專利名稱：用于軸向分級(jí)的低排放燃燒器的附壁型噴射系統(tǒng)的制作方法
用于軸向分級(jí)的低排放燃燒器的附壁型噴射系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[OOOl]本發(fā)明大體上涉及燃燒器，且更具體地涉及一種用于軸向 分級(jí)的低排放燃燒裝置的附壁型(coanda)噴射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高溫和高壓的條件下工作，以實(shí)現(xiàn)較高的工作效率，而這趨于增加排 氣流中的排放物(例如，NOx)。盡管產(chǎn)生NOx的各種因素是公知的， 但最主要的一種是燃燒器中的火焰溫度。NOx排放與燃燒器中的火焰 溫度成正比。
存在一些用于減少來(lái)自于燃燒器排氣流中NOx的常規(guī)技 術(shù)。 一種常規(guī)采用的方法涉及將蒸汽或水噴射到燃燒器中的高溫燃燒 區(qū)域以便降低燃燒期間的火焰溫度。盡管該方法很容易執(zhí)行，但其面 臨的問(wèn)題在于需要大量的蒸汽或水，從而導(dǎo)致降低設(shè)備效率。此外，將大量蒸汽或水噴射到燃燒器中會(huì)增加燃燒振動(dòng)、不完全燃燒產(chǎn)物， 以及縮短壽命。
考慮到上述缺點(diǎn)，已研制出一種千式預(yù)混貧燃燒方法，其 中，燃料和燃燒空氣以預(yù)混^^莫式噴射，并在貧燃料的情況下在單級(jí)燃 燒器中燃燒。盡管實(shí)現(xiàn)了 NOx排放的減少，但預(yù)混噴射模式引起燃燒 器可操作性范圍的減小。在燃燒器中使用單級(jí)燃燒不能保證較低的 NOx排放。
多級(jí)燃燒可用來(lái)實(shí)現(xiàn)減少的NOx排放和較好的燃燒器可操 作性范圍。在這樣的常規(guī)系統(tǒng)中，附加的預(yù)混器設(shè)置在燃燒器的后級(jí) (later stage)環(huán)境中，該燃燒器具有來(lái)自于一個(gè)或多個(gè)初級(jí)噴嘴的反應(yīng)氣體流。預(yù)混器的存在干擾了燃燒器后級(jí)中的熱氣流型，從而導(dǎo)致穿 越燃燒器的較高壓降。由于升溫以及引入可燃混合物到燃燒器后級(jí) 中，故冷卻這樣的預(yù)混器也很困難。
因此，需要一種在燃?xì)鉁u輪機(jī)中使用的系統(tǒng)，其在無(wú)損燃 燒器的動(dòng)力和可操作性的情況下實(shí)現(xiàn)減少來(lái)自于軸向分級(jí)的燃燒器的NOx排放。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了 一種低排放燃燒 器。該燃燒器包括限定燃燒室的燃燒器外殼，該燃燒室具有多個(gè)燃燒 區(qū)。村套套筒設(shè)置在燃燒外殼中，其中在襯套套筒與燃燒器外殼之間 形成間隙。次級(jí)噴嘴沿燃燒室的中心線設(shè)置，并且構(gòu)造成用以將包括 空氣、至少一種稀釋劑、燃料或它們的組合的第一流體噴射到多個(gè)燃 燒區(qū)之中的第 一燃燒區(qū)的下游側(cè)。多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴設(shè)置成鄰近燃燒 室的上游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴周圍，并且被構(gòu)造成用以將包括空氣和燃 料的第二流體噴射到第一燃燒區(qū)的上游側(cè)。燃燒器還包括多個(gè)第三級(jí) 附壁型噴嘴。各第三級(jí)附壁型噴嘴均聯(lián)接到相應(yīng)的稀釋孔上。第三級(jí) 附壁型噴嘴構(gòu)造成用以將包括空氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或其 組合的第三流體噴射到多個(gè)燃燒區(qū)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中。 該一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于第 一燃燒區(qū)的下游側(cè)。
根據(jù)另 一個(gè)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了 一種具有低排放燃燒器 的燃?xì)鉁u輪機(jī)。


本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)在參照附圖閱讀如 下詳細(xì)描述時(shí)，將變得更為清楚，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示相似的零件， 在附圖中[OOIO]圖1為具有根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的低排放燃燒器噴嘴的燃?xì)鉁u輪機(jī)的簡(jiǎn)圖；[OOll]圖2為具有根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的多個(gè)附壁型第三級(jí) 噴嘴的燃燒器的筒圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的附壁型第三級(jí)噴嘴的簡(jiǎn)圖4為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的附壁型第三級(jí)噴嘴的簡(jiǎn)圖5為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的附壁型第三級(jí)噴嘴的簡(jiǎn) 圖；以及
