[发明专利]燃烧器和用于调节通过燃烧器的流的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃烧器和用于调节通过燃烧器的流的方法。在本发明的具体实施例中，一个或多个模块化插入件(modular insert)可安装在燃烧器内部，以在燃烧器内部减少燃烧动力性(dynamics)和/或回流区。

背景技术

燃烧器通常用于工业和功率生成操作，以点燃燃料来产生具有高温度和压力的燃烧气体。例如，燃气涡轮典型地包括一个或多个燃烧器以生成功率或推力。用于生成电功率的典型的燃气涡轮包括在前部处的轴向式压缩机、围绕中部的一个或多个燃烧器和在后部处的涡轮。环境空气可供应到压缩机，并且在压缩机中的旋转叶片和固定导叶渐进地将动能给予工作流体(空气)，以产生处于高能状态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机并且流动通过一个或多个喷嘴到在各燃烧器中的燃烧室中，在燃烧器中压缩工作流体与燃料混合并且点燃，以生成具有高温度和压力的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以产生功。例如，在涡轮中的燃烧气体的膨胀可使连接到发电机的轴旋转以产生电。

各种操作参数影响燃烧器的设计和操作。例如，更高的燃烧气体温度通常改善燃烧器的热力学效率。然而，更高的燃烧气体温度还促进逆燃或火焰保持条件，其中燃烧火焰朝向正由喷嘴供应的燃料迁移，从而可能在相对少量的时间里对喷嘴造成严重损害。另外，更高的燃烧气体温度通常增加双原子氮气的离解率，从而增加氮氧化物(NO_X)的产生。将更贫燃料-工作流体化学计量比和/或水或蒸汽喷射到燃烧室中可降低火焰温度和NO_X产生。然而，更贫燃料混合物和/或水或蒸汽的喷射可创造振动和/或压力脉冲，其共同称为燃烧动力性。

增加的燃烧动力性可不利地影响燃烧器硬件和/或下游构件的有效寿命。可选地，或另外地，燃烧动力性的高频率可在喷嘴和/或燃烧室的内部产生压力脉冲，这影响燃烧火焰的稳定性、减少用于逆燃或火焰保持的设计余量、并且/或者增加不期望的排放。因此，燃烧器和调节通过燃烧器的流以减少燃烧动力性的方法对有益于增进燃烧器的热力学效率，从而保护燃烧室使之免于灾难性的损害、并且/或者在宽范围的燃烧器操作水平之上减少不期望的排放。

发明内容

本发明的方面和优点在以下描述中在下文中叙述，或可由于该描述而为明显的，或可通过本发明的实践而知晓。

本发明的一个实施例为包括端盖和邻近该端盖的外壳的燃烧器，其中，端盖和外壳在燃烧器内部至少局部地限定体积。该燃烧器还包括：端帽，其径向延伸越过燃烧器的至少一部分；至少一个喷嘴，其布置在端帽中以提供通过端帽的流体连通；和用于调节通过体积的流的装置。

本发明的另一实施例为包括端盖和邻近端盖的外壳的燃烧器，其中，端盖和外壳在燃烧器内部至少局部地限定体积。端帽径向延伸越过燃烧器的至少一部分，并且至少一个喷嘴布置在端帽中，以提供通过端帽的流体连通。该燃烧器还包括邻近端盖的环形插入件、邻近端盖的第一弧形插入件、或邻近端帽的第二弧形插入件中的至少一个，其中，第二弧形插入件具有凸出表面。

根据上述燃烧器的优选实施例，环形插入件具有凹入表面。

根据上述燃烧器的优选实施例，第一弧形插入件具有凹入表面。

根据上述燃烧器的优选实施例，第二弧形插入件具有凸出表面。

根据上述燃烧器的优选实施例，该燃烧器还包括邻近端盖的多个第一弧形插入件。

根据上述燃烧器的优选实施例，该燃烧器还包括邻近端盖的环形插入件、邻近端盖的第一弧形插入件、或邻近端帽的第二弧形插入件中的至少两个的任何组合。

根据上述燃烧器的优选实施例，该燃烧器还包括邻近端盖的环形插入件、邻近端盖的第一弧形插入件、和邻近端帽的第二弧形插入件。

本发明的实施例还可包括用于调节通过燃烧器的流的方法。该方法包括：使工作流体流动通过体积，其由端盖、外壳和端帽至少局部地限定，该端帽径向延伸越过燃烧器的至少一部分；以及使工作流体流动越过邻近端盖的环形插入件。

在审阅本说明书之后，本领域技术人员将更好地理解这种实施例的特征和方面以及其它。

附图说明

本发明的完整和能够实现的公开，包括对本领域技术人员而言它的最佳模式，在包括对附图的参照的本说明书的剩余部分中更具体地描述，其中：

图1为示范性燃烧器的简化截面；

图2为根据本发明的第一实施例的模块化插入件的透视图；

图3为根据本发明的第二实施例的模块化插入件的透视图；

图4为根据本发明的第三实施例的模块化插入件的透视图；