[发明专利]燃烧器

说明书

技术领域

本发明大体涉及一种燃烧器。在本发明的特定实施例中，燃烧器可以添加到燃气涡轮机或其他涡轮机中。

背景技术

燃烧器通常用于工业生产和发电操作中，用以点燃燃料，以产生高温高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮机通常包括一个或多个燃烧器，以发电或产生推力。用于发电的典型燃气涡轮机包括位于前部的轴流式压缩机、位于中部附近的一个或多个燃烧器，以及位于尾部的涡轮机。可以将环境空气供应到压缩机，并且压缩机中的旋转叶片和固定轮叶逐渐向工作流体（空气）传递动能，以产生处于高能状态的压缩的工作流体。随后，压缩的工作流体离开压缩机并流过燃烧器中的一个或多个燃料喷嘴，在燃烧器中，压缩的工作流体与燃料混合并在燃烧室中点燃，从而产生高温高压的燃烧气体。燃烧气体流过过渡连接件到达涡轮机，在涡轮机中交替级的固定喷嘴和旋转桨叶使燃烧气体改向、加速并且膨胀，从而产生功。例如，燃烧气体在涡轮机中膨胀可以使连接到发电机的轴旋转，从而发电。

各种设计和运行参数均会影响燃烧器的设计和运行。例如，燃烧气体温度较高通常会提高燃烧器的热力学效率。然而，较高的燃烧气体温度较高也会促发火焰稳定条件，其中燃烧火焰朝着喷嘴所供应的燃料移动，这可能在相对较短时间内加速对喷嘴造成损坏。另外，燃烧气体温度较高通常会提高双原子氮的分解速率，从而增加氮氧化物（NO_X）的产量。相反，燃料流减小和/或部分负载运行（关闭）导致燃烧气体温度较低，这通常会降低燃烧气体的化学反应速率，从而增加一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的产量。在各种不同的燃烧器运作水平下对燃烧器的热力学效率、加速损坏，和/或不需要的排放进行平衡的一种解决方案是增强燃料与压缩的工作流体之间的混合，从而产生贫燃料-工作流体混合物以用于燃烧。

增强燃料与压缩的工作流体之间的混合通常这样来实现：即通过在燃烧之前对注射、雾化和/或旋动燃料和/或工作流体进行各种组合以减少燃烧室中的局部热点。在一些涡轮机设计中，第一级涡轮机中的固定喷嘴包括具有较大半径的圆形前缘，从而容纳以各种入射角冲击第一级喷嘴的旋转燃烧气体。然而，在特定的涡轮机设计中，第一级固定喷嘴可以由各燃烧器与涡轮机之间的过渡管道来替换。这些过渡管道使燃烧气体加速并且改变方向，从而流入涡轮机中而不流入第一级喷嘴中。尽管能有效地提高涡轮机输出和/或效率，但是燃烧气体中过量的旋涡会降低过渡管道的有效性。因此，在不增加燃烧气体中旋涡的情况下增强燃料与工作流体之间混合的改善的燃烧器设计将有助于提高燃烧器性能而不对排放产生不利影响。

发明内容

以下说明将阐明本发明的各个方面和优点，或者这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或者可以通过实践本发明而习得。

本发明的一项实施例是一种包括端帽的燃烧器，所述端帽径向延伸穿过所述燃烧器的至少一部分，其中所述端帽包括与下游表面轴向分离的上游表面。防护罩周向包围所述端帽中的至少一部分，其中所述防护罩在所述上游表面与所述下游表面之间至少部分地构成燃料室。所述端帽下游的燃烧室界定纵轴。多个管从所述端帽的所述上游表面延伸穿过所述端帽的所述下游表面，从而提供穿过所述端帽到达所述燃烧室的流体通道。过渡管道周向包围所述端帽下游的所述燃烧室的至少一部分并且从所述纵轴切向弯曲。

本发明的另一项实施例是一种包括端帽的燃烧器，所述端帽径向延伸穿过所述燃烧器的至少一部分，其中所述端帽包括与下游表面轴向分离的上游表面。燃料室处于所述上游表面与所述下游表面之间，并且所述端帽下游的过渡管道界定纵轴、切向轴，以及径向轴。多个管从所述端帽的所述上游表面延伸穿过所述端帽的所述下游表面，从而提供穿过所述端帽到达所述过渡管道的流体通道。所述过渡管道包括入口以及从所述入口沿着所述纵轴和所述切向轴位移的出口。

本发明还可以包括一种燃烧器，其具有燃料室以及所述燃料室下游的燃烧室，其中所述燃烧室界定纵轴。多个管建立所述燃料室与所述燃烧室的流体连通，并且过渡管道周向包围所述多个管下游的燃烧室中的至少一部分并且从所述纵轴切向弯曲。

所属领域的普通技术人员将通过查看说明书来更好地了解此类实施例的特征和方面及其他内容。

附图说明

本说明书的其余部分参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地详细披露了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1为示例性燃气涡轮机的简化侧视截面图；

图2为根据本发明的一项实施例的图1中所示的示例性燃烧器的简化截面图；