本发明专利技术涉及用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统和方法。更具体而言，一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统包括跨过燃烧器的至少一部分径向地延伸的管束，其中，管束包括与下游表面轴向分开的上游表面。护罩周向地包围上游和下游表面。多根管从上游表面穿过管束延伸穿过下游表面，其中，下游表面为阶梯状，以穿过管束产生具有不同长度的管。一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的方法包括使工作流体流过径向布置在端帽的上游表面和下游表面之间的多根管，该端帽跨过燃烧器的至少一部分径向地延伸，其中下游表面为阶梯状。
【技术实现步骤摘要】
用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统和方法联邦研究声明本专利技术按照美国能源部授予的DE-FC26-05NT42643号合同在政府支持下进行。政府在本专利技术中享有某些权利。
本专利技术大体上涉及用于减少燃烧器中的燃烧动态(combustiondynamic)和NOx的系统和方法。
技术介绍
燃烧器在工业和发电操作中普遍地用于点燃燃料以产生具有高的温度和压力的燃烧气体。例如，燃气涡轮机通常包括一个或更多燃烧器以产生动力或推力。用于产生电力的典型燃气涡轮机包括在前部的轴流压缩机、在中部附近的一个或更多燃烧器以及在后部的涡轮机。环境空气可被供应到压缩机，并且压缩机中的旋转叶片和静叶逐渐地赋予工作流体(空气)动能，以产生处于高能量状态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机并穿过一个或更多喷嘴流入每个燃烧器中的燃烧腔中，在此，压缩工作流体与燃料混合并点燃而产生具有高的温度和压力的燃烧气体。燃烧气体在涡轮机中膨胀而做功。例如，燃烧气体在涡轮机中的膨胀可使连接到发电机的轴旋转而产生电力。各种设计和运行参数影响燃烧器的设计和运行。例如，较高的燃烧气体温度通常提高燃烧器的热力学效率。然而，较高的燃烧气体温度也促进了回火或火焰稳定(flameholding)状态，其中燃烧火焰朝着由喷嘴供应的燃料迁移，这可能在相对较短的时间量内对喷嘴造成严重损坏。此外，较高燃烧气体温度通常增加了二价氮的解离速率，从而增加了氮氧化物(NOx)的产生。反之，与减小的燃料流量和/或部分负荷运行(减轻)相关联的较低燃烧气体温度通常降低了燃烧气体的化学反应速率，增加了一氧化碳和未燃烧烃的产生。在特定的燃烧器设计中，多个预混合器管可径向布置在端帽中以提供流体连通，用于工作流体和燃料穿过端帽并进入燃烧腔中。虽然在防止回火或火焰稳定和控制不期望排放的同时允许较高运行温度方面是有效的，但一些燃料和运行条件对燃烧器中的高氢燃料成分产生非常高的频率。与高频率相关联的燃烧器中增加的振动可降低一个或更多燃烧器构件的使用寿命。备选地或另外，燃烧动态的高频率可在预混合器管和/或燃烧腔内部产生压力脉冲，其影响燃烧火焰的稳定性，减小对回火或火焰稳定的设计裕度且/或增加不期望的排放。因此，减小燃烧器中的共振频率的系统和方法将可用于提高燃烧器的热力学效率、防止燃烧器遭受灾难性破坏且/或在较大范围的燃烧器运行水平下减少不期望的排放。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点在下面的描述中陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本专利技术来了解。本专利技术的一个实施例是一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统。该系统包括跨过燃烧器的至少一部分径向地延伸的管束，其中，管束包括与下游表面轴向分开的上游表面。护罩周向地包围上游和下游表面。多根管从上游表面穿过管束延伸穿过下游表面，其中，下游表面为阶梯状，以防止管之间的火焰相互作用并穿过管束产生具有不同长度的管。本专利技术的另一实施例是一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统，该系统包括跨过燃烧器的至少一部分径向地延伸的端帽，其中，端帽包括上游表面和与上游表面轴向分开的阶梯状下游表面。帽罩周向地包围上游和下游表面。多根管从上游表面穿过端帽延伸穿过阶梯状下游表面。本专利技术还可包括一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的方法。该方法包括使工作流体流过径向布置在端帽的上游表面和下游表面之间的多根管，该端帽跨过燃烧器的至少一部分径向地延伸，其中下游表面为阶梯状。通过阅读说明书，本领域的普通技术人员将更好地理解这些实施例和其它实施例的特征和方面。附图说明在说明书的其余部分中，包括参考附图，更具体地阐述了本专利技术的全面且能够实施的公开内容，包括对于本领域技术人员而言的最佳模式，在附图中：图1是根据本专利技术的一个实施例的示例性燃烧器的简化剖视图；图2是根据本专利技术的实施例的图1所示的端帽的上游轴向视图；图3是根据本专利技术的备选实施例的图1所示的端帽的上游轴向视图；图4是根据本专利技术的备选实施例的图1所示的端帽的上游轴向视图；图5是根据本专利技术的第一实施例的管束的放大剖视图；图6是根据本专利技术的第二实施例的管束的放大剖视图；图7是根据本专利技术的第三实施例的管束的放大剖视图；图8是根据本专利技术的第四实施例的管束的放大剖视图；以及图9是根据本专利技术的第五实施例的管束的放大剖视图。附图标记：10燃烧器12壳体14端盖16流动孔18冲击套筒20过渡件22衬里24端帽26燃烧腔28上游表面30下游表面32帽罩(capshield)34管36管束38护罩42轴向中心线52燃料室(fuelplenum)54燃料管道56燃料端口58热障涂层60管延伸部62屏障64稀释剂室66稀释剂管道68稀释剂端口70稀释剂通道。