本发明专利技术涉及由惰性气体或较低反应性燃料层进行燃料覆盖。一种用于燃气涡轮燃烧器的预混合器包括：构造成用来喷射高反应性燃料的第一通道；以及构造成用来喷射惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物的第二通道。第二通道构造成用来形成惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物的层，该层覆盖高反应性燃料的层。另一种预混合器包括多个喷嘴，各个喷嘴包括一对同心管，这对同心管包括第一管和第二管，第一管构造成用来喷射高反应性燃料，第二管包围第一管且构造成用来分配惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物，该惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物覆盖高反应性燃料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器的空气燃料混合器，且涉及用于混合空 气与燃料的方法。
技术介绍
燃气涡轮制造商规律地参与研究和工程规划以生产将会高效地操作而不会产生 不合需要的空气污染排放的新燃气涡轮。通常由燃烧常规碳氢化合物燃料的燃气涡轮所产 生的主要空气污染排放为氮的氧化物、一氧化碳和未燃碳氢化合物。喷气发动机中分子氮 的氧化在很大程度上取决于燃烧系统反应区中的最大热气体温度。形成氮的氧化物(NOx) 的化学反应速率是温度的指数函数，因此由这些反应所生成的NOx也被称作热NOx。如果燃 烧室热气体的温度被控制到足够低的水平，则将不产生热NOx。控制燃烧器反应区的温度低于形成热NOx所处的水平的一种方法是在燃烧之前 将燃料与空气预混合为贫混合物。存在于贫预混合的燃烧器的反应区中的过量空气的热质 量吸热，且将燃烧产物的温升降至不会形成热NOx的水平。存在与以燃料与空气的贫预混合操作的干式低排放燃烧器(其中燃料与空气的 易燃混合物存在于处于燃烧器的反应区外部的燃烧器的预混合区段内)相关联的若干潜 在问题。由于回火或自燃，在预混合区段内可存在发生燃烧的趋势，回火在火焰从燃烧器反 应区传播到预混合区段内时发生，且使得火焰在燃料喷射柱(射流横流)或叶片后缘后方 的尾流内保持，自燃在燃料/空气混合物在预混合区段中的停留时间和温度足以在无点火 器的情况下开始燃烧时发生。预混合区段中燃烧的结果是排放性能劣化和/或预混合区段 的过热和损坏，预混合区段通常并不设计成耐受燃烧的热。因此，要解决的问题是防止会导 致在预混合器内燃烧的回火或自燃。此外，离开预混合器及进入燃烧器反应区的燃料与空气的混合物应非常均勻，以 实现所希望的排放性能。如果在流场中存在燃料/空气混合物强度比平均值浓得多的区 域，则在这些区域中的燃烧产物将到达高于平均值的温度，且可形成热NOx。取决于温度与 滞留时间的组合，这可能会导致不符合NOx排放目标。如果在流场中存在燃料/空气混合 物强度比平均值稀得多的区域，那么可能会发生火焰淬熄而不能将碳氢化合物和/或一氧 化碳氧化到平衡水平。这可能会导致不符合一氧化碳(CO)和/或未燃碳氢化合物(UHC) 排放目标。因此，要解决的另一问题是产生离开预混合器的、足够均勻以符合排放性能目标 的燃料/空气混合物强度分布。更进一步，为了满足在许多应用中强加于燃气涡轮的排放性能目标，必须将燃料/ 空气混合物强度减小至接近关于大多数碳氢燃料的贫可燃极限的水平。这可能会导致火焰 传播速度以及排放的减小。因此，贫预混合燃烧器可倾向于比更常规的扩散火焰燃烧器更 不稳定，且常常导致高水平的燃烧驱动动态压力波动(也被称作燃烧动态性)。燃烧动态性 可具有不利的结果，诸如由于磨损或疲劳、回火或吹熄造成燃烧器和涡轮硬件损坏。因此， 要解决的另一问题是将燃烧动态性控制到可接受的低水平。用于减排的贫预混合燃料喷射器在工业中普遍使用，二十多年来，一直在精简，以 便在重型工业燃气涡轮中实践。美国专利5，259，184中描述了这种装置的代表性实例。这 种装置实现了燃气涡轮排气减排方面的进步。相对于现有技术的扩散火焰燃烧装置，在不 使用诸如蒸汽或水的稀释喷射的情况下，实现了氮的氧化物，NOx的一个数量级或更多的降 低。但是，如上文所述，可能在招致若干问题的风险下获得排放性能中的这些益处。特 别地，该装置的预混合区段内的回火和火焰稳定导致排放性能劣化和/或由于过热而引起 硬件损坏。此外，增大的水平的燃烧驱动动态压力活动由于磨损或高循环疲劳故障而导致 燃气涡轮的燃烧系统部件和/或其它部件的使用寿命缩短。更进一步，增大了燃气涡轮操 作复杂性和/或必须对燃气涡轮进行操作限制，以便避免导致高水平动态压力活动、回火 或吹熄的条件。除了这些问题之外，常规贫预混合的燃烧器可能未实现离开预混合器且进入反应 区的燃料和空气的完全均勻的预混合可能实现的最大排放减少。
