《具有提高的混合能力的用于头端直接空气喷射的设备.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有提高的混合能力的用于头端直接空气喷射的设备.pdf（16页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103089453 A(43)申请公布日 2013.05.08CN103089453A*CN103089453A*(21)申请号 201210366093.0(22)申请日 2012.09.2713/253,997 2011.10.06 USF02C 9/48(2006.01)F02C 3/34(2006.01)F02C 7/18(2006.01)(71)申请人通用电气公司地址美国纽约州(72)发明人 I.A.斯罗博彦斯基 G.O.克雷默L.Y.吉涅辛 D.V.特雷亚科夫A.P.苏博塔(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人肖日松 谭祐祥(5。
2、4) 发明名称具有提高的混合能力的用于头端直接空气喷射的设备(57) 摘要本发明公开一种具有提高的混合能力的用于头端直接空气喷射的设备及方法，所述方法通过：将烃燃料和氧化剂成分送至燃烧室的头端中，同时还将大体惰性的气体连同燃料和氧化剂一起喷射到所述燃烧室中；形成与再循环流混合的燃烧室排气流；冷却所述燃烧室排气；检测所述排气中的一氧化碳和氧气的量，并且基于所述检测量来调节燃料、氧化剂和惰性气体的进料量。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书8页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书8页 附图5页(10)申请公布号 CN 1。
3、03089453 ACN 103089453 A1/2页21.一种用于减少燃气涡轮发动机烃燃烧系统中一氧化碳和氧气排放量的方法，所述方法包括：(a)将指定量的烃燃料和氧化剂成分直接送至所述烃燃烧系统中的至少一个燃烧室的头端中；(b)将指定量的大体惰性的气体送至所述燃烧室，同时送入烃燃料和所述氧化剂成分；(c)将所述烃燃料和所述氧化剂成分的混合物点燃，以形成燃烧室排气流；(d)使用所述大体惰性的气体的一部分来冷却所述燃烧室排气流，以冷却所述燃烧室；(e)对所述燃烧室排气流中存在的一氧化碳和氧气量进行检测；以及(f)基于检测到的一氧化碳和氧气量来调节至所述燃烧室燃料、氧化剂和大体惰性的气体的进料量。
4、。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大体惰性的气体流包括排气再循环流，所述排气再循环流含有氮、二氧化碳以及残余量的一氧化碳和氧气。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化剂成分包括空气。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，送至所述燃烧室中的所述大体惰性的气体流的量最高是送至所述燃烧室的所述燃料和空气混合进料的50。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将固定量的稀释剂成分喷射到所述燃烧室的所述头端中的步骤。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在喷射到所述燃烧室之前降低所述排气再循环流的温度的步骤。7.根据权利要求1所述的。