具体实施方式现在将详细地提及本专利技术的当前实施例，这些实施例的一个或更多示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或类似的标记用于指代本专利技术的相同或类似的部分。每个示例以本专利技术的说明而非本专利技术的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可在本专利技术中做出修改与变型。例如，作为一个实施例的部分显示或描述的特征可用于另一实施例，以产生又一实施例。因此，本专利技术意图覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改与变型。本专利技术的各个实施例包括用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统和方法。在特定实施例中，具有下游阶梯状表面的不同长度的多根管跨过端帽径向地布置在一个或更多管束中。不同管长度减低了燃烧动态的固有频率、减少流动不稳定性且/或跨过端帽的下游表面轴向地分布燃烧火焰以减少NOx产生。备选地或另外，端帽的下游表面可包括热障涂层、稀释剂通道和/或管突起，它们独立地或共同地进一步冷却下游表面、减少流动不稳定性且/或轴向地分布燃烧火焰。因此，本专利技术的各个实施例可允许扩展的燃烧器运行条件，延长各种燃烧器构件的寿命和/或维护间隔时间，维持回火或火焰稳定的足够设计裕度且/或减少不期望的排放。虽然出于说明目的将大体上在并入燃气涡轮机中的燃烧器的背景下描述本专利技术的示例性实施例，但本领域的普通技术人员将容易理解，本专利技术的实施例可应用于任何燃烧器且不限于燃气涡轮机燃烧器，除非在权利要求中明确叙述。图1示出根据本专利技术的一个实施例的例如将包括在燃气涡轮机中的示例性燃烧器10的简化剖视图。壳体12和端盖14可包围燃烧器10以包含流至燃烧器10的工作流体。工作流体穿过冲击套筒18中的流动孔16沿着过渡件20和衬里22的外部流动，以向过渡件20和衬里22提供对流冷却。当工作流体到达端盖14时，工作流体转向而穿过端帽24流入燃烧腔26中。端帽24跨过燃烧器10的至少一部分径向地延伸，并且大体上包括上游表面28和与上游表面28轴向分开的下游表面30。如本文所用，术语“上游”和“下游”是指构件在流体通道中的相对位置。例如，如果流体从构件A流至构件B，则构件A在构件B的上游。反之，如果构件B接纳来自构件A的流体流，则构件B在构件A的下游。帽罩32周向地包围上游表面28和下游表面30，以在上游表面28和下游表面30之间限定在端帽24内部的一个或更多流体室。多根管34从上游表面28穿过端帽24延伸穿过下游表面30，以提供穿过端帽24到燃烧腔26本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统，包括：a.?管束，所述管束跨过所述燃烧器的至少一部分径向地延伸，其中，所述管束包括与下游表面轴向分开的上游表面；b.?护罩，所述护罩周向地包围所述上游和下游表面；c.?多根管，所述多根管从所述上游表面穿过所述管束延伸穿过所述下游表面，其中，所述下游表面为阶梯状，以防止管之间的火焰相互作用并穿过所述管束产生具有不同长度的管。
【技术特征摘要】
2011.10.26 US 13/281,5281.一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统，包括：a.管束，所述管束跨过所述燃烧器的至少一部分径向地延伸，其中，所述管束包括与下游表面轴向分开的上游表面；b.护罩，所述护罩周向地包围所述上游和下游表面；以及c.多根管，所述多根管从所述上游表面穿过所述管束延伸穿过所述下游表面，其中，所述下游表面为阶梯状，以防止管之间的火焰相互作用并穿过所述管束产生具有不同长度的管；d.其中，所述上游表面、所述下游表面和所述护罩限定燃料室，其中所述多根管中的每根管与所述燃料室流体连通。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多根管中的第一组从所述下游表面向下游延伸。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括径向布置在所述燃烧器中的多个管束。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括沿着所述下游表面的至少一部分的热障涂层。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括屏障，所述屏障在所述上游和下游表面之间在所述管束内部径向延伸，以分开所述管束内部的燃料室与稀释剂室。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括穿过所述下游表面的多个稀释剂端口，其中，所述多个稀释剂端口提供了从所述稀释剂室穿过所述下游表面的流体连通。7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括穿过所述多根管的多个燃料端口，其中，所述多个燃料端口提供了从所述燃料室穿过所述多根管的流体连通。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下游表面在凹入方向上为阶梯状。9.一种用于减少燃烧器中的燃烧动态和NOx的系统，包括：a.端帽，所述端帽跨过所述燃烧器的至少一部分径向地延伸，其中，所述端帽包括上游表面和与所述上游表面轴向分开的阶梯状下游表面；b.帽罩，所述帽罩周向地包围所述上游和下游表面，其中所述帽罩、所述上游表面和所述下游...
【专利技术属性】
技术研发人员：严钟昊，TE约翰逊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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