CN102116479A - 带有结合的通道的燃料喷嘴和操作方法 - Google Patents

带有结合的通道的燃料喷嘴和操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带有结合的通道的燃料喷嘴和操作方法，具体而言，公开了一种操作用于涡轮机械燃烧器的二次燃料喷嘴的方法，包括通过引燃燃料通道朝向燃烧区域输送引燃燃料流，并且通过布置在引燃燃料通道周围的多个变换通道朝向燃烧区域输送空气流。引燃燃料流和空气流在燃烧区域中燃烧，并且通过多个变换通道输送变换燃料流以用于燃烧。二次燃料喷嘴包括引燃燃料通道，其沿着燃料喷嘴延伸，从而将引燃燃料流输送至燃烧区域。多个变换通道布置在引燃燃料通道周围，并构造成输送用于与引燃燃料流进行燃烧的空气流，并且将变换燃料流输送至燃烧区域。

Description

带有结合的通道的燃料喷嘴和操作方法
技术领域
本文公开的主题一般地涉及涡轮机械。更具体地，该主题公开涉及用于涡轮机械的穿过燃料喷嘴的燃料和空气通道。
背景技术
随着对于燃气涡轮机排放的要求变得更加严格，满足此类要求的一种途径是从扩散焰燃烧器转向利用贫燃料和空气混合物的燃烧器，该燃烧器利用完全预混合操作模式来减少例如NOx和CO的排放。这些燃烧器在本领域中被称为干式低NOx(DLN)、干式低排放(DLE)或贫预混合(LPM)式燃烧系统。这些燃烧器典型地包括多个一级喷嘴(primary nozzle)，其被点燃而用于燃烧器的低负载和中等负载操作。在完全预混合操作期间，一级喷嘴供给燃料，以便为二次火焰供应燃料。一级喷嘴典型地包围二次喷嘴(secondary nozzle)，二次喷嘴被用于燃烧器的中等负载直至完全预混合模式操作。二次喷嘴在燃烧器中用于若干功能，包括为完全预混合模式供给燃料，为支持一级喷嘴操作的引燃火焰供应燃料和空气，以及在操作模式变化期间提供用于利用的变换燃料(transfer fuel)。在引燃模式中，用于引燃操作的燃料被引导通过典型地位于燃料喷嘴的中心上的引燃燃料通道，并且要与引燃燃料混合的空气被通过包围引燃燃料通道的多个引燃空气通道提供。在燃料喷嘴的变换操作期间，将附加燃料作为单独的燃料流通过位于喷嘴中的一组变换通道推动通过喷嘴并进入燃烧区域，该组变换通道与引燃燃料通道分开。当喷嘴不处于变换模式下时，当前实践是通过使变换空气流过变换通道而净化燃料的变换通道。在此操作中，引燃燃料被此低温净化空气流所包围。用于引燃燃料、变换燃料和变换空气、以及引燃空气的二次喷嘴中的分离的通道导致了一种复杂的喷嘴组件。此外，典型喷嘴的引燃由于引燃燃料和空气通道的结构而是燃料受限的，从而不能在引燃中利用高反应性的燃料。
发明内容
根据本发明的一个方面，操作用于涡轮机械燃烧器的二次燃料喷嘴的一种方法包括通过引燃燃料通道朝向燃烧区域输送引燃燃料流，并通过布置在引燃燃料通道周围的多个变换通道而朝向燃烧区域输送空气流。引燃燃料流和空气流在燃烧区域中燃烧，并且变换燃料流通过多个变换通道输送以用于在燃烧区域中燃烧。
根据本发明的另一方面，用于涡轮机械燃烧器的二次燃料喷嘴包括引燃燃料通道，引燃燃料通道沿着燃料喷嘴轴向延伸，构造成将引燃燃料流输送至燃烧区域。多个变换通道布置在引燃燃料通道周围并构造成输送用于在燃烧区域中与引燃燃料流进行燃烧的空气流，并且还构造成将变换燃料流输送至燃烧区域。
从以下结合附图所做的描述中将使这些以及其他优点和特征变得更为明晰。
附图说明
在说明书所附的权利要求中特别指出并明确要求保护与本发明相关的主题。从以下结合附图所作的详细说明中将明晰本发明的前述及其它特征和优点，其中：
图1是用于涡轮机械的燃烧器的一个实施例的示意性的横截面图；
图2是用于图1的燃烧器的二次燃料喷嘴的一个实施例的示意性的透视图；
图3是二次燃料喷嘴的一个实施例的横截面图；
图4是二次燃料喷嘴的末梢的一个实施例的示意性的横截面图；和
图5是图4的二次燃料喷嘴的末梢的另一示意性的横截面图。
详细说明将参照附图通过示例解释本发明的实施例以及优点和特征。
部件列表
10燃烧器
12一级喷嘴
14二次喷嘴
16中心轴线
18喷射孔
20末梢
22末梢孔
24远端
26引燃燃料通道
28二次燃料通道
30变换通道
32扩散器
34末梢端
36侧壁
38引燃燃料源
40引燃燃料
42燃烧区域
44引燃火焰
46引燃空气
48燃料流
50变换燃料源
具体实施方式
图1中显示了燃烧器10的一个实施例。燃烧器包括包围二次喷嘴14的多个一级喷嘴12。现在参看图2，二次喷嘴14是具有中心轴线16的大体环形结构，其包括位于二次燃料喷嘴14的末梢20上游的多个喷射孔18。末梢20包括位于末梢20的远端24处的多个末梢孔22。
如图3中所示，二次喷嘴14包括在不同的时间根据燃烧器10的操作模式而利用的多个燃料通道。引燃燃料通道26沿着中心轴线16而设置在二次喷嘴14的中心处。引燃燃料通道26供给燃料，用于例如二次喷嘴14的引燃操作。在燃烧器10的二次即完全预混合的操作期间，燃料经由多个二次燃料通道28供给多个喷射孔18。多个变换通道30大体上轴向地沿着二次喷嘴14延伸，并位于引燃燃料通道26的径向外侧。多个变换通道30供给用于在模式之间过渡期间使用的变换燃料。
