CN1952487B - 带有分级的燃料预混合器的燃烧室 - Google Patents

带有分级的燃料预混合器的燃烧室 Download PDF

Info

Publication number
CN1952487B
CN1952487B CN2006101356729A CN200610135672A CN1952487B CN 1952487 B CN1952487 B CN 1952487B CN 2006101356729 A CN2006101356729 A CN 2006101356729A CN 200610135672 A CN200610135672 A CN 200610135672A CN 1952487 B CN1952487 B CN 1952487B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
stream
cyclone
combustion chamber
air stream
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006101356729A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1952487A (zh
Inventor
D·D·范达尔
G·A·西蒙斯
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 CN1952487A publication Critical patent/CN1952487A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1952487B publication Critical patent/CN1952487B/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
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow

Landscapes

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

Abstract

一种用于混合从压缩机(110)出来的压缩空气流(150)和从燃料源(160)出来的燃料流(170)的燃烧室(120)。该燃烧室(120)可以包括将该压缩空气流(150)和燃料流(170)混合成第一燃料-空气流(190)的第一旋流器(180)；提供在该第一旋流器(180)下游的第二流(210)的第二流量源(200)；和混合该第一燃料-空气流(190)和该第二流(210)的第二旋流器(220)。

Description

带有分级的燃料预混合器的燃烧室
技术领域
本申请总的涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及带有分级的燃料喷射器和旋流器的燃气涡轮发动机燃烧室。
背景技术
一般，燃气涡轮发动机包括压缩进入空气的压缩机。在燃烧室中，空气与燃料混合并点火，产生燃烧气体。燃烧气体再流入涡轮中。涡轮从气体中提取能量以驱动轴。该轴驱动该压缩机和诸如发电机广泛的另一负载。
来自燃烧气体的废气排放物是一个问题，并要进行强制性限制。一些形式的燃气涡轮发动机是为低废气排放运转、特别是为低NOx(氧化氮)运转、燃烧动态特性变化最小和自动点火与保持火焰的范围宽广设计的。一般，NOx低的燃烧室为围绕发动机的圆周在圆周方向互相邻近的多个燃烧器罐的形式。每一个燃烧器中可有一个旋流器位置。该旋流器可以具有多个沿圆周间隔的叶片，用于在压缩空气和燃料通过其间时，使它们旋转和混合。
已知的燃气涡轮发动机的一个问题是需要使燃料/空气混合物尽可能均匀和使燃料/空气混合物的Wobbe指数尽可能一致。在过去，Wobbe指数利用外部燃料加热已被控制。火焰保持，自动点火范围和燃料与空气均匀混合的问题，通过改变对该燃料喷嘴涡旋叶片的角度和/或改变将燃料引入空气或相反的方法，即可以采用横向流动或同轴流动可部分地解决。流动越均匀，燃烧过程的效率越高，同时产生的排放量越少。
因此需要具有改善的燃料/空气混合，燃烧动态特性，Wobbe控制，火焰保持和自动点火范围，特别是在低NOx燃烧方面的燃气涡轮发动机。该改善的混合应在不损失发动机效率的情况下完成。
发明内容
本申请说明用以混合从压缩机来的压缩空气流和从燃料源来的燃料流的一个燃烧室。该燃烧室可以包括将压缩空气流和燃料流混合成第一燃料-空气流的第一旋流器，提供在该一个旋流器下游的第二流的第二流量源，和混合该第一燃料空气流和该第二流的第二旋流器。
该第二流可以包括第二燃料流，而该第二流量源可以包括一个燃料喷射器。该第二流可以包括第二压缩空气流，和该第二流量源可以包括压缩空气源。该第一燃料-空气流可以包括大约0～大约一半(0.5)(低)或大约1.0～1.3(高)的化学相量比，并可以为不可燃烧的混合物。该第二燃料-空气流从该第二旋流器排出。该第二燃料-空气流可以包括大约一半(0.5)～大约1的化学当量比，并可以为可燃烧的混合物。
