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1、(10)申请公布号 CN 103104918 A(43)申请公布日 2013.05.15CN103104918A*CN103104918A*(21)申请号 201210447618.3(22)申请日 2012.11.0913/294,261 2011.11.11 USF23D 17/00(2006.01)(71)申请人通用电气公司地址美国纽约州(72)发明人 L.J.斯托亚 P.B.梅尔顿J.H.韦斯特摩尔兰三世(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人李强 谭祐祥(54) 发明名称燃烧器和向燃烧器供应燃料的方法(57) 摘要本发明涉及并公开一种燃烧器，包括端帽，所述端。
2、帽具有与下游面轴向分开的上游面。端帽护罩周向包围所述上游面和下游面，多个管从上游面延伸穿过下游面，及气室位于端帽中。第一导流板朝端帽护罩径向延伸穿过气室，及板片在气室内在第一导流板和上游面之间径向延伸。一种向燃烧器供应燃料的方法包括：工作流体流过多个管，燃料流入位于上游面和下游面之间的气室，沿第一导流板径向分配燃料，及燃料轴向流过在气室内径向延伸的板片。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图3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5页 附图3页(10)申请公布号 CN 103104918 ACN 103104918 A。
3、1/2页21.一种燃烧器，包括：a.端帽，其被配置径向延伸穿过所述燃烧器的至少一部分，其中所述端帽包括与下游面轴向分开的上游面；b.端帽护罩，其周向包围所述上游面和下游面的至少一部分；c.多个管，从所述上游面延伸穿过所述下游面，以提供穿过所述端帽的流体连通；d.气室，在所述端帽内位于所述上游面和下游面之间；e.第一导流板，朝所述端帽护罩径向延伸穿过所述气室；f.板片，在所述气室内在所述第一导流板和所述上游面之间径向延伸。2.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括与所述端帽护罩连接的第二导流板，其中，所述第二导流板朝所述管道径向延伸穿过所述气室。3.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括在所述端帽内延伸。
4、的管道，为所述气室提供流体连通。4.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括穿过所述板片的多个通道，其中，所述多个通道提供了轴向穿过所述板片的流体流。5.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括穿过所述多个管的一个或多个燃料口，其中，所述一个或多个燃料口提供了从所述气室进入所述多个管的流体连通。6.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括在所述气室内径向延伸的挡板，所述挡板至少部分地限定了在所述端帽内与第二气室轴向分开的第一气室。7.根据权利要求6所述的燃烧器，还包括一个或多个穿过所述端帽护罩的稀释剂口，其中，所述一个或多个稀释剂口提供了穿过所述端帽护罩并进入所述第二气室的流体连通。8.根据权利要求6所述的燃烧。
5、器，还包括穿过所述下游面的多个稀释剂通道，其中，所述多个稀释剂通道提供了从所述第二气室穿过所述下游面的流体连通。9.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括轴向延伸穿过所述端帽的燃料喷嘴。10.一种燃烧器，包括：a.上游面；b.与所述上游面轴向分开的下游面；c.周向包围所述上游面和下游面的至少一部分的端帽护罩；d.从所述上游面延伸穿过所述下游面的多个管；e.在所述上游面和下游面之间的气室；f.在所述气室内延伸为所述气室提供流体连通的管道；g.与所述管道连接的第一导流板，其中，所述第一导流板朝所述端帽护罩径向延伸穿过所述气室；h.在所述气室内的在所述第一导流板和所述上游面之间径向延伸的板片。11.根据。
