[发明专利]用于分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块

说明书

本公开涉及一种用于分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块。所述燃料喷射模块包括壳体主体、燃料喷嘴部分和至少一个燃料喷射喷枪。所述燃料喷嘴部分流体连通到所述壳体主体内的燃料喷嘴增压室，并且至少一个燃料喷射喷枪流体连通到所述壳体主体内的喷射器燃料增压室。在一些情况下，所述燃料喷嘴部分是具有一个或多个子集管的束管式燃料喷嘴。所述燃料喷射喷枪沿所述壳体主体的径向侧定位或者周向定位在两个子集管之间。液体燃料盒延伸穿过所述燃料喷嘴部分、所述燃料喷射喷枪或者这两者。

关于由联邦政府赞助的研究的声明

本发明以美国能源部合同编号DE-FE0023965受政府支持。政府对本发明拥有特定权利。

相关申请案的交叉引用

本申请是非临时申请，主张2016年3月25日提交的第62/313,258号美国临时申请的优先权，此申请全部公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本说明书中所公开的主题涉及一种用于燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统。更确切地说，本公开涉及用于一种燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统的燃料喷射模块。

背景技术

工业用燃气涡轮机燃烧系统通常燃烧烃类燃料并且产生污染空气的排放物，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。燃气涡轮机中分子氮的氧化取决于位于燃烧器中的气体的温度以及位于燃烧器内最高温度区域中的反应物的停留时间。因此，燃气涡轮机所产生的NOx量可以通过将燃烧器温度维持在低于产生NOx的温度或通过限制燃烧器中的反应物的停留时间来减少或控制。

控制燃烧器温度的一种方法涉及在燃烧之前对燃料和空气进行预混合以形成燃料空气混合物。所述方法可以包括燃料喷射器的轴向分级，其中第一燃料空气混合物在所述燃烧器的一次或初级燃烧区域处喷射并且点燃以产生主高能燃烧气体流，并且其中第二燃料空气混合物经由定位在所述初级燃烧区域下游的多个径向定向并且周向隔开的燃料喷射器或轴向分级燃料喷射器组件来喷射到所述主高能燃烧气体流中并且与其混合。所述第二燃料空气混合物喷射到所述二次燃烧区域中有时称为“横流喷射(jet-in-crossflow)”布置。

轴向分级喷射增加了可用燃料完全燃烧的可能性，进而减少污染空气的排放物。但是对于常规轴向分级燃料喷射燃烧系统，使送至各种燃烧器部件以用于冷却的空气流、送至燃烧器头端以用于第一燃料空气混合物的空气流以及/或者送至轴向分级燃料喷射器以用于第二燃料空气混合物的空气流之间达到平衡，同时在燃气涡轮机的整个操作范围内维持排放物合规性中存在各种挑战。因此，包括轴向分级燃料喷射的改进的燃气涡轮机燃烧系统在行业内将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中清楚地看出，或可以通过实践本发明了解到。

本公开的各种实施例涉及一种分段式环形燃烧系统。所述分段式环形燃烧系统包括燃料喷射模块的环形阵列，所述燃料喷射模块具有燃料喷嘴部分以及一个或多个燃料喷射喷枪这两者。在一些实施例中，所述燃料喷嘴部分是束管式燃料喷嘴部分，所述束管式燃料喷嘴部分包括至少部分被壳体主体围绕的多个管。每个管轴向延伸穿过限定在所述壳体主体内的燃料喷嘴增压室并且包括一个或多个燃料口(孔)，所述一个或多个燃料口(孔)允许燃料从所述燃料喷嘴增压室流入对应管中，其中所述管中，燃料与进入所述管的入口端中的空气混合。一个或多个燃料增压室可以轴向、径向或以一些其他配置布置，并且各个管(或子集管)的燃料口可以位于一个或多个轴向平面中。

在各种实施例中，多个燃料喷射喷枪流体连通到限定在所述壳体内的喷射器增压室。在特定实施例中，单个燃料喷射模块的所有所述燃料喷射喷枪沿所述壳体主体的一个径向侧定位。

在一个实施例中，每个燃料喷射模块的所述束管式燃料喷嘴部分的所述多个管细分成第一子集管和第二子集管。所述燃料喷射喷枪周向定位在所述第一子集管与第二子集管之间。