[发明专利]具有波瓣混合器的燃料喷射器和旋流器组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机的燃料喷射器和旋流器组件。另外，本发明涉及一种燃烧系统。本发明还涉及一种燃气轮机。此外，本发明涉及用于组装燃料喷射器和旋流器组件的组装程序。

背景技术

天然气价格的上涨已经将燃气轮机的研制推向考虑替代燃料的方向，替代燃料例如所谓的合成气体。这些气体一般来自如煤、石油焦或生物能的固体给料的气化处理。在燃气轮机中使用合成气体涉及到比标准的天然气更大体积流量的燃料喷射。为了实现现代燃气轮机的典型的非常低的NOx值，需要燃烧器运行在预混合模式中。合成气体具有这样的大体积流量这一事实，使得在预混合模式中点燃它们产生了严重的问题。产生的另一个问题是这些燃料的不同于天然气的不同反应性；特别是当存在相当多的氢气时，反应性往往较高，由于其加剧了逆燃的危险，因此这构成了一个问题。这些转化成的事实是，通过空气通路的更大的燃料流量导致压降的增大，并且空气和燃料之间的混合往往较差。后者主要由于大体积流速也需要大的喷嘴，其一般导致混合不好，并因此导致NOx排放高。

PCT/US2009/001336示出了用于喷射低热值(LC)燃料的燃料喷射器和旋流器组件中的附加级(stage)。该级提供了两个附加行的燃料喷射器。燃料喷射器配备在旋流器的叶片中，并以交叉射流(jet-in-cross flow)的模式喷射燃料。为了给两个附加行的喷射器提供空间，叶片沿它们的上游方向被拉长。此外，毂直径被增大以扩大用于供给燃料流的空间。就抗逆燃和低动力而言，燃烧器已经证实了其功能。然而，该设计的一个问题是LC燃料通路的容量仍然相对较小，并且为了保持燃料侧压降尽可能低，天然气级也用于喷射LC燃料。就燃料的供给切割而言，这使得系统相对比较复杂。即使当在所有的级上切割LC燃料，压降也相对较大。此外，用于LC燃料的喷射器相对较小。因为这些燃料一般被污染，产生了阻塞的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有改进的空气和燃料之间的混合比例的燃料喷射器和旋流器组件。本发明的另一个目的是提供一种燃烧系统，允许燃烧器运行在预混合模式而没有增加压力损失。本发明的再一个目的是提供一种改进的燃气轮机。本发明的再一个目的是提供一种用于改进的燃料喷射器和旋流器组件的组装方法。

通过权利要求实现了这些目的。从属权利要求描述了本发明的有利改进和改型。

一种创造性的燃气轮机燃料喷射器和旋流器组件，包括布置在燃料喷射器和旋流器组件的中轴上的递送管结构，布置在递送管结构中的第一燃料供给通道，环绕递送燃料结构的罩，布置在递送管结构和罩之间的旋流叶片，每个旋流叶片中的径向通路，该径向通路与第一燃料供给通道连通，在所述每个旋流叶片的外表面和径向通路之间开口的一组孔口，其中延伸至递送管结构的下游端的第二燃料供给通道布置在递送管结构中，并且具有用于燃料喷射的波瓣混合器布置在下游端。

由于相对较大的中部燃料喷射，该创造性的燃料喷射器和旋流器组件在运行中以低热值燃料减小了压力损失。相比LC燃料喷射通过旋流叶片的现有技术方案，燃料喷射器和旋流器组件的中部中的反应性的LC燃料的喷射还减小了沿着旋流器组件或旋流杯和燃料喷射器的壁逆燃的危险。此外，相对较大的第二燃料供给通道导致减小了阻塞问题的敏感性。在本文中还比较重要的是，在低热值燃料运行期间，不用必须使用用于(例如)天然气的第一燃料供给通道。

将波瓣混合器布置在其端部的用于LC燃料的第二燃料供给通道能够用惰性介质(N2或蒸汽)、或来自燃气轮机的中间框架的密封空气密封，以在没有使用该波瓣混合器燃料通路时防止任何流动回流。

在一个有利实施例中，递送管结构包括同轴的圆柱状的内管和外管，规定第一燃料供给通道位于内管中，并且在内管和外管之间形成了环状的第二燃料供给通道。

在另一个有利实施例中，混合器的每个波瓣直接位于旋流叶片的下游。

在再一个有利实施例中，波瓣的数目等于旋流叶片的数目。

当波瓣混合器具有扭曲并且当波瓣混合器的扭曲跟随由旋流叶片引起的漩涡时，特别地有利。旋流流动路径因而被保持，并且混合器如旋流叶片的延伸部一样工作从而在旋流流动中提供了气动的应用。

在一个有利的布置中，波瓣混合器的扭曲角度高达45度。

优选地，波瓣的高度高达罩的环高的0.5倍。

还优选地，波瓣的高度和宽度的比值在0与8之间，优选地为4。