专利名称：预混合预涡旋等离子体辅助式引燃器的制作方法
技术领域：
本发明大致地涉及燃气轮机燃烧器(combustors)，并且更具体地涉 及用于改善贫燃料(lean)熄灭极限(blow-out limits)及降低燃气轮机燃 烧器的燃烧不稳定性的放电装置。
背景技术：
充分地预混合(premixed)的贫燃料燃烧是在高点火率下使低氮氧 化物(NOx)排放成为可能的关键。其也被称为干式低NOx(DLN)燃烧， 因为其无需增加蒸汽或水来将峰值燃烧温度保持在低的水平就可达 到低的NOx排放。在贫燃料预混合燃烧中所出现的问题之一是会发生 热-声不稳定性(thermo-acoustic instabilities)或燃烧动态性(combustion dynamics),其如果未受抑制，可能引起足够大的压力波动从而损坏燃 气轮机硬件。等离子体辅助燃烧是这样一种技术，其被看作为一种有 潜力的、用以影响或控制燃烧过程(有效反应速率和/或燃烧稳定性)从 而能够抵消激励燃烧的动态性的声/热反馈闭环的技术。
与燃气轮机相关的另一个难题是降低(tum-down)。在日常的非高 峰运行时段，由于较低的电力需求，燃气轮机操作者(发电公司)降低 其机器的功率输出。在日常基础上将机器完全关闭是所不希望的，因 为这会引起燃气轮机部件较早出现周期性疲劳。进一步的，还会出现 与关闭过程和开启过程相关的成本。该成本被用于补偿在低需求(以及 因此低数值的发电量)时段期间运转燃气轮机的运行成本。
通常地，在完全预混合模式下，DLN系统不能够降低在基本负荷 的~40%-50%以下。用以降^f氐到该水平以下的方法(例如，降^f氐燃津牛-空气比值，分级燃料至喷嘴中的仅一部分，或启动扩散引燃火焰)招致所不希望的副作用(例如，在贫燃料可燃性极限处火焰的不稳定性，由
于不完全燃烧造成的高的一氧化碳(co)排放，以及由于高的扩散火焰
温度造成的较高NOx)。
还有另 一个与燃气轮机相关的难题是在基于地面式(land-based) 燃气轮机中以及对于高海拔飞行器引擎而言都存在的燃烧点火。
与在燃气轮机中应用等离子体辅助燃烧技术相关的难题包括但 不局限于如下这些困难，即，与在提高了的气体密度处产生放电以及 在燃烧室(combustion chamber)内隔离(isolating)高压电极有关的困难。
用于解决前述难题中的某些难题的已知的技术包括l)通过在燃
所不希望地产生高CO排放，2)分级燃烧，以及3)转换至部分预混合 或不预混合燃烧，其同样也会产生所不希望的高NOx排放。
考虑到上述内容，提供改善燃气轮机燃烧器的贫燃料熄灭极限的 方法和系统既是有利的也是有益的。如果该系统和方法能容易地被配 置用作点火源以及用作用于降低燃烧不稳定性的手段，则将是更有利 的。
发明内容
简要地，根据一个实施例，离子增强的引燃器包括旋流器装置， 其基本上(substantially)布置在引燃器内且配置成用于接收引燃燃料 (pilot fliel)和引燃空气，并且使该31燃燃料和该引燃空气基本上在旋流 器内形成涡流以提供预混合预涡旋的燃料/空气混合物，引燃器基本上 布置在燃气轮机燃烧器的预混合燃料/空气喷嘴部分的中心体内。
在一些实施例中，旋流器装置完全地(solely)布置在引燃器内。在
其它实施例中，旋流器装置配置成用于接收引燃燃料和引燃空气并使 引燃燃料和引燃空气完全地在旋流器装置内形成涡流。在又一些其它
实施例中，引燃器完全地布置在燃气轮机燃烧器的预混合燃料/空气喷 嘴部分的中心体之内。根据另一个实施例，等离子体增强式引燃器包括旋流器装置，引 燃器配置成被插入至贫燃料预混合基于地面式燃气轮机燃烧器燃料
喷嘴的中心体内的现存的空白(blank)(扫气空气)管筒(cartridge)或液体 燃料(双燃料)的管筒的空间中。
根据又一个实施例， 一种产生燃气轮机燃烧器引燃火焰的方法包
含
提供基本上位于引燃器(其完全地位于燃气轮机燃烧器的预混合 燃料/空气喷嘴部分的中心体之内)内的旋流器装置；
基本上在旋流器装置中使燃料/空气混合物预混合并预形成涡流， 以及；