6、权利要求10所述的燃烧器，还包括与所述端帽护罩连接的第二导流板，其中，所述第二导流板朝所述管道径向延伸穿过所述气室。12.根据权利要求10所述的燃烧器，还包括穿过所述板片的多个通道，其中，所述多个通道提供轴向穿过所述板片的流体流。13.根据权利要求10所述的燃烧器，还包括在所述气室内径向延伸的挡板，所述挡板权 利 要 求 书CN 103104918 A2/2页3至少部分地限定了在所述端帽内与第二气室轴向分开的第一气室。14.根据权利要求10所述的燃烧器，还包括在所述第一导流板和所述端帽护罩之间的轴向通道，其中，所述轴向通道提供在所述气室内围绕所述第一导流板的流体连通。15.根据权利要求10所述。
7、的燃烧器，还包括从所述上游面向所述下游面轴向延伸的隔板，其中，所述隔板将所述多个管分成多个管束。16.根据权利要求10所述的燃烧器，还包括轴向穿过所述端帽的燃料喷嘴。17.一种向燃烧器供应燃料的方法，包括：a.工作流体流过从上游面向下游面轴向延伸的多个管；b.燃料流入在所述上游面和下游面之间的气室；c.沿位于所述上游面和下游面之间并环绕所述多个管的第一导流板对燃料进行第一方向上的径向分配；d.燃料轴向流过所述气室内的在所述第一导流板和所述上游面之间径向延伸的板片。18.根据权利要求17所述的方法，还包括沿所述第一导流板和所述板片之间的第二导流板对燃料进行第二方向上的径向分配，其中，所述第二方向。
8、与所述第一方向基本相对。19.根据权利要求17所述的方法，还包括燃料流过与所述多个管相邻的燃料喷嘴。20.根据权利要求17所述的方法，还包括至少一部分工作流体绕所述多个管流动。权 利 要 求 书CN 103104918 A1/5页4燃烧器和向燃烧器供应燃料的方法技术领域0001 本发明总体上涉及一种燃烧器以及向燃烧器供应燃料的方法。背景技术0002 燃烧器通常用于工业及发电运行中，将燃料点燃以产生具有高温高压的燃烧气体。燃烧器的设计和运行受各种竞争性考虑因素的影响。例如，较高燃烧气体温度通常提高燃烧器的热力效率。然而，较高的燃烧气体温度也会促使产生回火或增强稳燃条件，在这种条件下燃烧火焰向通过。
9、喷嘴供应的燃料移动，从而可能导致喷嘴在相对短的时间内被严重损坏。此外，较高的燃烧气体温度通常会提高二价氮的分裂速度，因此增加了氮氧化物（NOX）的产量。相反，与降低燃料流率和/或部分负荷运行（关闭（turndown）相关的较低燃烧气体温度通常会降低燃烧气体的化学反应速率，因此增加了一氧化碳和未燃碳氢化合物的产量。0003 在一种特别的燃烧器设计中，可在端帽中径向设置多个管，为工作流体流过端帽进入燃烧器提供流体连通。燃料可被送进端帽内的气室（plenum），以从管的外面流过，在流进管内与工作流体混合前对管进行对流冷却。燃料与工作流体在管内的混合得到加强允许较高运行温度下的较稀薄燃烧，同时防止产生。
10、回火或稳燃并控制不良排放物。但是，燃料在进入管之前由其提供的对流冷却可导致燃料不均匀加热。由此，流过管的燃料的温度和密度的变化可在管内产生热应力和/或不均匀的流体工作流体比率，这又不利地对火焰稳定性、燃烧器性能和/或不良排放物产生影响。因此，有益的是，提供一种改进的燃烧器以及为燃烧器提供燃料的方法，所述方法减小了管内热应力并且/或者减少流过管的燃料的温度和密度变化。发明内容0004 本发明的各方面和优势通过以下描述进行详细说明，或者通过描述清楚明了，或者通过本发明的实践为人所了解。0005 本发明的一个实施例为燃烧器，所述燃烧器包括端帽，所述端帽被配置径向延伸穿过至少一部分燃烧器，其中，端帽包。
