[发明专利]燃烧器及向燃烧器供应燃料的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃烧器以及用于向所述燃烧器供应燃料的方法。

背景技术

燃气涡轮机广泛用于工业和发电操作中。典型的燃气涡轮机可以包括位于前部的轴式压缩机、位于中间的一个或多个燃烧器和位于后部的涡轮。环境空气进入压缩机后，压缩机中的旋转叶片和固定轮叶逐渐向所述空气传递动能，以产生处于高能状态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机并且流经燃烧器中的喷嘴，在所述燃烧器中，所述压缩工作流体与燃料混合并点燃以生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮机中膨胀做功。例如，燃烧气体在涡轮机中的膨胀可以使连接至发电机上的轴旋转，从而发电。

供应给燃烧器的燃料可以是液体燃料、气体燃料，或液体燃料与气体燃料的组合。例如，供应给燃烧器的可能的液体燃料可以包括燃油、石脑油、石油、煤焦油、原油和汽油，并且供应给燃烧器的可能的气体燃料可以包括高炉煤气、焦炉煤气、天然气、甲烷、汽化的液化天然气（LNG）、氢、合成气和丙烷。如果液体燃料和/或气体燃料与空气未在燃烧之前均匀混合，则可能在燃烧器中形成局部热点。局部热点可能不当地增加NOx的排放量，并且可能增大燃烧器中的火焰回火到喷嘴中和/或附着在喷嘴内的几率，从而可能损坏喷嘴。虽然使用任何燃料都可能发生火焰回火和火焰附着的情况，但它们更容易在使用如氢等燃烧率较高、可燃性范围较大的高反应性燃料时发生。

现在已有多种技术可用来提高燃烧器操作温度，同时最小化NOx排放量以及回火和火焰附着的几率。许多此类技术致力于通过减少局部热点来减少NOx的排放，和/或通过减小低流带来防止或减少回火或火焰附着的发生。例如，通过不断改善喷嘴设计可使燃料和空气在燃烧之前混合更均匀，从而减少或防止在燃烧器中形成局部热点。替代地或另外，已经设计喷嘴来确保燃料和/或空气流过喷嘴的流率最小，以冷却喷嘴表面和/或防止燃烧器火焰回火到喷嘴中。然而，改进的喷嘴设计通常导致制造成本增大和/或不断向燃烧器添加另外的零件或部件，这增大了穿过燃烧器的压差，从而降低了燃气涡轮机的总效率。因此，用于加强燃料与空气在燃烧之前的混合方面和/或用于冷却燃烧器表面方面的燃烧器设计改进将会是有用的。另外，可以容易地在液体燃料和气体燃料的各种组合之间变换的燃烧器设计将会是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中进行陈述，或可以从说明书中清楚，或可以通过实践本发明来了解。

本发明的一个实施例是一种燃烧器，其包括燃烧室、环绕所述燃烧室的至少一部分的衬套和环绕所述衬套的至少一部分的导流套筒。环状通道位于所述衬套与所述导流套筒之间，并且燃料喷射器至少部分地定位在所述环状通道中并且延伸通过所述衬套而进入所述燃烧室中。所述燃料喷射器包括外管、在所述外管内的内管和位于所述内管与所述外管之间的流动通道。

本发明的另一个实施例是一种燃烧器，其包括燃烧室、环绕所述燃烧室的至少一部分的衬套和环绕所述衬套的至少一部分的导流套筒。环状通道位于所述衬套与所述导流套筒之间。外管延伸通过所述导流套筒，沿所述环状通道的至少一部分延伸，并且延伸通过所述衬套而进入所述燃烧室中。内管在所述外管的至少一部分内延伸，并且在所述环状通道之外的液体或气体燃料供应器中的至少一个与所述内管处于流体连通。

本发明的具体实施例还可以包括一种向燃烧器供应燃料的方法。所述方法包括：使稀释剂在外管内流动，所述外管沿衬套的至少一部分延伸；和使液体燃料或气体燃料中的至少一种在内管内流动，所述内管在所述外管的至少一部分内延伸。所述方法进一步包括：使所述稀释剂和所述液体燃料或气体燃料流经所述衬套而进入由所述衬套环绕的燃烧室中。

所属领域的一般技术人员通过查看说明书将会更好地了解此类实施例的特征和方面及其他内容。

附图说明

在说明书剩余部分中向所属领域的技术人员更具体地陈述了本发明的完整和实践内容，包括本发明的最佳模式，其中参考附图进行陈述，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的示例性燃烧器的简化侧视截面图；

图2是根据本发明的一个实施例的图1中所示的燃料喷射器的放大截面图；

图3是根据本发明的第二实施例的图1中所示的燃料喷射器的放大截面图；

图4是根据本发明的第三实施例的图1中所示的燃料喷射器的放大截面图；

图5是根据本发明的第四实施例的图1中所示的燃料喷射器的放大截面图；

图6是图1中所示的燃烧器在点燃或降燃（turndown）操作过程中的简化侧视截面图；