[发明专利]燃烧低BTU燃料气体的燃烧器机体及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及用于高温燃气涡轮发动机的燃烧 器，并且更具体地涉及结合具有低BTU(英热量单位)含量的燃料气体 使用的燃烧器机体(housing)。

背景技术

由于基于石油的燃料和天然气的成本及可获得性的不确定 性，联系对使用所有可用燃料源的期望，致使采用热值很低的气体燃 料为燃气涡轮机供能带来了商业利益。对于使用低热值气体如那些具 有热含量低至2500BTU/lbm(lbm表示磅质量)的气体，已经提出了各 种设计，并且通常包括修改现有的燃烧器设计。

一个实例为US4498288，其描述了一种燃烧器设计，其中， 一部分低BTU的气体燃料经由常规类型的燃料喷嘴喷射到一次燃烧 区中，而剩下的低BTU气体燃料经由二次管喷射到主燃烧区中。该 燃烧器设计并未考虑或解决对燃烧上游的较大流动区域的需求。

另一个实例，EP0310327A3描述了一种燃烧器，与上文在 US4498288中所描述的相似，其中剩下的低BTU气体燃料经由二次 通道喷射。然而，在该情形中，一次喷射通道和二次喷射通道二者均 排放到单个的燃烧区中。该燃烧器设计也未考虑或解决对燃烧上游的 较大流动区域的需求。

又一个实例，US6201029包含了另一种用以燃烧低BTU含 量气体燃料的方式，其再次涉及到向下游喷射一部分低BTU含量的 燃料气体。该燃烧器设计也未考虑或解决对燃烧上游的较大流动区域 的需求。

又一个实例，US2007/0275337描述了一种燃烧器，其中， 螺旋空气旋流器修改成包括喷射到旋流空气通道中的燃料，并且指出 这种喷射十分适合燃烧低BTU的合成气体，以及这种燃烧装置可以 预混模式或扩散模式工作，并且可利用不同的燃料喷射回路来处理低 水平或高水平的燃料热值。径向空气通道相比普通燃料通道较大，以 便可获得用于喷射低BTU气体的区域。该燃烧器设计也未考虑或解 决对燃烧上游的较大流动区域的需求。

当气体燃料的卡值(BTU或能含量，或低热值(LHV))降低 时，所需的流速就增大。这导致穿过初始设计为用于能含量较高的燃 料的通路时压力损失增大。如果燃料压缩机由燃气涡轮机驱动，则涡 轮机的循环效率会对此压力损失付出巨大代价。这个问题在具有很低 卡值的燃料气体中较为严重，例如具有卡值小于2500BTU/lbm的那些 燃料气体。当增加用于能含量很低的气体的单独入口的数目以提供燃 烧所需的该种气体量时，甚至更为严重。经由燃料流通道的气体速度 也可能较高，导致从金属壁部至燃料气体的传热增加，反之亦然。这 可在燃烧器内引起局部热梯度，从而导致循环热应力增大以及各个燃 烧器构件老化或失效的可能性。用于产生通向燃烧器或燃烧室的多个 燃料流通道的设计、改进、机加工及其它制造工艺会增加使用多通道 的系统的复杂性和成本。

因此，期望的是降低与使用很低含量燃料相关的压力损失， 以便改善系统效率。还期望的是，降低气体速度，以减小热梯度以及 相关的热应力，尤其是在燃料气体经由喷嘴流出燃烧器的位置，因为 这是燃烧器的高温部分。还期望的是，简化燃烧器设计，尤其是在其 涉及将多条燃料管线并入燃烧器中以降低燃烧器的复杂性和成本时。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种燃烧器机体，其包括具有中 心入口和至少一个径向间隔开的周边燃料入口的入口盖板，该中心入 口构造成用以接收供送来的高BTU含量燃料或空气中的一者，该周 边燃料入口构造成用以接收供送来的低BTU含量燃料。燃烧器机体 还包括具有至少一个径向间隔开的周边燃料出口的出口盖板。燃烧器 机体还包括连结入口盖和出口盖且围起腔室的周边侧壁，该至少一个 周边燃料入口穿过入口盖板通向腔室，以及该至少一个燃料出口从腔 室穿过出口盖板敞开。中心入口通向至少一个导管，该至少一个导管 远离中心入口延伸，且通向与该至少一个燃料出口轴向地对齐的至少 一个高BTU燃料导管或空气供送导管。