本發明專利技術涉及用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統和方法。更具體而言，一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統包括跨過燃燒器的至少一部分徑向地延伸的管束，其中，管束包括與下游表面軸向分開的上游表面。護罩周向地包圍上游和下游表面。多根管從上游表面穿過管束延伸穿過下游表面，其中，下游表面為階梯狀，以穿過管束產生具有不同長度的管。一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的方法包括使工作流體流過徑向布置在端帽的上游表面和下游表面之間的多根管，該端帽跨過燃燒器的至少一部分徑向地延伸，其中下游表面為階梯狀。
【技術實現步驟摘要】
用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統和方法聯邦研究聲明本專利技術按照美國能源部授予的DE-FC26-05NT42643號合同在政府支持下進行。政府在本專利技術中享有某些權利。
本專利技術大體上涉及用于減少燃燒器中的燃燒動態(combustiondynamic)和NOx的系統和方法。
技術介紹
燃燒器在工業和發電操作中普遍地用于點燃燃料以產生具有高的溫度和壓力的燃燒氣體。例如，燃氣渦輪機通常包括一個或更多燃燒器以產生動力或推力。用于產生電力的典型燃氣渦輪機包括在前部的軸流壓縮機、在中部附近的一個或更多燃燒器以及在后部的渦輪機。環境空氣可被供應到壓縮機，并且壓縮機中的旋轉葉片和靜葉逐漸地賦予工作流體(空氣)動能，以產生處于高能量狀態的壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮機并穿過一個或更多噴嘴流入每個燃燒器中的燃燒腔中，在此，壓縮工作流體與燃料混合并點燃而產生具有高的溫度和壓力的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪機中膨脹而做功。例如，燃燒氣體在渦輪機中的膨脹可使連接到發電機的軸旋轉而產生電力。各種設計和運行參數影響燃燒器的設計和運行。例如，較高的燃燒氣體溫度通常提高燃燒器的熱力學效率。然而，較高的燃燒氣體溫度也促進了回火或火焰穩定(flameholding)狀態，其中燃燒火焰朝著由噴嘴供應的燃料遷移，這可能在相對較短的時間量內對噴嘴造成嚴重損壞。此外，較高燃燒氣體溫度通常增加了二價氮的解離速率，從而增加了氮氧化物(NOx)的產生。反之，與減小的燃料流量和/或部分負荷運行(減輕)相關聯的較低燃燒氣體溫度通常降低了燃燒氣體的化學反應速率，增加了一氧化碳和未燃燒烴的產生。在特定的燃燒器設計中，多個預混合器管可徑向布置在端帽中以提供流體連通，用于工作流體和燃料穿過端帽并進入燃燒腔中。雖然在防止回火或火焰穩定和控制不期望排放的同時允許較高運行溫度方面是有效的，但一些燃料和運行條件對燃燒器中的高氫燃料成分產生非常高的頻率。與高頻率相關聯的燃燒器中增加的振動可降低一個或更多燃燒器構件的使用壽命。備選地或另外，燃燒動態的高頻率可在預混合器管和/或燃燒腔內部產生壓力脈沖，其影響燃燒火焰的穩定性，減小對回火或火焰穩定的設計裕度且/或增加不期望的排放。因此，減小燃燒器中的共振頻率的系統和方法將可用于提高燃燒器的熱力學效率、防止燃燒器遭受災難性破壞且/或在較大范圍的燃燒器運行水平下減少不期望的排放。
技術實現思路
本專利技術的方面和優點在下面的描述中陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實施本專利技術來了解。本專利技術的一個實施例是一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統。該系統包括跨過燃燒器的至少一部分徑向地延伸的管束，其中，管束包括與下游表面軸向分開的上游表面。護罩周向地包圍上游和下游表面。多根管從上游表面穿過管束延伸穿過下游表面，其中，下游表面為階梯狀，以防止管之間的火焰相互作用并穿過管束產生具有不同長度的管。本專利技術的另一實施例是一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統，該系統包括跨過燃燒器的至少一部分徑向地延伸的端帽，其中，端帽包括上游表面和與上游表面軸向分開的階梯狀下游表面。帽罩周向地包圍上游和下游表面。多根管從上游表面穿過端帽延伸穿過階梯狀下游表面。本專利技術還可包括一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的方法。該方法包括使工作流體流過徑向布置在端帽的上游表面和下游表面之間的多根管，該端帽跨過燃燒器的至少一部分徑向地延伸，其中下游表面為階梯狀。通過閱讀說明書，本領域的普通技術人員將更好地理解這些實施例和其它實施例的特征和方面。附圖說明在說明書的其余部分中，包括參考附圖，更具體地闡述了本專利技術的全面且能夠實施的公開內容，包括對于本領域技術人員而言的最佳模式，在附圖中：圖1是根據本專利技術的一個實施例的示例性燃燒器的簡化剖視圖；圖2是根據本專利技術的實施例的圖1所示的端帽的上游軸向視圖；圖3是根據本專利技術的備選實施例的圖1所示的端帽的上游軸向視圖；圖4是根據本專利技術的備選實施例的圖1所示的端帽的上游軸向視圖；圖5是根據本專利技術的第一實施例的管束的放大剖視圖；圖6是根據本專利技術的第二實施例的管束的放大剖視圖；圖7是根據本專利技術的第三實施例的管束的放大剖視圖；圖8是根據本專利技術的第四實施例的管束的放大剖視圖；以及圖9是根據本專利技術的第五實施例的管束的放大剖視圖。附圖標記：10燃燒器12殼體14端蓋16流動孔18沖擊套筒20過渡件22襯里24端帽26燃燒腔28上游表面30下游表面32帽罩(capshield)34管36管束38護罩42軸向中心線52燃料室(fuelplenum)54燃料管道56燃料端口58熱障涂層60管延伸部62屏障64稀釋劑室66稀釋劑管道68稀釋劑端口70稀釋劑通道。具體實施方式現在將詳細地提及本專利技術的當前實施例，這些實施例的一個或更多示例在附圖中示出。詳細描述使用數字和字母標記來指代附圖中的特征。