5、方法，其特征在于，所述燃烧系统包括多个燃烧室的阵列，每个所述燃烧室包括混合的进料流，所述混合的进料流包括所述大体惰性的气体流的一部分。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排气再循环流的大部分通过喷射到与所述燃烧室壳构成一体的流通道中而用于冷却所述燃烧室，并且随后从所述流通道中排出。9.一种燃气涡轮发动机，其包括：燃气压缩机；至少一个燃烧室；由来自所述燃烧室的膨胀排气来驱动的涡轮机；所述燃烧室的主燃料回路，所述燃料回路包括用于将烃燃料和空气送至每个燃烧室的装置；用于将大体惰性的气体流送至所述燃烧室中的装置；设在所述燃烧室的所述排气流中的一氧化碳和氧气传感器；以及控制装置，所述控制装置用。
6、于基于所述检测到的一氧化碳和氧气的量来确定要送至所述燃烧室中的燃料、空气和大体惰性的气体流的量。10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机进一步包括外部流通道，所述外部流通道与所述燃烧室壳构成一体并且其大小可接纳足够用于冷权 利 要 求 书CN 103089453 A2/2页3却所述燃烧室排气的所述排气再循环流的一部分。11.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述外部流通道包括多个孔，所述多个孔足够将多达50的所述排气再循环流喷射到所述燃烧室的内部中。12.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机进一步包括用于将额外的稀释。
7、材料喷射到所述燃烧室的所述头端中的装置。13.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机进一步包括压缩机，用于在喷射到所述燃烧室中之前增加所述大体惰性的气体流的压力。14.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，额外的燃烧室形成围绕中心轴布置的等距燃烧室的阵列，每个所述燃烧室具有用于喷射空气、燃料和所述排气再循环流的混合物的装置。15.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机进一步包括多个喷嘴，所述多个喷嘴用于将所述空气和燃料喷射到所述燃烧室中。权 利 要 求 书CN 103089453 A1/8页4具有提高的混合能力的用于头端直接空气。
8、喷射的设备技术领域0001 本发明涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧系统，更确切地说，涉及改善的燃烧室设计以及使用直接空气喷射和例如排气再循环流(“EGR”)的大体惰性的气体进料用作主要工作流体的方法。(术语“惰性气体流”和“大体惰性的气体流”在本说明书中可替换使用，用来指具有少的、残余量的氧气的EGR类型的气体流)。根据本发明的方法和设备减少来自燃气涡轮发动机的不需要气体排放物的形成，同时增加燃烧室的总效率。背景技术0002 大体惰性的气体大体惰性的气体燃气涡轮发动机通常包括压缩机部分、燃烧室部分和旋转以产生电能的涡轮机。压缩机将较高压的气体直接排入燃烧室中，在所述燃烧室中，烃燃料被喷射、混合并且。
9、燃烧以产生热能和动能。随后，燃烧气体被引导到并且通过涡轮机的一个或多个级，所述涡轮机的一个或多个级从排气中提取旋转能，所述旋转能随后用于产生电能。大部分现有的燃气涡轮发动机包括围绕旋转轴周向定位的多个燃烧室。为了实现最高的运行效率，燃烧室在不同的燃料成分、压力、温度和燃料/空气比的宽的范围上运行，优选是既能使用液态燃料又能使用气态燃料。大部分的燃气涡轮发动机还倾向于在稍微“富余(rich)”的模式下运行，即，进料中具有比燃烧完所有的烃燃料混合物所需的精确化学计量更少量的氧气，这导致至少一些不完全燃烧，并且因此产生一氧化碳和其它副产品。0003 在大部分系统中，一些CO2分解为CO和O2，燃烧排。
