CN101726004A - 分级燃烧系统及方法 - Google Patents

分级燃烧系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101726004A
CN101726004A CN200910163530A CN200910163530A CN101726004A CN 101726004 A CN101726004 A CN 101726004A CN 200910163530 A CN200910163530 A CN 200910163530A CN 200910163530 A CN200910163530 A CN 200910163530A CN 101726004 A CN101726004 A CN 101726004A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
chemical composition
injector
hydrogen
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910163530A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101726004B (zh
Inventor
J·D·布劳赫
E·伊尔马茨
B·瓦拉塔拉扬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101726004A publication Critical patent/CN101726004A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101726004B publication Critical patent/CN101726004B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/40—Control of fuel supply specially adapted to the use of a special fuel or a plurality of fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/36—Supply of different fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/08—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
    • F05D2270/082—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases with as little NOx as possible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00002—Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

本发明涉及分级燃烧系统及方法。具体而言，本发明提供了一种用于分级燃烧的系统及方法。一种分级燃烧系统(10)包括用于供送具有第一化学成分的第一燃料的第一燃料源，用于喷射第一燃料的第一喷射器(12)，第二燃料源，以及定位成用于在第一喷射器(12)的下游喷射第二燃料的第二喷射器(14)，其中，第二燃料源用于供送具有第二化学成分的第二燃料，使得第一化学成分中的氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的相对反应浓度与第二化学成分中的相对反应浓度不同。

Description

分级燃烧系统及方法
联邦资助研究声明
本发明是在由能源部授予的合同号为DE-FC26-05NT42643的政府资助下完成的。政府拥有本发明的一定权利。
技术领域
本发明的实施例涉及分级燃烧系统及方法。
背景技术
现有多种类型的燃气涡轮机系统。例如，航改燃气涡轮机用于诸如发电、船舶推进、气体压缩、废热发电以及海洋平台发电的应用场合。燃气涡轮机系统通常包括用于压缩空气流的压缩机，将压缩空气与燃料混合且点燃该混合物以产生工作气体的燃烧器，以及用于使工作气体膨胀并发电的涡轮段。燃烧器通常与压缩机和涡轮段同轴地设置。
最大限度地减少燃气涡轮机系统的燃烧器的排放物是有利的，该排放物例如为氮氧化物(NOx)、一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物。轴向分级是减少这些排放物的一种方法。
即使进行轴向分级，也会在较高的火焰温度下产生大量NOx。NOx的排放可通过降低火焰温度和/或减少燃料在高温区域中的停留时间来减少。一氧化碳作为燃料与二氧化碳之间的中间产物而生成。与NOx的排放相比，较长的停留时间和较高的温度促成了较低的一氧化碳排放。分级燃烧器的初始火焰区域(或第一级)通常具有较低的火焰温度和较长的停留时间，以平衡NOx和一氧化碳的要求。第二火焰区域用于促使燃烧产物达到期望的最终温度，同时最大限度地缩短在该温度的停留时间。通常，第二级喷射器位于温度比第一级喷射器更高的区域中。因此，第二级喷射器更易于受到热破坏。有时，空气、蒸汽、氮气或其它惰性气体可在第二级中与燃料混合或共同喷射，以改善热管理和提供冷却。
轴向分级还用于处理称为燃烧动力或燃烧声响的另一燃烧器问题。燃烧动力由燃烧所放出的热量与在燃烧器或燃料管线中产生的压力波之间的相互作用引起。在轴向分级中，燃烧动力的问题是通过使燃烧在两个区域上扩散以分离或减弱相互作用来解决的。
燃料的燃烧特性通常会限制轴向分级的燃烧器的设计选择。例如，慢反应速率可导致不完全燃烧以及一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的排放。另一方面，过高的反应速率可导致火焰稳定(flameholding)，在此情形中，第二级反应区定位成如此接近第二级喷射器致使其可能遭受破坏。最终，第二级燃料与初级产物之间的不良混合除产生热的火焰区域外，还可加剧上述两个问题，其中，热的火焰区域会产生较高的NOx、稳定性较差的火焰以及其它问题。通常，一种或多种稀释剂或空气可添加到燃料中或喷射到分级燃烧器中的燃料附近，以增大喷射燃料的动量来增强混合过程。