将离开引燃器的预混合预涡旋的燃料/空气混合物点燃以形成基 本上在燃气轮机燃烧器内的主燃烧区域内的引燃火焰区域内的等离 子体增强引燃火焰气体。
根据又一个实施例，等离子体增强式引燃器布置在贫燃料预混合 基于地面式燃气轮机燃烧器燃料喷嘴的中心体内的现存的空白(扫气 空气)或液体燃料(双燃料)的管筒空间内，等离子体增强式引燃器包含 至少部分地布置在电介质屏障(dielectric barrier)内的高压电极，其中，
电介质屏障配置成用于避免在高压电极放电期间的大电流，从而提供 冷的或非平衡(non-equilibrium)的等离子体，其具有比由热的或热能化 的(thermalized)(平衡的)等离子体所产生的NOx排放要低的NOx排放。 根据又一个实施例，等离子体增强式引燃器完全地布置在贫燃料 预混合基于地面式燃气轮机燃烧器燃料喷嘴的中心体之内的现存空 白(扫气空气)或液体燃料(双燃料)的管筒的空间内，引燃器配置成用以 在引燃器中产生具有这样的NOx排放的冷的或非平衡的等离子体，该 NOx排》i^氐于由热的或热能化的(平衡的)等离子体所产生的NOx排 放。
7通过参考所附示意图而阅读下面的详细描述，本发明的这些特 征，方面和优点以及其它特征，方面和优点将得到更好的理解，在示
意图中，同样的符号表示各个图中同样的部件，其中
图1是显示了根据本发明的一个方面的预混合预涡旋等离子体辅
助式引燃器的侧视截面图2是图1所描绘的引燃器的俯视截面图3是包括根据本发明的一个方面的预混合预涡旋等离子体辅助
式引燃器的DLN燃气轮机喷嘴的侧视截面图4是本技术领域所已知的、不具有用于提供等离子体辅助燃烧
的等离子体引燃器的DLN燃气轮机喷嘴；
图5是根据本发明的另一个方面的、可用于提供等离子体辅助燃
烧的DLN燃气轮机喷嘴；
图6是根据本发明的一个方面的示出了等离子体放电的在图5中
所示的等离子体辅助的预混合引燃器喷嘴的详细视图7更为详细地示出了图5和图6中所示的DLN喷嘴的等离子
体辅助引燃器部分；
图8是图7所描绘的等离子体辅助引燃器的俯视图； 图9是图7所描绘的等离子体辅助引燃器的仰视图；而 图IO是图7所描绘的等离子体辅助引燃器的剖视图。 虽然上文的示意图提出了备选的实施例，但正如讨论中所提及的
那样，本发明的其它实施例也是可以考虑的。在所有情况下，本公开
文档以介绍的方式而不以作为限制的方式来展示本发明的所示出的
实施例。本领域技术人员可想出大量的其它的修改和实施例，其落在
本发明原则的精神和范围之内。 零件列表
(10)预混合预涡旋等离子体辅助式引燃器 (12)入口端口 (14)低压电极(16)高压电极
(18)电介质材料
(20)》走流器装置
(22)放电(等离子体)区域
(30)DLN燃气轮机喷嘴
(32)主燃料端口
(34)空气入口端口
(36)主空气旋流器
(38)燃烧管通道
(40)燃烧管
(42)旋流器燃料进入端口
(44)主燃烧区域
(46)等离子体增强的引燃火焰
(50)引燃器
(60)DLN燃气轮机喷嘴
(62)空气管筒
(64)环形扩散燃料端口
(65)空气进入端口
(66)外侧主预混合燃料端口
(68)最外侧环形主进入空气端口
(70)DLN燃气轮机喷嘴
(72)等离子体区域
(74)火焰区域
(80)等离子体流
具体实施例方式
此处，下文中参考示图所描述的实施例针对于引燃器，该引燃器 包括用于使空气和燃料或燃料/空气混合物产生涡流的装置以提供预混合预涡旋等离子体辅助(增强)引燃火焰，其适合于供燃气轮机燃烧 器使用。根据一个实施例，该引燃器位于燃气轮机燃烧器的预混合燃 料/空气喷嘴的中心体内，且其运行以改善燃烧器的贫燃料熄灭极限 (LBO)。引燃器还可(但不局限于)运行作为点火源和/或用于降低燃烧 不稳定性的手段。
现在来看图1,侧朝W黄截面示图以图示方式示出了才艮据本发明的