技术实现思路
根据一实施例，用于燃气涡轮燃烧器的预混合器包括构造成用来喷射高反应性 燃料的第一通道；以及构造成用来喷射惰性气体或较低化学反应性燃料或二者的混合物的 第二通道，其中，第二通道构造成用来形成惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物的 层，该层覆盖高反应性燃料的层。根据另一实施例，用于燃气涡轮燃烧器的预混合器包括多个喷嘴，各个喷嘴包括 一对同心管，这对同心管包括第一管和第二管，第一管构造成用来喷射高反应性燃料，第二 管包围第一管且构造成用来喷射惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物，该惰性气体 或较低反应性燃料或二者的混合物覆盖高反应性燃料。根据又一实施例，形成用于燃气涡轮燃烧器的可燃混合物的方法包括喷射高反 应性燃料；以及喷射惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物，其中惰性气体或较低反 应性燃料或二者的混合物覆盖高反应性燃料。附图说明 图1示意性地描绘了包括扩散的水平燃料通道和惰性和/或较低反应性燃料通道 的预混合器；料覆盖图2示意性地描绘了根据图1的预混合器由惰性和/或较低反应性燃料进行的燃图3示意性地描绘了根据另一实施例在管内包括多个燃烧装置管的预混合器； 图4至图11示意性地描绘了根据另外的实施例的第一通道和第二通道。部 件列表毂与护罩区段2第一槽4第二槽6惰性气体/较低反应性燃料 8燃料10空气流12燃烧器14喷嘴16内管18外管20燃料22惰性气体/较低反应性燃料 24空气流26漩涡28反漩涡30回火制止器3具体实施例方式参看图1和图2，燃烧器的预混合器的毂与护罩区段2包括第一通道4和第二通道 6。从第一通道4提供燃料10。燃料10可为高反应性燃料，例如氢气(H2)或者具有高氢水 平的燃料。燃料10也可例如为天然气、液体燃料、煤气化得到的气体、合成燃料和碳氢化合 物燃料或者具有高碳氢化合物水平的燃料。燃料10与空气流12混合以形成用于燃烧的燃 料_空气混合物。应了解惰性气体和/或较低反应性燃料也可刚好在高反应性燃料之后喷 射。这可能会潜在地降低由燃料喷射引起的回流区的反应性，且因此降低火焰稳定的倾向 性。从第二通道6提供惰性气体或较低反应性燃料或者二者的混合物8。惰性气体可 为例如氮气(N2)或者水蒸汽(H2O)或者二氧化碳(CO2)或其组合。第一或燃料通道4构造 成用来保持燃料10远离毂与护罩区段2，在毂与护罩区段2处，燃料10可被截留并造成火 焰稳定。如在图2中详细地示出，第二通道6具有逐渐扩张的区域。第二通道6如图1所 示比燃料通道4更宽，且延伸到毂与护罩区段2，以完全遮盖燃料10的层。如图2所示，可通过由惰性气体或较低反应性燃料或二者的混合物8的层覆盖高 反应性燃料10来提高火焰稳定界限，以控制由于流动相关问题造成的燃烧提早发生。对于 高反应性燃料，如氢气，流动扰动可截留燃料且引起火焰稳定问题。使用通道4、6来缓慢地扩散并形成由惰性气体或较低反应性燃料8遮盖的高反应 性燃料10的层，并且阻滞燃料空气界面之间的反应。如在图2中详细地示出，第二通道6 具有逐渐扩张的区域，但应了解第一通道4和第二通道6两者都可包括逐渐扩张的区域，以 经由逐渐扩张的区域来缓慢地扩散惰性气体或较低反应性燃料以及高反应性燃料的流。通 道4、6构造成用来提供大体上均勻的分布，并且在高反应性燃料10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于燃气涡轮燃烧器（１４）的预混合器，包括：构造成用来喷射高反应性燃料（１０；２２）的第一通道（４；１８）；以及构造成用来喷射惰性气体或较低反应性燃料（８；２４）或者二者的混合物的第二通道（６；２０），其中，所述第二通道（６；２０）构造成用来形成覆盖所述高反应性燃料（１０；２２）的层的惰性气体或较低反应性燃料（８；２４）或二者的混合物的层。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：AR罕，B瓦拉塔拉延，GO克雷默，E伊尔马茨，B莱西，WD约克，
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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