通常，轴向分级的燃烧器通过将来自于贫燃级或第一级的热能传递给富燃级或第二级来进行工作，以便促进部分氧化反应。这些级之间的热交换用于促进在具有两当量比中较高的级中进行的部分氧化反应。热交换可通过如下中的一者或多者而得以促进：将两个级的燃烧气体直接混合，或用于在气体产物实际上不混合的情况下传递热能的机构，或将蒸汽引入其中的一个级或两个级中。
发明内容
所期望的是轴向分级的燃烧系统有更大的设计灵活性，以及减少这种燃烧系统中的不希望有的排放。
简而言之，根据本文所公开的一个实施例，一种分级燃烧系统包括：用于供送具有第一化学成分的第一燃料的第一燃料源；用于喷射第一燃料的第一喷射器；用于供送具有第二化学成分的第二燃料的第二燃料源，其中，第一化学成分中的氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的相对反应浓度与第二化学成分中的不同；以及定位成用于在第一喷射器下游喷射第二燃料的第二喷射器。
在另一个实施例中，提供了一种构造成用以将具有不同化学成分的两种或多种燃料单独地引入燃烧器的两个或多个级中的分级燃烧器，其中，第一化学成分中的氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的相对反应浓度与第二化学成分中的不同。
在另一个实施例中，提供了一种用于分级燃烧的方法。该方法包括在第一级处引入第一燃料；以及然后在第二级处引入具有与第一燃料不同的化学成分的第二燃料，其中，第一化学成分中的氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的相对反应浓度与第二化学成分中的不同。
在另一个实施例中，提供了一种用于分级燃烧的方法。该方法包括将初始燃料引入分离器中，以便用化学方法分离初始燃料来形成第一燃料和第二燃料，其中，第一燃料的反应性小于第二燃料；在第一级处引入第一燃料；以及然后在第二级处引入第二燃料。
在另一个实施例中，提供了一种用于分级燃烧的方法。该方法包括将第一燃料分成第一部分和第二部分；在第一级处引入第一燃料的第一部分；将第一燃料的第二部分与附加燃料相混合以形成第二燃料，其中，第一燃料的反应性小于第二燃料；以及然后在第二级处引入第二燃料。
附图说明
本发明的这些及其它特征、方面和优点在参照附图阅读如下详细描述时，将变得更为清楚，附图中相似的标号表示相似的零件，在附图中：
图1为燃烧器发动机的截面图。
图2至图5为本文所公开的示例性分级燃料系统的实施例的框图。
图6为用于包含涡轮的系统中的燃烧器段的燃烧器的截面侧视图。
零件清单
10分级燃烧系统
12第一喷射器
14第二喷射器
16入口
18出口
20第一级
22第二级
24第一燃料源
26第一燃料
32第二燃料
36初始燃料源
40燃料分离器
40第一燃料
44第二燃料
50燃料源
51燃料
52燃料路径
56燃料路径
58燃料重整器
66第一燃料源
67第一燃料
68第一部分
72第二燃料源
74第二燃料
78燃料源
80混合器
82部分
84燃料
90轴向分级燃烧器
92燃烧器段
94第一级
96第二级
98喷射器
99箭头
100过渡件
101箭头
102第一级翼型件
104初级反应区
具体实施方式
在一个实施例中，如图1中所示，一种分级燃烧系统10包括：用于供送具有第一化学成分的第一燃料的第一燃料源，用于供送具有第二化学成分的第二燃料的第二燃料源，使得在第一化学成分中，氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物n的组合中的一种或多种的相对反应浓度与第二化学成分中的不同。如文中所用，不同的“相对反应浓度”是指反应成分(氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合)之间的不同浓度，而不考虑燃料中的一者或两者是否可能具有一种或多种非反应成分，如氮气、二氧化碳和蒸汽。换句话说，如果将非反应成分从第一燃料和第二燃料中除去，所得到的化学成分仍然是不同的。还有，如文中所用，单数形式如“一个”，“一种”以及“该”包括复数对象，除非上下文清楚地另外规定。例如，尽管示出了单个喷射器用于喷射来自于各个相应燃料源的燃料，但在一些实施例中，可使用多个喷射器来喷射第一燃料和/或第二燃料。
在有些实施例中，第二燃料可包括反应性大于第一燃料的燃料。在这些实施例中的一些中，第一燃料为能含量低于第二燃料的燃料。在其它实施例中，第一燃料为能含量高于第二燃料的燃料。在当前构思的实施例中，第一喷射器12提供成用于喷射第一燃料，而第二喷射器14提供成用于喷射第二燃料，其中，第二喷射器14位于第一喷射器12的下游。第一喷射器12可定位在分级燃烧系统10的第一级中。同样，第二喷射器14可定位在分级燃烧系统10的第一级中。通常，第二级的上游端通过截面减小的喉部区域与第一级的下游端互连。换句话说，喉部区域可为渐缩形，使得喉部区域靠近第一级的截面大于靠近第二级的截面。第一级和第二级可具有圆形截面，但也可使用其它构造。
在一个实施例中，第一燃料和第二燃料均可为液体燃料，或均为气体燃料。在另一个实施例中，第一燃料或第二燃料中的一种可为液体燃料，而另一种可为气体燃料。如文中所用，用语“反应性更大的燃料”是指具有相对较快的反应速率的燃料，而同样而言，用语“反应性较小的燃料”是指具有相对较慢的反应速率的燃料。此外，如文中所用，用语“高能燃料”是指具有较高能量密度的燃料，而同样而言，用语“低能燃料”是指具有较低能量密度的燃料。应当注意到，高能燃料可能比低能燃料的反应性更大或更小。
