专利名称：燃烧器以及用于向燃烧器供给燃料的方法
技术领域：
本发明总体涉及燃烧器以及用于向燃烧器供给燃料的方法。
背景技术：
燃烧器普遍用于工业和发电操作中，以点燃燃料从而产生具有高温和高压的燃烧气体。例如，燃气涡轮机通常包括一个或多个燃烧器以产生电力或推力。用于产生电力的典型的燃气涡轮机包括位于前部处的轴向压缩机、围绕中部的一个或多个燃烧器、以及位于后部处的涡轮。环境空气可以被供给至压缩机，并且压缩机中的旋转轮叶和固定叶片逐步向工作流体(空气)施加动能，以产生处于高能状态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机、并且通过一个或多个喷嘴流入每个燃烧器中的燃烧室中，在每个燃烧器中的燃烧室处，压缩工作流体与燃料混合并且点燃，以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀，从而做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可以使连接至发电机的轴旋转以产生电力。各种设计和操作参数对燃烧器的设计和操作会产生影响。例如，较高的燃烧气体温度大体改进燃烧器的热力学效率。然而，较高的燃烧气体温度还促进回火或者火焰保持状况，在所述回火或者火焰保持状况中，燃烧火焰朝向由喷嘴供给的燃料发生迁移，从而有可能在相对较短的时间量中对喷嘴造成严重损坏。此外，燃烧室中的局部热斑(localizedhot streaks)可能使双原子氮的离解率(disassociation rate of diatomic nitrogen)提高，从而使处于较高的燃烧气体温度的氮氧化物(NOx)的产生增加。相反地，与减少的燃料流和/或部分负载操作(下降)相关的较低的燃烧气体温度大体使燃烧气体的化学反应率降低，从而使一氧化碳(carbon monoxide)和未燃尽的烃(hydrocarbon)的产生增加。在特定的燃烧器设计中，多个管可以径向布置在端帽中，以提供流过端帽、并且进入燃烧室的工作流体与燃料的流体连通。所述管增强了工作流体与燃料之间的混合，以使得对于较高的燃烧气体温度而言成问题的热斑能够减少。因此，所述管，尤其在较高的操作水平下，在防止回火、或火焰保持以及/或者减少NOx产生方面是有效的。然而，改进的燃烧器以及用于向管供给燃料的方法将是有用的，所述方法允许在不同的操作水平下向所述管提供分级加料或操作。
发明内容
本发明的各个方面以及优点将会在下文的描述中进行阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而学到。本发明的一个实施例是一种燃烧器，该燃烧器包括径向延伸跨过燃烧器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括与下游表面轴向分开的上游表面、以及沿圆周包绕上游表面和下游表面的帽护罩。管的第一回路从上游表面延伸通过下游表面，并且端帽中的第一燃料增压室(first fuel plenum)与管的第一回路流体连通。管的第二回路从上游表面延伸通过下游表面，并且端帽中的第二燃料增压室相对于第一燃料增压室处于下游、且与管的第二回路流体连通。所述第一燃料增压室与所述管的第二回路流体连通。所述燃烧器进一步包括在所述第一燃料增压室或所述第二燃料增压室中的至少一个中径向延伸的挡板。所述燃烧器包括与所述端帽的轴向中心线对准的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴提供通过所述端帽的流体连通。所述燃烧器进一步包括位于所述端帽中的第三增压室，所述第三增压室相对于所述第二燃料增压室处于下游。所述燃烧器进一步包括通过所述帽护罩的端口，其中所述端口提供通过所述帽护罩到所述第三增压室的流体连通。本发明的另一个实施例是一种燃烧器，该燃烧器包括径向延伸跨过燃烧器的至少一部分的端帽，其中，端帽包括相对于下游表面轴向分开的上游表面、以及沿圆周包绕上游表面和下游表面的帽护罩。第一屏障(first barrier)于上游表面与下游表面之间在端帽中径向延伸。第一增压室相对于第一屏障处于上游，并且第二增压室相对于第一屏障处于下游。多个管从上游表面延伸通过第一屏障和下游表面，以提供通过端帽的流体连通。第一管道与第一增压室流体连通，并且第二管道与第二增压室流体连通。所述第一管道使燃料通过所述上游表面被供给至所述第一增压室。所述第二管道使燃料或稀释剂中的至少一种通过所述上游表面和所述第一屏障被供给至所述第二增压室。所述燃烧器进一步包括所述多个管的第一回路、以及从所述第一增压室通过所述多个管的所述第一回路中的每个管的流体通路。