[发明专利]燃料喷嘴及包括该燃料喷嘴的组件和燃气涡轮机

说明书

技术领域

所公开的实施例一般地涉及气体和液体燃料涡轮机，包括环管或环形燃烧系统两者，以及操作此类燃烧系统的方法。

背景技术

干燥低NOx技术常规地用于通过利用燃料和空气的预混来对带有环管燃烧系统的工业燃气涡轮机中的气态燃料燃烧进行排放控制。预混的主要好处是提供引起相对恒定的反应区温度的均匀燃烧速度。通过细心的空气管理，可优化这些温度以产生很低的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃烧烃(UHC)的排放。中心预混燃料喷嘴的调制可通过允许燃料-空气比率和外喷嘴的对应反应速度保持相对恒定同时改变进入涡轮机的燃料输入来扩大操作范围。

本领域技术人员充分理解燃料分级是一种通过均匀的热释放来实现更高的涡轮机进口温度的手段。轴向分级的系统采用沿着燃烧器流动通路的多个燃料喷射平面。轴向燃料分级的利用需要特别的设计考虑来将燃料喷入高温燃烧产物。轴向分级的燃烧器的较后级的高温和高压环境已阻碍了适用于商业应用的鲁棒性设计的开发。

因此希望开发具有燃料系统构造和/或利用分级燃料法的新型燃气涡轮机，以便实现更低的峰值燃料温度。预期此类燃气涡轮机对应地具有低NOx和CO排放。新型燃气涡轮机呈现在此类“排放规定”体制内的增加的可操作性范围的能力将提供进一步的优点。

发明内容

提供了一种燃气涡轮机燃料喷嘴。该燃料喷嘴具有物理构造，使得喷嘴无法稳定火焰直到约0.65的当量比。

另一方面，提供了一种用于单级燃气涡轮机燃烧器的组件。该组件包括围绕中心轴线布置的外喷嘴阵列，以及位于所述中心轴线上的中心喷嘴，其中所述中心喷嘴具有物理构造，使得中心喷嘴无法稳定火焰直到约0.65的当量比。

另一方面，提供了一种包括多个燃烧器的燃气涡轮机。各燃烧器具有围绕燃烧器的纵向轴线设置的多个外燃料喷嘴、大致沿着所述中心轴线布置的中心喷嘴以及单个燃烧区。中心喷嘴无法稳定火焰直到约0.65的当量比。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中：

图1是对于燃气涡轮机燃烧系统的燃烧器可操作性或火焰稳定性的图示；

图2是燃料空气理论比率(x轴线)相对于在15％O₂的NOx水平(y轴线)的关系的图形表示，显示了延迟贫燃燃烧的好处；

图3示出了对于预混燃烧系统的火焰稳定性的区域，区域“1”为常规燃料喷嘴无法稳定火焰(常规贫燃熄火)的范围，区域“2”为此改进的燃料喷嘴无法稳定火焰(扩大的贫燃熄火)的范围，而区域“3”为所有燃料喷嘴均可稳定火焰的区域；

图4是根据一个实施例的涡轮机的环管燃烧器的示意性横截面视图；

图5是根据一个实施例的端盖和燃料喷嘴组件的示意性前端视图；

图6是根据一些实施例的外燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图7是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图8是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图9是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图10是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图11是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图12是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图13是根据一个实施例的中心燃料喷嘴的示意性横截面视图；

图14A是对于常规环管燃烧器的火焰形状的图示；

图14B是对于根据一个实施例的环管燃烧器的火焰形状的图示；以及

图14C是对于根据一个实施例的环管燃烧器的火焰形状的图示。

零部件列表

10燃气涡轮机

12压缩机

14燃烧器

16叶片

18过渡管道

20火花塞

22联焰管

24燃烧器外壳

26涡轮机外壳

28螺栓

30端盖组件

32外燃料喷嘴组件

33中心喷嘴

34流套筒

35凸缘接头

36外壁

37对接接头

38燃烧衬里

39支柱

40内壁

42燃烧衬里罩盖组件

44孔口

46预混管

47后板