一个方面的预混合预涡旋等离子体辅助式引燃器10。引燃器10包括 旋流器装置20，以使通过一个或多个入口端口 12进入引燃器10的空 气和燃料或燃料/空气混合物产生涡流。由此产生的预混合的且预涡旋 的燃料/空气混合物通过由相应的内高压电极和外低压电极16, 14所 形成的通道而离开旋流器装置20。电极14, 16可为棵露的导电材料， 或者，电极中的一个或两者都可由电介质材料18所封装。高电压电 场产生于电极之间，在燃料/空气混合物中引起放电。该放电自空气和 燃料中创造出离子，高能类物质(energetic species),以及离解产物。 伴随上述放电的化学方面，气体的某些温度加热同样也会发生。最终， 生成短暂的高反应性的游离基(radical)类物质。升高的温度和游离基类 物质的结合点燃了离开引燃器10的引燃燃料/空气混合物。在引燃器 IO放电区域内，预混合的燃料/空气混合物以这样的速度流动，该速 度高到足够用于防止点燃的引燃火焰向上游运动进入引燃器管筒。在 此区域内的速度可在(但不局限于)大约150英尺/秒至大约250英尺/ 秒之间。该高的速度还可起以下作用l)辅助放电流的分布，在下文 中将进一步详细讨论，2)防止热弧(hot arcs)的形成，以及3)保持电极 表面温度较低(由于高速度的流动且通过将火焰向下游地推离喷嘴表 面)。
旋转的起反应的游离基增强的燃料/空气混合物离开引燃器10并 进入主燃烧区域(在此之后参考图3，图5和图6进行描述)。在主燃烧 区域，引燃火焰气体与离开燃料喷嘴主要部分的大的多的贫燃料预混 合燃料/空气流相混合并相互作用。热的游离基增强的引燃气体充当用于该主贫燃料燃料/空气混合物的稳定装置及点火源。
在贫燃料降低工况下，引燃器IO可起以下作用，即，通过使贫 燃料主燃料/空气混合物变稳定一一若非该引燃器10，其将是不稳定 的或是超过贫燃料熄灭极限的一一而改善燃烧器的贫燃料熄灭极限。
此外，在热-声不稳定性推动燃烧动态性的情况下，引燃器10还可充 当用于主火焰的稳定装置；或者，可对其加以调整以抵消特定的动态 燃烧声音(tones)。
图2为图1中的引燃器10的俯视截面图，且可以看到，包括了 布置在引燃器IO的中心部分内的内高压电极16。电介质绝缘体18包 围高压电极16。环形的旋流器装置20包围电介质绝缘体18。引燃器 10的外壳体14形成外电极，该外电极连接至合适的机器地(ground)。 旋流器装置20运行以在放电(等离子体)区域22的上游提供预混合预 涡旋的燃料/空气混合物。在一个实施例中，可省去该电介质绝缘体 18。在任一种情形下，棵露的或涂覆有电介质的电极都可使用脉冲电 力或AC电力中的任一种而被供以能量从而达到所希望的结果。AC 电力可实施为使用正弦波或其它连续的周期性波形，而脉冲电力可使 用具有非常短暂的上升时间( 5-20ns)和短暂的脉冲长度( 201^-100 ju s) 的脉冲来实现。
此处所描述的引燃器实施例可运行以提供等离子体辅助的预混 合式引燃式燃烧从而增强在较低的降低工况下的燃烧过程，同时避免 上文所讨论的所不期望的影响。通过产生稳定主预混合燃料-空气流的 高温和反应性类物质，燃料，空气或燃料/空气混合物的一部分的化学 的活化作用(chemical activation)可增强燃烧器的整体反应过程。因此， 整个燃烧器的贫燃料可燃性极限延伸至更低的燃料/空气比值。本发明 认为，主预混合燃料/空气流与起反应的引燃气体的紊流混合将增强整 个燃烧器的反应性，使CO的更快的燃尽率(bumout rates)成为可能， 且贫燃料的或富燃料的预混合？ 1燃避免了峰值火焰温度及由此生成 的NOx(其在火焰扩散引燃时会发生)。
ii举例而言，如果需要的话，此处所述的具体的引燃器实施例还可 充当用于筒形燃烧器系统的各个燃料喷嘴中的整体点火器，从而省去
了交叉点火管(cross-fire tubes)。此外，此处描述的具体的实施例还可 扩大筒式燃烧器和环形燃烧器两者的整体点火包络(envelope)。此处所 述的引燃器的具体的实施例还允许等离子体技术的在燃气轮机燃料 喷嘴中的使用和集成，由此解决了与将隔离的高压电极结合入燃烧室 相关的难题。
