[发明专利]用于降低燃烧器中的燃烧动态性的系统和方法

说明书

联邦研究声明

本发明根据由(美国)能源部给予的编号为DE－FC26－05NT42643的合同在（美国）政府的支持下作出。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本发明大体涉及用于降低燃烧器中的燃烧动态性(combustion dynamics)的系统和方法。

背景技术

燃烧器通常用在工业操作和动力生产操作中以便使燃料燃烧来产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮典型地包括用以产生动力或推力的一个或多个燃烧器。用来产生电能的典型的燃气涡轮包括在前部的轴向式压缩机、围绕中部的一个或多个燃烧器以及在后部的涡轮。环境空气可供应到压缩机，并且在压缩机中的转动的叶片和静止的静叶将动能逐渐地给予工作流体(空气)，以产生在高度受激励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进入到在各个燃烧器中的燃烧室中，其中，压缩工作流体与燃料混合并且点燃以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以产生功。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，以便产生电力。

不同的设计参数和操作参数影响燃烧器的设计和操作。例如，较高的燃烧气体温度通常提高燃烧器的热力效率。尽管如此，较高的燃烧气体温度还促进逆燃或火焰保持情形，其中燃烧火焰朝正由喷嘴供应的燃料迁移，从而在相对短的时间量内可能引起对喷嘴的严重损害。此外，较高的燃烧气体温度通常会提高双原子氮的离解率，从而增加氮氧化物(NO_X)的产生。相反，与降低的燃料流量和/或部分负荷操作(降低)相关的较低的燃烧气体温度通常会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的碳氢化合物的产生。

在特定的燃烧器设计中，多个预混合器管可沿径向布置在端帽中，以提供用于通过端帽且进入到燃烧室中的工作流体和燃料的流体连通。尽管在实现较高的操作温度、同时进行保护而免于逆燃或火焰保持且控制不合乎需要的排放时是有效的，但某些燃料和操作条件在燃烧器中利用高的氢燃料成分产生了非常高的频率。在与高频率相关的燃烧器中的增加的振动可降低一个或多个燃烧器构件的使用寿命。备选地或此外，燃烧动态性的高频率可在预混合器管和/或燃烧室内部产生压力脉冲，其会影响燃烧火焰的稳定性、降低针对逆燃或火焰保持的设计余量和/或增加不合需要的排放。因此，降低在燃烧器中的共振频率的系统和方法对于提高燃烧器的热力效率、保护燃烧器不受灾难性的损害和/或在宽范围的燃烧器操作水平上减少不合乎需要的排放而言将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点下面在随后的描述中加以阐明，或可从描述中显而易见，或可通过实践本发明而学习。

本发明的一个实施例为用于降低燃烧器中的燃烧动态性的系统。该系统包括沿径向延伸跨过燃烧器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括沿轴向与下游表面分开的上游表面。多个管束从上游表面延伸通过端帽的下游表面，并且各个管束提供通过端帽的流体连通。在第一管束内部的第一分隔物限定了沿轴向延伸通过下游表面的第一稀释剂通道。与第一分隔物处于流体连通的稀释剂供应向在第一分隔物中的第一稀释剂通道提供稀释剂流。

本发明的另一实施例为用于降低燃烧器中的燃烧动态性的系统，其包括沿径向延伸跨过燃烧器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括与下游表面沿轴向分开的上游表面。多个管束从上游表面延伸通过端帽的下游表面，并且各个管束提供通过端帽的流体连通。在第一管束内部的第一稀释剂通道沿轴向延伸通过端帽的至少一部分并且通过下游表面。与第一稀释剂通道处于流体连通的稀释剂供应向稀释剂通道提供稀释剂流。

本发明还可包括用于降低燃烧器中的燃烧动态性的方法。该方法包括使燃料流动通过沿轴向延伸通过端帽的多个管束，端帽沿径向延伸跨过燃烧器的至少一部分。该方法还包括使稀释剂流动通过在第一管束内部的第一稀释剂通道进入到在端帽下游的燃烧室中，其中，第一稀释剂通道沿轴向延伸通过端帽的至少一部分，并且从而在燃烧室中、在第一管束和至少一个其它相邻的管束之间形成稀释剂隔离物。

在审阅说明书之后，本领域普通技术人员将更好地理解这样的以及其它的实施例的特征和方面。

附图说明

在说明书的剩余部分中(包括对附图的参考)更详细地阐述了本发明的完整且能够实现的公开、包括对本领域技术人员来说本发明的最佳模式，在其中：

图1为根据本发明的一个实施例的示范性的燃烧器的简化的截面图；

图2为根据本发明的第一实施例的、在图1中示出的端帽的上游轴向视图；