[发明专利]用于天然气旋流稳定喷嘴的液体燃料增强和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于天然气旋流稳定喷嘴的液体燃料增强和方法。

背景技术

燃气轮机制造商是经常性地专心于生产新的燃气轮机的研究和工程程序，该燃气轮机将在高效率下工作而不会生成不希望的空气污染排放物。通常由燃气轮机燃烧常规的碳氢化合物燃料产生的主要空气污染排放物是氮氧化物，一氧化碳和未燃的碳氢化合物。通常，发动机排放物分为两类：由于高火焰温度形成的排放物(NO_x)，和由于不允许燃料空气完全反应的低火焰温度形成的排放物(HC&CO)。

控制热发动机燃烧室反应区温度低于生成热NO_x水平的一个优选方法，是在燃烧前预混合燃料和空气成为稀混合物。存在于稀预混合燃烧室反应区中的过剩空气的热质量吸收热量并减少燃烧产物的温升到不生成热NO_x的水平。

用于发电的燃气轮机通常采用燃料喷嘴，其构造用于“双燃料”或者“单燃气”。“单燃气”涉及燃烧例如天然气的运行，而“双燃料”涉及能够燃烧天然气或者液体燃料的运行能力。如果无法利用天然气，该“双燃料”结构通常采用作为备用燃料而使用的油。当液体燃料运行所需的喷嘴部分和所有相关设备无法满足时，为了降低成本提供“单燃气”结构。通常，燃料喷嘴设计成具有“双燃料”能力，并且“单燃气”型式是对双燃料设计的修改，其中液体燃料部分从喷嘴中省略并且采用类似尺寸和形状的部件来代替，但是没有液体燃料盒的内部特征。这个替换部件被称为“单燃气插件”。图1示出了常规的水/油/雾化空气盒，包括油，雾化空气和水的入口101，103，105和通道102，104，106。

参考图2，旋流喷嘴式(swozzle type)喷燃器的示例被示意性地示出。来自高压气室的空气在112处进入喷燃器110，该高压气室除了进入燃烧室反应区的排气端114围绕着该装置。

在通过入口112之后，空气进入旋流器或者“旋流喷嘴”装置116中。旋流喷嘴装置包括通过多个空气翼面形导向叶片122连接的毂118(例如中心体)和与罩120，这些导向叶片传递涡旋给通过预混合器的燃烧空气。每个导向叶片122包括通过空气翼面核心的(多条)气体燃料供应通道124。这些燃料通道分配气体燃料到穿透空气翼面壁的气体燃料喷射孔(在图2中未示出)中。气体燃料通过(多个)入口和(多条)环形通道126进入旋流喷嘴装置，该环形通道供应到导向叶片通道124中。气体燃料开始与燃烧空气在旋流喷嘴装置128中混合，燃料/空气的混合在环形通道130中完成，该环形通道由中心体延伸部132和旋流喷嘴罩延伸部134形成。在离开环形通道后，燃料/空气混合物进入燃烧室反应区，在那里进行燃烧。

发明内容

本发明提供了对于常规旋流喷嘴式喷燃器的改进，由此使得它们能够采用液体燃料运行，而不需要提供用于消除NO_x的水喷射或者用于雾化液体燃料的专门空气供应。

因此，本发明可以实施为用于燃气轮机燃烧系统的喷燃器，该该喷燃器包括：外周壁；同轴地设置在所述外壁内的喷燃器中心体；和燃料/空气预混合器，包括空气入口、至少一个气体燃料喷射孔、至少一个液体燃料喷射口和环形混合通道，燃料/空气预混合器在环形混合通道中选择地混合用于喷射到燃烧室反应区中的气体燃料和空气或者液体燃料和空气，其中燃料/空气预混合器包括在空气入口下游的旋流喷嘴装置，旋流喷嘴装置包括将涡流施加给进入空气的多个旋流喷嘴装置导向叶片，且其中每个旋流喷嘴装置导向叶片包括与所述至少一个气体燃料喷射孔相连通的内气体燃料流动通道，和引导气体燃料进入内气体燃料流动通道的气体燃料入口，并且其中旋流喷嘴装置进一步包括与所述至少一个液体燃料喷射口相连通的内液体燃料流动通道，和引导液体燃料进入内液体燃料流动通道的液体燃料入口。