11、括与下游面轴向分开的上游面。端帽护罩周向包围至少一部分的上游面和下游面，多个管从上游面延伸穿过下游面以提供穿过端帽的流体连通。上游面和下游之间的气室位于所述端帽内。第一导流板朝端帽护罩径向穿过所述气室，板片在所述气室内在第一导流板和上游面之间径向延伸。0006 本发明的另一个实施例为燃烧器，所述燃烧器包括上游面、与上游面轴向分开的下游面和周向包围至少一部分上游面和下游面的端帽护罩。多个管从上游面延伸穿过下游面，并且气室位于上游面和下游面之间。管道在所述气室内延伸，为所述气室提供流体连通。与所述管道连接的第一导流板朝端帽护罩径向延伸穿过所述气室，并且板片在所述气室内在第一导流板和上游面之间径向延。
12、伸。0007 本发明的实施例还可包括向燃烧器供应燃料的方法，所述方法包括：工作流体流说 明 书CN 103104918 A2/5页5过多个从上游面向下游面轴向延伸的管。所述方法还包括燃料流进上游面与下游面之间的气室，沿位于上游面和下游面之间并且环绕所述多个管的第一导流板对燃料进行第一方向上的径向分配，以及燃料轴向流过气室内的在第一导流板和上游面之间径向延伸的板片。0008 本领域的技术人员会对这些实施例的特征和方面有更好的理解，其他人通过对本说明书的回顾可对这些实施例的特征和方面有更好的理解。附图说明0009 包括对于本领域技术人员来说的本发明最佳方式的本发明完整披露在说明书的其余部分参考以下。
13、附图进行详细说明，其中：0010 图1是根据本发明一个实施例的示例燃料室的简化横截面图；0011 图2是根据本发明一个实施例的图1所示燃烧器的上游轴向视图；0012 图3是根据本发明一个实施例的图1所示管道的放大横截面图。具体实施方式0013 现参考附图中示出的一个或多个实例对本发明的实施例进行详细说明。这个详细说明使用数字和字母标识指代附图中的特征。附图和说明中相同或相似的标识已经用于指代本发明相同或相似的部分。正如此处所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个元件与另一个元件区分开，但并不表示各元件的位置和重要性。此外，术语“上游”和“下游”是指流路中的元件的相对位置。例。
14、如，如果流体从元件A流向元件B，则元件A处于元件B的上游。相反，如果元件B接收从元件A流出的流体，则元件B处于元件A的下游。0014 每个实例作为对本发明的说明提供，并不对本发明构成限制。事实上，对本领域技术人员显而易见地是，在不偏离本发明范围或精神的前提下，可对本发明做出各种修改和变动。例如，一个实施例中所解释或描述的特征部分可用于另一个实施例中，生成又一个实施例。因此，本发明意在涵盖所附权利要求及其等同替换范围之内的这种修改和变动。0015 本发明的不同实施例包括燃烧器以及为燃烧器提供燃料的方法。所述燃烧器通常包括一个包围流过燃烧器的工作流体的壳体。径向设置在端帽中的多个管增强了工作流体与。
15、燃料在进入燃烧器前的混合。在特别的实施例中，一个或多个导流板和/或板片可在端帽内径向延伸，对端帽中的燃料进行分配，从而允许燃料在流入管中与工作流体混合前均匀变热。这种改进的对燃料的加热减小了管内的热应力和/或降低了流过管的燃料的温度和密度，因此提高了火焰稳定性、燃烧器性能和/或增加了不良排放物。尽管通常会出于说明目的以作为燃气涡轮一部分的燃烧器为背景下对本发明的示例进行描述，普通的本领域的技术人员容易理解本发明实施例可应用于任意一种燃烧器，并不局限于燃气涡轮燃烧器，除非权利要求有特殊指明。0016 图1提供了根据本发明一个实施例的示例燃烧器10的简化了的横截面图，及图2提供了图1所示燃烧器10。
16、的上游轴向图。如图所示，壳体12通常包围燃烧器10以容纳流向燃烧器10的工作流体14。壳体12可包括在一端的端盖16，以提供为燃烧器10供应燃料、稀释剂和/或其他添加剂的界面。可能的稀释剂可包括供应给燃烧器10的例如水、蒸汽、工作流体、空气、燃料添加剂、各种惰性气体（如氮和/或各种如二氧化碳的非易燃气体）说 明 书CN 103104918 A3/5页6或燃烧废气气体。一个或多个流体管道18可从端盖16向端帽20轴向延伸，为端帽20提供燃料、稀释剂和/或其他添加剂的流体连通。端帽20被配置径向延伸穿过燃烧器10的至少一部分，且端帽20和衬垫22通常限定出端帽20下游的燃烧室24。壳体12周向环绕。