10、气总是含有少量多余的CO和氧气，这取决于具体的燃烧室运行环境。除非被移除，；否则，当流入并且穿过例如涡轮机和热回收蒸汽发生器的燃烧室下游的部件时，上述成分(包括残余量的氧气)将存留在系统中。结果，来自常规燃气涡轮发动机的最终排气流包括N2和CO2，还有少量的CO，O2以及氮氧化物，所有这些排气流最终必须在下游操作中被移除或发生反应(例如用催化剂处理)，从而保持所需的燃气涡轮机效率。0004 具有改善排放物的燃烧室的需要是对空气污染关注的直接结果，其产生于更严厉的国内和国际污染控制标准，例如由美国国家环境保护局(Environmental Protection Agency)发布的管制氮氧化物、。
11、未燃烧的烃和一氧化碳排放的污染控制标准。不需要的排放物通常分为两大种类：由高火焰温度导致的排放物(例如NOx)；以及由较低火焰温度形成的排放物，例如CO，所述较低火焰温度不可让基本的燃料-空气反应完全。为了减少NOX排放物而在低燃烧温度下运行可导致不完全的或部分不完全的燃烧，这会转而导致过量的未燃烧的烃和一氧化碳的产生，还会导致较低的能量输出和较低的发动机热效率。另一方面，较高的燃烧温度趋向于提高热效率并且降低未燃烧的烃和CO的量，但是如果燃烧混合物和运行环境没有合适地得到监视和控制，那么也能产生较多量的NOX。0005 两个额外的实际问题会影响对形成于涡轮机排气中的不需要排放物的量的控制的需。
12、要。首先，由于在多燃烧室设计中对送至每个燃烧室的燃料的精确量的控制能力有限，因此燃料-空气比的控制也是有限的。第二，个别的燃烧室趋向于用稍微不同的燃料-空说 明 书CN 103089453 A2/8页5气比来运行，从而导致基于“罐-罐(can)”的排放物的不同。如上所述，在过去，那些设计问题促进了用稍微过量的燃料来使燃气涡轮发动机运行的需求，其中排气中出现的所有的(或近乎所有的)氧气使用催化剂处理以最终消耗掉和/或消除掉。然而，在最初燃烧期间，要控制产生的CO的精确量是有困难的，尤其是基于个别的燃烧室的情况。0006 尽管在过去几年间提出了许多燃烧室设计来提高燃烧之前燃料与空气的混合，但是改善。
13、燃烧室构造的需求仍然存在，以便当火焰温度偶尔变得过高时或当燃烧不完全而在排气中留有残余的氧气和CO时，减少NOX等不需要成分的形成。因此，该产业仍在寻找预燃烧系统，该预燃烧系统提供燃烧室上游处的改善的燃料/空气混合和更高的热效率，且同时减少燃烧发生期间和之后产生的NOX和未燃烧烃排放物。0007 本发明通过提供新方法以解决以上问题，该方法使用与例如空气或“氧化燃料(oxyfuel)”的氧化剂一起燃烧的烃燃料来减少和控制燃气涡轮机燃烧室中的CO和氧气排放物。重要的是，本发明包括使用大量的低至近零氧含量的气体，例如来自燃气涡轮发动机的排气再循环流(“EGR”)，作为工作流体的主要部分。使用惰性的燃。
14、烧室进料在应用中具有特定的优势，在所述应用中燃气涡轮机系统经设计以实现化学计量的排气再循环流，从而达到目标排放物的目的。如以下详细描述，已发现可通过改变主要工作流体的种类和成分以及在点燃之前将主要工作流体送至燃烧室头端的方式来显著提高燃烧动力学，从而产生改善的排放物(燃烧期间形成更少的氧气和CO)，而不降低发动机效率。发明内容0008 以下描述的本发明包括一种新方法，以用于减少燃气涡轮发动机的烃燃烧室中一氧化碳和氧气排放物的量，所述方法使用以下基本步骤：将烃燃料和氧化剂成分(例如空气)直接送至燃烧室的头端中，同时将指定量的大体惰性的气体(名义上是排气再循环流或“EGR”)与燃料和氧化剂一起直接。