现在来看图3，根据本发明的一个方面示出了包括预混合预涡旋 等离子体辅助引燃器10的DLN燃气轮机喷嘴30的侧视截面图。进 入DLN喷嘴30的主供给空气通过空气入口端口 34而进入并经过其 自身的空气旋流器36，在那里其继续流动进入主燃烧区域44。在进 入主燃烧区域44之前，形成涡流的主空气与主供给燃料在燃烧管 (burner tube)40通道38内混合。主供给燃料通过一个或多个主燃料端 口 32而进入以提供主燃料供给。然后，主空气与主燃料混合以提供 主预混合燃料，其流经DLN燃气轮机喷嘴燃烧管40并进入燃烧区域 44。
引燃空气通过引燃空气进入端口 12而进入并从那里流入到引燃 旋流器装置20。引燃燃料通过一个或多个引燃燃料进入端口 32而进 入且也从那里经由旋流器燃料进入端口 42(基本上定位在引燃燃料进 入端口 32的下游)而流入引燃旋流器装置20。尽管并未针对主燃料和 1燃燃料显示出分离的流径，但是这两条燃料回路可选地可为相分离 的，并可独立地被控制。在旋流器装置20中燃料和空气共同形成涡 流以提供预混合预涡旋燃料/空气组合，其离开引燃器IO并进入燃烧 区域44，在那里，其与主预混合燃料一起被点燃以在主预混合火焰中 产生预混合的等离子体增强的引燃火焰46。
根据一个实施例，主预混合燃料仅与其自己的主供给空气混合， 而预混合预涡旋引燃燃料仅与其自己的引燃供给空气混合，以便更精 确地控制并实现所希望的、在燃烧区域44内的预混合的等离子体增强的引燃火焰。引燃器中的预混合燃料/空气混合物可以如下形式而构 成，即，其为燃料贫乏混合物(其包括过量空气)，燃料富足(其具有不 足的燃烧用空气)，或化学计量混合物(这样一种混合物，其具有恰为 实现完全燃烧所需的燃料和空气的比值)。此外，可通过多种方式来调 节燃料喷嘴中心体内的额外的非预混合的扫气空气的流率与预混合 预涡旋等离子体增强引燃燃料/空气混合物的流率之比，以优化等离子 体增强引燃火焰在点燃和稳定燃烧器内主预混合燃料/空气混合物的
燃烧方面的性能。备选的实施例可配置成使得l)引燃空气和燃料在 燃料喷嘴上游被完全地预混合，2)引燃燃料在旋流器上游进入引燃空 气，3)引燃燃料在旋流器的部分边上进入引燃空气4)引燃燃料在旋流 器下游引燃燃料进入引燃空气。
包含预混合预涡旋等离子体辅助式引燃器10的DLN燃气轮机喷 嘴30的优点包括(但不局限于)
在引燃火焰中提供预混合的燃料和空气，其避免了在扩散引燃火 焰中所发生的高温所生成的NOx;
较小的环形放电间隙距离(放电通道高度 1.5mm-3mm，在图1中 标号为22)，其允许在高压(5-20atm)及介于大约500。F和大约900°F 之间的温度下使用合理的电压(< 1 OOkV)来形成放电。
提供环形放电通道，其可以自然的方式适用于涡流稳定式 (swirl-stabilized)燃料/空气喷嘴；
提供环形放电通道，其有助于形成均匀电场，放电产生在该电场 中，由此提供了有所增加的生成均匀分布的放电的可能性；
提供涡旋的引燃流，其提供固有的空气动力学稳定性以使得在某 些情况下引燃器可不启动等离子体而起作用。
提供紊流式涡旋流(turbulent swirling flow),其可增强引燃火焰气 体与主涡旋预混合流的混合。
在引燃器放电体积内提供紊流式涡旋流，其有助于扩散辉光量 (difflise glow volume)和/或方文电流的更好的分布。提供这样的结构，其允许通过使用高压绝缘穿通(insulating feedthroughs)而将内高压电极与机器电气地相绝缘(在其中外电极接地 至燃料喷嘴，该外电极插入该燃料喷嘴中)。
根据一个方面，提供电介质屏障能力，其包括通过电介质材料(例 如，高温陶乾)而实现的内电极的封装，从而，通过避免在放电过程期 间的高电流而提供温度较低的等离子体，这是有利的特点，因为已证 实热的等离子体或热化的等离子体会生成其自身的NOx;
