二次燃料喷嘴中的燃料喷射制造技术

本发明专利技术涉及二次燃料喷嘴中的燃料喷射，具体而言，在燃气涡轮机燃烧系统用的传统二次燃料喷嘴中，二次空气进入并绕插塞流动，以通过插塞中的孔与喷射的燃料混合。提供了一种新颖的二次燃料喷嘴（１０），其中，燃料在二次空气入口位置的上游被喷射，这允许自流动区域中移除插塞。示例二次燃料喷嘴（１０）包括输送燃料的喷嘴体（１６）；喷嘴外壳（２１０），其环绕喷嘴体（１６）并限定用于二次空气（２０）进入并流向喷嘴体（１６）的一个末端的空气通道（２２０）；位于空气通道（２２０）上游的预混合燃料单元（５００，６００），其将喷嘴体（１６）所输送的燃料喷入二次空气（２０）中，以在燃烧之前预混合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在燃气涡轮机系统中的二次燃料喷嘴中喷射燃料的系统和方法。
技术介绍
政府机构已经制定要求减少排放物尤其是氧化氮(NOx)和一氧化碳(CO)的量 多个规章，以试图减少来自燃气驱动的涡轮机的污染。更有效的燃烧过程，比如干式低 NOx(DLNl)系统所提供的燃烧过程，可导致更低的燃烧排放。一些早期的燃烧系统使用了产生扩散火焰的扩散型喷嘴。这是一种通过在火焰区 中扩散而分别喷射燃料和空气并发生混合的喷嘴。扩散型喷嘴产生高排放，因为燃料和空 气在高温下以理想配比燃烧。为了改进扩散型喷嘴，可以预混合燃料和空气，使得燃料和空气在燃烧之前形成 均勻的混合物，该混合物以比扩散型火焰更低的温度燃烧，产生更低的NOx排放。预混合可 在燃料喷嘴内或燃料喷嘴外发生。图1示意性地图示了燃气涡轮机，该燃气涡轮机包括燃烧室18和设置成用来将燃 料喷入燃烧室18的二次燃料喷嘴10。压缩的二次空气20进入二次燃料喷嘴10，并沿向右 的方向流向设在喷嘴体16外圆周周围的离散位置处的插塞12。二次燃料喷嘴10封入在帽 中心喷嘴体M内。图2更详细地图示了二次燃料喷嘴20的传统设计。二次燃料喷嘴10的喷嘴体16 被圆柱形喷嘴外壳210包围。二次空气20通过设在喷嘴外壳210上的空气通道220进入。 扩散型导向管11通过旋流器在喷嘴末梢14处将燃料直接喷入燃烧室18，以形成稳定的引 导火焰。二次燃料喷嘴10也包括多个离散的插塞12，其自燃料输送管路13供给燃料。提 供插塞12来扩散燃料——就是说，将燃料喷洒入二次空气20——以在燃烧室的上游获得 燃料和空气的预混合。从这点上，插塞12充当用来将燃料喷入二次空气20的喷射器。传 统地，圆形燃料插塞12与圆形燃料扩散孔22 —起使用来扩散燃料，如图3中所示。回头参考图1和图2，可见到在传统的二次燃料喷嘴设计中，二次空气20进入二次 燃料喷嘴10，并在二次空气入口位置下游处的插塞12周围流动，且与通过插塞12的孔的气 态燃料混合。将会理解的是，传统二次燃料喷嘴中的插塞可导致气流中的相当大的压降，因为 它们在二次空气的流动区域中。例如，当二次燃料喷嘴中有六个插塞时，插塞阻塞大约四％ 的流动区域。导致的压降可不利地影响涡轮机的总效率，这又会导致排放增加。同样，插塞 限制了改变燃料输送的能力。此外，插塞限制了适应宽范围的燃料体积流的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的一个非限制性方面涉及一种二次燃料喷嘴，该喷嘴包括布置成在燃气涡 轮机中输送燃烧用的燃料的喷嘴体，和环绕喷嘴体的喷嘴外壳。喷嘴外壳在喷嘴体的预定纵向位置处限定一个或多个空气通道，使得进入喷嘴外壳的二次空气自一个或多个空气通 道流向喷嘴体的一个末端。设在一个或多个空气通道上游的预混合燃料单元布置成将喷嘴 体所输送的燃料喷入二次空气，以在燃烧之前预混合燃料和空气。本专利技术的另一个非限制性方面涉及一种燃气涡轮机，该燃气涡轮机包括燃烧室和 二次燃料喷嘴，该二次燃料喷嘴布置成将预混合的燃料和空气提供到燃烧室中。上述的二 次燃料喷嘴可用于燃气涡轮机中。现在将结合下面标识的图形更加详细地描述本专利技术。 