[发明专利]用于增强预混合装置中混合的燃料喷射槽式喷嘴和方法

权利要求书

1.一种预混合装置(70)，包括：

进气口(72)；

至少一个与所述进气口的末端部分形成流体连通的燃料进口槽(78)，所述至少一个燃料进口槽包括构造成沿着所述预混合装置的一部分内壁形成燃料边界层的壁轮廓(80)；

混合室(74)，在所述混合室(74)中，来自所述进气口的压缩空气与来自所述边界层的燃料相混合，所述混合室设置在所述进气口和所述至少一个燃料进口槽的下游；和

至少一个设置在所述至少一个燃料进口槽内部的发散型燃料喷射槽式喷嘴(90)，所述至少一个发散型燃料喷射槽式喷嘴构造成用于在其一部分的内部产生流分离区域(112)，所述流分离区域构造成在所述至少一个发散型燃料喷射槽式喷嘴的出口(94)处产生混合湍流，从而在空气动力学方面增强来自所述边界层的燃料与压缩空气的混合，而不会造成边界层流分离和使火焰保持在所述混合室中。

2.根据权利要求1所述的预混合装置，其特征在于，所述至少一个发散型燃料喷射槽式喷嘴包括至少一个收敛-发散型燃料喷射槽式喷嘴，并且所述流分离区域局限于所述至少一个收敛-发散燃料喷射槽式喷嘴的发散部分(110)。

3.根据权利要求2所述的预混合装置，其特征在于，所述壁轮廓构造成能够通过柯恩达效应而使穿过所述至少一个燃料进口槽而供应的燃料偏转向所述壁轮廓；所述至少一个收敛-发散型燃料喷射槽式喷嘴包括入口(92)、喉部(108)、顶壁(96)、底壁(98)和侧壁(100)，所述侧壁在横向上的形状设置成形成从所述入口至所述喉部的收敛部分(106)，以及从所述喉部下游延伸至所述出口的发散部分(110)；并且，所述发散部分的发散角度为大约20度或更大。

4.根据权利要求3所述的预混合装置，其特征在于，所述至少一个收敛-发散型燃料喷射槽式喷嘴的底壁与壁轮廓一起形成了连续表面，从而允许与所述压缩空气流成近似切线方向地喷射燃料。

5.根据权利要求3所述的预混合装置，其特征在于，所述侧壁的发散部分选自粗糙壁、锯齿状壁、阶梯状壁和它们的组合。

6.一种燃气涡轮燃烧器，所述燃气涡轮燃烧器包括根据权利要求1-5中任一项所述的预混合装置，其中，所述燃气涡轮燃烧器包括筒形燃烧器、或筒形-环形燃烧器，或环形燃烧器，并且所述燃料包括天然气，或含氢量高的气体，或氢气，或沼气，或一氧化碳，或合成气。

7.一种用于在燃烧系统中使燃料和氧化剂预混合的方法，其包括：

通过氧化剂入口将氧化剂抽吸到预混合装置的内部；

通过至少一个发散型燃料喷射槽式喷嘴将燃料喷射到所述预混合装置内；

使喷射的燃料偏转向所述预混合装置中的预定的壁轮廓，从而沿着所述预混合装置的内壁而形成燃料边界层；和

使所述燃料和氧化剂预混合而形成燃料-空气混合物，其中，所述预混合包括在所述至少一个发散型燃料喷射槽式喷嘴的发散部分中使燃料过分膨胀，从而在所述发散部分产生流分离区域，所述流分离区域构造成在所述至少一个收敛-发散型燃料喷射槽式喷嘴的出口处产生混合湍流，从而在气体动力学方面增强来自所述边界层的燃料与所述氧化剂的混合，而不会导致边界层流分离和使火焰保持在所述混合室中。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述偏转还包括，借助于所述预定的壁轮廓来引起柯恩达效应。

9.一种燃气涡轮，包括：

压缩机；

与所述压缩机形成流体连通的燃烧器，所述燃烧器构造成用来燃烧燃料和空气的预混合的混合物，所述燃烧器包括根据权利要求1-5中任一项所述的预混合装置，所述预混合装置设置在所述燃烧器的上游；和

涡轮，其定位在所述燃烧器下游，并构造成用于使流出所述燃烧器的气流膨胀。

10.一种气体-液体系统，包括：

构造成用于从空气中分离出氧气的空气分离单元；

用于制备天然气的气体处理单元；

燃烧器，其用于使氧气和天然气在高温和高压下发生反应，以产生富含一氧化碳和氢气的合成气；

根据权利要求1-5中任一项所述的预混合装置，其设置在所述燃烧器的上游，以便促进氧气和天然气在所述燃烧器内发生反应之前的预混合；和

与所述燃烧器形成流体连通的涡轮膨胀器，其用于从所述合成气中吸取功，并用于使所述合成气骤冷。