提供这样的结构，其既可使用脉沖高压电力也可使用更常规的 AC高压电力来运行，其中，该电力可在10-50kHz的频率下被施加， 或被调制到有利于燃烧器的频率(10's至lOOO，s Hz)下以抵制燃烧动态 噪声(modulated at frequencies of interest in the combustor (10，s to 1000's of Hz) to counteract combustion dynamic tones);
提供这样的等离子体放电，其正好位于引燃火焰前端区域的上游 和内部，恰使该放电位于进入火焰区域的入口处，该特征在高压力时 更为关键，在那里，活性类物质(activespecies)将更快地以碰撞方式捽 熄、(quenched); 以及
提供这样的引燃器，其插入至基于地面式燃气轮机燃烧器燃料喷 嘴(例如DLN系统)的中心体内的现存空间中，在其中，该引燃器可代 替空白(扫气空气)或液态燃料(双燃料)的管筒(其当前安装在该中心体 内)。因此，主预混合燃料/空气燃烧得到增强而无需修改关键的预混 合燃烧管区域(在此，逆燃和火焰保持是有待避免的难题)。
图4示出了 DLN燃气轮机喷嘴60，其不具有用于提供等离子体 辅助燃烧的等离子体引燃器，并且其为所熟知的形式。可以看到，DLN 燃气轮机喷嘴60包括布置在喷嘴60的中心体内的空气管筒62，其接 收冷却/扫气空气。扩散燃料通过喷嘴60的中心体和空气管筒62之间 的环形扩散燃料端口 64而进入喷嘴60。主预混合燃料通过一个或多 个外侧主预混合燃料端口 66而被提供给喷嘴60。主空气供给通过最 外侧环形主进入空气端口 (mian entry air port)68而进入喷嘴60。
14现在来看图5,根据本发明的另一个方面示出了可用于提供等离
子体辅助燃烧的DLN燃气轮机喷嘴70。喷嘴70包括引燃器50，下 面将参考图6至图10进行进一步详细描述，其布置在喷嘴70的中心 体内。空气和燃料，或预混合燃料/空气混合物通过一个或多个端口 12进入引燃器50;这样就不再需要例如如图4中所描绘的喷嘴60中 所示出的扩散燃料端口 64。冷却/扫气空气通过布置在喷嘴70的中心 体和引燃器之间的进入端口 65而进入喷嘴70。主预混合燃料通过外 侧环形主预混合燃料端口 66而被提供给喷嘴70。主空气供给通过最 外侧环形主进入空气端口 68进入喷嘴70。
可以看到，布置在DLN燃气轮机喷嘴70的中心体内的引燃器50 包括高压电极16(如前面讨论的那样)。对等离子体辅助式预混合引燃 器50的更详细的描述在图6中示出，该图6还示出了根据本发明的 一个方面的等离子体放电74。在高压电极16以如上文所述的方式进 行放电之时，等离子体放电74位于形成在DLN燃气轮机喷嘴70燃 烧区域内的等离子体区域72内。
除了高压电极16之外，引燃器50进一步还包括引燃器外体/夕卜电 极14(其接地至燃气轮机)，如上文所述的电介质绝缘体18,布置在空 气和燃料或预混合燃料/空气进入端口 12的下游且在等离子体区域72 的上游的旋流器装置20。本实施例并不局限于此，并且应当理解的是， 燃料可在引燃器管筒内任何部位被喷射，以使得其在等离子体区域的 上游被预混合。
根据本发明的一个方面的，图6还示出了与图5及图6所描绘的 预混合预涡旋等离子体辅助式引燃器50相关的等离子体特性。施加 在内高压电极16和外低压电极14之间的高压波形导致等离子体流 (plasma streamer)80被产生遍及通道区域并进入火焰区域74，在那里， 该流80(随着新的流80在高压电极16的放电尖端处被产生)最终消散。
图7-图10更详细地示出了在图5和图6中所示的DLN喷嘴70 的等离子体辅助引燃器部分。正如上文所描述的，预混合的燃料/空气
15混合物被引导进入引燃器进入端口 12,在此处，混合物流过环形通道
进入环形旋流器20。备选地，空气被引导进入引燃器进入端口 12， 而引燃燃料通过邻近于旋流器20的进入端口 ，直接被引入旋流器20 中，或在旋流器20的上游，或在旋流器20的下游被引入(正如根据参 考于图3的一个方面而在上文中所述的那样)。在旋流器20内燃料和 空气或燃料/空气混合物共同地涡旋式地旋转以提供预混合预涡旋的 引燃燃料/空气混合物，其在其通向放电区域72的路上离开旋流器20。 在一个方面，旋流器20包括多个弓形式的叶片，其使得当混合物经 过旋流器20时燃料和空气混合物更彻底地混合并形成涡流。