15、喷射到燃烧室头部中；点燃燃料混合物以形成包括EGR的燃烧室排气流；使用围绕燃烧室壳而循环并且随后从系统中排出的相同EGR的一部分来冷却燃烧室排气；对出现于燃烧室排气中的一氧化碳和氧气的量进行检测；以及基于检测到的一氧化碳和氧气的量来调节燃料、氧化剂和惰性气体进料的量。0009 本发明可并入燃气涡轮发动机中，所述燃气涡轮发动机包括：燃气压缩机；如上所描述的一个或多个燃烧室；由来自燃烧室的膨胀排气来驱动的涡轮机；将烃燃料和空气送至每个燃烧室的燃烧室的主燃料回路；用于将大体惰性的气体流送至每个燃烧室中的装置；布置在排气流中的一氧化碳和氧气传感器；以及控制器，用于根据检测到的一氧化碳和氧气的量来确定送。
16、至每个燃烧室的燃料、空气和大体惰性的气体流的量。0010 因此，本发明包括方法和燃烧室构造，所述方法和燃烧室构造将直接空气喷射与惰性进料混合作为工作流体，所述直接空气喷射进入所述燃烧室的头端，所述惰性进料即为很低氧气含量的气体再循环流。在示例性的实施例中，在启动后燃烧室到达所需运行水平之后，外部空气和燃气涡轮机排气(具有少量或没有氧气出现并且温度降低)的一部分经混合以形成主要工作流体。较低温度的惰性气体流(主要包括氮和CO2)用于改善燃烧的化学计量，同时用作燃烧室本身的冷却介质。0011 如下结合图1到6所描述的方法包括两种主要的运行模式：(a)使用包括空气和惰性排气再循环流的主要工作流体，所。
17、述惰性排气再循环流大约占燃烧室总进料体积的说 明 书CN 103089453 A3/8页650，EGR流从燃气涡轮压缩机供应到燃烧室；以及(b)使用相同的大体惰性的气体(EGR)作为燃烧室的热部分的冷却剂并且帮助控制燃烧室火焰温度。0012 如上所述，新燃烧室设计和相关的方法能够支持化学计量的燃烧，同时所得的O2和CO排放物最少。NOX和CO排放物的量也可通过将额外的稀释物(例如氮)直接喷射到燃烧室头端中而进行调节。此外，以下所描述的与头端一起使用的燃烧室喷嘴设计导致将混合物喷射到燃烧室之前燃料、空气和EGR混合的改善。本发明还包括燃气涡轮发动机的整合的燃料和空气燃烧系统，所述整合的燃料和空气。
18、燃烧系统包括：一个或多个燃烧室；改进的燃料供应，以用于将烃燃料提供至燃烧室；燃烧室的压缩的外部空气供应(例如由主空气压缩机产生的)；用于将惰性排气再循环流提供至燃烧室的装置；以及改进的燃料和空气喷嘴，其定位在燃烧室的头端中，以用于在点燃之前提供各成分所需的混合。附图说明0013 图1是示例性燃气涡轮发动机的过程流程图，其图示了根据本发明使用新的燃烧室设计而执行的方法的基本部件和过程步骤；0014 图2是根据本发明的燃烧室的示例性实施例的横截面，所图示的装置用于将空气、大体惰性的排气再循环流和烃燃料的混合物喷射到燃烧室中以形成主要工作流体，惰性气体流还用作燃烧室的冷却介质；0015 图3是图2中。
19、图示的示例性燃烧室设计的头端的横截面，其更详细地描绘了用于将空气、燃料和大体惰性的气体流送至燃烧室中的配置和流动型态(flowpattern)；0016 图4部分透视地显示了根据本发明用于将空气、燃料和一定量的排气再循环喷射到燃烧室中的示例性混合防护罩的横截面；0017 图5部分透视地显示了用于将空气、EGR和燃料喷射到燃烧室中的另一示例性混合防护罩的横截面；以及0018 图6提供了两个对比的流程框图，其图示了根据本发明的方法的基本运行模式，即在启动和关闭期间使用流入燃烧室的空气、燃料和惰性气体流，与在启动后的化学计量运行模式期间的使用进行比较。0019 元件符号列表：0020 说 明 书CN。
20、 103089453 A4/8页70021 具体实施方式0022 本发明包括一种装置，其用于在沿着排气流路径的特别指定位置处将空气直接喷射到燃烧室头端中，以及将大量的惰性气体喷射到燃烧室中，从而减少不需要的排放物，尤其是CO和氧气，同时提高总的燃烧室性能。示例性系统使用指定量的排气再循环流(在穿过涡轮机之后其基本上是惰性的并且有较低温度)，所述指定量的排气再循环流大约占总的燃烧室进料的50，剩余的50包括大约5的烃燃料和45的空气。使用惰性气体作为工作流体的一部分还用于冷却燃烧室和降低燃烧室火焰温度，同时改善气体燃烧的化学计量。也就是说，已发现惰性气体进料有助于建立送至燃烧室的燃料和氧气接近1。
