具有一體式液體蒸發器的預混噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請和所得的專利大體上涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體而言，涉及一種燃料氣體預混噴嘴，其具有用于減少總體水消耗且改善熱效率的一體式液體蒸發器。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪發動機的操作效率和總體功率輸出大體上隨熱燃燒氣流的溫度升高而提高。然而，高的燃燒氣流溫度可產生較高水平的氮氧化物(NOx)。此種排放可受美國的聯邦和州法規管轄，且還可受國外的類似法規管轄。因此，在于有效高溫范圍中操作燃氣渦輪發動機的益處同時還確保氮氧化物的輸出和其他類型的受調節的排放保持遠低于授權水平之間存在平衡作用。而且，改變負載水平、改變環境條件、和其他類型的操作參數也可對總體燃氣渦輪效率和排放具有顯著影響。
[0003]若干類型的已知燃氣渦輪發動機設計，如使用干式低N0x(“DLN”)的那些，大體上在反應或燃燒區的上游預混燃料流和空氣流，以便通過多個預混燃料噴嘴來減少NOx排放。此種預混趨于降低峰值火焰溫度，且因此減少NOx排放。
[0004]為了燃料靈活性和功率系統可用性，低排放燃氣渦輪通常在燃料預混器之外配備有噴射液體燃料以作為輔助或后備燃料的系統。液體燃料噴射器可穿過氣體預混器的中心插入。因為液體燃料在燃燒之前可能不蒸發和與空氣充分地預混，所以可將大量的水噴射至權燒區中，以便降低火焰溫度和所得的NOx排放。因此，當利用此種液體燃料操作時，可能需要顯著且昂貴的水量。而且，噴水可降低總體燃氣渦輪效率。
[0005]因此，期望改進的雙燃料預混噴嘴。此種預混噴嘴可以以減少的總體水消耗來容納輔助燃料(如液體燃料)，同時維持燃氣渦輪熱效率和功率生成。
【發明內容】
[0006]本申請和所得的專利因此提供了一種燃料噴嘴，其用于使用主燃料和輔助燃料的燃氣渦輪發動機。燃料噴嘴可包括用于主燃料的多個主燃料噴射端口、水通路、多個輔助燃料噴射端口、和用于使輔助燃料霧化的輔助燃料蒸發器系統。
[0007]本申請和所得的專利還提供了一種依靠主燃料或輔助燃料操作用于燃氣渦輪發動機的燃料噴嘴的方法。該方法可包括以下步驟:提供主燃料流、提供輔助燃料流、使輔助燃料流過霧化器、使輔助燃料霧化，和以減少的水消耗燃燒霧化的輔助燃料。
[0008]本申請和所得的專利還提供了一種提供用于使用天然氣和/或液體燃料的燃氣渦輪發動機的燃料噴嘴。燃料噴嘴可包括具有用于天然氣的多個天然氣噴射端口的多個旋流器導葉、水通路、多個液體燃料噴射端口、和用于使液體燃料霧化的液體燃料霧化器。
[0009]技術方案1:一種用于使用主燃料和輔助燃料的燃氣渦輪發動機10的燃料噴嘴100，包括:
用于主燃料的多個主燃料噴射端口 170;
水通路220; 多個輔助燃料噴射端口 280;和用于使輔助燃料霧化的輔助燃料蒸發器系統290。
[0010]技術方案2:根據技術方案I所述的燃料噴嘴100，其特征在于，還包括多個旋流器導葉160，所述多個旋流器導葉160具有定位在其上的所述多個主燃料噴射端口 170。
[0011 ]技術方案3:根據技術方案2所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述多個旋流器導葉160圍繞預混室150定位。
[0012]技術方案4:根據技術方案I所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述主燃料包括天然氣流。
[0013]技術方案5:根據技術方案I所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述水通路220包括引燃液體燃料通路220。
[0014]技術方案6:根據技術方案5所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述引燃液體燃料通路220延伸至引燃末梢210。
[0015]技術方案7:根據技術方案6所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述引燃末梢210包括圍繞其的引燃旋流器240。
[0016]技術方案8:根據技術方案I所述的燃料噴嘴100，其特征在于，還包括與所述多個輔助燃料噴射器280連通的輔助燃料通路260。
[0017]技術方案9:根據技術方案8所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述輔助燃料包括液體燃料流。
[0018]技術方案10:根據技術方案I所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述輔助燃料蒸發器系統290包括霧化器290。