电介质屏障18，(其同样示出于图1-图2中)，将高压电极16从 低压电极14和喷嘴70的接地部分上隔离开来。根据一个实施例，内 高压电极16通过使用高压绝缘穿通(在其中，外电极14接地至燃料喷 嘴70接地，该外电极14插入该喷嘴70中)而以电气的方式与机器绝 缘。提供电介质屏障能力(根据一个方面)，其包括由电介质材料(例如 高温陶瓷)18所实现的内电极和/或外电极16的至少部分的封装，其有 助于在放电过程期间通过避免高电流从而提供较冷的等离子体，该特 征是有利的，因为已显示出，热的或热能化的等离子体会生成其自身 的NOx;
可使用的电介质屏障，在图1-图2以及图6-图10中标号为18， 根据一个实施例，可包括(但不局限于)均匀地涂敷在内高压电才及16 的夕卜表面上的高温高介电击穿强度(high dielectric breakdown strength) 的氧化铝涂层或高介电击穿强度的固体成型陶瓷材料，内高压电极16 位于其中。电介质屏障18提供了多种优点，包括但不局限于l)限制 了产生等离子体所需的能量消耗，因为电介质屏障有助于防止电弧 (arc),而该电弧会导致极高电流拖曳的等离子体(high current draw plasma), 2)更大容积的(volumetric)放电，使得燃烧区域更完全地由等 离子体所填充，以及3)由于较低温度的等离子体放电和有所降低的等 离子体的局部加热而保持了电极寿命。
16图8是图7中所描述的等离子体辅助引燃器DLN喷嘴70的俯视 图，而图9为图7中所描述的等离子体辅助引燃器DLN喷嘴70的仰 视图。这些示图示出了引燃器50的环形结构，其适合于集成到DLN 喷嘴70的中心体部分，从而解决燃烧难题，这些难题包括但不局限 于提供形成涡流的预混合的等离子体增强引燃火焰以解决如上文所 讨论的针对在贫燃料预混合燃气轮机喷嘴内的点火，贫燃料降低和动 态性等的问题。
图10是图7所描述的等离子体辅助引燃器DLN喷嘴70的剖视图。
总而言之，描述了用于等离子体辅助预混合引燃器的具体的实施 例，其改善了燃气轮机燃烧器的贫燃料降低能力，且可被实施为现有 的燃料喷嘴和机器的改装(retrofit)。引燃器产生形成涡流的预混合的等 离子体增强的引燃火焰，其被应用以解决燃烧难题，这些难题包括但 不局限于贫燃料降低，动态性，以及点火。具体的实施例具有特定 的可集成在DLN喷嘴的中心体内的几何形状，以产生预混合的等离 子体增强引燃火焰。
尽管此处仅仅示出并描述了本发明的某些特征，但本领域技术人 员可想到许多的更改和变化，因此，应当理解的是，所附的权利要求 旨在覆盖所有落在本发明的实质精神之内的更改和变化。
权利要求
1、一种等离子体增强式引燃器(50)，其包括旋流器装置(20)，所述引燃器(50)配置成插入至贫燃料预混合基于地面式燃气轮机燃烧器燃料喷嘴(70)的中心体之内的现有的空白(扫气空气)或液体燃料(双燃料)的管筒空间(62)。
2、 根据权利要求1所述的等离子体增强式引燃器，其特征在于， 所述引燃器(50)进一步配置成在不对该基于地面式燃气轮机燃烧器燃 料喷嘴(70)的预混合燃烧管区域作修改的情况下插入至所述现有的空 白(扫气空气)或液体燃料(双燃料)的管筒空间(62)。
3、 根据权利要求1所述的等离子体增强式引燃器，其特征在于， 所述引燃器(50)包括布置成至少部分地在电介质屏障(18)内的低压电 极(14)和/或高压电极(16)，其中，所述电介质屏障(18)配置成在所述高 压电极(16)的放电期间防止高电流以提供冷的或非平衡的、具有低于 热的或热能化的(平衡的)等离子体所产生的NOx排放的NOx排放的 等离子体。
