[发明专利]用于向燃烧器供应燃料的燃烧器喷嘴和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于向燃烧器供应燃料的燃烧器喷嘴和方法。在本发明的特定实施例中，燃烧器喷嘴延迟燃料和氧化剂在燃烧器中的混合，以降低燃烧器喷嘴附近的温度。

背景技术

燃烧器普遍用于在工业和发电操作中来点燃燃料，以产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气轮机典型地包括一个或更多燃烧器，以生成功率或推力。用于发电的典型燃气轮机包括位于前部的轴向压缩机、位于中部周围的一个或更多燃烧器和位于后部的涡轮。环境空气可被供应给压缩机，并且压缩机中的旋转叶片和静止导叶逐渐向工作流体(空气)分配动能，以在高度激发状态下产生压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机并流经每个燃烧器中的一个或更多喷嘴，此处压缩工作流体与燃料混合并点燃而生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀而做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接到发电机上的轴旋转而产生电力。

在一些燃气轮机应用中，可能向压缩机供应环境空气以外的工作流体，从而引起缺氧的由压缩机产生的压缩工作流体。例如，在氧燃料或化学当量排气再循环(SEGR)应用中，来自涡轮的排气的一部分可作为工作流体供应给压缩机，并且供应给燃烧器的压缩工作流体因此可能缺氧。结果，可单独将氧化剂供应给燃烧器，以在燃烧前与燃料直接混合。

众所周知，燃气轮机的热力效率随着工作温度(即燃烧气体温度)升高而升高。然而，如果燃料和氧化剂在燃烧前未被均匀地混合，则可能在喷嘴出口附近在燃烧器中形成局部热点。局部热点可降低寿命并增加燃料富集区域中的氮氧化物的产生，而燃料稀薄区域可增加一氧化碳和未燃烧的烃的产生，这些都是不希望有的排气排放物。另外，燃料富集区域可增加可能损坏喷嘴的燃烧器中的火焰闪回到喷嘴中和/或变成附着在喷嘴内部的可能性。尽管火焰闪回和火焰保持对任何燃料均可发生，但它们对于具有较高的燃烧速度和较宽的可燃性范围的高反应性燃料如烃更易发生。因此，用于向燃烧器供应燃料的燃烧器喷嘴设计和方法的持续改进将有益于提高燃烧器效率、减少不希望有的排放物、和/或防止闪回和火焰保持事件。

发明内容

本发明的方面和优点以下在下文的描述中进行论述，或者可从该描述变得显而易见，或者可通过对本发明的实践来获知。

本发明的一个实施例是一种燃烧器喷嘴，该燃烧器喷嘴包括与终止于燃料出口的燃料通路流体连通的燃料供应源。氧化剂供应源与氧化剂通路流体连通，该氧化剂通路从燃料通路径向地偏移并终止于从燃料出口径向地偏移的氧化剂出口。从燃料通路和氧化剂通路径向地偏移的稀释剂通路终止于设置在燃料出口与氧化剂出口之间的稀释剂出口。

本发明的另一实施例是一种包括轴向中心线的燃烧器喷嘴。中心体与该轴向中心线对齐并限定贯通喷嘴的至少第一部分的燃料通路。外护罩周向地环绕中心体的至少第一部分并限定贯通喷嘴的至少第二部分的氧化剂通路。氧化剂供应源与氧化剂通路流体连通。中间护罩连接到中心体上，沿中心体的至少第二部分延伸，并在燃料通路与氧化剂通路之间限定稀释剂通路。

本发明还包括一种用于向燃烧器供应燃料的方法，该方法包括使燃料流经燃料出口并使氧化剂流经从该燃料出口径向地偏移的氧化剂出口。该方法还包括使稀释剂流经径向地设置在燃料出口与氧化剂出口之间的稀释剂出口。

本领域的普通技术人员在查看说明书后将更好地理解此类实施例的特征和方面及其它。

附图说明

本发明的完整和能够实现的公开内容、包括其对本领域的技术人员来说的最佳模式在说明书的剩余部分、包括对附图的说明中更具体地论述，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的燃烧器的简化截面图；

图2是图1中所示的燃烧器沿线A-A截取的下游轴向平面图；

图3是图2中所示的喷嘴的放大下游视图；

图4是图2中所示的喷嘴沿线B-B截取的简化截面图；以及

图5是根据替代实施例的图2中所示的喷嘴沿线B-B截取的简化截面图。

零件列表

10  燃烧器

12  外壳

14  喷嘴

16  顶盖

18  端盖

20  衬垫

22  燃烧室

24  流套筒

26  流孔

28  环形通路

30  燃料通路

32  喷嘴的轴向中心线

34  燃料出口

36  氧化剂通路

38  氧化剂出口

40  稀释剂通路