[0019]技術方案11:根據技術方案10所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述霧化器290包括霧化旋流器300。
[0020]技術方案12:根據技術方案11所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述霧化旋流器300包括柄320和凸緣330。
[0021]技術方案13:根據技術方案11所述的燃料噴嘴100，其特征在于，所述霧化旋流器300包括其中的多個槽口 340。
[0022]技術方案14:根據技術方案11所述的燃料噴嘴100，其特征在于，霧化器300包括護套310，所述護套310在其中具有孔口 350。
[0023]技術方案15:—種依靠主燃料或輔助燃料來操作用于燃氣渦輪發動機10的燃料噴嘴100的方法，包括:
提供主燃料流；
提供輔助燃料流；
使輔助燃料流過霧化器290;
使輔助燃料霧化;和燃燒霧化的輔助燃料。
[0024]技術方案16:—種用于使用天然氣和/或液體燃料的燃氣渦輪發動機的燃料噴嘴，包括:
多個旋流器導葉，其具有用于天然氣的多個天然氣噴射端口；
水通路； 多個液體燃料噴射端口；和液體燃料霧化器，其用于使液體燃料霧化。
[0025]技術方案17:根據技術方案16所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述霧化器包括霧化旋流器。
[0026]技術方案18:根據技術方案17所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述霧化旋流器包括凸緣，所述凸緣在其中具有多個槽口。
[0027]技術方案19:根據技術方案16所述的燃料噴嘴，其特征在于，霧化器包括護套，所述護套在其中具有孔口。
[0028]技術方案20:根據技術方案16所述的燃料噴嘴，其特征在于，所述水通路包括引燃液體燃料通路。
[0029]在結合若干附圖和所附權利要求查閱以下詳細描述時，本申請和所得的專利的這些及其他特征和改善將對于本領域技術人員而言將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0030]圖1為示出壓縮機、燃燒器、渦輪和負載的燃氣渦輪發動機的示意圖。
[0031]圖2為可與圖1的燃氣渦輪發動機一起使用的燃燒器的示意圖。
[0032]圖3為在本文中可能描述的預混燃料噴嘴的截面圖。
[0033]圖4為可與圖3的預混噴嘴一起使用的引燃燃料末梢(pilotfuel tip)的局部截面圖。
[0034]圖5為可與圖3的預混噴嘴一起使用的液體燃料噴射器的截面圖。
[0035]部件列表
10燃氣渦輪發動機 15壓縮機 20空氣 25燃燒器 30燃料 35燃燒氣體 40渦輪 45軸 50負載 52端蓋 54過渡件 56燃料噴嘴 58襯套 60燃燒區 62流動套筒 64流路 66殼
100預混燃料噴嘴 110環形護罩 120空氣入口 130轂
140噴嘴凸緣
150預混室
160旋流器導葉
170噴射端口
180氣體通路
190空氣通路
200空氣進口
210引燃末梢
220液體燃料通路
230液體燃料進口
240引燃旋流器
250液體燃料蒸發器系統
260液體燃料通路
270預混液體燃料進口
280預混燃料噴射器
290液體燃料霧化器
300內旋流器
310外護套
320柄
330凸緣
340 槽口
350 孔口。
【具體實施方式】
[0036]現在參看附圖，在附圖中，相似的數字表示貫穿該若干視圖的相似元件，圖1示出了可能在本文中使用的燃氣渦輪發動機10的示意圖。燃氣渦輪發動機10可包括壓縮機15。壓縮機15壓縮空氣20的進入流。壓縮機15將空氣20的壓縮流輸送至燃燒器25。燃燒器25使空氣20的壓縮流與燃料30的加壓流混合，且點燃混合物來形成燃燒氣流35。盡管僅示出了單個燃燒器25，但燃氣渦輪發動機10可包括以周向陣列或其他形式布置的任何數目的燃燒器25。燃燒氣流35又輸送至渦輪40。燃燒氣流35驅動渦輪40，以便產生機械功。在渦輪40中產生的機械功經由軸45驅動壓縮機15和外部負載50，諸如發電機等。
[0037]燃氣渦輪發動機10可使用天然氣、液體燃料、各種類型的合成氣、和/或其他類型的燃料及其摻合物。燃氣禍輪發動機10可為Schenectady，New York的General ElectricCompany提供的許多不同燃氣渦輪發動機中的任一種，包括但不限于諸如7或9系列重載燃氣渦輪發動機等的那些。燃氣渦輪發動機10可具有不同構造，且可使用其他類型的構件。在本文中還可使用其他類型的燃氣渦輪發動機。在本文中還可一起使用多個燃氣渦輪發動機、其他類型的渦輪、和其他類型的功率生成設備。
[0038]圖2示出了可與上文所述的燃氣渦輪發動機10等一起使用的燃燒器25的實例的示意圖。燃燒器25可圍繞渦輪40從頭端處的端蓋52延伸至后端處的過渡件54。多個燃料噴嘴56可圍繞端蓋5