[发明专利]使用排气再循环控制燃气涡轮发动机中的燃烧和排放的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年7月30日提交的题为“SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING COMBUSTION AND EMISSIONS IN GAS TURBINE ENGINE WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION”的美国临时专利申请61/860,214的优先权和权益，上述申请通过引用整体合并于此以用于各种目的。

技术领域

本文公开的主题涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及带有排气再循环的燃气涡轮。

背景技术

燃气涡轮发动机的应用领域非常广泛，例如发电、航空器以及各种机械装置。燃气涡轮发动机通常在燃烧器部燃烧燃料和氧化剂(例如，空气)以生成热燃烧气体，然后该气体驱动涡轮部中的一个或多个涡轮级。进而涡轮部驱动压缩机部的一个或多个压缩机级，由此压缩随同燃料吸入燃烧器部中的氧化剂。再者，所述燃料和氧化剂在燃烧器部中混合，然后燃烧以产生热燃烧气体。遗憾地是，燃烧器部的某些组件被暴露于高温下，这可以降低组件的寿命。另外，使用氧化剂冷却组件或燃烧气体可以增加排气中氧化剂的浓度。

发明内容

下面概述在范围上与最初要求保护的发明匹配的某些实施例。这些实施例并不旨在限制要求保护的发明的范围，相反这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简短概括。事实上，本发明可以包含可与下面阐述的实施例类似或不同的各种形式。

在一个实施例中，系统包括涡轮燃烧器，所述涡轮燃烧器具有围绕燃烧室设置的燃烧器衬套，在所述燃烧室相对于燃烧气体通过所述燃烧室的流动的下游方向的上游的盖端，以围绕所述燃烧器衬套偏置设置以限定通道的流量套筒，以及所述通道内的障碍物。所述盖端被配置为朝所述燃烧室引导氧化剂流和第一燃料流。所述通道被配置为朝所述首端引导气体流，并且配置为朝所述涡轮燃烧器的涡轮端引导所述氧化剂流的一部分。所述气体流包括大量惰性气体。所述障碍物被配置为阻碍氧化剂流的一部分朝向涡轮端，并且被配置为阻碍气体流朝向所述通道内的盖端。

在另一实施例中，一种系统包括涡轮燃烧器，所述涡轮燃烧器具有围绕燃烧室设置的燃烧器衬套和围绕所述燃烧器衬套偏置设置以限定通道的流量套筒。所述通道包括配置为沿第一方向引导氧化剂以与燃烧室中的第一燃料反应以产生燃烧气体的氧化剂部。所述通道也包括配置为沿着基本上与第一方向相反的第二方向引导惰性气体的冷却部。所述惰性气体被配置为冷却燃烧器衬套和燃烧室内的燃烧气体。所述通道还包括在所述氧化剂部和所述冷却部之间的障碍物部。所述障碍部被配置为将氧化剂部中的氧化剂与冷却部中的惰性气体充分分离。

在另一实施例中，一种方法包括将氧化剂和燃料从涡轮燃烧器的盖端注入到燃烧室内，在燃烧室中燃烧氧化剂和燃料以提供基本上化学计量燃烧，并且使用排气流冷却所述燃烧室。所述排气流沿围绕燃烧室设置的通道被从涡轮燃烧器的涡轮端朝着盖端向上游引导。所述方法还包括使用障碍物阻碍通道内的排气流，所述障碍包括动态障碍、物理障碍或它们的任意组合。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更加容易被理解，其中在整个附图中相似符号代表相似部件，其中：

图1是具有耦连到烃类生产系统的基于涡轮的服务系统的系统实施例的示意图；

图2是图1的系统实施例的示意图，其进一步示出控制系统和组合循环系统；

图3是图1和图2的系统实施例的示意图，其进一步示出燃气涡轮发动机、排气供应系统和排气处理系统的细节；

图4是用于运行图1-3的系统的过程实施例的流程图；

图5是具有排气再循环并且在流量套筒内具有障碍部的燃气涡轮发动机的燃烧器部实施例的原理图；

图6是在障碍部内具有动态障碍的图5中燃气涡轮发动机的燃烧器部实施例的原理图；

图7是在障碍部内具有物理障碍的图5中燃气涡轮发动机的燃烧器部实施例的原理图；

图8是沿图7的线8-8截取的涡轮燃烧器的实施例的截面视图；以及

图9是沿图7的线8-8截取的涡轮燃烧器的实施例的截面视图；

具体实施方式