所述燃烧器进一步包括所述多个管的第二回路、以及从所述第二增压室通过所述多个管的所述第二回路中的每个管的流体通路。所述燃烧器进一步包括挡板，所述挡板在所述第一增压室或所述第二增压室中的至少一个中径向延伸。所述燃烧器进一步包括与所述端帽的轴向中心线对准的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴提供通过所述端帽的流体连通。所述燃烧器进一步包括第二屏障，所述第二屏障在所述第一屏障与所述下游表面之间在所述端帽中径向延伸，其中所述第二屏障至少部分地限定相对于所述第二屏障处于下游的第三增压室。所述燃烧器进一步包括通过所述帽护罩的端口，其中所述端口提供通过所述帽护罩与所述第三增压室的流体连通。本发明还可以包括一种用于向燃烧器供给燃料的方法。该方法包括使工作流体流过轴向延伸通过端帽的多个管，端帽径向延伸跨过燃烧器的至少一部分。该方法进一步包括使第一燃料从端帽中的第一燃料增压室流过多个管的第一回路、以及使第二燃料从端帽中的第二燃料增压室流过多个管的第二回路，其中第二燃料增压室相对于第一燃料增压室处于下游。所述方法进一步包括使所述第一燃料或者第一稀释剂中的至少一种流过所述多个管的所述第二回路。所述方法进一步包括使所述第一燃料围绕挡板流动，所述挡板在所述第一燃料增压室中径向延伸。所述方法进一步包括使第三燃料或稀释剂中的至少一种流过喷嘴，所述喷嘴与所述端帽的轴向中心线对准。所述方法进一步包括使工作流体流过位于所述端帽中的第三增压室，所述第三增压室相对于所述第二燃料增压室处于下游。通过阅览说明书，本领域普通技术人员将更好地理解这些以及其它实施例的特征和各个方面。
参照附图，说明书的剩余部分中更具体地阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中图1是属于本发明的各种实施例的范围内的示例性燃烧器的简化横截面图；图2是根据本发明的实施例的沿线A-A截取的图1中所示的端帽的横截面图；图3是根据本发明的实施例的沿线A-A截取的、图1中所示的端帽的横截面图；图4是根据本发明的实施例的沿线A-A截取的、图1中所示的端帽的横截面图；图5是图4中所示的端帽的简化部分透视图；
图6是根据本发明的第一实施例的、图5中所示的端帽的一部分的放大横截面图7是根据本发明的第二实施例的、图5中所示的端帽的一部分的放大横截面图；以及图8是根据本发明的第三实施例的、图5中所示的端帽的一部分的放大横截面图。附图标记列表
权利要求
1.一种燃烧器，所述燃烧器包括 a.端帽，所述端帽径向延伸跨过所述燃烧器的至少一部分，其中所述端帽包括与下游表面轴向分开的上游表面、以及沿圆周包绕所述上游表面和所述下游表面的帽护罩； b.管的第一回路，所述管的第一回路从所述上游表面延伸通过所述下游表面； c.位于所述端帽中的第一燃料增压室，所述第一燃料增压室与所述管的第一回路流体连通； d.管的第二回路，所述管的第二回路从所述上游表面延伸通过所述下游表面；以及 e.位于所述端帽中的第二燃料增压室，所述第二燃料增压室相对于所述第一燃料增压室处于下游、并且与所述管的第二回路流体连通。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一燃料增压室与所述管的第二回路流体连通。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括在所述第一燃料增压室或所述第二燃料增压室中的至少一个中径向延伸的挡板。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括与所述端帽的轴向中心线对准的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴提供通过所述端帽的流体连通。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括位于所述端帽中的第三增压室，所述第三增压室相对于所述第二燃料增压室处于下游。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括通过所述帽护罩的端口，其中所述端口提供通过所述帽护罩到所述第三增压室的流体连通。
