[发明专利]用于轴向分级的低排放燃烧器的附壁型喷射系统

说明书

技术领域

[0001]本发明大体上涉及燃烧器，且更具体地涉及一种用于轴向分级的低排放燃烧装置的附壁型(coanda)喷射系统。

背景技术

[0002]在燃气涡轮机机组或联合循环设备中使用的燃气涡轮机在高温和高压的条件下工作，以实现较高的工作效率，而这趋于增加排气流中的排放物(例如，NOx)。尽管产生NOx的各种因素是公知的，但最主要的一种是燃烧器中的火焰温度。NOx排放与燃烧器中的火焰温度成正比。

[0003]存在一些用于减少来自于燃烧器排气流中NOx的常规技术。一种常规采用的方法涉及将蒸汽或水喷射到燃烧器中的高温燃烧区域以便降低燃烧期间的火焰温度。尽管该方法很容易执行，但其面临的问题在于需要大量的蒸汽或水，从而导致降低设备效率。此外，将大量蒸汽或水喷射到燃烧器中会增加燃烧振动、不完全燃烧产物，以及缩短寿命。

[0004]考虑到上述缺点，已研制出一种干式预混贫燃烧方法，其中，燃料和燃烧空气以预混模式喷射，并在贫燃料的情况下在单级燃烧器中燃烧。尽管实现了NOx排放的减少，但预混喷射模式引起燃烧器可操作性范围的减小。在燃烧器中使用单级燃烧不能保证较低的NOx排放。

[0005]多级燃烧可用来实现减少的NOx排放和较好的燃烧器可操作性范围。在这样的常规系统中，附加的预混器设置在燃烧器的后级(later stage)环境中，该燃烧器具有来自于一个或多个初级喷嘴的反应气体流。预混器的存在干扰了燃烧器后级中的热气流型，从而导致穿越燃烧器的较高压降。由于升温以及引入可燃混合物到燃烧器后级中，故冷却这样的预混器也很困难。

[0006]因此，需要一种在燃气涡轮机中使用的系统，其在无损燃烧器的动力和可操作性的情况下实现减少来自于轴向分级的燃烧器的NOx排放。

发明内容

[0007]根据本发明的一个示例性实施例，公开了一种低排放燃烧器。该燃烧器包括限定燃烧室的燃烧器外壳，该燃烧室具有多个燃烧区。衬套套筒设置在燃烧外壳中，其中在衬套套筒与燃烧器外壳之间形成间隙。次级喷嘴沿燃烧室的中心线设置，并且构造成用以将包括空气、至少一种稀释剂、燃料或它们的组合的第一流体喷射到多个燃烧区之中的第一燃烧区的下游侧。多个初级燃料喷嘴设置成邻近燃烧室的上游侧且位于次级喷嘴周围，并且被构造成用以将包括空气和燃料的第二流体喷射到第一燃烧区的上游侧。燃烧器还包括多个第三级附壁型喷嘴。各第三级附壁型喷嘴均联接到相应的稀释孔上。第三级附壁型喷嘴构造成用以将包括空气、至少一种其它稀释剂、燃料或其组合的第三流体喷射到多个燃烧区之中的一个或多个剩余燃烧区中。该一个或多个剩余燃烧区位于第一燃烧区的下游侧。

[0008]根据另一个示例性实施例，公开了一种具有低排放燃烧器的燃气涡轮机。

附图说明

[0009]本发明的这些及其它特征、方面和优点在参照附图阅读如下详细描述时，将变得更为清楚，附图中相似的标号表示相似的零件，在附图中：

[0010]图1为具有根据本发明示例性实施例的低排放燃烧器喷嘴的燃气涡轮机的简图；

[0011]图2为具有根据本发明示例性实施例的多个附壁型第三级喷嘴的燃烧器的简图；

[0012]图3为根据本发明示例性实施例的附壁型第三级喷嘴的简图；

[0013]图4为根据本发明示例性实施例的附壁型第三级喷嘴的简图；

[0014]图5为根据本发明示例性实施例的附壁型第三级喷嘴的简图；以及

[0015]图6为基于根据本发明示例性实施例的附壁效应在附壁型第三级喷嘴中的轮廓附近形成燃料边界层的简图。

具体实施方式

[0016]如下文详细论述的那样，本发明的一些实施例公开了一种具有燃烧器外壳的低排放燃烧器，该燃烧器外壳限定包括多个燃烧区的燃烧室。衬套套筒设置在燃烧外壳中，并且在衬套套筒与燃烧器外壳之间形成间隙。具有多个稀释孔的衬套设置在衬套套筒内。次级喷嘴沿燃烧室的中心线设置，并且构造成用以将包括空气、至少一种稀释剂、燃料或其组合的第一流体喷射(也称为“引燃喷射”)到多个燃烧区之中的第一燃烧区的下游侧。多个初级喷嘴设置成邻近燃烧室的上游侧且位于次级喷嘴周围，并且构造成用以将包括空气和燃料的第二流体喷射(也称为“主喷射”)到第一燃烧区的上游侧。第一流体的量通常比第二流体的少。