[发明专利]用于高频电磁启动燃烧过程的设备

说明书

技术领域

本公开内容主要涉及燃气轮机燃烧器，并且更具体地涉及在燃气轮机燃烧器中的燃烧过程期间中使用高频电磁辐射。

背景技术

燃气轮机广泛用于动力生成(或发电)的商业运营。典型的燃气轮机包括在前的压缩机、中部周围的一个或多个燃烧器，以及在后的涡轮。压缩机将动能给予工作流体(空气)以使其达到高度受激励的状态。经压缩的工作流体离开压缩机并流至燃烧器。燃烧器使燃料与压缩的工作流体相混合，并使燃料和工作流体的混合物点燃以产生具有较高温度、压力和速度的燃烧气体。燃烧气体流至涡轮，在其中，该燃烧气体膨胀以产生功。

燃气轮机正变为日益需要以较高的效率运行，同时产生较少排放物。较高的效率可通过升高燃气轮机燃烧器中的燃料混合物的温度来实现。然而，较高的燃烧温度可导致排放物增加，如增加NOx排放物。因此，经常会在较高效率的燃烧与减少NOx排放物之间权衡。此外，低BTU燃料相比于其它燃料，通常相对便宜。然而，低BTU燃料可能很难燃烧，且还会导致NOx排放物增加。

NOx排放物可通过使用较低燃烧温度来降低。较低燃烧温度可通过将贫燃料的空气燃料混合物供送至燃烧器来实现。然而，较低燃烧温度可由于不完全的燃料燃烧而导致过多的一氧化碳(CO)和未燃的碳氢化合物(UHC)的排放物，其中，不完全的燃料燃烧可能起因于较低的燃烧温度。此外，CO和UHC排放物还可起因于燃气轮机以低负载操作，如在下调(turndown)状态期间。

温度较低、效率较高的燃烧过程可通过在燃烧过程期间使用高频电磁辐射来实现。例如，美国专利No.5,370,525公开了燃烧可通过将多个磁控管围绕喷燃器(burner)定位且将微波引导至燃烧区来加强。在燃烧期间使用电磁辐射可导致产生自由基，该自由基支持CO和其它UHC的后燃(或补充燃烧)，从而导致较少的CO和UHC排放物。此外，电磁辐射通过激发燃料中的碳原子来促进燃料燃烧，从而提高燃烧过程的效率。

用于将高频电磁辐射提供给燃烧器的燃烧区的现有系统可能需要对现有燃烧器结构进行复杂的改进。此外，这些系统通常不会同时地从单个来源向燃气轮机的多个不同区域提供电磁辐射。而且，现有系统不可能提供将高频电磁辐射集中应用于燃烧器低温区域上的能力，该燃烧器低温区域例如邻近用于燃烧器的未燃燃料喷嘴或燃烧器的无火焰区域。

因此，本领域中将期待一种用于向燃烧器的燃烧区提供高频电磁辐射的设备和系统，其克服以上缺点且容许在降低的温度下有较少NOx、CO和UHC排放物的更为高效的燃烧过程。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而清楚，或可通过实施本发明而理解到。

本公开内容的一个示例性实施例涉及一种在燃烧过程期间向燃烧器提供电磁辐射的设备。燃烧器包括用于将燃料混合物供送给燃烧器的燃料喷嘴。该设备包括电磁辐射源、联接到电磁辐射源上的第一波导(waveguide)，以及联接到第一波导上的第二波导。第二波导包括定位成用以将电磁辐射传送至燃烧器的低温区域的电磁辐射出口。在燃烧过程期间，该低温区域具有一定的操作温度，在没有电磁辐射的情况下，该操作温度低于维持燃料混合物燃烧的温度。

本公开内容的另一示例性实施例涉及一种用于在燃烧过程期间向燃烧器提供电磁辐射的设备。该设备包括电磁辐射源和联接到电磁辐射源上的第一波导。该设备还包括联接到第一波导上的环形歧管波导和联接到该歧管波导上且从该歧管波导延伸的分支波导。分支波导包括定位在燃烧器壁中的开口附近的电磁辐射出口。

本公开内容的另一示例性实施例涉及一种用于在燃烧过程期间向燃烧器提供电磁辐射的设备。该设备包括电磁辐射源、联接到电磁辐射源上的第一波导，以及联接到第一波导上的第二波导。第二波导包括安装在燃烧器的燃料喷嘴内的第一管结构。

对本公开内容的这些示例性实施例可作出改变和修改。

参照以下说明和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将会得到更好的理解。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且结合说明一起用于阐述本发明的原理。

附图说明

在参照附图的以下说明书中，针对本发明的普通技术人员阐明了本发明包括其最佳模式的完整和能够实现的公开内容，在附图中：

图1绘出了根据本公开内容的示例性实施例的用于向燃烧器提供电磁辐射的设备的剖面透视图；

图2绘出了根据本公开内容的示例性实施例的用于向燃烧器提供电磁辐射的设备的截面视图；