图4更详细地图示了喷嘴20。引燃燃料通道26穿过喷嘴末梢20而延伸至位于末梢端24处的扩散器32。多个变换通道30穿过喷嘴末梢20延伸，并在多个末梢孔22处离开二次喷嘴14。引燃燃料通道26经由多个引燃孔34而连接在多个变换通道30上，引燃孔位于多个变换通道30的侧壁36中。引燃燃料通道26连接在引燃燃料源38上。
当二次喷嘴14作为引燃，例如以引燃模式进行操作时，如图4中所示，引燃燃料流40被推过引燃燃料通道26，并前进穿过扩散器32。引燃燃料流40然后前进穿过多个引燃孔34，穿过多个变换通道30，并进入燃烧区域42，以便为引燃火焰44提供燃料。在燃料喷嘴10的引燃模式操作期间，引燃空气流46被推动穿过多个变换通道30。引燃空气流46离开多个变换通道30而进入燃烧区域42，并用于燃烧引燃燃料流40。此外，在一些实施例中，在燃烧区域42中进行燃烧之前，引燃空气流46至少部分地与引燃燃料流40在多个变换通道30中混合。引燃空气流46和引燃燃料流40的预混合使引燃火焰44稳定，并容许引燃火焰44的较低的操作温度，从而减少燃烧器10在操作中的NOx排放。
图5图示了二次喷嘴14在变换操作期间的操作。在变换模式操作期间，变换燃料流48被推动从变换燃料源50穿过多个变换通道30，并进入燃烧区域42。在一些实施例中，当推动变换燃料流48穿过多个变换通道30时，引燃空气流46被暂停。
本文所述的实施例在引燃模式操作期间利用多个变换通道30输送引燃空气流46，以便燃烧引燃燃料流40，并且在变换模式操作期间输送变换燃料流48。利用多个变换通道30用于两种功能，容许消除现有技术的二次喷嘴结构的引燃空气通道，导致带有较少构件的较不复杂的二次喷嘴14。
引燃空气通道的消除容许增加变换通道30的总面积。此增加的面积导致对于二次喷嘴14更大的燃料灵活性，包括在引燃中使用高反应性的燃料。由于增加的面积，可推动更大量的变换燃料流48穿过其中，从而可利用需要更大体积流率的低英热单位(BTU)的燃料，同时保持二次喷嘴14的可操作性。
虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应该易于懂得，本发明并不局限于此类公开的实施例。相反，可修改本发明以结合迄今尚未描述过的但与本发明的精神和范围相称的许多变体、改型、替代装置或等效装置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该懂得本发明的多个方面可只包括其中一些所述实施例。因此，本发明不应被视为局限于前面的描述，而仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种操作用于涡轮机械燃烧器(10)的二次燃料喷嘴(14)的方法，包括：
通过引燃燃料通道(26)朝向燃烧区域(42)输送引燃燃料流(40)；
通过布置在所述引燃燃料通道(26)周围的多个变换通道(30)朝向所述燃烧区域(42)输送空气流；
在所述燃烧区域(42)中燃烧所述引燃燃料流(40)和所述空气流；且
通过所述多个变换通道(30)输送变换燃料流，以在所述燃烧区域(42)中进行燃烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括在燃烧之前使所述引燃燃料流(40)与所述空气流至少部分地混合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使所述引燃燃料流(40)和所述空气流至少部分地混合稳定了引燃火焰(44)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过扩散器将所述引燃燃料流(40)从所述引燃燃料通道(26)输送到所述燃烧区域(42)中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括当推动所述变换燃料流穿过所述多个变换通道(30)时，暂停穿过所述多个变换通道(30)的所述空气流。
6.一种用于涡轮机械燃烧器(10)的二次燃料喷嘴(14)，包括：
引燃燃料通道(26)，其沿着所述燃料喷嘴(14)轴向地延伸，构造成将引燃燃料流(40)输送至燃烧区域(42)；以及
多个变换通道(30)，其布置在所述引燃燃料通道(26)周围并构造成输送空气流，用于在所述燃烧区域(42)中与所述引燃燃料流(40)进行燃烧，并且还构造成将变换燃料流输送至所述燃烧区域(42)。
7.根据权利要求6所述的二次燃料喷嘴(14)，其特征在于，所述二次燃料喷嘴(14)包括多个引燃孔，所述多个引燃孔将所述引燃燃料通道(26)连接到所述多个变换通道(30)上。
8.根据权利要求6所述的二次燃料喷嘴(14)，其特征在于，所述二次燃料喷嘴(14)包括设置在所述燃料喷嘴(14)的远端处的扩散器。
9.根据权利要求6所述的二次燃料喷嘴(14)，其特征在于，所述引燃燃料通道(26)大体上沿着所述燃料喷嘴(14)的中心轴线设置。
10.根据权利要求6所述的二次燃料喷嘴(14)，其特征在于，所述多个变换通道(30)大体上设置在所述引燃燃料通道(26)的径向外侧。
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