[发明专利]用于罐状环形双燃料燃烧器的稀预混向心多环状分级喷嘴

说明书

技术领域

本发明一般地涉及燃气涡轮机燃烧器，更具体地说，涉及一种用于罐状环形双燃料燃烧器的稀预混合(lean premix)、向心式多环状的分级喷嘴，其显著地减少或消除了燃烧动态变化(combustion dynamics)。

背景技术

图1显示了一种用于重型工业燃气涡轮机10的现有技术燃烧器，其包括压缩机12(部分显示)、多个燃烧器14(出于方便和清晰起见显示了一个燃烧器)和涡轮16(由单个叶片代表)。虽然没有特别显示，涡轮16沿着公共轴线而传动地连接在压缩机12上。压缩机12将进气加压，该进气之后逆向流向燃烧器14，在这里其用于冷却燃烧器14，并为燃烧过程提供空气。虽然只显示了一个燃烧器14，但燃气涡轮机10包括多个定位在其外围的燃烧器14。过渡管道18将各燃烧器14的出口端与涡轮16的入口端连接起来，以便将热的燃烧产物输送给涡轮16。

各燃烧器14包括基本上圆柱形的燃烧器外壳24，其在敞开的前端通过螺栓28而固定在涡轮机外壳26上。燃烧器外壳24的后端被端盖组件30关闭，该端盖组件30可包括传统的供给管道、集管和相关联的阀门等，用于将气体、液体燃料和空气(以及如果需要的水)供给燃烧器14。端盖组件30容纳多个(例如五个)燃料喷嘴组件32(出于方便和清晰起见只显示了一个)，这些燃料喷嘴组件32围绕燃烧器14的纵轴线设置成圆形阵列。各燃料喷嘴组件32是一种基本圆柱形的主体，该主体具有后供给段52和前输送段54，后供给段52具有入口，用于接收气体燃料、液体燃料和空气(和如果需要的水)。

在燃烧器外壳24中，以相对于其基本同心的关系安装有基本上圆柱形的流套管34，该流套管34在其前端处连接到过渡管道18的外壁36上。该流套管34在其后端处通过径向法兰35而在对接接头37处连接在燃烧器外壳24上，在这里燃烧器外壳24的前段和后段连接在一起。

在流套管34中有同心设置的燃烧器衬套38，该衬套38在其前端处与过渡管道18的内壁40相连。燃烧器衬套38的后端由燃烧器衬套盖组件42支撑，而该盖组件42则由多个撑杆39支撑在燃烧器外壳24中。将会懂得，过渡管道18的外壁36，以及在通过螺栓将燃烧器外壳24固定于涡轮外壳26(通过螺栓28)上的位置向前延伸的流套管34的那一部分，在它们各自的外围表面上形成有阵列孔44，以允许空气逆向从压缩机12穿过孔44而朝着燃烧器14的上游或后端流到流套管34和衬套38之间的环形间隙中(如图1中所示的流箭头所示)。

燃烧器衬套盖组件42支撑多个预混合管道46，对于每个燃料喷嘴组件32有一个预混合管道46。更具体地说，各预混合管道46在其前端和后端处分别通过前板和后板47，49而支撑在燃烧器衬套盖组件42中，前板和后板47，49各设有与末端开口的预混合管道46对准的开口。预混合管道46受支撑使得相应的燃料喷嘴组件32的前输送段54同心地设置在预混合管道46中。

后板49安装多个向后延伸的浮箍48(对于每个预混合管道46有一个浮箍)，浮箍48设置成与背板49中的开口基本对准。各浮箍48支撑与相应的燃料喷嘴组件32成环绕关系的环形空气旋流器50。径向燃料喷射器66设于旋流器50的下游，用于将气体燃料排放到定位于预混合管道46中的预混合区域69中。该布置使得在衬套38和流套管34之间的环形间隙内流动的空气在燃烧器14的后端中被迫再次反向(在端盖组件30和套管盖组件42之间)，并在进入预混合管道46下游的衬套38的燃烧区域或燃烧室70中之前，流过旋流器50和预混合管道46。在多个燃烧器14中通过火花塞20结合交叉点火管道22(显示了一个)以通常的方式实现点火。

在发电厂设计中，减少向大气中排放有害气体例如氮氧化物(NO_X)是主要问题。已经开发出低NO_X燃烧器来解决这个问题，其采用稀预混合燃烧，且多个燃烧器附接在单个燃烧室上，例如图1中所述。各燃烧器包括带有居中设置的燃料喷嘴的流管道，燃料喷嘴包括圆柱形的轮毂，该轮毂支撑燃料喷射器和空气旋流器，并具有位于其下游端的平面。除了用于低NO_X运行的预混合注入级之外，各燃料喷嘴能够包括用于起动和应急操作的扩散注入级和用于液体燃料操作的液体燃料注入级。