7.一种燃烧器，所述燃烧器包括 a.端帽，所述端帽径向延伸跨过所述燃烧器的至少一部分，其中所述端帽包括与下游表面轴向分开的上游表面、以及沿圆周包绕所述上游表面和所述下游表面的帽护罩； b.第一屏障，所述第一屏障在所述上游表面与所述下游表面之间在所述端帽中径向延伸； c.第一增压室，所述第一增压室相对于所述第一屏障处于上游； d.第二增压室，所述第二增压室相对于所述第一屏障处于下游； e.多个管，所述多个管从所述上游表面延伸通过所述第一屏障和所述下游表面，以提供通过所述端帽的流体连通； f.第一管道，所述第一管道与所述第一增压室流体连通；以及 g.第二管道，所述第二管道与所述第二增压室流体连通。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述第一管道使燃料通过所述上游表面被供给至所述第一增压室。
9.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述第二管道使燃料或稀释剂中的至少一种通过所述上游表面和所述第一屏障被供给至所述第二增压室。
10.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括所述多个管的第一回路、以及从所述第一增压室通过所述多个管的所述第一回路中的每个管的流体通路。
11.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括所述多个管的第二回路、以及从所述第二增压室通过所述多个管的所述第二回路中的每个管的流体通路。
12.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括挡板，所述挡板在所述第一增压室或所述第二增压室中的至少一个中径向延伸。
13.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括与所述端帽的轴向中心线对准的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴提供通过所述端帽的流体连通。
14.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括第二屏障，所述第二屏障在所述第一屏障与所述下游表面之间在所述端帽中径向延伸，其中所述第二屏障至少部分地限定相对于所述第二屏障处于下游的第三增压室。
15.根据权利要求14所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器进一步包括通过所述帽护罩的端口，其中所述端口提供通过所述帽护罩与所述第三增压室的流体连通。
16.一种用于向燃烧器供给燃料的方法，所述方法包括以下步骤 a.使工作流体流过轴向延伸通过端帽的多个管，所述端帽径向延伸跨过所述燃烧器的至少一部分； b.使第一燃料从所述端帽中的第一燃料增压室流过所述多个管的第一回路；以及 c.使第二燃料从所述端帽中的第二燃料增压室流过所述多个管的第二回路，其中所述第二燃料增压室相对于所述第一燃料增压室处于下游。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述第一燃料或者第一稀释剂中的至少一种流过所述多个管的所述第二回路。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使所述第一燃料围绕挡板流动，所述挡板在所述第一燃料增压室中径向延伸。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使第三燃料或稀释剂中的至少一种流过喷嘴，所述喷嘴与所述端帽的轴向中心线对准。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括使工作流体流过位于所述端帽中的第三增压室，所述第三增压室相对于所述第二燃料增压室处于下游。
全文摘要
本发明公开一种燃烧器以及用于向燃烧器供给燃料的方法，该燃烧器包括端帽，该端帽具有与下游表面轴向分开的上游表面、以及沿圆周包绕上游表面和下游表面的帽护罩。管的第一回路从上游表面延伸通过下游表面，并且第一燃料增压室与管的第一回路流体连通。管的第二回路从上游表面延伸通过下游表面，并且相对于第一燃料增压室处于下游的第二燃料增压室与管的第二回路流体连通。本发明还公开一种用于向燃烧器供给燃料的方法，该方法包括以下步骤使工作流体流过管、使燃料或稀释剂从第一燃料增压室流过管的第一回路、以及使燃料或稀释剂从第二燃料增压室流过管的第二回路，其中第二燃料增压室相对于第一燃料增压室处于下游。
文档编号F23R3/02GK103017199SQ201210361190
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月25日 优先权日2011年9月25日
发明者J.D.贝里 申请人:通用电气公司