本发明专利技术提供一种用于增强火焰稳定性和抗回火性的预混合装置。该预混合装置包括构造成将燃料引入预混合装置的燃料进口和构造成将空气引入预混合装置的空气进口。该预混合装置还包括多个旋流器叶片，该多个旋流器叶片构造成为燃料和／或空气提供旋流运动以便于燃料和空气混合成气态预混合物，其中，所述多个旋流器叶片中每个旋流器叶片的形状选择成控制预混合装置中的燃料和／或空气的轴向速度分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及预混合装置，尤其涉及用于增强火焰稳定性(FLAMEHOLDING)和抗回火性(FLASH BACK RESISTANCE)的预混合装置。
技术介绍
各种类型的燃烧器已为人所知，这些燃烧器用在如联合循环发电 厂一类的系统中。用于这类系统的燃烧器通常都设计成使排放物(例 如，氮氧化物和一氧化碳排放物)最低化。在大多数烧天然气系统中， 都用贫燃预混合火焰操作燃烧器。在这些系统中，用处于燃烧区域上 游的预混合装置混合燃料和空气，用于产生处于贫燃状态下的预混合 火焰以减少燃烧器的排放物。通常，这样的预混合装置要获得足够的火焰稳定性裕度 (FLAMEHOLDINGMARGIN)是很困难的。在一些燃烧器中，增加处于预 混合装置的混合区内的燃料-空气混合物的平均速度以提高这类装置 的火焰稳定性裕度。但是，这会导致在燃烧器上有相对高的压力降， 从而降低了燃烧器效率。因此，需要提供一种预混合装置，该预混合装置既能提高燃烧器 的火焰稳定性裕度，又能在燃烧器上维持可接受的压力降。此外，希 望提供一种预混合装置，该预混合装置能增强燃烧器的抗回火性，并 能使用多种燃料。
技术实现思路
简单地讲，本专利技术的一个实施例提供了一种预混合装置。该预混 合装置包括构造成将燃料引入预混合装置的燃料进口和构造成将空气 引入预混合装置的空气进口 。该预混合装置还包括多个旋流器叶片， 该多个旋流器叶片构造成为燃料和/或空气提供旋流运动以利于燃料 和空气混合形成气态预混合物，其中，所迷多个旋流器叶片中每个旋 流器叶片的形状选择成控制预混合装置中的燃料和/或空气的轴向速 度分布。本专利技术的另一个实施例提供了一种燃烧器。该燃烧器包括预混合 装置，该预混合装置构造成混合燃料和空气以形成气态预混合物。该 预混合装置包括多个旋流器叶片，该多个旋流器叶片构造成为燃料和/ 或空气提供旋流运动以利于燃料和空气混合，其中，所述多个旋流器 叶片中每个旋流器叶片的形状选择成控制预混合装置中的燃料和/或 空气的轴向速度分布。该预混合装置还包括构造成燃烧气态预混合物 的燃烧室。本专利技术的又一个实施例提供了一种操作燃烧器的方法。该方法包 括将燃料和空气引入预混合装置和控制预混合装置内的燃料和/或空 气的轴向速度分布以形成气态预混合物。该方法还包括在燃烧室内燃 烧气态预混合物。附图说明阅读下面的详细描迷并参考附图可对本专利技术的这些和其它特征、 方面以及优点有更好的理解。在所有附图中，相似的附图标记代表相似的部件，其中图l是根据本专利技术技术的多个方面的燃气轮机系统的示意图； 图2是一种根据本专利技术技术多个方面的具有预混合装置的燃烧器的示意图，该燃烧器用在图l所示的燃气轮机系统中；图3是具有旋流器叶片的预混合装置的一个示例性结构的示意图， 该预混合装置用在图2所示的根据本专利技术技术的多个方面的燃烧器中；图4是图3所示的根据本专利技术技术的多个方面的旋流器叶片的示例 性结构的示意图5是图4所示的根据本专利技术技术的多个方面的旋流器叶片的另一 个示例性结构的示意图6是穿过预混合装置中心体端部的环面的示例性轴向速度分布 的示意图，该预混合装置用在图2所示的根据本专利技术技术的多个方面的 燃烧器中。图7是带有常规旋流器的预混合装置的燃料/空气不混合度的示例 性结果的曲线图8是低旋流预混合装置的燃料/空气不混合度的示例性结果的曲 线图；图9是图4所示的预混合装置的燃料/空气不混合度的示例性结果 的曲线图。