21、.0的等值比(equivalence ratio)。减少燃烧室排气中的最终氧气含量还减少由系统中的残余氧气出现而导致的潜在的冶金损害(metallurgical damage)。0023 在图1到6的实施例中，燃烧室进料的主要成分从较低温度的燃气涡轮排气流中直接获取，所述较低温度的燃气涡轮排气流再循环回到燃气涡轮压缩机(但是水被移除)。EGR流以两种不同的方式流入并且流出燃烧室：第一，通过使EGR穿过围绕燃烧室中心的外部套筒中的多个小孔而作为进料流进入燃烧室中；第二，在相同的套筒内作为冷却介质，在与中心流相反的方向上流动。随后，冷却EGR气体通过燃烧室壳中的出口而从燃烧室排出。说 明 书CN 。
22、103089453 A5/8页8所使用的大体惰性的气体的总体积近似等于进入燃烧室头端的外部空气的量。0024 图1到6图示了本发明的许多关键方面。首先，它们显示了从接近燃烧室火焰处开始并且在所述火焰下游的一点处结束而将惰性气体直接喷射到燃烧室中。第二，它们描绘了用于冷却燃烧室排气(以及壳)并且帮助降低火焰温度的EGR当前流的反流(counter-current)。第三，它们显示了残留的惰性气体流如何从接近头端的燃烧室排出。最后，它们图示了通过喷射喷嘴来可操作地混合空气、排气再循环流和燃料进料的装置，所述喷射喷嘴经调节和配置以适应如以下更详细描述的新的流动型态(见图4和5)。0025 在操作中，。
23、含有极少氧气(大约是总进料的5)的惰性气体流在启动期间被送至燃烧室，当燃烧室到达稳定状态的运行条件时，EGR的量和体积不断增加。因此，基于在排气流中检测到的CO和氧气的量(可望在燃烧室继续运行时接近零)，送至燃烧室的头端的惰性气体的量随着时间逐渐增加(达到约50)。因此，本发明与常规燃烧室设计相比拥有三项优势：(1)将燃烧室排气中的残余氧气含量降到接近零的化学计量水平；(2)帮助控制燃烧室排放物的成分和温度；以及(3)帮助降低和控制燃烧室火焰温度。最终排气中的低氧气含量还帮助防止不均匀的燃烧(例如发生在燃烧室壁上或其附近的燃烧)。此外，由于再循环到燃烧室头端中的冷却气体基本上是惰性的，由CO2。
24、形成不需要的CO的风险显著降低，这是因为系统中存在较少氧气。0026 图1到6还图示了用于将空气、燃料和大体惰性的气体流均匀地混合并且分布到燃烧室中的两个示例性的喷嘴配置，这两个配置都允许空气的最大流量，但是进入点燃点上游的喷嘴中的压降较低。应注意，图中所示的喷嘴配置可用于与具有稍微不同的运行特性、燃料进料和性能标准的多个燃烧室一起使用。0027 每个燃烧室通常还包括多个燃料喷嘴，每个燃料喷嘴具有专用的预混合部分，使得在点燃之前燃料与空气在燃烧腔室中预混合。用这种方法，多个专用的预混合部分允许在燃烧前燃料和空气的完全预混合，这种特征帮助实现低NOX、CO和O2水平。通常，多个扩散/预混合燃料喷。
25、嘴用圆形阵列的方式围绕圆柱形燃烧室壳体的纵轴而布置，各喷嘴安装在头端处的燃烧室端盖组件内。燃料喷嘴延伸到燃烧室防护罩中，所述燃料喷嘴带有一个如下所描述的将燃烧空气与喷射的燃料预混合的中心燃料喷射口。见图2到4。0028 各图还图示了圆柱形导流套筒的使用，所述圆柱形的导流套筒与圆柱形的燃烧室壳整合并且与圆柱形的燃烧室壳共中心地对准。导流套筒由连接到端盖组件的内部燃烧衬套形成。在图2到6的示例性实施例中，在所述衬套与导流套筒的外壁之间形成流通道。流通道的内壁包括多个孔，所述多个孔使惰性气体能够流过通道直接进入燃烧室腔室中，进入的位置从燃烧室火焰的尖端相反的头端处开始并且向下延伸到进入燃烧室腔室，直。