燃烧系统10用于任何期望的应用场合，其中的若干实例包括燃气涡轮机、气体发生器、燃气涡轮发动机，或其它发热装置。在所示的实例中，燃烧系统10包括用于空气的入口16，以及出口18。参考标号20和22分别表示第一级燃烧和第二级燃烧。在常规方法中，添加至各级的燃料是相同的，唯一的差别在于诸如空气的附加气体可在不同级中进行不同地混合，与该常规方法相比，可进行从由第一喷射器所供送的燃料的下游喷射反应性更大的燃料，以便产生较少污染物，在燃烧区中保持更为恒定的燃料空气比，减少初级区中的回火事件。在一个实施例中，第一燃料和第二燃料中的一种或两种在供送给第一喷射器和第二喷射器之前分别与空气进行预混合。在另一个实施例中，燃料可喷射到燃烧器上游部分的空气中，以便容许燃料和空气在火焰区域之前进行混合。此外，出于诸如冷却的目的，可在第二级中喷射少量空气。
比天然气反应性更大的燃料如氢气、乙烷或其它碳氢化合物，趋于具有较高火焰速度和/或较快的点火时间，这可导致并未设计成可经受火焰温度的燃烧器系统部分中的过早燃烧。如文中所用，用语“天然气”是指气体燃料，主要包括甲烷(CH4)，以及一种或多种其它气体，例如但不限于乙烷(C2H6)、丁烷(C4H10)、丙烷(C3H8)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氦气(He2)、硫化氢(H2S)或它们的组合。对于反应性比天然气更小的燃料(例如，具有更高浓度的一氧化碳、或二氧化碳、或氮气、或它们的组合的燃料)，较慢的火焰速度可导致吹灭，使得净流动可将火焰吹至其正常稳定区域的下游，且使其熄灭。如果在燃烧器中的总停留时间太少，则燃烧可能并未进行完全。在这种情况下，未燃烧的燃料或过多的一氧化碳可存在于排气中。
通过改变燃料流的反应成分，且因此改变在不同级处所喷射的燃料成分，可提高分级燃烧的效率。例如，反应性更大的燃料中的一些可在燃烧器的第二级处引入，使得第二级将较快地燃烧，且最大限度地减少了停留时间。相应而言，反应较慢的燃料可移到燃烧器的第一区域中，以容许通过增加第一燃料在燃烧器中的停留时间来进行完全燃烧。
此外，惰性物质如氮气和二氧化碳，可在第二级处引入用于热处理。例如，氮气可在第二级处引入，以有助于冷却喷射器。
在一个实施例中，第一燃料具有高于第二燃料的碳含量。在另一个实施例中，第二燃料具有高于第一燃料的氢含量。在更多的特定实例中，第一燃料包括天然气、或一氧化碳、或氢气、或氮气中的一种或多种，而第二燃料包括氢气、或甲烷、或大于甲烷的碳氢化合物、或天然气中的一种或多种。应当注意到，燃料源的数目不必限于两种。在一些实施例中，燃料系统可包括两种以上的燃料源。此外，分级燃烧可轴向地分级，或径向地分级，或构造成一些其它形式。
在一些实施例中，第二喷射器可定位在来自于第一级的燃烧产物流中。在分级燃烧系统用于燃气涡轮机的一个实施例中，第二喷射器可定位在涡轮入口段中，或定位在涡轮段的第一级翼型件上。在该实施例中，燃烧系统可包括进口段、进口段下游的压缩机段、燃烧器段、涡轮段，以及排气段，其中，该燃烧器段具有使用第一喷射器的第一级、使用第二喷射器且定位在第一级下游以便进一步燃烧第一级燃烧产物流的第二级。喷射器包括联接器；限定限制燃料混合物通路的翼型形状的壁；以及用于在燃料混合物通路与初级燃烧产物流之间进行连通的至少一个出口。在其它实施例中，第二喷射器可定位在燃烧器壁的表面上，使得第二喷射器位于来自于第一级的燃烧产物流中。
现参看图2，第一燃料源24包含待供送到第一喷射器12中的第一燃料26。第二燃料源30包含将通过第二喷射器14供送到燃烧器中的第二燃料32。例如，第一燃料26可包括天然气，而第二燃料32可包括约50％体积百分比的甲烷，以及约50％体积百分比的一氧化碳。在另一个实施例中，第一燃料26包括天然气，而第二燃料32包括约50％体积百分比的甲烷，以及约50％体积百分比的氢气。
在一个实施例中，第一燃料源和第二燃料源中的至少一者包括燃料分离器，以将初始燃料用化学方法分成第一燃料、第二燃料，或两者。在图3的实施例中，例如，燃料分离器38提供成用于以化学方法分离由初始燃料源36供送的燃料。在所示的实施例中，包含在燃料源36中的初始燃料分成为第一燃料40和第二燃料44。第一燃料40输送到第一喷射器12中，而第二燃料44输送到第二喷射器14中。
在燃料源36中的燃料包括约90％体积百分比的氢气和约10％体积百分比的一氧化碳的一个实例中，第一燃料40包括约20％体积百分比的一氧化碳和约80％体积百分比的氢气的混合物，而第二燃料44包括约100％体积百分比的氢气。在该实施例中，燃料源36中的燃料可进行预处理，以便分离至少一部分碳。
在另一个实例中，燃料源36中的燃料包括用于一体式气化联合循环的气体，如“合成气”。如文中所用，用语“合成气”可包括气体燃料，例如但不限于一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氢气(H2)，其中，成分取决于进料材料。例如，初始燃料可具有包括约40％体积百分比的氢气、约40％体积百分比的一氧化碳，以及约20％体积百分比的二氧化碳的合成物，第一燃料40可包括约33.3％体积百分比的氢气和约66.6％体积百分比的一氧化碳，而第二燃料44可包括约50％体积百分比的氢气和约50％体积百分比的二氧化碳。
在燃料源36中的燃料包括约50％体积百分比的氢气和约50％体积百分比的一氧化碳的另一个实例中，第一燃料38包括约100％体积百分比的一氧化碳，而第二燃料44包括约100％体积百分比的氢气。
在燃料源36中的燃料包括约50％体积百分比的甲烷和约50％体积百分比的氢气的又一个实例中，第一燃料38包括约80％体积百分比的甲烷和约20％体积百分比的氢气的混合物，而第二燃料44包括约20％体积百分比的甲烷和约80％体积百分比的氢气。
在另一个实施例中，第一燃料源和第二燃料源中的至少一者包括燃料重整器58。例如，参看图4，初始燃料源50提供分成为沿燃料路径52和56的两条分支的燃料51。第一燃料51沿燃料路径52输送到第一喷射器12中，以及沿路径56，燃料经过重整器58用化学方法重新形成燃料，以便提供第二燃料60到第二喷射器14。在一个实施例中，例如，诸如重整器58的重整器可用于将天然气或其它碳氢燃料重新形成一氧化碳和氢气的混合物。在初始燃料源50中的燃料51包括甲烷的一个实施例中，第一燃料包括甲烷，而第二燃料60包括约10％体积百分比的一氧化碳、20％体积百分比的氢气，以及70％体积百分比的甲烷的混合物。