本申请说明了混合从压缩机来的压缩空气流和从燃料源来的燃料流的方法。该方法可以包括在第一旋流器中，将该压缩空气流和该燃料流混合成第一燃料-空气流；在该第一旋流器的下游加入第二流；和在第二旋流器中，混合该第一燃料-空气流和该第二流。
该第二流可以包括第二燃料流和/或压缩空气流。该第一燃料-空气流可以包括大约0～大约一半(0.5)(低)或大约1.0～1.3(高)的化学当量比和可以为不可燃烧的混合物。该第二燃料-空气流从该第二旋流器中排出。该第二燃料-空气流可以包括大约一半(0.5)～大约1的化学当量比，和可以为可燃烧的混合物。
本申请还说明了一种燃气涡轮。该燃气涡轮可以包括一个压缩机，和安置在该压缩机的下游的燃烧室罐。该燃烧室罐可以包括多个旋流器。
该旋流器可以包括第一旋流器和第二旋流器。在该旋流器之间安置流量源。该流量源可以包括燃料喷射器和/或压缩空气源。
普通技术熟练程度的人，当围绕结合附图的下列详细说明和所附的权利要求书时，可以了解本申请的这些和其他特点。
附图说明
图1为所述的燃气涡轮发动机的示意图。
具体实施方式
现参见附图，图中相同的符号表示相同的零件。图1表示这里所述的涡轮发动机100。该涡轮发动机100可以包括与NOx排放量低的燃烧室120和涡轮130以串联流动连通关系配置的压缩机110。可以采用其他形式的燃烧室120。涡轮130通过驱动轴140与该压缩机110连接。该驱动轴140从该压缩机伸出，用于驱动发电机(没有示出)或其他形式的外部负载。在工作过程中，压缩机110将压缩空气流150排出至燃烧室120中。燃料喷射器160同样可以输送燃料流170至该燃烧室110进行混合。该燃烧室120可以包括多个燃烧室罐125，其中一个罐表示在图1中。
第一旋流器180可以安置在燃料喷射器160和压缩机110下游的燃烧室罐125内。如上所述，第一旋流器180可以包括多个间隔的叶片，用以使压缩空气流150和燃料流170旋转，促进流动150，170的混合。该第一旋流器180可以为通常的设计。第一燃料-空气混合物190可从该第一旋流器180排出。最好，该第一燃料-空气混合物190可以在较低的可燃性范围以下。例如，第一局部的燃料-空气混合物190的化学当量比可以为大约0～大约一半(0.5)。(假设燃料为100％的甲烷，这相当于燃料-空气比为0.292)。然而，该第一燃料-空气混合物190可以为富含燃料的(不可燃烧的)，可燃烧的或燃料贫乏的(不可燃烧的)。在可燃性指数以上的比值为大约1.0～大约1.3。一般，该比值可由压缩机110产生的空气量控制。
该燃烧室罐125可以具有安置在该第一旋流器180下游的第二流量源200。该第二流量源200可以将第二流210喷入第一燃料-空气混合物190中。根据第一燃料-空气混合物190的性质，该第二流量源200可以为第二燃料喷射器，喷射第二燃料流；或者该第二流量源200可以为第二压缩空气源，以提供第二压缩空气流。该第二压缩空气源可以包括一个辅助压缩机，处理空气或相同的源。喷射第二压缩空气流可以影响进入涡轮130的流动的低的加热值。另一种方案是，可采用第二燃料喷射器和第二压缩空气源两者。
该燃烧室罐125可以具有安置在该第二燃料源200下游的第二旋流器220。该第一燃料-空气混合物190和第二流210可以在该第二旋流器220内旋转和混合。该第二旋流器220的结构可以与该第一旋流器180相同。该第二燃料-空气混合物230可从该第二旋流器220排出。该第二燃料-空气混合物230的化学当量比为大约一半(0.5)～大约1。
虽然表示了采用二个旋流器180，220，但可以采用任何数目的旋流器180，200。还可以采用另外的燃料或空气注射方法。
为了产生燃烧气体240，可以点燃该第二燃料-空气混合物230。如上所述，利用涡轮130从燃烧气体240中提取能量，使轴140回转，以驱动压缩机110，以及产生驱动发电机或其他形式的外部负载的输出功率。
采用该第一和第二旋流器180，220可使该第二燃料-空气混合物230更均匀。结果，涡轮发动机100产生的总的排放量低，同时效率更高。例如，当在给定的时间段上以大约35％的简单循环效率工作时，涡轮发动机100产生的NOx排放量约为9ppm(每百万个中的部分)～大约25ppm(校正至15％O2)。一氧化碳和其他形式的排放物也可以减少。
应当了解，以上只是涉及本申请的优选实施例。在不偏离由以下的权利要求书及其等价文件确定的本发明的总的精神和范围的条件下，可作许多改变和改造。
零件清单
100-涡轮发动机
110-压缩机
120-燃烧室
125-燃烧室罐
130-涡轮
140-驱动轴
150-压缩空气流
160-燃料喷射器
170-燃料流
180-第一旋流器
190-第一燃料-空气混合物
200-第二流量源
210-第二流
220-第二旋流器
230-第二燃料-空气混合物
240-燃烧气体

Claims (8)