26、到气体完全燃烧的点处。惰性的EGR气体在大体上与通过燃烧室喷嘴的中心流的方向相反的方向上流动，即，流向而不是远离端盖组件。如上所述，还发现了燃烧室的性能可通过将固定体积的另一种例如氮的稀释物引入燃烧室中而进行调节和改善，以进一步减少NOX和/或CO排放物。稀释物可被引到燃料喷嘴的外围附近，在此处它立刻与燃料喷嘴上游的空气和燃料混合。0029 现参考具体的图，图1是示例性燃气涡轮发动机系统的过程流程图，其图示了执行根据以上概括的本发明的方法的基本部件和过程步骤。0030 受控的空气进料1流入主空气压缩机2，并且在提高的压力下从如压缩机出口流5说 明 书CN 103089453 A6/8页9所示的。
27、压缩机的末级排入燃烧室6。主空气压缩机和燃气涡轮压缩机4通过所示的旋转轴3而可操作地连接。使燃气涡轮压缩机4运行以通过旋转轴9来驱动燃气涡轮机8。离开主空气压缩机2的较高压压缩机出口流5直接送至燃烧室6中，使用控制阀11来控制流率。控制量的烃燃料29(例如，天然气)也通过控制阀26直接送至燃烧室6中，在所述燃烧室6中烃燃料29被点燃并且产生热能和动能。从燃烧室排出的已用的排气7驱动燃气涡轮机8并且随后在如燃气涡轮机排气线14所示的较低压下，进入热回收蒸汽发生器(“HRSG”)15中。0031 包括氮、CO、CO2和只有残余量的氧气的惰性混合物的排气再循环流(“EGR”)回路16，如图所示再循环。
28、回到燃气涡轮压缩机4并且随后在较高压下直接送至燃烧室6中，如燃气涡轮机进料10所示。来自HRSG 15的排气流20用于驱动蒸汽涡轮机19以用常规方法通过发电机22来产生电能。通常，来自HRSG 15的已用的排气的一部分将通过HRSG阀12而从HRSG移除并且通过通风口线18(如图所示)而排到大气中。为了提高蒸汽涡轮机的运行效率，离开蒸汽涡轮机19的末级的已用的排气通过HRSG再循环线21而再循环回到HRSG 15。0032 在执行根据本发明的方法中，大体惰性的气体流16(通常是EGR)在离开HRSG 15之后，当前温度降低并且如排水线17处所示的将水移除，由此成为进入燃烧室6中的主要进料的一部。
29、分(见图2到4)。EGR再循环回到燃气涡轮压缩机4并且随后(如以上所描述)在较高压下直接送至燃烧室6中，流率受到监视和控制。用相同的方法，流向燃烧室的燃料的流率可通过控制阀26来调节。0033 图1还图示了将如何处理燃气涡轮机排气(如果有必要)，以移除系统中任何最终残余的一氧化碳和氧气。如果燃烧步骤从化学计量方面来看并不完善，少量的未燃烧的氧气和CO可能仍然需要用单独的操作来处理。此处，燃烧室排气流25的一部分流过氧气和氢气洗涤器(scrubber)23，所述氧气和氢气洗涤器23移除CO并且消耗未燃烧的空余氧气以形成二氧化碳流24。或者，CO洗涤操作可包括催化剂床(catalyst bed)，。
30、以将CO转化为二氧化碳并且在放热反应中消耗氧气。燃气涡轮机排气还流过HRSG 15，所述HRSG 15使用排气固有的热值来产生蒸汽并且通过蒸汽涡轮机来提取能量。0034 图1还描绘了可能使用包括氮的额外稀释流(用虚线形式显示)作为送至燃烧室头端的进料的一部分，这取决于燃烧室的具体运行条件和进一步减少燃烧室排气中氧气含量的需要。额外的氮稀释物27可在通过按需要调节流的电动机阀28之后，如图所示的被引入燃烧室中。0035 图2是根据本发明的燃烧室设计的示例性实施例的横截面，图示的装置用于喷射空气、大体惰性的排气流(EGR)和烃燃料的混合物以形成燃烧室的主要工作流体，其中大体惰性的气体流的一部分还用。
