[发明专利]用于减轻预混合燃烧器中的逆燃条件的系统和方法

说明书

技术领域

本公开内容大体而言涉及用于减轻燃气涡轮中的逆燃条件 (flashback condition)的系统和方法，且更特定而言，涉及用于减轻燃 烧器的预混合燃料喷嘴中的逆燃条件的系统和方法。

背景技术

许多燃气涡轮包括压缩机、燃烧器和涡轮。压缩机形成压缩空气， 压缩空气被供应到燃烧器。燃烧器燃烧压缩空气与燃料以生成空气- 燃料混合物，空气-燃料混合物被供应到涡轮。涡轮从空气-燃料混合 物提取能量用于驱动负载。

在许多情况下，燃气涡轮包括多个燃烧器。燃烧器可设置在压缩 机与涡轮之间。举例而言，压缩机和涡轮可沿着公共轴线对准，且燃 烧器可以以绕公共轴线的圆形阵列在涡轮入口处设置在压缩机与涡 轮之间。在操作中，来自压缩机的空气可通过燃烧器之一而行进到涡 轮内。

燃烧器可在相对高温操作以确保空气与氧气充分燃烧，从而改进 效率。在高温操作燃烧器的一个问题在于可生成相对较高的氧化氮 (NOx)水平，其可能会对环境产生负面影响。

为了减少NOx排放，一些现代燃气涡轮采用预混合燃料喷嘴。举 例而言，每个燃烧器可由多个预混合燃料喷嘴支承，预混合燃料喷嘴 可以以绕燃烧器的圆形阵列设置在燃烧器的入口。在正常操作期间， 来自压缩机的空气经由燃料喷嘴进入燃烧器。在燃料喷嘴内，空气与 燃料“预混合”以形成空气-燃料混合物。然后在燃烧器中燃烧空气- 燃料混合物。使空气与燃料预混合允许在相对较低的峰值温度操作燃 烧器，这减少了作为燃烧过程副产物产生的NOx。

尽管在燃料喷嘴中进行预混合允许减少NOx排放，燃料喷嘴存在 它们自身的问题。具体而言，在燃气涡轮中可能会发生逆燃条件。举 例而言，在燃烧区中的火焰可向上游行进到燃料喷嘴内。或者，自动 点燃事件可点燃燃料喷嘴中的空气-燃料混合物，诸如由于高预热温 度，空气-燃料混合物中的不规则性(irregularity)、停滞的空气-燃料混 合物区或者燃料喷嘴表面效应等造成。无论原因如何，燃烧的空气- 燃料混合物可倾向于在燃料喷嘴内稳定，这可能会损坏燃料喷嘴或燃 气涡轮的其它部分，这好像损坏的硬件散落于流动路径中。为了解决 这个问题，燃料喷嘴被设计成不使存在于其内的任何火焰稳定。但是， 这种燃料喷嘴的设计被证明在注有诸如氢气这样相对强反应性燃料 的燃气涡轮中是难达到的(elusive)，这是不当的，因为在这种情况下 逆燃和火焰稳定相对更可能发生。因此，存在对减轻燃气涡轮中逆燃 条件的系统和方法的需要。

发明内容

一种方法可减轻燃气涡轮中的逆燃条件。燃气涡轮可包括燃料喷 嘴。该方法可包括：探测燃料喷嘴中的逆燃条件，以及，中断到燃料 喷嘴的燃料流。

附图说明

参看附图可更好地理解本公开内容。在所有附图中，匹配的附图 标记指代相对应的部件，且在附图中的部件不是必定按照比例绘制。

图1是燃气涡轮的现有技术燃烧系统的实施例的示意截面图。

图2是示出用于减轻燃气涡轮的燃料喷嘴中的逆燃条件的系统的 实施例的方块图。

图3是用于减轻燃气涡轮的燃料喷嘴中的逆燃条件的系统的实施 例的示意截面图。

图4A是示出根据用于减轻燃气涡轮的燃料喷嘴中的逆燃条件的 系统的实施例的、作为时间函数的燃料供应阀的操作的图表。

图4B是示出响应于图4A所示的燃料供应阀的操作的、作为时间 的函数的到燃料喷嘴的燃料流的图表。

图5是示出减轻燃气涡轮的燃料喷嘴中的逆燃条件的方法的实施 例的流程图。

元件列表：

100    燃烧系统

102    燃料喷嘴

104    燃烧区

106    外壳

108    内壳

110    空气流动套筒

112    外帽

114    内帽

116    燃料供应管线

118    燃料注入端口

120    空气流动路径

122    空气-燃料混合物路径

200    系统

202    燃料供应阀

204    火焰探测器