[发明专利]用于分段式环形燃烧系统的集成燃烧器喷嘴

说明书

本公开涉及用于一种用于分段式环形燃烧系统的集成燃烧器喷嘴。所述集成燃烧器喷嘴包括外衬段、内衬段以及在所述外衬段和所述内衬段之间径向延伸的燃料喷射板。所述燃料喷射板包括第一侧壁、第二侧壁以及位于所述第一侧壁和所述第二侧壁之间的多个预混合通道，所述预混合通道中的每个预混合通道具有位于所述第一侧壁和第二侧壁中的一者上的出口。所述燃料喷射板的后端限定涡轮喷嘴。

关于由联邦政府赞助的研究的声明

本发明以由美国能源部授予的编号为DE-FE0023965的合同而受政府支持。政府享有本发明的某些权利。

相关申请案的交叉引用

本申请是非临时申请，主张2016年3月25日提交的申请序列号为62/313,312的美国临时申请的优先权，此申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本说明书中所公开的主题涉及一种用于燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统。更确切地说，本公开涉及用于一种燃气涡轮机的分段式环形燃烧系统的集成燃烧器喷嘴。

背景技术

工业用燃气涡轮机燃烧系统通常燃烧烃类燃料并且产生污染空气的排放物，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。燃气涡轮机中分子氮的氧化取决于位于燃烧器中的气体的温度以及位于燃烧器内最高温度区域中的反应物的停留时间。因此，燃气涡轮机所产生的NOx量可以通过将燃烧器温度维持在低于产生NOx的温度或通过限制燃烧器中的反应物的停留时间来减少或控制。

控制燃烧器温度的一种方法涉及在燃烧之前对燃料和空气进行预混合以形成燃料空气混合物。所述方法可以包括燃料喷射器的轴向分级，其中第一燃料空气混合物在所述燃烧器的第一或初级燃烧区域处喷射并且点燃以产生主高能燃烧气体流，并且其中第二燃料空气混合物经由定位在所述初级燃烧区域下游的多个径向定向并且周向隔开的燃料喷射器或轴向分级燃料喷射器组件来喷射到所述主高能燃烧气体流中并且与其混合。所述第二燃料空气混合物喷射到所述次级燃烧区域中有时称为“横流喷射(jet-in-crossflow)”布置。

轴向分级喷射增加了可用燃料完全燃烧的可能性，进而减少污染空气的排放物。但是对于常规轴向分级燃料喷射燃烧系统，使送至各种燃烧器部件以用于冷却的空气流、送至燃烧器头端以用于第一燃料空气混合物的空气流以及/或者送至轴向分级燃料喷射器以用于第二燃料空气混合物的空气流之间达到平衡，同时在燃气涡轮机的整个操作范围内维持排放物合规性中存在各种挑战。因此，包括轴向分级燃料喷射的改进的燃气涡轮机燃烧系统在行业内将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中进行阐述，或可以从说明书中显而易见，或可以通过实践了解到。

本公开的各种实施例涉及一种具有多个环形布置的集成燃烧器喷嘴的分段式环形燃烧系统，其中每个集成燃烧器喷嘴流体连通到至少一个燃料喷射模块，所述至少一个燃料喷射模块包括燃料喷嘴部分和多个燃料喷射喷枪。每个集成燃烧器喷嘴包括内衬段、外衬段以及在所述内衬段和所述外衬段之间延伸的一个或多个燃料喷射板。每个燃料喷射板在其中设置有多个预混合通道，所述多个预混合通道从所述多个燃料喷射喷枪接收燃料。所述燃料喷嘴部分将第一燃料空气混合物引入初级燃烧区域，并且所述燃料喷射板将第二燃料空气混合物引入所述初级燃烧区域轴向下游的次级燃烧区域。所述集成燃烧器喷嘴和燃料喷射模块的布置限定初级燃烧区域和次级燃烧区域的环形阵列。

在至少一个实施例中，每个燃料喷射板的下游端部分过渡到涡轮喷嘴或翼型件中，所述涡轮喷嘴或翼型件与所述燃料喷射板以无缝方式集成一体。因此，每个燃料喷射板可以视作没有前缘的翼型件。在特定实施例中，所述涡轮喷嘴至少部分被热屏蔽件或外罩(cover)包裹或包覆。在特定实施例中，所述涡轮喷嘴和/或屏蔽件的一部分可以由陶瓷基质复合材料形成。