[发明专利]燃气轮机燃烧器

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及一种燃气轮机。更具体而言，本发明涉及一种在燃烧之前使燃料与工作流体混合的燃气轮机燃烧器。

背景技术

燃气轮机广泛用于进行发电的商业运营中。燃气轮机一般包括位于前面的压缩机、位于中间周围的一个或多个燃烧室、以及位于后面的涡轮机。压缩机渐进地压缩工作流体，并将经压缩的工作流体排放到燃烧室中。燃烧室使工作流体与燃料混合，并使混合物燃烧以产生具有高温、高压和高速度的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧室并流入涡轮机中，在涡轮机中燃烧气体膨胀而产生功。

燃烧气体包括各种量的不期望的排放物，例如未燃烧的碳氢化合物及各种氮氧(NO_X)化合物。存在于燃烧气体中的未燃烧的碳氢化合物及NO_X化合物的量取决于燃烧的效率和温度。具体而言，燃料的不完全或低效率燃烧导致增多的碳氢化合物排放物。类似地，升高的燃烧温度导致NO_X增多的排放物。

为通过提高燃烧效率来减少碳氢化合物和NO_X排放物的量，已做出各种努力。例如，美国专利5,259,184(其全部内容出于各种目的而并入本文中)描述了一种在燃烧之前使燃料与工作流体预混合的燃气轮机燃烧器。该燃烧器包括向工作流体施加旋转运动(swirling motion)的环形旋转器(swirler)，而旋转的工作流体与注入的燃料混合以产生用于燃烧的更均匀、更稀薄的燃料混合物。更均匀、更稀薄的燃料混合物提高燃烧效率并降低燃烧温度，从而减少碳氢化合物和NO_X排放物。

美国专利6,438,961(其全部内容出于各种目的而并入本文中)描述了一种在燃烧之前使燃料与工作流体混合的改良燃气轮机燃烧器。该燃烧器包括具有内置燃料通道的转动叶片。转动叶片向工作流体和燃料二者施加旋转，以产生燃料与工作流体在燃烧之前的更均匀的混合。

需要对燃料与工作流体在燃烧之前的预混合进行改良，以进一步提高燃烧效率和减少不期望的排放物。

发明内容

本发明的方面和优点将于以下说明中予以陈述，或可从该说明中显而易见，或可通过本发明的实践获知。

本发明的一个实施例是一种用于燃气轮机的燃烧器。该燃烧器包括：内罩，沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；外罩，与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；以及多个定子叶片，在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端和邻近外罩的外端。燃烧器还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢(vortex tip)。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之间提供间隙。

本发明的另一实施例是一种燃气轮机。该燃气轮机包括压缩机和位于压缩机下游的至少一个燃烧室。燃烧室包括燃烧器，燃烧器具有：内罩，沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；外罩，与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；以及多个定子叶片，在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端和邻近外罩的外端。燃烧器还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之间提供间隙。该燃气轮机还包括位于燃烧室下游的涡轮机。

本发明的替代实施例是一种燃气轮机。该燃气轮机包括压缩机和位于压缩机下游的至少一个燃烧室。燃烧室包括燃烧器，燃烧器具有：内罩，沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；外罩，与内罩径向地分离并沿燃烧器的至少一部分轴向地延伸；以及多个定子叶片，在内罩与外罩之间径向地延伸。定子叶片具有邻近内罩的内端和邻近外罩的外端。燃烧器还包括位于定子叶片的内端或外端中的一者处的涡梢。涡梢在内端与内罩或外端与外罩之间提供间隙，并且涡梢包括多个燃料端口。该燃气轮机还包括位于燃烧室下游的涡轮机。

在阅读本说明书后，所属领域的普通技术人员将会更好地理解这些实施例的特征和方面等等。

附图说明

在本说明书的其余部分(包括参照附图)中，对本发明的全部和使之能够实现的揭露内容(包括对所属领域的技术人员而言最佳的型式)进行更具体地说明，在附图中：

图1是处于本发明范围内的燃气轮机的实施例的平面图；

图2是根据本发明一个实施例的燃烧器的剖面立体图；

图3是根据本发明一个实施例的定子叶片的一部分的立体图；

图4是根据本发明替代实施例的涡流定子组件的平面图；以及

图5是由图4所示的涡流定子组件形成的旋转的涡流的立体表示。

主要元件标记说明

10：燃气轮机      12：压缩机

14：燃烧室        16：涡轮机