31、作燃烧室的冷却介质。起初，在启动期间，燃烧室30的进料包括直接送至燃烧室头端34中的空气，如所示的空气进料31所示(而不是与燃烧室入口上游处的燃料预混合)，其中少量的惰性气体(EGR)如上所描述被引入通过燃烧室壳中的多个流孔36。空气直接送至喷嘴32中，并且，如图3到5所示，与燃料混合之后流到燃烧室中，在所述燃烧室中，经过混合的空气在燃料点燃点40处点燃并且随后流到燃烧点下游39的燃烧室的较低部分中。0036 一旦燃烧室在最初的空气和燃料进料之后接近稳态条件，惰性排气再循环流可通说 明 书CN 103089453 A7/8页10过使用圆柱形导流套筒37喷射到燃烧室中心而逐渐增加，所述导流套筒3。
32、7共中心地对准燃烧室壳体。导流套筒37包括连接到端盖组件的内部燃烧衬套38，所述内部燃烧衬套38连同燃烧室外壳形成EGR流通道。导流套筒37的内壁包括多个流孔36，所述流孔36使来自燃气涡轮压缩机(图1中的4)的压缩的EGR气体能够进入并且通过各孔直接进入燃烧室腔室中，从相反于燃烧室火焰的点延伸到大体上处于燃烧下游的点39。导流套筒37中的流向与如上所描述的通过燃烧室喷嘴的中心流的方向相反，即，流向而不是远离端盖组件。(见流向箭头33)。0037 因此，在燃烧期间的某一时刻，大体惰性的气体(EGR)在图2的实施例中执行三个功能，即，将惰性气体通过多个流孔36而直接喷射到燃烧室中；提供冷却给较低。
33、的燃烧室腔室，尤其是靠近燃烧室壁处；以及帮助降低燃烧室火焰温度。流过导流套筒37的大体惰性的气体的部分，即不通过流孔而流到燃烧室中心内的气体，通过EGR排气口35而从燃烧室中排出。0038 图3是根据本发明的燃烧室设计的头端的横截面图，其更详细地描绘了进入燃烧室喷嘴中的空气、燃料和大体惰性的气体进料的配置和流动型态。每个燃料喷嘴50包括至少一个气流腔室51和一个燃料腔室52。混合的空气和排气从气流腔室51流过多个喷射开口54，而延伸通过喷嘴尖端到下游混合腔室中(也见图5)。用相同的方法，来自燃料腔室52的燃料流通过多个燃料口56，延伸通过喷嘴尖端到混合腔室中。多个气体涡旋口57(见图4)通过喷。
34、嘴而从燃料喷嘴的外表面延伸到尖端。0039 也可包括通常是圆柱形的单独的稀释进料线，所述单独的稀释进料线围绕燃料喷嘴50的周边而延伸，并具有额外的流通道，它们的大小允许二级稀释流包括在通向喷嘴的混合进料中。防护罩将额外的稀释流引导向所述多个口，从而确保一部分流通过空气涡旋口并且进入混合腔室中，在所述混合腔室中其与排气、空气和燃料混合。0040 部分透视地显示的图4的横截面图，其图示了示例性混合头60以及用于将空气、燃料和可选的大体惰性的气体的一部分直接喷射到燃烧室中的装置。喷射到燃烧室中的燃料通过燃料通道61进入由防护罩55限定的混合区域并且与流到空气歧管62中的空气混合并且通过如示例所示的气。
35、体涡旋口57的多个空气通道。因此，图4的实施例确保空气和燃料(以及可能有一些额外的稀释物)在进入点燃点的上游处的燃烧室之前完全混合。与常规的燃烧室喷嘴设计相比，使用直接空气喷射需要喷嘴能够处理显著增加的空气流。0041 图5是另一示例性混合头组件70，根据本发明，其用于将空气、排气和/或大体惰性的气体喷射到燃烧室中。如图4所示，要喷射到燃烧室中的燃料通过燃料通道71进入由防护罩74限定的燃料混合区域中并且随后与通过多个脉状(vein-like)空气通道73而流入空气歧管72中的空气混合。图5的实施例确保空气和燃料(以及可能有稀释物)在进入点燃点的上游处的燃烧室之前完全混合。0042 图6包括两个对比的流程框图，其图示了根据如上所描述的本发明的方法的基本运行模式，即在启动和关闭期间使用惰性气体流到燃烧室，其与在化学计量运行模式期间的使用进行比较。在启动期间，进入燃烧室的大体惰性的气体(EGR)的量大约是总流的5，还有5的燃料和大约90的入口空气。然而，当燃烧室到达稳定状态的条件时，空气流的量降为约45，还有5的燃料和多达约50的总工作流体进入包括惰性气体(EGR)的燃烧室中。剩余的50的EGR流如图所示从燃烧室中提取，而如上所描述为燃烧室提供说 明 书CN 103089453 A10。