17、端帽20和/或衬垫22，限定出一个环形通道26，所述环形通道环绕端帽20和衬垫22。通过这种方式，工作流体14可沿衬垫22的外部流过环形通道26，为衬垫22提供对流冷却。当工作流体14到达端盖16时，工作流体14可反转方向流过端帽20，进入燃烧室24。0017 如图1和图2所示，端帽20通常包括与下游面30轴向分开的上游面28，一个或多个喷嘴32和/或管34可从上游面28延伸穿过下游面30，为燃烧室24提供穿过端帽20的流体通道。喷嘴32和管34的特定的形状、尺寸、数量和设置可根据特定实施例而变化。例如，喷嘴32和管34通常被描述为圆柱形；但是，本发明范围内的替代实施例可包括事实上具有任意几何。
18、横截面的喷嘴和管。0018 喷嘴32可从端盖16轴向延伸穿过端帽20。护套36可周向环绕喷嘴32，界定出一个围绕喷嘴32的环形通道38，提供穿过端帽20的流体连通。因此，工作流体14可流过环形通道38进入燃烧室24。而且，喷嘴32可为环形通道38供应燃料、稀释剂和/或其他添加剂，使其在进入燃料室24前与工作流体14混合。一个或多个叶片40可在喷嘴32和护套36之间径向延伸，将涡流传递给流过环形通道38的流体，从而增强了流体到达燃烧室24前的混合。0019 管34可用不同形状和尺寸的一个或多个管束42的形式径向设置穿过端帽20，其中每个管束42与一个或多个流体管道18流体连通。例如，如图2所示，。
19、一个或多个隔板44可在上游面和下游面28、30之间轴向延伸，将管34分开或分组形成径向设置在喷嘴32周围的派形（pie-shaped）管束42。一个或多个流体管道18可为每个管束42提供一种或多种燃料、稀释剂和/或其他添加剂，并且每个流体管道18或管束42的燃料和/或稀释剂的类型、燃料含量和反应性可各有不同。通过这种方式，可为一个或多个管束42供应不同类型、流速和/或添加剂，从而允许在宽范围的作业条件下对管34进行分级加燃料。0020 端帽护罩46可周向包围至少一部分的上游面和下游面28、30，以至少部分地界定出一个或多个位于上游面和下游面28、30之间在端帽20内的气室。例如，图1最为清楚的。
20、显示出一个挡板48可在端帽20内在上游面与下游面28、30之间径向延伸，以至少部分地界定出位于端帽20内的燃料气室50和稀释剂气室52。具体地，上游面28、端帽护罩46和挡板48可界定出燃料气室50，下游面30、端帽护罩46和挡板48可界定出稀释剂体气室52。0021 图3为图1所示燃料气室50的局部放大横截面图。如图所示，燃料气室50可包括一个或多个径向延伸穿过燃料气室50的导流板，对燃料气室50内的燃料流进行径向和轴向导流。例如，第一导流板70可与管道18连接并穿过燃料气室50朝端帽护罩46向外在各个方向上径向延伸。相反，与第一导流板70轴向分开的第二导流板72可与端帽护罩46连接并穿过燃。
21、料气室50朝管道18向内径向延伸。第一导流板70和端帽护罩46之间的间隙74允许燃料在燃料气室50内轴向流过第一导流板70，及第二导流板72和管道18之间的间隙76允许燃料在燃料气室50内轴向流过第二导流板72。普通的本领技术人员容易理解，在替代实施例中，间隙74、76可沿第一导流板和第二导流板70、72在替代位置上相对设置或错位设置，使燃料轴向流过导流板70、72。通过这种方式，燃料可从管道18流入说 明 书CN 103104918 A4/5页7燃料气室50内，及第一导流板70可引导燃料在燃料气室50中向外径向流向端帽护罩46。当燃料在燃料气室50中向外径向绕管34流动时，热量从流过管34的。
