帶有分級的燃料預混合器的燃燒室的製作方法

2023-06-03 00:22:41 1

專利名稱：帶有分級的燃料預混合器的燃燒室的製作方法
技術領域：
本申請總的涉及燃氣渦輪發動機，尤其涉及帶有分級的燃料噴射器和旋流器的燃氣渦輪發動機燃燒室。
背景技術：
一般，燃氣渦輪發動機包括壓縮進入空氣的壓縮機。在燃燒室中，空氣與燃料混合併點火，產生燃燒氣體。燃燒氣體再流入渦輪中。渦輪從氣體中提取能量以驅動軸。該軸驅動該壓縮機和諸如發電機廣泛的另一負載。
來自燃燒氣體的廢氣排放物是一個問題，並要進行強制性限制。一些形式的燃氣渦輪發動機是為低廢氣排放運轉、特別是為低NOx(氧化氮)運轉、燃燒動態特性變化最小和自動點火與保持火焰的範圍寬廣設計的。一般，NOx低的燃燒室為圍繞發動機的圓周在圓周方向互相鄰近的多個燃燒器罐的形式。每一個燃燒器中可有一個旋流器位置。該旋流器可以具有多個沿圓周間隔的葉片，用於在壓縮空氣和燃料通過其間時，使它們旋轉和混合。
已知的燃氣渦輪發動機的一個問題是需要使燃料/空氣混合物儘可能均勻和使燃料/空氣混合物的Wobbe指數儘可能一致。在過去，Wobbe指數利用外部燃料加熱已被控制。火焰保持，自動點火範圍和燃料與空氣均勻混合的問題，通過改變對該燃料噴嘴渦旋葉片的角度和/或改變將燃料引入空氣或相反的方法，即可以採用橫向流動或同軸流動可部分地解決。流動越均勻，燃燒過程的效率越高，同時產生的排放量越少。
因此需要具有改善的燃料/空氣混合，燃燒動態特性，Wobbe控制，火焰保持和自動點火範圍，特別是在低NOx燃燒方面的燃氣渦輪發動機。該改善的混合應在不損失發動機效率的情況下完成。
發明概述本申請說明用以混合從壓縮機來的壓縮空氣流和從燃料源來的燃料流的一個燃燒室。該燃燒室可以包括將壓縮空氣流和燃料流混合成第一燃料-空氣流的第一旋流器，提供在該一個旋流器下遊的第二流的第二流量源，和混合該第一燃料空氣流和該第二流的第二旋流器。
該第二流可以包括第二燃料流，而該第二流量源可以包括一個燃料噴射器。該第二流可以包括第二壓縮空氣流，和該第二流量源可以包括壓縮空氣源。該第一燃料-空氣流可以包括大約0～大約一半(0.5)(低)或大約1.0～1.3(高)的化學相量比，並可以為不可燃燒的混合物。該第二燃料-空氣流從該第二旋流器排出。該第二燃料-空氣流可以包括大約一半(0.5)～大約1的化學當量比，並可以為可燃燒的混合物。
本申請說明了混合從壓縮機來的壓縮空氣流和從燃料源來的燃料流的方法。該方法可以包括在第一旋流器中，將該壓縮空氣流和該燃料流混合成第一燃料-空氣流；在該第一旋流器的下遊加入第二流；和在第二旋流器中，混合該第一燃料-空氣流和該第二流。
該第二流可以包括第二燃料流和/或壓縮空氣流。該第一燃料-空氣流可以包括大約0～大約一半(0.5)(低)或大約1.0～1.3(高)的化學當量比和可以為不可燃燒的混合物。該第二燃料-空氣流從該第二旋流器中排出。該第二燃料-空氣流可以包括大約一半(0.5)～大約1的化學當量比，和可以為可燃燒的混合物。
本申請還說明了一種燃氣渦輪。該燃氣渦輪可以包括一個壓縮機，和安置在該壓縮機的下遊的燃燒室罐。該燃燒室罐可以包括多個旋流器。
該旋流器可以包括第一旋流器和第二旋流器。在該旋流器之間安置流量源。該流量源可以包括燃料噴射器和/或壓縮空氣源。
普通技術熟練程度的人，當圍繞結合附圖的下列詳細說明和所附的權利要求書時，可以了解本申請的這些和其他特點。
附圖的簡要說明

