[发明专利]紧凑型涡轮机燃烧器

说明书

本发明题为紧凑型涡轮机燃烧器。本发明提供了燃烧器(14)、气体涡轮(10)和相关联的操作方法。一种用于操作燃烧器(14)的方法，该方法包括在燃烧器(14)的燃烧衬里(36)内点燃集束管燃料喷嘴组件(100)，以在第一燃烧区长度(92)内生成第一温度下的燃烧气体(26)。该方法还包括在该燃烧器(14)的该燃烧衬里(36)内的该集束管燃料喷嘴组件(100)下游点燃燃料喷射器(60)，以在第二燃烧区长度(94)内生成第二温度下的燃烧气体(26)。该第一燃烧区长度(92)小于该第二燃烧区长度(94)。该燃烧气体(26)在第一时间段中行进通过该第一燃烧区长度(92)，并且在第二时间段中行进通过该第二燃烧区长度(94)。该第二时间段小于该第一时间段。

技术领域

本公开整体涉及燃烧器。更具体地，本公开涉及用于气体涡轮引擎的燃烧器。

背景技术

涡轮机用于各种工业和应用中以用于能量传递目的。例如，气体涡轮引擎通常包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。压缩机区段逐渐增加进入气体涡轮引擎的工作流体的压力，并且将该压缩的工作流体供应到燃烧区段。经压缩的工作流体和燃料(例如，天然气)在燃烧区段内混合并在燃烧室中燃烧以生成高压和高温燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流入涡轮区段，在该涡轮区段中燃烧气体膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使连接到负载(例如，发电机)的转子轴旋转以产生电力。然后燃烧气体经由排气区段离开气体涡轮。

在许多已知的燃烧系统中，混合的工作流体和燃料在燃烧器的一般上游部分(即，在燃烧室内)处被点燃，以产生工作涡轮操作温度。从燃烧室到燃烧器的出口必须维持燃烧气体的极高工作温度，以便在涡轮内产生最佳做功。然而，因为氮氧化物(NOx)的生成随温度呈指数变化并且随时间呈线性，所以维持从燃烧区到燃烧器出口的高工作温度是许多已知燃烧系统中排放的大贡献因素。

因此，本领域需要改进的燃烧器。具体地，本领域需要最佳地最小化燃烧气体在峰值温度下花费的时间量的改进的燃烧器。

发明内容

本公开的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本技术的实践了解。

根据一个实施方案，提供了一种燃烧器。燃烧器包括限定燃烧器的前端的端盖。燃烧器还包括具有上游端和下游端的燃烧衬里。燃烧器还包括集束管燃料喷嘴组件。集束管燃料喷嘴组件包括多个集束管燃料喷嘴，该集束管燃料喷嘴流体地耦接至燃烧衬里的上游端处的端盖和延伸至盖板中的多个出口。盖板限定集束管燃料喷嘴组件的直径。燃烧器还包括多个燃料喷射器，该燃料喷射器耦接至燃烧衬里和设置在多个集束燃料喷嘴的下游和后框架的上游。后框架耦接至燃烧衬里的下游端。燃烧衬里限定多个出口与后框架之间的燃烧区，燃烧气体通过该燃烧区在总时间段内行进。燃烧区包括限定在多个出口与多个燃料喷射器之间的第一燃烧区，来自多个集束管燃料喷嘴的燃烧气体通过该第一燃烧区在总时间段的第一部分内流动。燃烧区还包括限定在多个燃料喷射器与后框架之间的第二燃烧区，来自多个集束管燃料喷嘴和多个燃料喷射器的燃烧气体通过第二燃烧区在总时间段的第二部分内流动。总时间段的第二部分介于总时间段的约30％与约50％之间。