[发明专利]燃烧器和用于将燃料供应到燃烧器的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及燃烧器和用于将燃料供应到燃烧器的方法。

背景技术

燃烧器在工业和发电操作中普遍用于点燃燃料以产生具有高的温度和压力的燃烧气体。例如，燃气涡轮通常包括一个或更多燃烧器以产生功率或推力。用于产生电能的典型燃气涡轮包括在前部的轴流式压缩机、在中部附近的一个或更多燃烧器以及在后部的涡轮。环境空气可被供应到压缩机，并且压缩机中的旋转叶片和固定叶片逐渐地赋予工作流体(空气)动能，以产生处于高能状态的压缩的工作流体。压缩的工作流体离开压缩机并穿过一个或更多喷嘴流入每个燃烧器中的燃烧室中，在燃烧器，压缩的工作流体与燃料混合并点燃而产生具有高的温度和压力的燃烧气体。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的轴旋转而发电。

各种设计和运行参数影响燃烧器的设计和运行。例如，更高燃烧气体温度通常提高燃烧器的热力学效率。然而，更高燃烧气体温度也促进其中燃烧火焰朝由喷嘴供应的燃料迁移的回火或火焰稳定状态，从而有可能在相对较短时间内对喷嘴造成严重损坏。此外，燃烧室中的局部热斑(hot streak)可增加二价氮的解离速率，从而在更高燃烧气体温度下增加氮氧化物(NO_X)的产生。反之，与减小的燃料流量和/或部分负荷运行(减负荷)相关联的更低燃烧气体温度通常降低燃烧气体的化学反应速率，从而增加一氧化碳和未燃烧烃的产生。

在一特定燃烧器设计中，多个预混合管可径向布置在端帽中以提供流体连通，以便工作流体和燃料流过端帽并进入燃烧室中。预混合管促进工作流体和燃料之间的混合以减少热斑，热斑可带来更高燃烧气体温度的问题。因此，预混合管在防止回火或火焰稳定和/或减少NO_X产生方面是有效的，特别是在更高运行水平下。然而，用于将燃料供应到预混合管的改进的系统和方法将是有用的，该系统和方法允许预混合管在不同运行水平下分阶段供应燃料或操作。

发明内容

本发明的方面和优点阐述在下面的描述中，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

本发明的一个实施例是一种燃烧器，其包括径向延伸跨过燃烧器的至少一部分的端帽。端帽包括与下游表面轴向分开的上游表面以及周向围绕上游和下游表面的帽罩。第一组预混合管从上游表面延伸穿过下游表面，以提供穿过端帽的流体连通。与第一组预混合管流体连通的第一燃料导管将燃料供应到第一组预混合管。第二组预混合管从上游表面延伸穿过下游表面，以提供穿过端帽的流体连通。壳体周向围绕帽罩的至少一部分，以在帽罩和壳体之间限定环形通道。与第二组预混合管流体连通的第二燃料导管将燃料穿过环形通道供应到第二组预混合管。

本发明的另一实施例是一种燃烧器，其包括径向延伸跨过燃烧器的至少一部分的端帽。端帽包括与下游表面轴向分开的上游表面以及周向围绕上游和下游表面的帽罩。第一燃料导管与端帽流体连通。第一组预混合管从上游表面延伸穿过下游表面，以提供穿过端帽的流体连通。第二组预混合管从上游表面延伸穿过下游表面，以提供穿过端帽的流体连通。壳体周向围绕端帽的至少一部分，以在端帽和壳体之间限定环形通道。与第二组预混合管流体连通的第二燃料导管将燃料穿过环形通道供应到第二组预混合管。

本发明还可包括一种用于将燃料供应到燃烧器的方法。该方法包括：使工作流体流过轴向延伸穿过端帽的第一组预混合管，该端帽径向延伸跨过燃烧器的至少一部分；以及使工作流体流过轴向延伸穿过端帽的第二组预混合管。该方法还包括使第一燃料流入第一组预混合管中并使第二燃料流过围绕端帽的环形通道并进入第二组预混合管中。

通过阅读说明书，本领域的普通技术人员将更好地理解这些实施例和其它实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的其余部分中，包括参考附图，更具体地描述了本发明的全面且能够实施的公开内容，包括其对于本领域技术人员而言的最佳模式，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的示例性燃烧器的简化剖视图；

图2是根据本发明的实施例的图1所示端帽的上游轴向视图；

图3是根据本发明的备选实施例的图1所示端帽的上游轴向视图；

图4是根据本发明的备选实施例的图1所示端帽的上游轴向视图；

图5是根据本发明的第一实施例的图1所示端帽的上游局部透视图；

图6是根据本发明的第二实施例的图1所示端帽的放大剖视图；

图7是根据本发明的第三实施例的示例性燃烧器的放大剖视图；以及

图8是根据本发明的第四实施例的示例性燃烧器的放大剖视图。

附图标记：