專利名稱：燃燒器以及用于向燃燒器供給燃料的方法
技術領域：
本發明總體涉及燃燒器以及用于向燃燒器供給燃料的方法。
背景技術：
燃燒器普遍用于工業和發電操作中，以點燃燃料從而產生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃氣渦輪機通常包括一個或多個燃燒器以產生電力或推力。用于產生電力的典型的燃氣渦輪機包括位于前部處的軸向壓縮機、圍繞中部的一個或多個燃燒器、以及位于后部處的渦輪。環境空氣可以被供給至壓縮機，并且壓縮機中的旋轉輪葉和固定葉片逐步向工作流體(空氣)施加動能，以產生處于高能狀態的壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮機、并且通過一個或多個噴嘴流入每個燃燒器中的燃燒室中，在每個燃燒器中的燃燒室處，壓縮工作流體與燃料混合并且點燃，以產生具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪中膨脹，從而做功。例如，燃燒氣體在渦輪中的膨脹可以使連接至發電機的軸旋轉以產生電力。各種設計和操作參數對燃燒器的設計和操作會產生影響。例如，較高的燃燒氣體溫度大體改進燃燒器的熱力學效率。然而，較高的燃燒氣體溫度還促進回火或者火焰保持狀況，在所述回火或者火焰保持狀況中，燃燒火焰朝向由噴嘴供給的燃料發生遷移，從而有可能在相對較短的時間量中對噴嘴造成嚴重損壞。此外，燃燒室中的局部熱斑(localizedhot streaks)可能使雙原子氮的離解率(disassociation rate of diatomic nitrogen)提高，從而使處于較高的燃燒氣體溫度的氮氧化物(NOx)的產生增加。相反地，與減少的燃料流和/或部分負載操作(下降)相關的較低的燃燒氣體溫度大體使燃燒氣體的化學反應率降低，從而使一氧化碳(carbon monoxide)和未燃盡的烴(hydrocarbon)的產生增加。在特定的燃燒器設計中，多個管可以徑向布置在端帽中，以提供流過端帽、并且進入燃燒室的工作流體與燃料的流體連通。所述管增強了工作流體與燃料之間的混合，以使得對于較高的燃燒氣體溫度而言成問題的熱斑能夠減少。因此，所述管，尤其在較高的操作水平下，在防止回火、或火焰保持以及/或者減少NOx產生方面是有效的。然而，改進的燃燒器以及用于向管供給燃料的方法將是有用的，所述方法允許在不同的操作水平下向所述管提供分級加料或操作。
發明內容
本發明的各個方面以及優點將會在下文的描述中進行闡述，或者是通過描述可以顯而易見的，或者是可以通過實施本發明而學到。本發明的一個實施例是一種燃燒器，該燃燒器包括徑向延伸跨過燃燒器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括與下游表面軸向分開的上游表面、以及沿圓周包繞上游表面和下游表面的帽護罩。管的第一回路從上游表面延伸通過下游表面，并且端帽中的第一燃料增壓室(first fuel plenum)與管的第一回路流體連通。管的第二回路從上游表面延伸通過下游表面，并且端帽中的第二燃料增壓室相對于第一燃料增壓室處于下游、且與管的第二回路流體連通。所述第一燃料增壓室與所述管的第二回路流體連通。所述燃燒器進一步包括在所述第一燃料增壓室或所述第二燃料增壓室中的至少一個中徑向延伸的擋板。所述燃燒器包括與所述端帽的軸向中心線對準的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴提供通過所述端帽的流體連通。所述燃燒器進一步包括位于所述端帽中的第三增壓室，所述第三增壓室相對于所述第二燃料增壓室處于下游。所述燃燒器進一步包括通過所述帽護罩的端口，其中所述端口提供通過所述帽護罩到所述第三增壓室的流體連通。本發明的另一個實施例是一種燃燒器，該燃燒器包括徑向延伸跨過燃燒器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括相對于下游表面軸向分開的上游表面、以及沿圓周包繞上游表面和下游表面的帽護罩。第一屏障(first barrier)于上游表面與下游表面之間在端帽中徑向延伸。第一增壓室相對于第一屏障處于上游，并且第二增壓室相對于第一屏障處于下游。多個管從上游表面延伸通過第一屏障和下游表面，以提供通過端帽的流體連通。第一管道與第一增壓室流體連通，并且第二管道與第二增壓室流體連通。所述第一管道使燃料通過所述上游表面被供給至所述第一增壓室。所述第二管道使燃料或稀釋劑中的至少一種通過所述上游表面和所述第一屏障被供給至所述第二增壓室。所述燃燒器進一步包括所述多個管的第一回路、以及從所述第一增壓室通過所述多個管的所述第一回路中的每個管的流體通路。