[发明专利]燃料喷嘴组件

说明书

联邦研究声明

本发明根据受能源部颁发的合同No.DE-FC26-05NT42643由政府资助作出。政府对本发明拥有一定权利。

技术领域

本文公开的主题涉及燃料喷嘴，并且更具体而言，涉及如果火焰进入喷嘴则切断燃料给送的喷嘴。

背景技术

大多数预混燃料喷嘴构造设计成用以预混天然气燃料。目前着重于设计和构造燃烧氢燃料的燃料喷嘴。氢燃料更具活性，并因此具有高得多的火焰速度。当设计用于预混燃烧系统的燃料喷嘴时，在燃烧过程发生部位的上游导入空气和燃料。一般而言，燃料喷嘴设计成使空气以比火焰可向上游传播更快的速度流经它们。当所用燃料为氢气时，更难将火焰保持在燃料喷嘴之外。如果火焰在任何时间段“回火”到预混器中，则它将损坏燃料喷嘴，因为火焰温度几乎总是比喷嘴零件的熔化温度高。如果喷嘴不能可靠地将火焰保持在燃料喷嘴之外，则必须考虑其它备选方案。

过去曾使用NOx排放物和排气温度差距作为指标来检测回火损坏。当回火发生时，NOx增加并且排气温度差距经常但不会总是增加。NOx增加通常与回火的严重程度成比例。此外，取决于经受回火的燃烧器在回火事件之前的状态，排气温度差距变化可变动，或减少或增加。排气温度差距不可预知的表现，加上排放物数据分散，已使得难以通过使用NOx和排气温度差距指标来确定是否发生回火。因此，依赖于NOx和排气轮廓(profile)在连续时刻的变化来确定是否已发生回火的方法是低效的。

用于在燃气轮机中检测回火事件的其它方法包括周期性的基准点检查，以确定是否已发生回火损坏。该方法依赖于作为涡轮状况的函数的排气轮廓和NOx的可重复性。结合基于经验的限制，使用这些值的变化来确定是否已发生回火，甚至在数天后。这无助于在发生回火事件的瞬间确定回火事件。

通常，当回火事件发生时主动将其熄灭是有利的。这要求首先感测回火事件，并且当感测到回火事件时关闭阀，并且然后在火焰熄灭后重新启动燃料流。如上所述，首先感测回火事件的过程是不可靠和缓慢的过程。即使可瞬时地检测回火，也仍然需要切断通向喷嘴的燃料流。如果未在很短的时间段内纠正回火事件，或者如果回火导致喷嘴内的火焰保持事件，则喷嘴会被不可修复地损坏或毁坏。

对于每个喷嘴加装回火感测设备、控制设备和控制阀的成本是昂贵的。此外，在许多单独的喷射器上设置控制系统是不切实际的，预计将需要这样的控制系统，以便连续地燃烧富氢燃料。如果这些事实与不能够精确和快速地感测回火事件相结合，则显然需要其它的备选方案。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种燃料喷嘴组件。该组件包括具有第一端和第二端的外喷嘴本体以及具有第一端和第二端的至少一个内喷嘴管。喷嘴本体或喷嘴管中的一者包括燃料室(plenum)以及从该燃料室延伸的燃料通道，而喷嘴本体或喷嘴管中的另一者包括燃料喷射孔，该燃料喷射孔可滑动地与燃料通道对准，以在本体和管之间的接口(interface)处介于它们之间形成燃料流动通路。喷嘴本体和喷嘴管在喷嘴本体的第一端和喷嘴管的第一端固定，抵抗相对运动。

根据本发明的另一个方面，提供一种如果火焰进入喷嘴则被动地熄灭给送到燃料喷嘴的燃料的方法。它包括具有第一端和第二端的外喷嘴本体，具有第一端和第二端的至少一个内喷嘴管，以及喷嘴本体或喷嘴管中的一者包括燃料室和从该燃料室延伸的燃料通道。喷嘴本体或喷嘴管中的另一者包括邻近燃料通道的燃料喷射孔，以在本体和管之间的接口处在它们之间形成燃料流动通路。该方法包括将喷嘴本体和喷嘴管在第一端固定，抵抗相对运动，允许或喷嘴管或喷嘴本体响应于进入喷嘴管的火焰而相对于另一者滑动，以及在接口处闭合燃料流动通路以熄灭火焰。

从以下结合附图的描述，这些及其它优点和特征将变得更加明显。

附图说明

视为本发明的主题在权利要求书中具体指出并清楚地主张权利。从以下结合附图的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点显而易见，在附图中：

图1是本发明的燃料喷嘴组件的截面图；

图2是从图1标有“图2”的区域的详图；

图3是本发明的喷嘴组件沿截面截取的等距视图；

图4和图5是本发明的燃料喷嘴组件的前、后等距视图。零件清单

10燃料喷嘴

11外喷嘴本体

12外周面

13内周面

14内喷嘴管

15外周面

16内周面

21后端

22隔壁

23前端

24歧管板

31燃料室

32燃料通道