在另一个实施例中，第一燃料源和第二燃料源中的至少一者包括燃料混合器，用以混合至少一部分第一燃料和至少一部分另一燃料。如图5中所示，第一燃料源66包含第一燃料67。第一燃料67的第一部分68供送到第一喷射器12中。第二燃料源72提供供送到第二喷射器14中的第二燃料74。第二燃料源72为附加燃料源78的组合。在所示的实施例中，混合器80将第一燃料的一部分82与附加燃料84相混合，以提供第二燃料74。
在第一燃料67为天然气而附加燃料源78包括低能含量燃料如氮气的一个实例中，第二燃料74包括50％体积百分比的低能含量燃料(如氮气)，以及50％体积百分比的天然气。在另一实例中，第一燃料67为天然气，附加燃料源78包括高能含量燃料如氢气，而第二燃料74包括50％体积百分比的高能含量燃料(如氢气)和50％体积百分比的天然气。在上述实施例中，如果期望的话，空气可与第一燃料或第二燃料中的任一者相混合。
现参看图6，大体上示出了具有燃烧器段92的用于包含涡轮的系统的轴向分级燃烧器90。美国专利No.6868676中详细地描述了包含涡轮的系统，该专利通过引用整体并入到本文中。燃烧器段92包括第一级94，以及第一级94下游的第二级96。在所示的实施例中，第二级96包括用于将第二级燃料混合物横向地喷射到第一级94的燃烧产物流中的喷射器98。箭头99表示空气的流入方向，而箭头101表示涡轮段的排气的排出方向。尽管未示出，但包含涡轮的系统还可包括进口段、进口段下游的压缩机段、涡轮段，以及排气段。燃烧器段92可包括多个周向间隔开的燃烧器90的圆形阵列。燃料/空气混合物在各燃烧器90中燃烧，以产生热的能量气流，其流过用于使气体流至涡轮段(未示出)的第一级翼型件102上的过渡件100。构思出的是，本技术可结合不同燃烧器系统使用，这些燃烧器系统包括但不限于圆形燃烧器系统和环形燃烧器系统。在一些实施例中，压缩空气可输送至燃烧器段92的第一级94，以便在多个燃烧器90中的各个燃烧器的初级反应区104中与燃料混合物相结合和燃烧。在一个实施例中，喷射器98可提供到涡轮段上，例如举例来说，涡轮段的第一级翼型件102上。
尽管本文仅图示和描述了本发明的一些特征，但本领域的熟练技术人员可想到许多修改和变化。因此，应当理解的是，期望所附权利要求覆盖落入本发明真正精神内的所有这些修改和变化。

Claims (10)

1.一种分级燃烧系统(10)，包括：
用于供送具有第一化学成分的第一燃料的第一燃料源；
用于喷射所述第一燃料的第一喷射器(12)；
用于供送具有第二化学成分的第二燃料的第二燃料源，使得所述第一化学成分中的氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的相对反应浓度与所述第二化学成分中的反应浓度不同；以及
定位成用于在所述第一喷射器(12)的下游喷射所述第二燃料的第二喷射器(14)。
2.根据权利要求1所述的分级燃烧系统(10)，其特征在于，所述第一燃料和所述第二燃料中的一者与所述第一燃料和所述第二燃料中的另一者相比反应性更大。
3.根据权利要求1所述的分级燃烧系统(10)，其特征在于，所述第一燃料和所述第二燃料中的一者与所述第一燃料和所述第二燃料中的另一者相比具有更高的能含量。
4.根据权利要求1所述的分级燃烧系统(10)，其特征在于，所述第一燃料比所述第二燃料具有更高的碳含量。
5.根据权利要求1所述的分级燃烧系统(10)，其特征在于，所述第二燃料比所述第一燃料具有更高的氢含量。
6.根据权利要求1所述的分级燃烧系统(10)，其特征在于，所述第一喷射器(12)和第二喷射器(14)为轴向分级的。
7.一种分级燃烧器，其构造用以在两个或多个燃烧级处单独地引入具有不同化学成分的两种或多种燃料，使得在第一化学成分中，氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的相对反应浓度与第二化学成分中的相对反应浓度不同。
8.一种用于分级燃烧的方法，包括：
在第一级处引入第一燃料；以及之后
在第二级处引入第二燃料，所述第二燃料具有不同于所述第一燃料的相对反应化学成分，使得氢气、一氧化碳、碳氢化合物或两种或多种碳氢化合物的组合中的一种或多种的浓度不同。
9.一种用于分级燃烧的方法，包括：
将初始燃料引入分离器中，以便用化学方法分离所述初始燃料来形成第一燃料和第二燃料，其中，所述第一燃料与所述第二燃料相比反应性更小；
在第一级处引入所述第一燃料；以及之后
在第二级处引入所述第二燃料。
10.一种用于分级燃烧的方法，包括：
将第一燃料分成第一部分和第二部分；
在第一级处引入所述第一燃料的第一部分；
将所述第一燃料的第二部分与附加燃料相混合，以形成第二燃料，其中，所述第一燃料与所述第二燃料相比反应性更小；以及之后
在第二级处引入所述第二燃料。
CN200910163530.7A 2008-10-20 2009-08-19 分级燃烧系统及方法 Expired - Fee Related CN101726004B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/254,395 US20100095649A1 (en) 2008-10-20 2008-10-20 Staged combustion systems and methods
US12/254395 2008-10-20
US12/254,395 2008-10-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101726004A true CN101726004A (zh) 2010-06-09
CN101726004B CN101726004B (zh) 2014-03-19

Family

