[发明专利]用于调节燃烧器中的工作流体的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于调节燃烧器中的工作流体的系统和方法。具体而言，本发明的各种实施例包括布置在初级燃烧室外侧以调节供给至初级燃烧室的工作流体的一个或多个次级燃烧室。

背景技术

商业燃气涡轮机用于发电是本领域内已知的。用于产生电力的典型的燃气涡轮机包括位于前部的轴流式压缩机、围绕中部的一个或多个燃烧器和位于后部的涡轮。环境空气可以被供给至压缩机，并且压缩机中的旋转轮叶和固定叶片向工作流体(空气)逐步传递动能，以产生处于高能状态的经过压缩的工作流体。经过压缩的工作流体离开压缩机并且流过一个或多个喷嘴，在一个或多个喷嘴处，经过压缩的工作流体与燃料混合并且被喷射到燃烧室中，在燃烧室处点燃燃料混合物，以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体接着流向涡轮，在涡轮处，燃烧气体的膨胀做功。例如，涡轮中燃烧气体的膨胀可以使连接至发电机的轴旋转，以产生电力。

各种设计和操作参数影响离开涡轮的燃烧气体中氮氧化物、一氧化碳、未燃烃和其它不期望的排放物的产生。例如，燃烧气体温度能够直接影响各种不期望的排放物的产生。具体而言，与较高功率操作相关的较高的燃烧气体温度大体使双原子氮的分解(disassociation)率提高并且使氮氧化物(NO_X)的产生量增加。相反地，与燃料流减少和/或部分负载操作(下降)相关的较低的燃烧气体温度大体使燃烧气体的化学反应速率下降，使一氧化碳和未燃烃的产生量增加。作为另一个示例，燃料混合物或燃烧气体在燃烧室中的停留时间直接影响各种不期望的排放物的产生。具体而言，较长的停留时间大体使NO_X水平提高，而较短的停留时间大体使一氧化碳和未燃烃水平提高。因此，用于向燃烧器供给燃料的燃烧器设计及方法的不断改进在范围广泛的燃烧器操作水平中使不期望的排放物减少方面将是有用的。

发明内容

本发明的各个方面以及优点将会在下文的描述中进行阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而获悉。

本发明的一个实施例是一种用于调节燃烧器中的工作流体的系统。该系统包括初级燃烧室、沿圆周包绕初级燃烧室的至少一部分的衬套以及与初级燃烧室流体连通的至少一个初级燃料喷嘴。至少一个次级燃烧室位于初级燃烧室外侧。每个次级燃烧室都包括：罩，罩限定通过次级燃烧室的流体通路；开口，开口位于罩的上游部分处；次级燃料喷嘴，次级燃料喷嘴接近罩的上游部分；以及用于在次级燃烧室中点燃燃料的装置。

进一步的，所述至少一个次级燃烧室位于包绕所述初级燃烧室的环形通路中。

进一步的，所述次级燃料喷嘴包括包绕所述罩的环形增压室。

进一步的，所述次级燃料喷嘴包括多个端口，所述多个端口以相对于所述流体通路的轴向中心线成径向或相对于所述流体通路的轴向中心线成方位角中的至少一种情况而成角度。

进一步的，所述系统进一步包括位于所述流体通路中的火焰保持器。

进一步的，所述系统进一步包括位于所述罩的所述上游部分处的喇叭口开口。

进一步的，所述系统进一步包括过渡件，所述过渡件从所述衬套向下游延伸并且包绕所述初级燃烧室的至少一部分，其中所述至少一个次级燃烧室定位成接近所述过渡件。

本发明的另一个实施例是一种用于调节燃烧器中的工作流体的系统。该系统包括：衬套，衬套具有上游端部和下游端部；过渡件，过渡件从衬套的下游端部延伸；以及初级燃烧室，初级燃烧室至少部分地由衬套和过渡件限定。至少一个次级燃烧室位于初级燃烧室外侧。每个次级燃烧室都包括：罩，罩限定通过次级燃烧室的流体通路；次级燃料喷嘴，次级燃料喷嘴位于罩的上游部分处；以及点火器组件，点火器组件安装在次级燃烧室中。

进一步的，所述至少一个次级燃烧室位于包绕所述初级燃烧室的环形通路中。

进一步的，所述至少一个次级燃烧室定位成接近所述过渡件。

进一步的，所述次级燃料喷嘴包括包绕所述罩的环形增压室。

进一步的，所述次级燃料喷嘴包括多个端口，所述多个端口以相对于所述流体通路的轴向中心线成径向或相对于所述流体通路的轴向中心线成方位角中的至少一种情况而成角度。

进一步的，所述系统包括位于所述流体通路中的火焰保持器。

进一步的，所述系统进一步包括位于所述罩的上游部分处的喇叭口开口。