[发明专利]燃料分配器

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料分配器，特别是用于燃烧器和旋流器的燃料分配器。

背景技术

燃烧器的主要目的是将燃料和空气混合在一起，以获得有良好火焰稳定性和最小可能的NO_x排放物量的稳定而有效的燃烧。因此，燃烧器的设计必须确保将适量的燃料和空气引入燃烧器内的正确位置中，且将这些量的燃料和空气完全混合，使得以最小量的过剩空气发生完全燃烧，以获得最优总效率。

符合这两个燃烧器原则的分别是预混式燃烧燃烧器和扩散式火焰燃烧器，其中这两个燃烧器原则可以被组合起来以使用其各自的优点。

在预混式燃烧燃烧器中，燃烧所需空气在输送至燃烧区之前与燃烧器燃料混合。燃料和空气混合得越好，具有超过化学计量要求的燃料/空气比率的热区存在得越少。由于火焰温度是产生NO_x的主要因素，因此混合物中燃料越被稀释，NO_x产生得越少。

在扩散式火焰燃烧器中，燃料不是在燃烧区之前与空气混合，而是被作为纯燃料输送到燃烧区的直接邻接处中。扩散式火焰燃烧器提供了良好的火焰稳定性。但NO_x产生量相对较高。

低排放物燃气涡轮发动机通常使用具有两种操作模式的燃烧室，该燃烧室包括形成扩散式火焰的引燃喷嘴，以及用于排出燃料/空气混合物以形成作为围绕扩散式火焰的主燃烧的预混式火焰的多个主喷嘴。美国专利5901555描述了一种带主燃烧器的传统燃气涡轮，其中主燃烧器根据负载分为多个组。当燃气涡轮的负载较低时，引燃燃料流量增加以获得稳定燃烧。当燃气涡轮的负载较高时，引燃燃料的流量降低以减少NO_x的量。需要单独可控的燃料管线、阀、管道系统和控制逻辑来获得流向引燃喷嘴和主喷嘴的适量燃料，这增加了发动机的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的燃料分配器。

该目的由所附权利要求得以实现。从属权利要求描述了本发明有益的发展和变形。

一种创新性的燃料分配器，使用跨燃烧系统的压力梯度以控制拉供给该燃烧系统的不同区域的燃料比例。这些区域可在低负载下提供引燃燃料，或在高负载下提供燃料和空气的更好混合。

该系统包括带有入口开口和至少两个燃料喷射开口的腔。燃料分配器依靠具有相对于压缩机空气流布置在该燃料分配器腔中上游部分的较大喷射开口和相对于压缩机空气流布置在该腔中的下游部分的较小喷射开口，充当接近燃烧室压力的进料器。

在本发明一个有益的实施方式中，限流器布置在入口开口处，以平衡分别通过至少一个较小出口开口和至少一个较大的第三开口的燃料流。

在又一个有益的实施方式中，限流器可调，以适应不同燃料类型的压力。

因为在低燃料压力下，燃料基本上是在暴露给最低外部气压的出口开口处离开分配器，所以使用该出口开口作为引燃燃料喷射开口是有益的。

出于同样的原因，使用具有较大截面面积且暴露于较高外部气压的第三开口作为主燃料喷射开口也是有益的。

在一个有益的实施方式中，燃料分配器的原理被应用于扩散式火焰燃烧器，其中，该燃料分配器具有管状，在面对燃烧室的该管的端部处具有出口开口，并且相对燃料流在该管上游处设置有第三开口。在低燃料流情况下，大多数燃料通过出口开口进入燃烧室。压缩机空气可通过第三开口进入燃料分配器，提供燃料和空气的部分预混。随着燃料流增加，腔内压力增加，燃料将通过第三开口溢出，并与压缩机空气混合并进入燃烧室内。

在另一有益的实施方式中，该燃料分配器的原理被应用于旋流器。燃料分配器的腔布置在旋流器底板中。燃料开口和第三开口布置在混合用导管中，即在旋流器的通道中。这些开口可布置在旋流器底板或旋流器叶片中。如果布置在旋流器叶片中，那么该布置可处于不同高度，以改进旋流器叶片高度上的燃料分配。较小的燃料出口开口可更加接近具有较低压力的旋流器流出孔。较大的第三开口相对压缩机空气流可在具有较高压力的旋流器通道的上游部分中。燃料出口开口充当引燃喷射开口，且第三开口充当主燃料喷射开口。

在又一有益的实施方式中，通过使混合用导管或旋流器通道会合或分开，来控制混合导管或旋流器通道中在出口开口与第三开口之间的空气压降。

采用这样的燃料分配系统设计，会减少NO_x排放物。该创新性的燃料分配器提供了随燃料流增加而增加的预混水平。该创新性的燃料分配器甚至还提供了低流量情形下燃料和空气的一些预混，从而进一步降低NO_x的排放物。此外，在如旋流器通道那样的预混用导管内的燃料/空气混合可随燃料流的改变而变化，无需使用控制阀，从而降低了成本并提高了可靠性。