在附圖和描述中相同或類似的標記用于指代本專利技術的相同或類似的部分。每個示例以本專利技術的說明而非本專利技術的限制的方式提供。實際上，對本領域技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離本專利技術的范圍或精神的情況下，可在本專利技術中做出修改與變型。例如，作為一個實施例的部分顯示或描述的特征可用于另一實施例，以產生又一實施例。因此，本專利技術意圖覆蓋落入所附權利要求及其等同物的范圍內的這種修改與變型。本專利技術的各個實施例包括用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統和方法。在特定實施例中，具有下游階梯狀表面的不同長度的多根管跨過端帽徑向地布置在一個或更多管束中。不同管長度減低了燃燒動態的固有頻率、減少流動不穩定性且/或跨過端帽的下游表面軸向地分布燃燒火焰以減少NOx產生。備選地或另外，端帽的下游表面可包括熱障涂層、稀釋劑通道和/或管突起，它們獨立地或共同地進一步冷卻下游表面、減少流動不穩定性且/或軸向地分布燃燒火焰。因此，本專利技術的各個實施例可允許擴展的燃燒器運行條件，延長各種燃燒器構件的壽命和/或維護間隔時間，維持回火或火焰穩定的足夠設計裕度且/或減少不期望的排放。雖然出于說明目的將大體上在并入燃氣渦輪機中的燃燒器的背景下描述本專利技術的示例性實施例，但本領域的普通技術人員將容易理解，本專利技術的實施例可應用于任何燃燒器且不限于燃氣渦輪機燃燒器，除非在權利要求中明確敘述。圖1示出根據本專利技術的一個實施例的例如將包括在燃氣渦輪機中的示例性燃燒器10的簡化剖視圖。殼體12和端蓋14可包圍燃燒器10以包含流至燃燒器10的工作流體。工作流體穿過沖擊套筒18中的流動孔16沿著過渡件20和襯里22的外部流動，以向過渡件20和襯里22提供對流冷卻。當工作流體到達端蓋14時，工作流體轉向而穿過端帽24流入燃燒腔26中。端帽24跨過燃燒器10的至少一部分徑向地延伸，并且大體上包括上游表面28和與上游表面28軸向分開的下游表面30。如本文所用，術語“上游”和“下游”是指構件在流體通道中的相對位置。例如，如果流體從構件A流至構件B，則構件A在構件B的上游。反之，如果構件B接納來自構件A的流體流，則構件B在構件A的下游。帽罩32周向地包圍上游表面28和下游表面30，以在上游表面28和下游表面30之間限定在端帽24內部的一個或更多流體室。多根管34從上游表面28穿過端帽24延伸穿過下游表面30，以提供穿過端帽24到燃燒腔26本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統，包括：a.?管束，所述管束跨過所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸，其中，所述管束包括與下游表面軸向分開的上游表面；b.?護罩，所述護罩周向地包圍所述上游和下游表面；c.?多根管，所述多根管從所述上游表面穿過所述管束延伸穿過所述下游表面，其中，所述下游表面為階梯狀，以防止管之間的火焰相互作用并穿過所述管束產生具有不同長度的管。
【技術特征摘要】
2011.10.26 US 13/281,5281.一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統，包括：a.管束，所述管束跨過所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸，其中，所述管束包括與下游表面軸向分開的上游表面；b.護罩，所述護罩周向地包圍所述上游和下游表面；以及c.多根管，所述多根管從所述上游表面穿過所述管束延伸穿過所述下游表面，其中，所述下游表面為階梯狀，以防止管之間的火焰相互作用并穿過所述管束產生具有不同長度的管；d.其中，所述上游表面、所述下游表面和所述護罩限定燃料室，其中所述多根管中的每根管與所述燃料室流體連通。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述多根管中的第一組從所述下游表面向下游延伸。3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括徑向布置在所述燃燒器中的多個管束。4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括沿著所述下游表面的至少一部分的熱障涂層。5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，還包括屏障，所述屏障在所述上游和下游表面之間在所述管束內部徑向延伸，以分開所述管束內部的燃料室與稀釋劑室。6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，還包括穿過所述下游表面的多個稀釋劑端口，其中，所述多個稀釋劑端口提供了從所述稀釋劑室穿過所述下游表面的流體連通。7.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，還包括穿過所述多根管的多個燃料端口，其中，所述多個燃料端口提供了從所述燃料室穿過所述多根管的流體連通。8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述下游表面在凹入方向上為階梯狀。9.一種用于減少燃燒器中的燃燒動態和NOx的系統，包括：a.端帽，所述端帽跨過所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸，其中，所述端帽包括上游表面和與所述上游表面軸向分開的階梯狀下游表面；b.帽罩，所述帽罩周向地包圍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...
【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴鐘昊，TE約翰遜，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：
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