[发明专利]用于在燃气轮机中混合燃料的装置

说明书

联邦研究声明

本发明根据受能源部颁发的合同号DE-FC26-05NT42643由政府资助作出。政府享有本发明的一定权利。

技术领域

本发明主要涉及用于在燃气轮机中混合燃料的装置。具体而言，本发明描述一种可用于在燃气轮机中供送燃料至燃烧器的燃烧器喷嘴。

背景技术

燃气轮机广泛地用于工业和动力生成运行。典型的燃气轮机包括位于前部的轴向压缩机、在中间附近的一个或多个燃烧器，以及处在后方的涡轮。环境空气进入压缩机，且压缩机中的旋转叶片和静止导叶逐渐地给予动能给工作流体(例如，空气)以在高度增能的状态下产生压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机并流动经过燃烧器中的喷嘴，在燃烧器中，该工作流体与燃料相混合并点燃以生成具有较高温度、压力和速度的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使得连接到发电机上的轴旋转以发电。

广泛公知的是，燃气轮机的热力学效率随着操作温度(也即燃烧气体温度)增加而增加。然而，如果燃料和空气在燃烧之前未经均匀地混合，则在燃烧器中于喷嘴引出口附近可能存在局部热点。局部热点增加了发生会损坏喷嘴的火焰逆燃和火焰稳定的机会。尽管对于任何燃料而言都会发生火焰逆燃和火焰稳定，但它们更易于发生在诸如氢的高反应燃料上，这些燃料具有较高反应性和较宽的可燃性范围。局部热点还会增加生成氮的氧化物、一氧化碳，以及未燃的碳化氢，它们都是不希望的排气排放物。

存在多种技术以容许较高操作温度，同时最大限度地减少局部热点和不希望的排放物。例如，已开发出各种喷嘴来在燃烧之前更为一致地混合较高反应性燃料和工作流体。然而，经常的是，较高反应性燃料喷嘴包括多个混合管，这些混合管导致跨过喷嘴的较大压差。此外，较高反应性燃料喷嘴通常在喷嘴的中心部分并不包括混合管。中心部分没有管增加了对较高压差的需要以满足所需的质量流率。此外，中心部分没有管可在中心部分附近产生燃烧气体的再循环区，这增加了中心部分和相邻混合管的局部温度。增加的局部温度可导致增加与喷嘴相关的维护和修理成本。因此，能支持日益较高的燃烧温度和较高反应燃料的喷嘴设计的持续改进将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在下文于以下描述中进行了阐述，或可根据该描述而清楚，或可通过本发明的实施而懂得。

本发明的一个实施例是燃烧器喷嘴，其包括入口表面和位于入口表面下游的出口表面，其中出口表面具有凹进的中央部分。多个燃料管道径向地布置在凹进中央部分的外部，其中该多个燃料管道延伸穿过出口表面。

本发明的另一实施例是燃烧器喷嘴，其包括限定轴向中心线的圆周套罩。出口表面从圆周套罩径向地向内延伸并具有凹进的中央部分。多个燃料管道周向地包绕凹进的中央部分并延伸穿过出口表面。

在又一实施例中，燃烧器喷嘴包括再循环盖帽，以及周向地包绕再循环盖帽的多个燃料管道。该多个燃料管道中的各个均包括大致圆柱形通道，以及再循环盖帽包括下游的凹进部分。

研读说明书，本领域的普通技术人员将更好地理解这些实施例的特点和方面等。

附图说明

在包括参照附图的余下说明书中向本领域的普通技术人员更为具体地阐述了本发明包括其最佳模式的完整和能够实施的公开内容，在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的燃烧器的简化截面；

图2是根据本发明一个实施例的图1中所示的喷嘴的放大简化截面；

图3是具有平坦出口表面的喷嘴的速度分布的示例性曲线图；以及

图4是图2中所示喷嘴的速度分布的示例性曲线图。

零件清单

10    燃烧器

12    喷嘴

14    顶盖帽

16    壳体

18    端盖帽

20    衬套

22    燃烧室

24    流动套筒

26    流动孔

28    环形通道

30    入口表面

32    出口表面

34    套罩

36    多个燃料管道

38    燃料管道入口

40    燃料管道出口

42    凹进或弯曲的中央部分或再循环盖帽

44    凹陷或凹入部分

46    轴向中心线

48    燃料仓室

50    隔板