4、 根据权利要求1所述的等离子体增强式引燃器，其特征在于， 所述旋流器装置(20)配置成用以使引燃燃料和引燃空气在所述旋流器 装置(20)中预混合并预涡旋到 一起。
5、 一种产生燃气轮机燃烧器引燃火焰的方法，所述方法包含 提供布置成基本上在引燃器(50)内的旋流器装置(20)，所述引燃器(50)布置成基本上在燃气轮机燃烧器(70)的预混合燃料/空气喷嘴部分 的中心体之内；基本上在所述旋流器装置(20)内使燃料/空气混合物预混合并预涡 旋；以及在离开所述引燃器(50)的该预混合预涡旋的燃料/空气混合物中引 起等离子体放电以形成基本上在所述燃气轮机燃烧器(70)内的主燃烧 区域内的引燃火焰区域(74)内的等离子体增强的引燃火焰气体。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，提供布置成基本 上在布置成基本上位于燃气轮机的预混合燃料/空气喷嘴部分的所述 中心体之内的引燃器内的旋流器装置包括提供布置成基本上在现有 的空白(扫气空气)或液体燃料(双燃料)的管筒空间(62)内的引燃器(50) 而不对基于地面式燃气轮机燃烧器燃料喷嘴(70)的预混合燃烧管区域 作修改。
7、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 使空气通过引燃器供给空气通道(12)直接地进入所述旋流器装置(20) 并使燃料通过引燃器供给燃料通道(32)直接地进入所述旋流器装置 (20)以使得该供给的空气和燃料合并到 一起以形成所述燃料/空气混合 物。
8、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在离开所述引燃 器的所述预混合预涡旋的燃料/空气混合物中引起等离子体放电以形 成基本上在所述燃气轮机燃烧器内的主燃烧区域内的引燃火焰区域 内的等离子体增强的引燃火焰气体包括将脉冲式高压电力或AC高压 电力施加至共同地配置成用以响应于所述脉沖式高压电力或AC高压 电力而从其中在所述预混合预渴旋的引燃燃料/空气混合物中产生放 电的高压电极(16)和低压电极(14),以使得所述等离子体放电(72)基本 上位于进入燃气轮机燃烧器引燃火焰区域(74)的入口处或基本上位于 所述高压电极(16)和所述低压电极(14)之间。
9、 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，施加脉冲式或AC 高压电力至高压电极(16)和低压电极(14)上包括施加在大约10kHz至 大约50kHz下的脉沖式或AC高压电力，或者，调制脉冲式或AC高 压电力于大约10Hz和大约2.5kHz之间，以使得所不希望的燃气轮机 燃烧声音基本上被消除。
10、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在离开所述引燃 器(50)的所述预混合预涡旋的燃料/空气混合物中生成等离子体放电以 便基本上在所述燃气轮机燃烧器(70)内的主燃烧区域(44)内的引燃火焰区域(74)内形成等离子体增强的引燃火焰气体包括施加微波电力或 无线电频率电力以在所述预混合预涡旋的引燃燃料/空气混合物中产 生放电以使得所述等离子体放电基本上位于进入所述燃气轮机燃烧 器引燃火焰区域(74)的入口处或基本上位于所述高压电极(16)和所述 低压电极(14)之间。
全文摘要
本发明涉及一种预混合预涡旋等离子体辅助式引燃器，具体而言，等离子体增强式引燃器(50)包含旋流器装置(20)，引燃器(50)配置成插入到贫燃料预混合基于地面式燃气轮机燃烧器燃料喷嘴(70)的中心体内的现有的空白(扫气空气)或液体燃料(双燃料)的管筒空间(62)中。
文档编号F23R3/58GK101469870SQ200810189860
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月28日
发明者A·J·迪恩, A·杨西, G·A·贝内特, J·T·赫邦, M·S·伊德尔奇克, S·G·萨杜希 申请人:通用电气公司