图面说明10燃气轮机12燃烧器14压缩机16环境空气18压缩空气20燃料流22燃烧器排气流24涡轮26发电机28轴40燃烧器42预混合装置44气态预混合物46燃烧室48下游处理过程50旋流器叶片60预混合装置62旋流器叶片64，66燃料孔70旋流器叶片72中心体74j氐旋;危区76护罩78高旋流区90旋流叶片结构92旋流角度94中心线96旋流器叶片100轴向速度分布102轴向速度基线分布 104有低旋流时的轴向速度 106有定制旋流时的轴向速度120无旋流预混合装置的燃料/空气不混合度的结果 122离叶片的距离 124 %不混合度 126分布曲线130低旋流预混合装置的燃料/空气不混合度的结果 132有低旋流时的分布曲线140定制旋流预混合装置的燃料/空气不混合度的结果 142有定制旋流时的分布曲线具体实施例方式如下面所详细论述的，本专利技术技术的实施例的功能都是为了提高 燃烧器(如用于燃气轮机的燃烧器)的火焰稳定性裕度和抗回火性。 具体地，本专利技术技术包括调整预混合装置内的燃料和空气的速度分布， 用于获得增强的火焰稳定性和抗回火性。现在参考附图并首先参考图 1，图l示出了具有燃烧器12的燃气轮机10。燃气轮机10包括构造成压 缩环境空气16的压缩机14。燃烧器12与压缩机14成流体相通，且构造 成接收来自压缩机14的压缩空气18并燃烧燃料流20以产生燃烧器排气 流22。另外，燃气轮机10包括定位在燃烧器12下游的涡轮24。涡轮24 构造成使得燃烧器排气流22膨胀以驱动外部栽荷，如发电机26。在该 图示的实施例中，压缩机14由涡轮24产生的动力通过轴"来驱动。燃烧器12采用了预混合装置，该预混合装置构造成控制燃料和/或 空气的轴向速度分布，用于增强燃烧器12的火焰稳定性和抗回火性。 图2是按照本专利技术技术多个方面的具有预混合装置42的燃烧器12的示 例性结构40的示意图，该燃烧器12用在图1所示的燃气轮机系统10中。 如图所示，燃烧器40包括预混合装置42,预混合装置"构造成混合燃 料20和空气18以形成气态预混合物44。此外，燃烧器40包括燃烧室46， 燃烧室46构造成燃烧气态预混合物44以形成燃烧器排气流22。此外， 燃烧器排气流22被导向下游处理过程48，如被导向涡轮24 (见图l)以 用于驱动外部栽荷26 (见图l)在这个示例性实施例中，预混合装置42包括多个旋流器叶片50， 所述叶片构造成为燃料20和/或空气18提供旋流运动以利于燃料20和 空气18混合。此外，所述多个旋流器叶片50中每个叶片的形状选择成 控制预混合装置42内的燃料20和/或空气18的轴向速度分布。在一些实 施例中，所述多个旋流器叶片50中每个叶片的形状选择成控制预混合 装置42内的燃料20和/或空气18的周向速度分布。图3是用在图2所示的 根据本专利技术技术的多个方面的燃烧器40中的预混合装置60的示意图， 该预混合装置包括具有示例性结构的旋流器叶片，如由附图标记62所 代表的旋流器叶片。预混合装置60接收来自压缩机14的压缩空气18。 此外，在这个例子中，预混合装置60还接收穿过燃料孔的燃料20,这 些燃料孔(例如由附图标记64和66所代表的)置于该多个旋流器叶片 62上。在一些实施例中，可以将燃料20引入成其它结构的喷嘴中，燃 料20的例子包括碳氢燃料，或者合成气燃料，或者一氧化碳，或者碳 氢燃料混合物，或者含有氢的燃料，或者含有一氧化碳的燃料，或者 含有惰性物的燃料，或者它们的组合物.在该图示实施例中，多个旋流器叶片62的形状选择成使得叶片62 为靠近预混合装置60中心体的燃料20和/或空气18提供相对低的旋流。 在一个示例性实施例中，所述多个旋流器叶片62中每个叶片的旋流角 调整成控制预混合装置内的燃料20和/或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种预混合装置，包括： 燃料进口，该燃料进口构造成将燃料引入该预混合装置； 空气进口，该空气进口构造成将空气引入该预混合装置；以及 多个旋流器叶片，该多个旋流器叶片构造成为燃料和／或空气提供旋流运动以便于燃料和空气混合形成 气态预混合物，其中，所述多个旋流器叶片中每个旋流器叶片的形状选择成控制该预混合装置中的燃料和／或空气的轴向速度分布。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：E伊尔马茨，B瓦拉塔拉彦，GO克雷默，BP拉西，B卓，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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