圖1為所述的燃氣渦輪發動機的示意圖。
優選實施例說明；現參見附圖，圖中相同的符號表示相同的零件。圖1表示這裡所述的渦輪發動機100。該渦輪發動機100可以包括與NOx排放量低的燃燒室120和渦輪130以串聯流動連通關係配置的壓縮機110。可以採用其他形式的燃燒室120。渦輪130通過驅動軸140與該壓縮機110連接。該驅動軸140從該壓縮機伸出，用於驅動發電機(沒有示出)或其他形式的外部負載。在工作過程中，壓縮機110將壓縮空氣流150排出至燃燒室120中。燃料噴射器160同樣可以輸送燃料流170至該燃燒室110進行混合。該燃燒室120可以包括多個燃燒室罐125，其中一個罐表示在圖1中。
第一旋流器180可以安置在燃料噴射器160和壓縮機110下遊的燃燒室罐125內。如上所述，第一旋流器180可以包括多個間隔的葉片，用以使壓縮空氣流150和燃料流170旋轉，促進流動150，170的混合。該第一旋流器180可以為通常的設計。第一燃料-空氣混合物190可從該第一旋流器180排出。最好，該第一燃料-空氣混合物190可以在較低的可燃性範圍以下。例如，第一局部的燃料-空氣混合物190的化學當量比可以為大約0～大約一半(0.5)。(假設燃料為100％的甲烷，這相當於燃料-空氣比為0.292)。然而，該第一燃料-空氣混合物190可以為富含燃料的(不可燃燒的)，可燃燒的或燃料貧乏的(不可燃燒的)。在可燃性指數以上的比值為大約1.0～大約1.3。一般，該比值可由壓縮機110產生的空氣量控制。
該燃燒室罐125可以具有安置在該第一旋流器180下遊的第二流量源200。該第二流量源200可以將第二流210噴入第一燃料-空氣混合物190中。根據第一燃料-空氣混合物190的性質，該第二流量源200可以為第二燃料噴射器，噴射第二燃料流；或者該第二流量源200可以為第二壓縮空氣源，以提供第二壓縮空氣流。該第二壓縮空氣源可以包括一個輔助壓縮機，處理空氣或相同的源。噴射第二壓縮空氣流可以影響進入渦輪130的流動的低的加熱值。另一種方案是，可採用第二燃料噴射器和第二壓縮空氣源兩者。
該燃燒室罐125可以具有安置在該第二燃料源200下遊的第二旋流器220。該第一燃料-空氣混合物190和第二流210可以在該第二旋流器220內旋轉和混合。該第二旋流器220的結構可以與該第一旋流器180相同。該第二燃料-空氣混合物230可從該第二旋流器220排出。該第二燃料-空氣混合物230的化學當量比為大約一半(0.5)～大約1。
雖然表示了採用二個旋流器180，220，但可以採用任何數目的旋流器180，200。還可以採用另外的燃料或空氣注射方法。
為了產生燃燒氣體240，可以點燃該第二燃料-空氣混合物230。如上所述，利用渦輪130從燃燒氣體240中提取能量，使軸140迴轉，以驅動壓縮機110，以及產生驅動發電機或其他形式的外部負載的輸出功率。
採用該第一和第二旋流器180，220可使該第二燃料-空氣混合物230更均勻。結果，渦輪發動機100產生的總的排放量低，同時效率更高。例如，當在給定的時間段上以大約35％的簡單循環效率工作時，渦輪發動機100產生的NOx排放量約為9ppm(每百萬個中的部分)～大約25ppm(校正至15％O2)。一氧化碳和其他形式的排放物也可以減少。
應當了解，以上只是涉及本申請的優選實施例。在不偏離由以下的權利要求書及其等價文件確定的本發明的總的精神和範圍的條件下，可作許多改變和改造。
零件清單100—渦輪發動機110—壓縮機120—燃燒室125—燃燒室罐130—渦輪140—驅動軸150—壓縮空氣流160—燃料噴射器170—燃料流180—第一旋流器190—第一燃料-空氣混合物200—第二流量源210—第二流220—第二旋流器230—第二燃料-空氣混合物240—燃燒氣體
權利要求
1.一種用以混合來自壓縮機(110)的壓縮空氣流(150)和燃料源(160)的燃料流(170)的燃燒室(120)，包括用以使該壓縮空氣流(150)和燃料(170)流混合為第一燃料-空氣流(190)的第一旋流器(180)；用以提供在該第一旋流器(180)下遊的第二流(210)的第二流量源(200)；和用以混合該第一燃料-空氣流(190)和該第二流(210)的第二旋流器(220)。
2.如權利要求1所述的燃燒室(120)，其特徵為，該第二流(210)包括一股第二燃料流。
3.如權利要求2所述的燃燒室(120)，其特徵為，該第二流量源(200)包括一個燃料噴射器。
4.如權利要求1所述的燃燒室(120)，其特徵為，該第二流(210)包括一股第二壓縮空氣流。
5.如權利要求4所述的燃燒室(120)，其特徵為，該第二流量源(200)包括一個壓縮空氣源。
6.如權利要求1所述的燃燒室(120)，其特徵為，該第一燃料-空氣流(190)包括一種不可燃燒的混合物。
7.如權利要求1所述的燃燒室(120)，其特徵為，第二燃料-空氣流(230)從該第二旋流器排出，而該第二燃料-空氣流(230)包括一種可燃燒混合物。
8.一種混合來自壓縮機(110)的壓縮空氣流(150)和來自燃料源(160)的燃料流(170)的方法，該方法包括如下步驟在第一旋流器(180)中，將壓縮空氣流(150)和燃料流(160)混合成第一燃料-空氣流(190)；在該第一旋流器(180)的下遊加入一股第二流(210)；和在第二旋流器(220)中使該第一燃料-空氣流(190)和該第二流(210)混合。
全文摘要
一種用於混合從壓縮機(110)出來的壓縮空氣流(150)和從燃料源(160)出來的燃料流(170)的燃燒室(120)。該燃燒室(120)可以包括將該壓縮空氣流(150)和燃料流(170)混合成第一燃料－空氣流(190)的第一旋流器(180)；提供在該第一旋流器(180)下遊的第二流(210)的第二流量源(200)；和混合該第一燃料－空氣流(190)和該第二流(210)的第二旋流器(220)。
文檔編號F23R3/16GK1952487SQ20061013567
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月20日 優先權日2005年10月20日
發明者D·D·范達爾, G·A·西蒙斯 申請人:通用電氣公司