[发明专利]用于减小在燃烧器中的燃烧动态性的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于减小在燃烧器中的燃烧动态性(combustion dynamics)的系统和方法。

背景技术

燃烧器通常用于工业和发电操作中以点燃燃料来产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮典型地包括一个或多个燃烧器以生成功率或者推力。用于生成电力的典型燃气涡轮包括在前部的轴流压缩器、围绕中部的一个或多个燃烧器和在尾部的涡轮。外界空气可供给到压缩器并且在压缩器中的旋转叶片和静止导叶逐渐地给予动能到工作流体(空气)以产生处于高能状态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩器并且流过一个或多个喷嘴进入在各燃烧器中的燃烧室内，在燃烧室中压缩工作流体与燃料混合并且点燃以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以做功。例如，在涡轮中的燃烧气体的膨胀可使连接到发电机的轴旋转以发电。

各种设计和操作参数影响燃烧器的设计与操作。例如，更高的燃烧气体温度大体改善燃烧器的热力效率。然而，更高的燃烧气体温度还促进逆燃或火焰稳定状态，在逆燃或火焰稳定状态中燃烧火焰朝正由喷嘴供给的燃料移动，从而可能在相对少的次数内导致对喷嘴的严重损坏。另外，更高的燃烧气体温度大体增加双原子的氮的分裂率，从而增加氮氧化物(NO_X)的产生。相反，与减小的燃料流和/或部分载荷负荷操作(弹性操作(turndown))相关联的较低的燃烧气体温度大体减小燃烧气体的化学反应速率，从而增加一氧化碳和未燃烧的烃的产生。

在特定燃烧器设计中，多个预混合器可在端帽中径向排列以提供流体连通，用于工作流体和燃料通过端帽并且进入燃烧室内。虽然在实现更高的操作温度的同时免于逆燃或火焰稳定并且控制不受欢迎的排放物的方面是有效的，但是一些燃料和操作状态产生伴随在燃烧器中的高氢燃料成分的非常高的频率。与高频率相关联的在燃烧器中增加的振动可减小一个或多个燃烧器构件的使用寿命。可选地，或额外地，燃烧动态性的高频率可产生在预混合器和/或燃烧室内的压力脉冲，其影响燃烧火焰的稳定性，减小针对逆燃或火焰稳定的设计裕度和/或增加不受欢迎的排放物。因此，减小在燃烧器中的共振频率的系统和方法将在如下方面是有用的：在很宽的燃烧器操作水平范围内提高燃烧器的热力效率；保护燃烧器使之免于灾难性的损坏；和/或减小不受欢迎的排放物。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明书中在下面陈述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践来学习。

本发明的一个实施例是用于减小在燃烧器中的燃烧动态性的系统。系统包括横跨燃烧器的至少一部分径向延伸的端帽，并且端帽包括与下游表面轴向隔开的上游表面。燃烧室在端帽的下游，并且多个管从上游表面通过端帽的下游表面延伸。各管提供通过端帽到燃烧室的流体连通。系统还包括用于减小在燃烧器中的燃烧动态性的装置。

本发明的另一实施例是用于减小在燃烧器中的燃烧动态性的系统，其包括横跨燃烧器的至少一部分径向延伸的端帽。端帽包括与下游表面轴向隔开的上游表面。燃烧室在端帽的下游。多个管从上游表面延伸通过端帽的下游表面，并且各管提供通过端帽到燃烧室的流体连通。第一阻碍物至少部分横跨第一组管延伸。

本发明还可包括用于减小在燃烧器中的燃烧动态性的方法。方法包括使工作流体流过通过横跨燃烧器的至少一部分径向延伸的端帽轴向延伸的多个管，并且阻碍流过多个管的第一组的工作流体的至少一部分。

在阅读本说明书后，本领域技术人员将更好地理解这些实施例的特征和方面及其它。

附图说明

针对本领域技术人员的本发明的全面且能够实现的公开，包括其最佳模式在本说明书的剩余部分中，包括对于附图的参考而更具体地陈述，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的示范燃烧器的简化截面视图；

图2是根据本发明的实施例在图1中所示的端帽的上游轴向视图；

图3是根据本发明的可选实施例在图1中所示的端帽的上游轴向视图；

图4是根据本发明的可选实施例在图1中所示的端帽的上游轴向视图；

图5是根据本发明的第一实施例在图1中所示的端帽的放大截面视图；

图6是根据本发明的第二实施例在图1中所示的端帽的放大截面视图；

图7是根据本发明的第三实施例在图1中所示的端帽的放大截面视图；

图8是根据本发明的第四实施例在图1中所示的端帽的放大截面视图；

图9是根据本发明的一个实施例在图8中所示的管的轴向视图；并且

图10是根据本发明的可选实施例在图8中所示的管的轴向视图。