22、工作流体传递至燃料，对燃料进行加热并冷却管34。当燃料到达第一导流板70和端帽护罩46之间的间隙74时，燃料轴向流过间隙74朝第二导流板72流动。同样的，第二导流板72引导燃料在燃料气室50中向内朝管道18径向流动，允许在管34和燃料之间额外的热传递。当燃料到达第二导流板72和管道18之间的间隙76时，燃料轴向流过间隙76朝上游面28流动。在燃料气室50内的每个后续导流板的作用下，燃料温度逐渐增加，直至接近或近似等于工作流体的温度。燃料气室50还可包括一个板片80，所述板片在燃料高压内间50内在第一导流板70和上游面28之间径向延伸。板片80可包括多个穿过板片80的通道82，其提供轴向流过板片。
23、80的流体流。通过这种方式，板片80中的通道82可在燃料气室50内在轴向上和/或径向上均匀分配加热后的燃料。0022 一个或多个管34可包括燃料口54，所述燃料口提供了从燃料气室50进入管34的流体连通。燃料口54可径向、轴向和/或成方位角地成一定角度设置，向流过燃料口54并进入管34的燃料喷射和/或传递涡流。同样的，端帽护罩46可包括一个或多个稀释剂口56，所述稀释剂口提供了从环形通道26穿过端护罩46并进入稀释剂气室52的流体连通。通过这种方式，来自流体管道18的燃料可流进端帽20并沿燃料气室50内的一个或多个导流板70、72流动，为管34提供对流冷却并对燃料进行加热。然后，加热后的燃料可。
24、流过板片80和燃料口54与流过管34的工作流体混合。此外，至少一部分压缩的工作流体14可从环形通道26流过端帽护罩46并进入稀释剂气室52，对管34进行对流冷却。于是，工作流体14可流过管34和下游面30之间的一个或多个稀释剂通道58并进入燃烧室24。0023 绕燃烧器10流动并流过燃烧器10的燃料和工作流体14的温度可在运行过程中发生大幅度变化，导致壳体12、流体管道18和/或管34以不同速度及不同程度地膨胀或收缩。因此，一个或多个流体管道18可在端盖16与端帽20之间包括柔性联结器90。所述柔性联结器90可包括一个或多个伸缩节或伸缩管，所述伸缩节或伸缩管为壳体12、管34和/或管道18由于。
25、热膨胀或收缩产生的轴向位移提供空间。普通的本领域技术人员容易理解柔性联结器90的交替位置和/或组合是在本发明各种实施例范围内的，柔性联结器90的具体位置或数量不构成对本发明的限制，除非权利要求中特别指明。0024 图13显示和说明的各种实施例也可提供一种向燃烧器10供应燃料的方法。所述方法可包括：工作流体14流过管34，及燃料流进位于上游面和下游面28、30之间的燃料气室50。所述方法还包括沿位于上游面和下游面28、30之间的并环绕管34的第一导流板70对燃料进行第一方向上的径向分配，及燃料轴向流过燃料气室50内的在第一导流板70和上游面28之间径向延伸的板片80。在特别的实施例中，所述方法还。
26、包括沿第二导流板对燃料进行第二方向上的径向分配，其中，第二方向与第一方向基本相对或者错位。所述方法还包括，燃料流过与管34相邻的燃料喷嘴32，并且/或者至少一部分工作流体14在稀释剂气室52内绕管34流动。0025 图13显示和描述的各种实施例与从前燃烧器相比具有一个或多个商业和/或技术优势。例如，图1和图3所示的一个或多个导流板70、72和/或板片80能够使燃料在到达燃料气室50中的燃料口54之前被流过管34的工作流体14更均匀地加热。这种改进的燃料加热减少了管中的热应力和/或燃料流过管34时温度和密度的变化，从而增强了火说 明 书CN 103104918 A5/5页8焰稳定性、燃烧器性能和/或不良排放物。0026 本书面说明书使用实例来披露本发明，其中包括最佳方式，还使本领域技术人员能够实践本发明，其中包括制造和使用任意一种装置或系统以及实施任意一种纳入的方法。本发明的专利权范围由权利要求定义，可包括本领域技术人员想到的其他实例。如果所述其他实例包括与权利要求书面文字没有不同之处的结构成分，或者包括与权利要求书面文字具有非实质性差异的等同结构成分，则这些其他实例处于权利要求保护范围内。说 明 书CN 103104918 A1/3页9图1说 明 书 附 图CN 103104918 A2/3页10图2说 明 书 附 图CN 103104918 A10。