ID=42035124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910163530.7A Expired - Fee Related CN101726004B (zh) 2008-10-20 2009-08-19 分级燃烧系统及方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100095649A1 (zh)
JP (1) JP5620655B2 (zh)
CN (1) CN101726004B (zh)
CH (1) CH699761B1 (zh)
DE (1) DE102009026400A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102692036A (zh) * 2011-03-23 2012-09-26 通用电气公司 具有带有人字形肋的燃料喷嘴衬套的燃烧器
CN102913952A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 通用电气公司 关于将延迟贫喷射整合到燃式涡轮发动机中的组件和装置
CN104640960A (zh) * 2012-07-26 2015-05-20 高效燃料解决方案有限责任公司 分子尺寸燃料添加剂主体
CN104870902A (zh) * 2012-12-13 2015-08-26 川崎重工业株式会社 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
CN105452775A (zh) * 2014-06-12 2016-03-30 川崎重工业株式会社 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
CN108954318A (zh) * 2018-08-29 2018-12-07 国电环境保护研究院有限公司 气体燃料轴向分级预混燃烧特性的分析系统和分析方法
CN109489071A (zh) * 2018-11-28 2019-03-19 中国华能集团有限公司 一种低NOx排放的燃烧室、燃气轮机系统、燃气轮机系统的启动方法及负荷调节方法
CN111365734A (zh) * 2020-03-25 2020-07-03 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种混合分级超低排放火焰筒

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8613187B2 (en) * 2009-10-23 2013-12-24 General Electric Company Fuel flexible combustor systems and methods
EP2461101A1 (de) * 2010-12-03 2012-06-06 Siemens Aktiengesellschaft Brennereinrichtung für eine Gasturbinenanlage und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennereinrichtung
US8479492B2 (en) 2011-03-25 2013-07-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Hybrid slinger combustion system
US20130133337A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 General Electric Company Hydrogen assisted oxy-fuel combustion
US9551492B2 (en) * 2012-11-30 2017-01-24 General Electric Company Gas turbine engine system and an associated method thereof
US9366443B2 (en) * 2013-01-11 2016-06-14 Siemens Energy, Inc. Lean-rich axial stage combustion in a can-annular gas turbine engine
US9714768B2 (en) * 2013-03-15 2017-07-25 General Electric Company Systems and apparatus relating to downstream fuel and air injection in gas turbines
GB201317175D0 (en) 2013-09-27 2013-11-06 Rolls Royce Plc An apparatus and a method of controlling the supply of fuel to a combustion chamber
CN105276619B (zh) * 2014-06-12 2018-05-08 川崎重工业株式会社 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
CN105485670B (zh) * 2014-09-18 2018-03-20 沈阳铝镁设计研究院有限公司 一种氧化铝厂气态悬浮焙烧炉的优化燃烧方法和专用设备
JP6516996B2 (ja) * 2014-10-10 2019-05-22 川崎重工業株式会社 燃焼器及びガスタービンエンジン
JP5993046B2 (ja) * 2015-02-13 2016-09-14 川崎重工業株式会社 マルチ燃料対応のガスタービン燃焼器
US11643198B2 (en) * 2019-01-15 2023-05-09 Curtis Miller Vertical lift single engine vehicle system