1.一种用以混合来自压缩机(110)的压缩空气流(150)和燃料源(160)的燃料流(170)的燃烧室(120)，包括：
用以使该压缩空气流(150)和燃料(170)流混合为第一未燃烧燃料-空气流(190)的第一旋流器(180)；
用以提供在该第一旋流器(180)下游的第二流(210)的第二流量源(200)；和
用以混合该第一未燃烧燃料-空气流(190)和该第二流(210)的第二旋流器(220)。
2.如权利要求1所述的燃烧室(120)，其特征在于，该第二流(210)包括一股第二燃料流。
3.如权利要求2所述的燃烧室(120)，其特征在于，该第二流量源(200)包括一个燃料喷射器。
4.如权利要求1所述的燃烧室(120)，其特征在于，该第二流(210)包括一股第二压缩空气流。
5.如权利要求4所述的燃烧室(120)，其特征在于，该第二流量源(200)包括一个压缩空气源。
6.如权利要求1所述的燃烧室(120)，其特征在于，该第一未燃烧燃料-空气流(190)包括一种不可燃烧的混合物。
7.如权利要求1所述的燃烧室(120)，其特征在于，第二燃料-空气流(230)从该第二旋流器排出，而该第二燃料-空气流(230)包括一种可燃烧混合物。
8.一种混合来自压缩机(110)的压缩空气流(150)和来自燃料源(160)的燃料流(170)的方法，该方法包括如下步骤：
在第一旋流器(180)中，将压缩空气流(150)和燃料流(160)混合成第一未燃烧燃料-空气流(190)；
在该第一旋流器(180)的下游加入一股第二流(210)；和
在第二旋流器(220)中使该第一未燃烧燃料-空气流(190)和该第二流(210)混合。
CN2006101356729A 2005-10-20 2006-10-20 带有分级的燃料预混合器的燃烧室 Expired - Fee Related CN1952487B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/163483 2005-10-20
US11/163,483 US7836698B2 (en) 2005-10-20 2005-10-20 Combustor with staged fuel premixer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1952487A CN1952487A (zh) 2007-04-25
CN1952487B true CN1952487B (zh) 2010-06-16

Family

ID=37905547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101356729A Expired - Fee Related CN1952487B (zh) 2005-10-20 2006-10-20 带有分级的燃料预混合器的燃烧室

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7836698B2 (zh)
JP (1) JP5008062B2 (zh)
CN (1) CN1952487B (zh)
CH (1) CH699911B1 (zh)
DE (1) DE102006050422A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8122725B2 (en) * 2007-11-01 2012-02-28 General Electric Company Methods and systems for operating gas turbine engines
US20090241547A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Andrew Luts Gas turbine fuel injector for lower heating capacity fuels
US7578130B1 (en) 2008-05-20 2009-08-25 General Electric Company Methods and systems for combustion dynamics reduction
US7895821B2 (en) 2008-12-31 2011-03-01 General Electric Company System and method for automatic fuel blending and control for combustion gas turbine
US8045024B2 (en) * 2009-04-15 2011-10-25 Omnivision Technologies, Inc. Producing full-color image with reduced motion blur
US8260523B2 (en) * 2009-05-04 2012-09-04 General Electric Company Method for detecting gas turbine engine flashback
US8850821B2 (en) 2011-10-07 2014-10-07 General Electric Company System for fuel injection in a fuel nozzle
CN103134078B (zh) * 2011-11-25 2015-03-25 中国科学院工程热物理研究所 一种阵列驻涡燃料-空气预混器
KR101915196B1 (ko) * 2012-05-18 2018-11-05 한화에어로스페이스 주식회사 가스터빈 시스템
US9395084B2 (en) 2012-06-06 2016-07-19 General Electric Company Fuel pre-mixer with planar and swirler vanes
EP2933560B1 (en) * 2014-04-17 2017-12-06 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for premixing air with a gaseous fuel and burner arrangement for conducting said method
CN106016364B (zh) * 2016-07-13 2018-07-27 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种燃气轮机干式低污染燃烧室用单元二分旋流预混燃烧喷嘴
SE2250307A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-10 Phoenix Biopower Ip Services Ab A method for the combustion of a fuel gas

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429527A (en) * 1981-06-19 1984-02-07 Teets J Michael Turbine engine with combustor premix system
US5099644A (en) * 1990-04-04 1992-03-31 General Electric Company Lean staged combustion assembly
US5319935A (en) * 1990-10-23 1994-06-14 Rolls-Royce Plc Staged gas turbine combustion chamber with counter swirling arrays of radial vanes having interjacent fuel injection
US6237343B1 (en) * 1998-05-02 2001-05-29 Rolls-Royce Plc Combustion chamber and a method of operation thereof
US6314717B1 (en) * 1996-12-03 2001-11-13 Elliott Energy Systems, Inc. Electricity generating system having an annular combustor
CN1467407A (zh) * 2002-06-11 2004-01-14 通用电气公司 带有截留涡流空腔的气体涡轮发动机燃烧室筒