附图说明图1是包括置于其内的二次燃料喷嘴的燃气涡轮机的视图；图2是传统的二次燃料喷嘴的视图；图3是传统的二次燃料喷嘴的插塞的视图；图4和图5是二次空气入口位置上游的非限制性燃料喷射位置的侧视和透视图；图6和图7是二次燃料喷嘴的第一非限制性实施例的透视图和剖切侧视图；图8和图9是设在第一实施例的预混合燃料单元上的非限制性示例燃料喷射孔布 置的视图；图10和图11分别是二次燃料喷嘴的第二非限制性实施例的透视图和剖切侧视 图；图12是第二实施例的非限制性燃料歧管的视图；图13和图14是设在第二实施例的预混合燃料单元上的非限制性示例燃料喷射孔 布置的视图。图15和图16是二次燃料喷嘴的第三非限制性实施例的透视图和侧视图；以及图17、18、19和20是第三实施例的非限制性变型的视图。部件列表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次燃料喷嘴（１０），包括：布置成输送燃气涡轮机中燃烧用的燃料的喷嘴体（１６）；环绕所述喷嘴体（１６）的喷嘴外壳（２１０），所述喷嘴外壳（２１０）在所述喷嘴体（１６）的预定纵向位置处限定一个或多个空气通道（２２０），使得进入所述喷嘴外壳（２１０）的二次空气（２０）自所述一个或多个空气通道（２２０）流向所述喷嘴体（１６）的一个末端；以及预混合燃料单元（５００，６００），其位于所述一个或多个空气通道（２２０）的上游，并布置成将由所述喷嘴体（１６）输送的燃料喷入所述二次空气（２０）中，以在燃烧之前预混合燃料和空气。

【技术特征摘要】
US 2009-12-8 12/6333301.一种二次燃料喷嘴(10)，包括布置成输送燃气涡轮机中燃烧用的燃料的喷嘴体(16)；环绕所述喷嘴体(16)的喷嘴外壳010)，所述喷嘴外壳(210)在所述喷嘴体(16)的预 定纵向位置处限定一个或多个空气通道020)，使得进入所述喷嘴外壳O10)的二次空气 (20)自所述一个或多个空气通道(220)流向所述喷嘴体(16)的一个末端；以及预混合燃料单元(500，600)，其位于所述一个或多个空气通道Q20)的上游，并布置成 将由所述喷嘴体(16)输送的燃料喷入所述二次空气00)中，以在燃烧之前预混合燃料和 空气。2.如权利要求1所述的二次燃料喷嘴(10)，其特征在于，在所述喷嘴体(16)内提供 一个或多个燃料输送管路(13)，以便将要喷射的所述燃料供给所述预混合燃料单元(500， 600)，各燃料输送管路(1 沿所述喷嘴体(16)的长度的至少一部分提供。3.如权利要求1所述的二次燃料喷嘴(10)，其特征在于，所述预混合燃料单元(500) 包括位于所述一个或多个空气通道O20)的上游的第一板(510)；位于所述一个或多个空气通道O20)的更上游的第二板(520)，以便形成具有限定在 所述第一板(510)和第二板(520)之间的体积空间的燃料增压室(550)，所述燃料增压室 (55)布置成充满从所述喷嘴体(16)输送的所述燃料；以及多个燃料喷射孔(530)，其提供在所述第一板(510)上，并被布置成使得所述燃料增压 室(550)中的所述燃料经由所述多个燃料喷射孔(530)被喷入所述二次空气00)中。4.如权利要求3所述的二次燃料喷嘴(10)，其特征在于，一个或多个燃料输送管路(1 提供在所述喷嘴体(16)之内，各燃料输送管路沿所述 喷嘴体(16)的长度部分；以及所述预混合燃料单元(500)还包括一个或多个预混合连接管路(540)，该一个或多个 预混合连接管路640)将所述增压室(550)连接到所述一个或多个燃料输送管路(13)，以 便将要喷射的所述燃料供给所述燃料增压室(550)。5.如权利要求3所述的二次燃料喷嘴(10)，其特征在于，所述多个燃料喷射孔(530) 中的至少两个在所述第一板(510)上布置在彼此径向地不同、周向地不同或者两者都不同 的位置上。6.如权利要求3所述的二次燃料喷嘴(10)，其特征在于，所述多个燃料喷射孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：V纳德卡尼，M库马，AR罕，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US