[发明专利]具有短暂剧烈淬火区域的燃烧器

说明书

技术领域

本申请总体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及具有这样的燃烧器的燃气涡轮发动机：该燃烧器具有短暂剧烈淬火区域以用于燃烧例如那些高燃料结合氮的液体燃料、气体燃料等，以提供低温燃烧并且限制不期望的排放物。

背景技术

燃气涡轮发动机的操作效率通常随着燃烧流温度的升高而提高。然而，较高的燃烧流温度可能造成产生高水平的氮氧化物（NO_X）以及其它类型的不期望的排放物。这种排放物可能同时受到美国联邦和州的法规的限制并且还可能受到国外类似法规的限制。此外，燃气涡轮发动机和电厂的资金筹措通常可能受到国际排放物标准的限制。因此，在有效温度范围内操作燃气涡轮发动机和同时还保证氮氧化物以及其它类型的受控物的排放保持在远低于强制水平下之间存在平衡策略。多种其它类型的操作参数也可以在提供这种优化平衡的过程中发生变化。

燃气涡轮发动机的操作者等人可能倾向于根据可用性和价格而使用不同类型的燃料。例如，诸如重质燃料油的液体燃料是合适的。然而，重质燃料油可能在某些温度以上具有向氮氧化物的高水平转化率。具体而言，例如重质燃料油的液体燃料可能具有高燃料结合氮。因此，这种燃料可能需要使用选择性催化还原等来降低排放水平。然而，这种过程增加燃气涡轮发动机的总体操作成本以及总体复杂性。

因此，存在对能够高效燃烧包括例如重质燃料油等的高燃料结合氮的液体燃料在内的各种燃料的燃烧器的需要。优选地，这种燃烧器可以在较低温度下燃烧这种燃料，以保持总体排放符合标准。

发明内容

因此，本申请提供一种用于燃烧多个空气流和多个燃料流的燃烧器。该燃烧器可以包括：用于产生高旋流淬火空气流的中心旋流器；用于产生燃烧气体流的包绕中心旋流器的多个驻涡腔；位于驻涡腔下游的短暂剧烈淬火区域，短暂剧烈淬火区域用于对外部淬火空气流与高旋流淬火空气流之间的燃烧气体流进行淬火；以及位于短暂剧烈淬火区域下游的膨胀区域。

本申请还提供一种在燃烧器中燃烧空气流和燃料流的方法。该方法可以包括以下步骤：部分地燃烧驻涡腔中的燃料流和空气流以用于低温富燃烧(rich combustion)；将短暂剧烈淬火区域中的低温富燃烧淬火成富燃烧产物；以及燃烧膨胀区域中的富燃烧产物以用于低温贫燃烧。

本申请以及所获得的专利还提供一种用于燃烧多个空气流和多个燃料流的燃烧器。该燃烧器可以包括：用于产生高旋流淬火空气流的中心旋流器；用于产生燃烧气体流的包绕中心旋流器的多个驻涡腔；以及位于驻涡腔下游的短暂剧烈淬火区域。短暂剧烈淬火区域可以包括多个淬火空气喷射器以及位于其中的多个槽，以用于产生外部淬火空气流从而对外部淬火空气流与高旋流淬火空气流之间的燃烧气体流进行淬火。

当结合若干附图以及所附权利要求阅览下文的详细描述时，本申请的这些和其它的特征以及改进对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1是具有压缩机、燃烧器、和涡轮的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是可以如本说明书中所描述的用于燃气涡轮发动机的燃烧器的示意图。

图3是图2的燃烧器的短暂剧烈淬火区域的一部分的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，其中相同的附图标记在全部若干附图中代表相同的元件，图1示出了可以如本文中所使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。压缩机15对进入的空气流20进行压缩。压缩机15驱动压缩空气流20至燃烧器25。燃烧器25将压缩空气流20与加压燃料流30混合，并且点燃混合物以产生燃烧气体流35。尽管仅示出了一个燃烧器25，但是燃气涡轮发动机10可以包括任何数量的燃烧器25。燃烧气体流35接着被输送至涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40，以便产生机械功。涡轮40中所产生的机械功通过轴45驱动压缩机15以及外部负载50（例如发电机等）。

燃气涡轮发动机10的燃烧器25可以使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气、和/或其它类型的燃料。燃气涡轮发动机10可以是由纽约斯卡奈塔第的通用电气公司提供的多种不同的燃气涡轮发动机中的任何一种，其中包括但不限于例如7系列或9系列重型燃气涡轮发动机等的那些燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10可以具有不同的构造并且可以使用其它类型的部件。本文中也可以使用其它类型的燃气涡轮发动机。本说明书中还可以一起使用多种燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮机、以及其它类型的发电设备。