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4110974A (en) * 1976-12-22 1978-09-05 Williams Research Corporation Governor
DE69431969T2 (de) * 1993-07-30 2003-10-30 United Technologies Corp., Hartford Wirbelmischvorrichtung für eine Brennkammer
US5943866A (en) 1994-10-03 1999-08-31 General Electric Company Dynamically uncoupled low NOx combustor having multiple premixers with axial staging
US6418726B1 (en) * 2001-05-31 2002-07-16 General Electric Company Method and apparatus for controlling combustor emissions
US6748745B2 (en) * 2001-09-15 2004-06-15 Precision Combustion, Inc. Main burner, method and apparatus
US6796130B2 (en) * 2002-11-07 2004-09-28 Siemens Westinghouse Power Corporation Integrated combustor and nozzle for a gas turbine combustion system
US6996990B2 (en) * 2003-08-27 2006-02-14 General Electric Company Flow controller for gas turbine combustors
JP2005180799A (ja) * 2003-12-19 2005-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 予混合燃料ノズル、燃焼器及びそれを用いたガスタービン

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429527A (en) * 1981-06-19 1984-02-07 Teets J Michael Turbine engine with combustor premix system
US5099644A (en) * 1990-04-04 1992-03-31 General Electric Company Lean staged combustion assembly
US5319935A (en) * 1990-10-23 1994-06-14 Rolls-Royce Plc Staged gas turbine combustion chamber with counter swirling arrays of radial vanes having interjacent fuel injection
US6314717B1 (en) * 1996-12-03 2001-11-13 Elliott Energy Systems, Inc. Electricity generating system having an annular combustor
US6237343B1 (en) * 1998-05-02 2001-05-29 Rolls-Royce Plc Combustion chamber and a method of operation thereof
CN1467407A (zh) * 2002-06-11 2004-01-14 通用电气公司 带有截留涡流空腔的气体涡轮发动机燃烧室筒

Also Published As

Publication number Publication date
CH699911B1 (de) 2010-05-31
JP5008062B2 (ja) 2012-08-22
JP2007113911A (ja) 2007-05-10
CN1952487A (zh) 2007-04-25
DE102006050422A1 (de) 2007-04-26
US7836698B2 (en) 2010-11-23
US20070089426A1 (en) 2007-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1952487B (zh) 带有分级的燃料预混合器的燃烧室
CN102444911B (zh) 具有贫预喷喷嘴燃料喷射系统的燃烧器
US7886545B2 (en) Methods and systems to facilitate reducing NOx emissions in combustion systems
CN101158478B (zh) 用于运行涡轮发动机的方法和设备
RU2457397C2 (ru) Смеситель топлива с воздухом для камер сгорания
US8973368B2 (en) Mixer assembly for a gas turbine engine
US20080083224A1 (en) Method and apparatus for reducing gas turbine engine emissions
EP0805308A1 (en) Premixing dry low NOx emissions combustor with lean direct injection of gas fuel
CN104870902A (zh) 适合多种燃料的燃气轮机燃烧器
US20150184858A1 (en) Method of operating a multi-stage flamesheet combustor
NL2005381C2 (en) Combustor with a single limited fuel-air mixing burner and recuperated micro gas turbine.
CN102032574A (zh) 使用带部分空气分离的低排放燃气涡轮循环的系统和方法
CN101182928A (zh) 三环形反向旋转涡漩器
CN1601181A (zh) 用于减少燃气涡轮发动机的排放的方法和装置
GB2432206A (en) Low emission combustor and method of operation
CN108592083B (zh) 采用变截面进气与多级燃料供给的燃烧室及其控制方法
CN102393028B (zh) 天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室
US20090139236A1 (en) Premixing device for enhanced flameholding and flash back resistance
CN101636619B (zh) 燃料-空气预混合布置结构、燃烧器及操作燃烧器的方法
CN101377304A (zh) 燃气涡轮中用于燃料与空气混合的系统和方法
CN102679400B (zh) 具有预喷嘴混合帽盖组件的燃烧器
CN205425015U (zh) 燃烧器
CN108332234B (zh) 适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法
GB2346177A (en) Gas turbine engine including first stage driven by fuel rich exhaust gas
CN102692036A (zh) 具有带有人字形肋的燃料喷嘴衬套的燃烧器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100616

Termination date: 20101020