所述燃燒器進一步包括所述多個管的第二回路、以及從所述第二增壓室通過所述多個管的所述第二回路中的每個管的流體通路。所述燃燒器進一步包括擋板，所述擋板在所述第一增壓室或所述第二增壓室中的至少一個中徑向延伸。所述燃燒器進一步包括與所述端帽的軸向中心線對準的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴提供通過所述端帽的流體連通。所述燃燒器進一步包括第二屏障，所述第二屏障在所述第一屏障與所述下游表面之間在所述端帽中徑向延伸，其中所述第二屏障至少部分地限定相對于所述第二屏障處于下游的第三增壓室。所述燃燒器進一步包括通過所述帽護罩的端口，其中所述端口提供通過所述帽護罩與所述第三增壓室的流體連通。本發明還可以包括一種用于向燃燒器供給燃料的方法。該方法包括使工作流體流過軸向延伸通過端帽的多個管，端帽徑向延伸跨過燃燒器的至少一部分。該方法進一步包括使第一燃料從端帽中的第一燃料增壓室流過多個管的第一回路、以及使第二燃料從端帽中的第二燃料增壓室流過多個管的第二回路，其中第二燃料增壓室相對于第一燃料增壓室處于下游。所述方法進一步包括使所述第一燃料或者第一稀釋劑中的至少一種流過所述多個管的所述第二回路。所述方法進一步包括使所述第一燃料圍繞擋板流動，所述擋板在所述第一燃料增壓室中徑向延伸。所述方法進一步包括使第三燃料或稀釋劑中的至少一種流過噴嘴，所述噴嘴與所述端帽的軸向中心線對準。所述方法進一步包括使工作流體流過位于所述端帽中的第三增壓室，所述第三增壓室相對于所述第二燃料增壓室處于下游。通過閱覽說明書，本領域普通技術人員將更好地理解這些以及其它實施例的特征和各個方面。
參照附圖，說明書的剩余部分中更具體地闡述了面向本領域普通技術人員的本發明的完整公開，這種公開使得本領域普通技術人員能夠實現本發明，包括本發明的最佳模式，在附圖中圖1是屬于本發明的各種實施例的范圍內的示例性燃燒器的簡化橫截面圖；圖2是根據本發明的實施例的沿線A-A截取的圖1中所示的端帽的橫截面圖；圖3是根據本發明的實施例的沿線A-A截取的、圖1中所示的端帽的橫截面圖；圖4是根據本發明的實施例的沿線A-A截取的、圖1中所示的端帽的橫截面圖；圖5是圖4中所示的端帽的簡化部分透視圖；
圖6是根據本發明的第一實施例的、圖5中所示的端帽的一部分的放大橫截面圖7是根據本發明的第二實施例的、圖5中所示的端帽的一部分的放大橫截面圖；以及圖8是根據本發明的第三實施例的、圖5中所示的端帽的一部分的放大橫截面圖。附圖標記列表
權利要求
1.一種燃燒器，所述燃燒器包括 a.端帽，所述端帽徑向延伸跨過所述燃燒器的至少一部分，其中所述端帽包括與下游表面軸向分開的上游表面、以及沿圓周包繞所述上游表面和所述下游表面的帽護罩； b.管的第一回路，所述管的第一回路從所述上游表面延伸通過所述下游表面； c.位于所述端帽中的第一燃料增壓室，所述第一燃料增壓室與所述管的第一回路流體連通； d.管的第二回路，所述管的第二回路從所述上游表面延伸通過所述下游表面；以及 e.位于所述端帽中的第二燃料增壓室，所述第二燃料增壓室相對于所述第一燃料增壓室處于下游、并且與所述管的第二回路流體連通。
2.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述第一燃料增壓室與所述管的第二回路流體連通。
3.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括在所述第一燃料增壓室或所述第二燃料增壓室中的至少一個中徑向延伸的擋板。
4.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器包括與所述端帽的軸向中心線對準的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴提供通過所述端帽的流體連通。
5.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括位于所述端帽中的第三增壓室，所述第三增壓室相對于所述第二燃料增壓室處于下游。
6.根據權利要求5所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括通過所述帽護罩的端口，其中所述端口提供通過所述帽護罩到所述第三增壓室的流體連通。
