燃料喷嘴的涡流角
技术领域
本发明涉及涡轮机械。更具体地，本发明涉及具有改良的涡流角的、用于涡轮机械的干式低NOx(“DLN”)燃烧器的辅助燃料喷嘴。
背景技术
[02]传统的干式低NOx DLN燃烧器包括燃料喷射系统，该喷射系统具有主喷嘴和辅助燃料喷嘴，衬里，文丘里管以及盖/中心体组件。在该系统中，燃料和空气混合物穿过由辅助燃料喷嘴以及附接于衬里上的外部燃烧管限定边界的环形通道。在混合物在环形通道的下游的燃烧室中燃烧前，将流速的主要分量(即：涡流)施加到混合物上。在传统的低NOx DLN的燃烧器中，NOx排放的减少对辅助燃料喷嘴的主要涡流特性敏感。即：反应燃烧气体的涡流角是燃烧器稳定性和排放中的重要参数。在传统的燃烧器中，涡流角典型地小于或者等于大约45°。
发明内容
本发明的一个示范性实施例提供一种燃烧器，该燃烧器包括主燃烧室和辅助燃烧室；设置于该主燃烧室中并向该主燃烧室提供燃料的一个或者多个主喷嘴；中心体组件；设置于该中心体组件下游的文丘里管；以及容纳在该中心体组件中、朝着该文丘里管延伸并向辅助燃烧室提供燃料的辅助燃料喷嘴。该辅助燃料喷嘴包括燃料通道和空气通道，以及定位在该燃料通道周围并具有在该空气通道中径向突出的一个或者多个叶片的涡流器，各叶片均具有以相对于该辅助燃料喷嘴的纵向轴线成涡流角布置的后缘，其中该涡流角大于45°。
本发明的另一示范性实施例提供了一种用于燃烧器的喷嘴。该喷嘴包括容纳于燃烧器的中心体组件中的喷嘴本体，该喷嘴本体包括燃料通道和围绕喷嘴本体的空气通道，以及径向地定位在燃料通道和空气通道之间的涡流器，该涡流器包括在燃料通道的周围周向地间隔开的一个或者多个叶片，各叶片均具有以相对于喷嘴本体的纵向轴线成大于45°的角度布置的后缘。
本发明的另一示范性实施例提供了一种用于减少燃烧器中NOx的方法。该方法包括：在燃烧器的中心体组件中提供具有燃料通道和空气通道的喷嘴，以及在喷嘴中提供支撑燃料通道的、并具有一个或者多个成形为以相对于喷嘴的纵向轴线形成涡流角的叶片的涡流器，涡流器将来自压缩机的排放空气输送给空气通道并将燃料输送给燃料通道，然后通过该涡流器将排放空气与燃料混合，并使得混合物以大于45°的涡流角涡旋。
本发明的另一示范性实施例提供了一种涡轮机械，该涡轮机械包括压缩机和被配置为接受进入的燃料和来自该压缩机的排放空气的至少一个燃烧器。燃烧器包括主燃烧室和辅助燃烧室；设置于主燃烧室中并向主燃烧室提供燃料的一个或者多个主喷嘴；中心体组件；设置于中心体组件下游的文丘里管；容纳在中心体组件中、朝着文丘里管延伸并向辅助燃烧室提供燃料的辅助燃料喷嘴。该辅助燃料喷嘴包括燃料通道和空气通道，定位在燃料通道周围并具有在空气通道中径向突出的一个或者多个叶片的涡流器，每个叶片具有以相对于辅助燃料喷嘴的纵向轴线成涡流角布置的后缘，涡流器被配置为使得空气通道中的排放空气和燃料通道中的燃料的混合物以大于45°的涡流角涡旋。该涡轮机械还包括可操作地连接在燃烧器上的至少一个涡轮。
通过本发明的示范性实施例的技术实现了附加特征和益处。本发明的其他实施例和方面在本文中详细地进行了描述，并且被认为是要求保护的发明的一部分。为了更好地理解本发明具有的这些益处和特征，将参考具体实施方式和附图。
附图说明
图1是可在本发明的实施例中实现的燃烧器的部分截面侧视图。
图2是可在本发明的实施例中实现的燃烧器的辅助燃料喷嘴的截面侧视图。
图3是可在本发明的实施例中实现的涡流器的视图。
图4是图3中所示出的可在本发明的实施例中实现的涡流器的多个叶片中一个叶片的视图。
部件列表
1   涡轮机械
10  燃烧器
12  主燃烧室
14  辅助燃烧室
16  文丘里管
18  流套筒
20  压缩机