US11384940B2 (en) * 2019-01-23 2022-07-12 General Electric Company Gas turbine load/unload path control
DE102021110617A1 (de) 2021-04-26 2022-10-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Brennkammerbaugruppe für ein Triebwerk mit einer Brennkammerwand verbundenem Pre-Diffusor
US11774100B2 (en) * 2022-01-14 2023-10-03 General Electric Company Combustor fuel nozzle assembly
CN114353121B (zh) * 2022-01-18 2022-12-20 上海交通大学 一种用于燃气轮机的多喷嘴燃料注入方法
US11578871B1 (en) * 2022-01-28 2023-02-14 General Electric Company Gas turbine engine combustor with primary and secondary fuel injectors
US11885498B2 (en) * 2022-01-31 2024-01-30 General Electric Company Turbine engine with fuel system including a catalytic reformer
EP4343131A1 (en) * 2022-09-23 2024-03-27 General Electric Technology GmbH Method for operating a combustion system, combustion system and gas turbine engine comprising the combustion system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5069029A (en) * 1987-03-05 1991-12-03 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and combustion method therefor
CN1130741A (zh) * 1994-11-19 1996-09-11 Abb管理有限公司 多级燃烧的燃烧室
EP1288579A1 (fr) * 2001-08-28 2003-03-05 Snecma Moteurs Chambre de combustion annulaire à double tête étagée
US20030056517A1 (en) * 2001-09-26 2003-03-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Apparatus and method for combusting low quality fuel
CN1550651A (zh) * 2003-05-08 2004-12-01 通用电气公司 区段分级燃烧器

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3013383A (en) * 1959-12-21 1961-12-19 Phillips Petroleum Co Jet engine combustion processes
US3675425A (en) * 1966-07-11 1972-07-11 United Aircraft Corp Variable thrust reaction motor with multiple sets injector orifices
GB1284440A (en) * 1969-12-09 1972-08-09 Rolls Royce Improvements in or relating to gas turbine engines
US5749219A (en) * 1989-11-30 1998-05-12 United Technologies Corporation Combustor with first and second zones
DE19523093A1 (de) * 1995-06-26 1997-01-02 Abb Management Ag Verfahren zum Betrieb einer Anlage mit einem gestuften Verbrennungssystem
US5664414A (en) * 1995-08-31 1997-09-09 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for generating power
FR2748088B1 (fr) * 1996-04-24 1998-05-29 Snecma Optimisation du melange de gaz brules dans une chambre de combustion annulaire
EP0955457A3 (en) * 1998-05-08 2002-07-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine fuel system
JP2003254514A (ja) * 2001-12-25 2003-09-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成装置用バーナとそれを備える水素生成装置
EP1327821A1 (en) * 2001-12-25 2003-07-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Burner for hydrogen generation system and hydrogen generation system having the same