7.一種燃燒器，所述燃燒器包括 a.端帽，所述端帽徑向延伸跨過所述燃燒器的至少一部分，其中所述端帽包括與下游表面軸向分開的上游表面、以及沿圓周包繞所述上游表面和所述下游表面的帽護罩； b.第一屏障，所述第一屏障在所述上游表面與所述下游表面之間在所述端帽中徑向延伸； c.第一增壓室，所述第一增壓室相對于所述第一屏障處于上游； d.第二增壓室，所述第二增壓室相對于所述第一屏障處于下游； e.多個管，所述多個管從所述上游表面延伸通過所述第一屏障和所述下游表面，以提供通過所述端帽的流體連通； f.第一管道，所述第一管道與所述第一增壓室流體連通；以及 g.第二管道，所述第二管道與所述第二增壓室流體連通。
8.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述第一管道使燃料通過所述上游表面被供給至所述第一增壓室。
9.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述第二管道使燃料或稀釋劑中的至少一種通過所述上游表面和所述第一屏障被供給至所述第二增壓室。
10.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括所述多個管的第一回路、以及從所述第一增壓室通過所述多個管的所述第一回路中的每個管的流體通路。
11.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括所述多個管的第二回路、以及從所述第二增壓室通過所述多個管的所述第二回路中的每個管的流體通路。
12.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括擋板，所述擋板在所述第一增壓室或所述第二增壓室中的至少一個中徑向延伸。
13.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括與所述端帽的軸向中心線對準的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴提供通過所述端帽的流體連通。
14.根據權利要求7所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括第二屏障，所述第二屏障在所述第一屏障與所述下游表面之間在所述端帽中徑向延伸，其中所述第二屏障至少部分地限定相對于所述第二屏障處于下游的第三增壓室。
15.根據權利要求14所述的燃燒器，其特征在于，所述燃燒器進一步包括通過所述帽護罩的端口，其中所述端口提供通過所述帽護罩與所述第三增壓室的流體連通。
16.一種用于向燃燒器供給燃料的方法，所述方法包括以下步驟 a.使工作流體流過軸向延伸通過端帽的多個管，所述端帽徑向延伸跨過所述燃燒器的至少一部分； b.使第一燃料從所述端帽中的第一燃料增壓室流過所述多個管的第一回路；以及 c.使第二燃料從所述端帽中的第二燃料增壓室流過所述多個管的第二回路，其中所述第二燃料增壓室相對于所述第一燃料增壓室處于下游。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括使所述第一燃料或者第一稀釋劑中的至少一種流過所述多個管的所述第二回路。
18.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括使所述第一燃料圍繞擋板流動，所述擋板在所述第一燃料增壓室中徑向延伸。
19.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括使第三燃料或稀釋劑中的至少一種流過噴嘴，所述噴嘴與所述端帽的軸向中心線對準。
20.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括使工作流體流過位于所述端帽中的第三增壓室，所述第三增壓室相對于所述第二燃料增壓室處于下游。
全文摘要
本發明公開一種燃燒器以及用于向燃燒器供給燃料的方法，該燃燒器包括端帽，該端帽具有與下游表面軸向分開的上游表面、以及沿圓周包繞上游表面和下游表面的帽護罩。管的第一回路從上游表面延伸通過下游表面，并且第一燃料增壓室與管的第一回路流體連通。管的第二回路從上游表面延伸通過下游表面，并且相對于第一燃料增壓室處于下游的第二燃料增壓室與管的第二回路流體連通。本發明還公開一種用于向燃燒器供給燃料的方法，該方法包括以下步驟使工作流體流過管、使燃料或稀釋劑從第一燃料增壓室流過管的第一回路、以及使燃料或稀釋劑從第二燃料增壓室流過管的第二回路，其中第二燃料增壓室相對于第一燃料增壓室處于下游。
文檔編號F23R3/02GK103017199SQ201210361190
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月25日 優先權日2011年9月25日
發明者J.D.貝里 申請人:通用電氣公司