[发明专利]用于操作燃烧器的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种用于操作燃烧器的系统和方法。在特定的实施例中，本发明的系统和方法可用于操作燃气涡轮中的燃烧器。

背景技术

燃烧器通常用于点燃燃料，以产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮示例性地包括一个或多个燃烧器，以产生功率或推力。示例性的用于产生电功率的燃气涡轮包括位于前面的轴向压缩机、一个或多个在中间周围的燃烧器和处在后面的涡轮。周围空气可供给至压缩机中，并且压缩机中的旋转叶片和固定导叶逐渐地将动能赋予工作流体(空气)，从而产生处于高能化状态下的压缩的工作流体。压缩的工作流体离开压缩机，并流过各个燃烧器中的一个或多个喷嘴，在此处，压缩的工作流体与燃料混合并点燃，从而产生具有高温、高压和高速的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接在发电机上的轴旋转，从而产生电力。

供给燃烧器的燃料可以是液体燃料、气体燃料或液体燃料和气体燃料的组合，这依赖于各种因素，例如操作模式、操作水平和各种燃料的可用性。如果液体燃料、气体燃料和/或其它流体在燃烧之前与压缩的工作流体不均匀地混合，那么在燃烧器中，尤其在喷嘴出口附近可能形成局部热点。局部热点可能会增加富含燃料区域中的一氧化二氮的产生，同时燃料稀薄区域可能增加一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的产生，所有这些都是不合需要的废气排放。另外，富含燃料区域可能增加燃烧器中的火焰反燃到喷嘴中并且/或者变得附着在喷嘴内部的机会，其可能损伤喷嘴。虽然对于任何燃料都可能发生火焰反燃和火焰保持，但它们更容易发生在高反应性的燃料上，例如氢气，其具有更高的燃烧速率、火焰速度和更宽的可燃性范围。

富含燃料区域和燃料稀薄区域的存在和位置可能随操作模式、操作水平和/或所使用的燃料类型而变化，并且存在各种系统和方法以容许更高的燃烧器操作温度，同时最大限度地减小不合需要的排放、反燃和火焰保持。例如，在较低的操作水平下，某些系统和方法通过在减少的液体燃料流附近喷射雾化空气，以增强液体燃料与压缩的工作流体在燃烧之前的扩散作用，来减少不合需要的排放。在较高的操作水平下，其它系统和方法通过在增加的液体燃料流量和/或气体燃料流量附近喷射稀释剂，例如水、蒸汽、燃烧废气或惰性气体，以减少燃烧器中的峰值火焰温度和/或冷却喷嘴的下游表面，来减少不合需要的排放和/或火焰保持事件。然而，各种系统和方法时常需要专门的喷嘴设计，并且示例性地在横跨整个燃烧器操作模式和水平的范围上减少不合需要的排放和/或火焰保持事件方面具有降低了的效率。因此，用于在宽的操作模式和水平范围上操作燃烧器来提高燃烧器效率、减少不合需要的排放和/或防止反燃和火焰保持事件的系统和方法将是很有用的。

发明内容

下文在以下描述中阐述，或者可从该描述中明白，或者可通过本发明的实践学习到本发明的方面和优势。

本发明的一个实施例是一种用于操作燃烧器的系统。该系统包括喷嘴、穿过喷嘴的具有燃料入口和燃料出口的燃料通道，以及穿过喷嘴的具有稀释剂入口和稀释剂出口的稀释剂通道。燃料供给与燃料入口和稀释剂入口流体连通，并且稀释剂供给与稀释剂入口流体连通。

本发明的另一实施例是一种用于操作燃烧器的系统，其包括喷嘴、穿过喷嘴的燃料通道、穿过喷嘴的稀释剂通道以及穿过喷嘴的空气通道，燃料通道具有燃料入口和燃料出口，稀释剂通道具有稀释剂入口和稀释剂出口，并且空气通道具有空气入口和空气出口。燃料供给与燃料入口以及稀释剂入口或空气入口中的至少一个流体连通。稀释剂供给与稀释剂入口流体连通。传感器提供反映燃烧器的操作参数的参数信号，并且连接在传感器上的控制器接收来自传感器的参数信号，并基于参数信号而针对燃料供给产生控制信号。

本发明还可包括一种用于操作燃烧器的方法，其包括使燃料流过喷嘴中的燃料入口，并使稀释剂流过喷嘴中的稀释剂入口。该方法还包括感测燃烧器的操作参数，产生反映操作参数的信号，并基于反映操作参数的信号而控制通向稀释剂入口的燃料的流量。

本领域中的普通技术人员在查看本说明书时将更好地理解这样的实施例的特征和方面，以及其它。

附图说明

在说明书的其余部分中，包括对附图的参照，更具体地描述了对本领域中的技术人员而言本发明的完整且能够实施的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的示例性燃烧器的简化的横截面；

图2是图1中所示的示例性喷嘴的简化的横截面；