US6672756B1 (en) * 2002-02-14 2004-01-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Fluid mixer
US7172638B2 (en) * 2002-04-29 2007-02-06 General Motors Corporation Staged air autothermal reformer for improved startup and operation
US6868676B1 (en) 2002-12-20 2005-03-22 General Electric Company Turbine containing system and an injector therefor
JP4209317B2 (ja) * 2003-12-18 2009-01-14 三菱重工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4340873B2 (ja) * 2004-01-06 2009-10-07 株式会社ノーリツ 燃焼装置
US7303388B2 (en) * 2004-07-01 2007-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Staged combustion system with ignition-assisted fuel lances
JP2006104345A (ja) * 2004-10-06 2006-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 有機化合物の加熱装置
US20070130830A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-14 Balachandar Varatharajan Staged combustion for a fuel reformer
US20080083224A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Balachandar Varatharajan Method and apparatus for reducing gas turbine engine emissions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5069029A (en) * 1987-03-05 1991-12-03 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and combustion method therefor
CN1130741A (zh) * 1994-11-19 1996-09-11 Abb管理有限公司 多级燃烧的燃烧室
EP1288579A1 (fr) * 2001-08-28 2003-03-05 Snecma Moteurs Chambre de combustion annulaire à double tête étagée
US20030056517A1 (en) * 2001-09-26 2003-03-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Apparatus and method for combusting low quality fuel
CN1550651A (zh) * 2003-05-08 2004-12-01 通用电气公司 区段分级燃烧器

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102692036A (zh) * 2011-03-23 2012-09-26 通用电气公司 具有带有人字形肋的燃料喷嘴衬套的燃烧器
CN102913952A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 通用电气公司 关于将延迟贫喷射整合到燃式涡轮发动机中的组件和装置
CN102913952B (zh) * 2011-08-05 2016-03-30 通用电气公司 用于燃式涡轮发动机的燃烧器的延迟贫喷射系统中的传送管
CN104640960A (zh) * 2012-07-26 2015-05-20 高效燃料解决方案有限责任公司 分子尺寸燃料添加剂主体
CN104640960B (zh) * 2012-07-26 2019-02-12 高效燃料解决方案有限责任公司 分子尺寸燃料添加剂主体
CN104870902A (zh) * 2012-12-13 2015-08-26 川崎重工业株式会社 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
US9400113B2 (en) 2014-06-12 2016-07-26 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Multifuel gas turbine combustor
US9638423B2 (en) 2014-06-12 2017-05-02 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Multifuel gas turbine combustor with fuel mixing chamber and supplemental burner
CN105452775B (zh) * 2014-06-12 2017-09-29 川崎重工业株式会社 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
