[发明专利]用于增强火焰稳定性和抗回火性的预混合装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及预混合装置，尤其涉及用于增强火焰稳定性(FLAMEHOLDING)和抗回火性(FLASH BACK RESISTANCE)的预混合装置。

背景技术

各种类型的燃烧器已为人所知，这些燃烧器用在如联合循环发电厂一类的系统中。用于这类系统的燃烧器通常都设计成使排放物(例如，氮氧化物和一氧化碳排放物)最低化。在大多数烧天然气系统中，都用贫燃预混合火焰操作燃烧器。在这些系统中，用处于燃烧区域上游的预混合装置混合燃料和空气，用于产生处于贫燃状态下的预混合火焰以减少燃烧器的排放物。

通常，这样的预混合装置要获得足够的火焰稳定性裕度(FLAMEHOLDING MARGIN)是很困难的。在一些燃烧器中，增加处于预混合装置的混合区内的燃料-空气混合物的平均速度以提高这类装置的火焰稳定性裕度。但是，这会导致在燃烧器上有相对高的压力降，从而降低了燃烧器效率。

因此，需要提供一种预混合装置，该预混合装置既能提高燃烧器的火焰稳定性裕度，又能在燃烧器上维持可接受的压力降。此外，希望提供一种预混合装置，该预混合装置能增强燃烧器的抗回火性，并能使用多种燃料。

发明内容

简单地讲，本发明的一个实施例提供了一种预混合装置。该预混合装置包括构造成将燃料引入预混合装置的燃料进口和构造成将空气引入预混合装置的空气进口。该预混合装置还包括多个旋流器叶片，该多个旋流器叶片构造成为燃料和/或空气提供旋流运动以利于燃料和空气混合形成气态预混合物，其中，所述多个旋流器叶片中每个旋流器叶片的形状选择成控制预混合装置中的燃料和/或空气的轴向速度分布。

本发明的另一个实施例提供了一种燃烧器。该燃烧器包括预混合装置，该预混合装置构造成混合燃料和空气以形成气态预混合物。该预混合装置包括多个旋流器叶片，该多个旋流器叶片构造成为燃料和/或空气提供旋流运动以利于燃料和空气混合，其中，所述多个旋流器叶片中每个旋流器叶片的形状选择成控制预混合装置中的燃料和/或空气的轴向速度分布。该预混合装置还包括构造成燃烧气态预混合物的燃烧室。

本发明的又一个实施例提供了一种操作燃烧器的方法。该方法包括将燃料和空气引入预混合装置和控制预混合装置内的燃料和/或空气的轴向速度分布以形成气态预混合物。该方法还包括在燃烧室内燃烧气态预混合物。

附图说明

阅读下面的详细描述并参考附图可对本发明的这些和其它特征、方面以及优点有更好的理解。在所有附图中，相似的附图标记代表相似的部件，其中：

图1是根据本发明技术的多个方面的燃气轮机系统的示意图；

图2是一种根据本发明技术多个方面的具有预混合装置的燃烧器的示意图，该燃烧器用在图1所示的燃气轮机系统中；

图3是具有旋流器叶片的预混合装置的一个示例性结构的示意图，该预混合装置用在图2所示的根据本发明技术的多个方面的燃烧器中；

图4是图3所示的根据本发明技术的多个方面的旋流器叶片的示例性结构的示意图；

图5是图4所示的根据本发明技术的多个方面的旋流器叶片的另一个示例性结构的示意图；

图6是穿过预混合装置中心体端部的环面的示例性轴向速度分布的示意图，该预混合装置用在图2所示的根据本发明技术的多个方面的燃烧器中。

图7是带有常规旋流器的预混合装置的燃料/空气不混合度的示例性结果的曲线图；

图8是低旋流预混合装置的燃料/空气不混合度的示例性结果的曲线图；

图9是图4所示的预混合装置的燃料/空气不混合度的示例性结果的曲线图。

图面说明：

10 燃气轮机

12 燃烧器

14 压缩机

16 环境空气

18 压缩空气

20 燃料流

22 燃烧器排气流

24 涡轮

26 发电机

28 轴

40 燃烧器

42 预混合装置

44 气态预混合物

46 燃烧室

48 下游处理过程

50 旋流器叶片

60 预混合装置

62 旋流器叶片

64，66 燃料孔

70 旋流器叶片

72 中心体

74 低旋流区

76 护罩

78 高旋流区

90 旋流叶片结构

92 旋流角度

94 中心线

96 旋流器叶片

100 轴向速度分布

102 轴向速度基线分布