24  主喷嘴
30  中心体组件
32  衬里
40  辅助喷嘴
42  喷嘴本体
44  燃料通道
46  空气通道
50  涡轮
100 涡流器
105 叶片
110 后缘
120 涡流流场
具体实施方式
参考图1，用于涡轮机械1的燃烧器10根据本发明的一个实施例而提供。涡轮机械1包括至少一个燃烧器10、压缩机20以及由单个叶片50表示的至少一个涡轮，该涡轮可操作地连接到燃烧器10上。燃烧器10包括由文丘里管16分离开的主燃烧室12和辅助燃烧室14。燃烧器10由流套筒18围绕，流套筒18将排放的空气(由箭头所指)从压缩机20引向燃烧器10。燃烧器10还包括一个或者多个主喷嘴24以及辅助燃料喷嘴40，主喷嘴24将燃料输送到主燃烧室12，辅助燃料喷嘴40将燃料输送到辅助燃烧室14。虽然图1中仅示出了一个主喷嘴，但是燃烧器10可包括更多主喷嘴24。燃料通过燃料管线(未示出)输送给辅助燃料喷嘴40。如图1中所示，辅助燃料喷嘴40容纳在中心体组件30中并朝着文丘里管16延伸经过衬里32。文丘里管16设置于中心体组件30的下游。辅助燃料喷嘴40包括喷嘴本体42、形成于喷嘴本体42中的燃料通道44(如图2中所示)以及围绕喷嘴本体42的空气通道46。涡流器100定位于燃料通道44的周围并包括在空气通道46内径向地突出的一个或者多个叶片105。即：涡流器100径向地位于燃料通道44和空气通道46之间。下面将参考图2至图4描述关于涡流器100的另外的细节。涡流器100将穿过衬里32的排放空气(由箭头所指)与来自辅助燃料喷嘴40的燃料混合。
图2示出了能够在本发明的实施例中实现的燃烧器10的辅助燃料喷嘴40。如图2中所示，涡流器100接受燃料/空气混合物并以大于45°的涡流角使得燃料/空气混合物涡旋。如图2中所示，在燃料/空气混合物在辅助燃烧室14的下游燃烧之前，使得燃料/空气混合物在主燃区(flame zone)中的涡流流场中涡旋(如由箭头120所指)。根据另一实施例，涡流角在大于45°到大约50°的范围中。备选地，根据另一实施例，涡流角在大于45°到大约60°的范围中。另外，根据又一实施例，涡流角在大于45°到大约70°的范围中。
如图3中所示，根据一个实施例，涡流器100包括一排叶片105，这些叶片影响流过叶片105的燃料/空气混合物的涡流。多个叶片105在燃料通道44的周围周向地间隔开。
图4示出了如图3中所示的能够在本发明的实施例中实现的涡流器100的多个叶片105中的一个叶片。如图4中所示，各叶片105均包括以相对于辅助燃料喷嘴40的纵轴线成角度θ布置的后缘110。根据一个实施例，该角度θ大于45°。根据本发明的另一示范性实施例，该角度θ在大于45°到大约50°的范围中。在又一示范性实施例中，该角度θ在大于45°到大约60°的范围中。在再一实施例中，该角度θ在大于45°到大约70°的范围中。
根据本发明的一个实施例，通过将辅助燃料喷嘴的涡流器的角度增大到大于45°，本发明提供在运行燃烧器时减少NOx排放的益处。
尽管已经参考示范性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：可以进行各种改变并且对本发明的元件可以进行等同替换而不脱离本发明的范围。此外，可以进行许多的改型以使具体的情形或者材料适应本发明的教导而不脱离本发明的范围。因此，本发明意在并不限于被认为是用来实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括所有落入所附权利要求范围内的所有实施方案。此外，用语第一、第二等的使用不是表示任何次序或者重要性，而是术语第一、第二等用来将一个元件与另一个元件区分开。

