[发明专利]具有面板式燃料喷射器的燃烧系统

说明书

本公开涉及一种环形燃烧系统。所述环形燃烧系统包括内衬和外衬，所述内衬和所述外衬在其之间限定了环绕所述燃烧系统的中线的环形空间。所述环形空间包括限定在其上游端的多个主要燃烧区并还限定在所述主要燃烧区下游的多个次要燃烧区。所述环形燃烧系统还包括多个燃料喷嘴，其中至少一个燃料喷嘴将可燃烧混合物排放到所述多个主要燃烧区中的相应主要燃烧区中。多个面板式燃料喷射器布置在相邻的燃料喷嘴之间。所述多个面板式燃料喷射器沿着轴向下游的方向延伸，以便分开相邻的主要燃烧区。每个面板式燃料喷射器将可燃烧混合物排放到至少一个次要燃烧区中。

关于由联邦政府赞助的研究或开发的声明

本发明是在由美国能源部颁发的合同号DE-FE0023965的政府支持下做出。政府享有本发明的某些权利。

相关申请案的交叉引用

本申请案要求提交日为2016年3月25日的美国临时专利申请序列号62/313,232的申请权益，并且该申请案全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及一种用于燃气涡轮机中的分段燃烧系统。更具体地，本公开涉及一种具有多个面板式燃料喷射器的分段燃烧系统。

背景技术

工业燃气涡轮机燃烧系统通常燃烧碳氢燃料并且产生污染空气的排放物，诸如氮氧化物(NO_X)和一氧化碳(CO)。燃气涡轮机中的分子氮的氧化取决于位于燃烧器中的气体温度，以及位于燃烧器内的最高温度区域中的反应物的停留时间。因此，通过将燃烧器温度维持为低于产生NO_X的温度或通过限制反应物在燃烧器中的停留时间，可减少或控制由燃气涡轮机产生的NO_X的量。

一种用于控制燃烧器温度的方法涉及在燃烧之前预先混合燃料和空气以形成燃料-空气混合物。此方法可以包括对燃料喷射器的轴向分级，其中一个或多个喷射器位于燃烧器的上游端并且一个或多个喷射器位于轴向下游的位置。上游喷射器将第一燃料-空气混合物喷射到第一或主要燃烧区中，在第一或主要燃烧区，第一燃料-空气混合物被点燃以产生高能燃烧气体主流。第二燃料-空气混合物经由定位在主要燃烧区下游的多个径向定向且周向间隔的燃料喷射器或轴向分级的燃料喷射器组件被喷射到高能燃烧气体主流中并且与其混合。

轴向分级的喷射提高可用燃料完全燃烧的可能性，这继而又减少污染空气的排放物。然而，对于常规的轴向分级的燃料喷射燃烧系统来说，平衡流向各个燃烧器部件的空气流量、对用于第一燃料-空气混合物的燃烧器的头端的空气流量要求和/或流向用于第二燃料-空气混合物的轴向分级的燃料喷射器的压缩空气流量，同时在燃气涡轮机的整个操作范围内维持排放物合规性存在各种挑战。因此，在工业中，一种包括轴向分级的燃料喷射的改进的燃气涡轮机燃烧系统将会是有用的。

发明内容

各方面和优点在以下描述中阐述如下，并且可以通过描述而显而易见，或可以通过实践来了解。

本公开的一个实施方式针对一种环形燃烧系统。所述环形燃烧系统包括内衬和外衬，所述外衬布置在所述内衬的径向向外的位置。所述内衬和所述外衬在其之间限定了环绕所述燃烧系统的中线的环形空间。所述环形空间包括限定在其上游端的多个主要燃烧区并还限定在所述主要燃烧区下游的多个次要燃烧区。所述环形燃烧系统还包括多个燃料喷嘴，其中至少一个燃料喷嘴将可燃烧混合物排放到所述多个主要燃烧区中的相应主要燃烧区中。多个面板式燃料喷射器布置在相邻的燃料喷嘴之间。所述多个面板式燃料喷射器沿着轴向下游的方向延伸，以便分开相邻的主要燃烧区。每个面板式燃料喷射器将可燃烧混合物排放到至少一个次要燃烧区中。