CN105452775A (zh) * 2014-06-12 2016-03-30 川崎重工业株式会社 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
CN108954318A (zh) * 2018-08-29 2018-12-07 国电环境保护研究院有限公司 气体燃料轴向分级预混燃烧特性的分析系统和分析方法
CN108954318B (zh) * 2018-08-29 2023-08-25 国电环境保护研究院有限公司 气体燃料轴向分级预混燃烧特性的分析系统和分析方法
CN109489071A (zh) * 2018-11-28 2019-03-19 中国华能集团有限公司 一种低NOx排放的燃烧室、燃气轮机系统、燃气轮机系统的启动方法及负荷调节方法
CN109489071B (zh) * 2018-11-28 2023-09-12 中国华能集团有限公司 一种低NOx排放的燃烧室、燃气轮机系统、燃气轮机系统的启动方法及负荷调节方法
CN111365734A (zh) * 2020-03-25 2020-07-03 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种混合分级超低排放火焰筒

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010096488A (ja) 2010-04-30
CH699761A2 (de) 2010-04-30
DE102009026400A1 (de) 2010-04-22
JP5620655B2 (ja) 2014-11-05
CN101726004B (zh) 2014-03-19
US20100095649A1 (en) 2010-04-22
CH699761B1 (de) 2015-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101726004B (zh) 分级燃烧系统及方法
CN101220953B (zh) 燃料灵活的三方向旋转旋流器和其使用方法
JP5406720B2 (ja) 燃料フレキシブル燃焼システム用の燃焼器ノズル
EP2171356B1 (en) Cool flame combustion
US8312725B2 (en) Vortex combustor for low NOX emissions when burning lean premixed high hydrogen content fuel
EP0388886B1 (en) Method of burning a premixed gas and a combustor for practicing the method
US8931283B2 (en) Reformed multi-fuel premixed low emission combustor and related method
US20070249738A1 (en) Premixed partial oxidation syngas generator
JP5008062B2 (ja) 段階的燃料予混合器を備える燃焼器
US20100175386A1 (en) Premixed partial oxidation syngas generation and gas turbine system
CN102032050A (zh) 预混合催化部分氧化式燃料重整器
JP2012031730A (ja) ガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法
Matveev et al. Plasma fuel nozzle as a prospective way to plasma-assisted combustion
US20130298563A1 (en) Secondary Combustion System
US8613187B2 (en) Fuel flexible combustor systems and methods
US20080033066A1 (en) System and method for enhancing co production in a gas to liquid system
JP2008214163A (ja) 可燃ガス混合方法及び混合器
CN102943710A (zh) 使用oh基形成及用氢燃料分级和稀释剂添加以减小氧燃料烃燃烧系统中的co和o2排放
Tanneberger et al. Development of a Hydrogen Micro Gas Turbine Combustor: Atmospheric Pressure Testing
JPH0240417A (ja) ガスタービン燃焼器
Shih et al. Combustion Analysis of a Can Combustor With CH4/NH3 Blended Fuels for a Micro Gas Turbine
RU2419035C2 (ru) Трехзонный двигатель (варианты)
Nemitallah et al. Stratified and Hydrogen Combustion for Higher Turndown and Lower Emissions
US20090293446A1 (en) Method for low NOx combustion with low pressure drop
Kinoshita et al. Research on a Methane-Fueled Low NOx Combustor for a Mach 3 Supersonic Transporter Turbojet Engine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140319

Termination date: 20180819