Claims (10)

1.一种燃烧器(10)，包括：
主燃烧室(12)和辅助燃烧室(14)；
设置于所述主燃烧室(12)中、并向所述主燃烧室(12)提供燃料的一个或者多个主喷嘴(24)；
中心体组件(30)；
文丘里管(16)，其设置于所述中心体组件(30)的下游；以及
辅助燃料喷嘴(40)，其容纳在所述中心体组件(30)中，朝着所述文丘里管(16)延伸并向所述辅助燃烧室(14)提供燃料，所述辅助燃料喷嘴(40)包括：
燃料通道(44)和空气通道(46)，以及
涡流器(100)，其定位于所述燃料通道(44)的周围，并具有在所述空气通道(46)内径向突出的一个或多个叶片(105)，各叶片(105)均具有以相对于所述辅助喷嘴(40)的纵向轴线成涡流角布置的后缘(110)，其中所述涡流角大于45°。
2.如权利要求1所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述涡流角在大于45°到大约50°的范围中。
3.如权利要求1所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述涡流角在大于45°到大约60°的范围中。
4.如权利要求1所述的燃烧器(10)，其特征在于，所述涡流角在大于45°到大约70°的范围中。
5.一种用于燃烧器(10)的喷嘴(40)，包括：
容纳于所述燃烧器(10)的中心体组件(30)中的喷嘴本体(42)，所述喷嘴本体(42)包括燃料通道(44)和围绕所述喷嘴本体(42)的空气通道(46)；以及
径向地位于所述燃料通道(44)和所述空气通道(46)之间的涡流器(100)，所述涡流器(100)包括在所述燃料通道(44)的周围周向地间隔开的一个或多个叶片(105)，各叶片(105)均具有以相对于所述喷嘴本体(42)的纵向轴线成大于45°的角度布置的后缘(110)。
6.如权利要求5所述的喷嘴(40)，其特征在于，所述角度在大于45°到大约50°的范围中。
7.如权利要求5所述的喷嘴(40)，其特征在于，所述角度在大于45°到大约60°的范围中。
8.如权利要求5所述的喷嘴(40)，其特征在于，所述角度在大于45°到大约70°的范围中。
9.一种用于减少燃烧器中NOx的方法，所述方法包括：
在所述燃烧器的中心体组件中提供具有燃料通道和空气通道的喷嘴，以及在所述喷嘴中支撑所述燃料通道并具有一个或多个叶片的涡流器，所述一个或多个叶片成形为相对于所述喷嘴的纵向轴线形成涡流角；
将来自压缩机的排放空气输送到所述空气通道并将燃料输送到所述燃料通道；以及
通过所述涡流器使排放空气与燃料混合，并使得所述混合物以大于45°的涡流角涡旋。
10.一种涡轮机械，包括：
压缩机；
至少一个燃烧器，其被配置为接受进入的燃料和来自所述压缩机的排放的空气，所述燃烧器包括：
主燃烧室和辅助燃烧室；
一个或者多个喷嘴，其设置于所述主燃烧室中并向所述主燃烧室提供燃料；
中心体组件；
文丘里管，其设置于所述中心体组件的下游；以及
辅助燃料喷嘴，其容纳于所述中心体组件中，朝着所述文丘里管延伸并向所述辅助燃烧室提供燃料，所述辅助燃料喷嘴包括：
燃料通道和空气通道；以及
涡流器，其定位于所述燃料通道的周围并且具有在所述空气通道中径向突出的一个或多个叶片，各叶片均具有以相对于所述辅助燃料喷嘴的纵向轴线成涡流角布置的后缘，所述涡流器被配置为使得所述空气通道中的排放的空气和所述燃料通道中的燃料的混合物以大于45°的涡流角涡旋；以及
可操作地连接于所述燃烧室的至少一个涡轮。
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