圖6為基于才艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的附壁效應(yīng)在附壁型 第三級(jí)噴嘴中的輪廓附近形成燃料邊界層的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
如下文詳細(xì)^r述的那樣，本發(fā)明的 一些實(shí)施例公開(kāi)了 一種 具有燃燒器外殼的低排放燃燒器，該燃燒器外殼限定包括多個(gè)燃燒區(qū) 的燃燒室。襯套套筒設(shè)置在燃燒外殼中，并且在襯套套筒與燃燒器外 殼之間形成間隙。具有多個(gè)稀釋孔的襯套設(shè)置在襯套套筒內(nèi)。次級(jí)噴 嘴沿燃燒室的中心線設(shè)置，并且構(gòu)造成用以將包括空氣、至少一種稀 釋劑、燃料或其組合的第一流體噴射(也稱為"引燃噴射")到多個(gè)燃燒 區(qū)之中的第 一燃燒區(qū)的下游側(cè)。多個(gè)初級(jí)噴嘴設(shè)置成鄰近燃燒室的上 游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴周圍，并且構(gòu)造成用以將包括空氣和燃料的第二 流體噴射(也稱為"主噴射")到第 一燃燒區(qū)的上游側(cè)。第一流體的量通 常比第二流體的少。[oon]燃燒器還包括多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴，各附壁型第三級(jí)噴 嘴均聯(lián)接到對(duì)應(yīng)的稀釋孔上。附壁型第三級(jí)噴嘴構(gòu)造成用以將包括空 氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或它們的組合的第三流體噴射到多個(gè) 燃燒區(qū)之中位于第 一燃燒區(qū)下游的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)(后級(jí))。附 壁型第三級(jí)噴嘴基于對(duì)附壁型第三級(jí)噴嘴的燃料供給，以可變的預(yù)混模式工作。附壁型第三級(jí)噴嘴包括構(gòu)造成用以混合空氣、燃料和稀釋 劑的附壁型裝置。附壁型第三級(jí)噴嘴有助于在燃燒器的后級(jí)中提供熱 量，從而導(dǎo)致可操作性的改善和排放的減少。在襯套上提供附壁型第 三級(jí)噴嘴有助于最大限度地減小燃燒器后級(jí)中的壓降，且因此最大限 度地提高整個(gè)燃燒器的效率。本文中應(yīng)注意的是，在下文論述的實(shí)施 例中，盡管可能并未明確地指出，但"空氣"還可認(rèn)作是意指空氣和稀 釋劑的組合。同樣，"燃料"還可認(rèn)作是意指燃料和稀釋劑的組合。
如下文所詳細(xì)論述的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例在各種應(yīng)用場(chǎng) 合如地面動(dòng)力燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器、燃?xì)庠詈蛢?nèi)燃機(jī)中用來(lái)減少燃燒過(guò) 程中的排放。具體而言，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有多個(gè)軸向燃燒區(qū)/級(jí)的 低排放燃燒器，該軸向燃燒區(qū)/級(jí)設(shè)有構(gòu)造成用以容許空氣、稀釋劑和 燃料基于"附壁效應(yīng)"進(jìn)行混合的多個(gè)附壁型噴嘴?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到附圖并首先參看圖1，示出了一種具有低排放燃燒器12的燃?xì)鉁u輪機(jī)10。燃?xì)?渦輪機(jī)10包括構(gòu)造成用以壓縮周圍空氣的壓縮機(jī)14。燃燒器12與壓 縮機(jī)14流動(dòng)連通，并被構(gòu)造成用以接收來(lái)自于壓縮機(jī)14的壓縮空氣 11以及用以燃燒燃料流來(lái)產(chǎn)生燃燒器排出氣流13。在所示的實(shí)施例 中，燃燒器12包括限定燃燒區(qū)域的燃燒器外殼20。在一個(gè)實(shí)施例中， 燃燒器12包括筒形燃燒器。在備選實(shí)施例中，燃燒器12包括環(huán)筒形 燃燒器或僅為環(huán)形的燃燒器。此外，燃?xì)鉁u輪機(jī)10包括位于燃燒器 12下游的渦輪16。渦輪16構(gòu)造成用以使燃燒器排出氣流13膨脹， 以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在所示的實(shí)施例中，壓縮機(jī)14由渦輪16所產(chǎn)生的 動(dòng)力經(jīng)由軸18來(lái)驅(qū)動(dòng)。
參看圖2，示出了一種根據(jù)圖1的方面的低排放燃燒器12。 示例性燃燒器12包括限定燃燒室17的燃燒器外殼20。罩蓋組件19 設(shè)置在燃燒器外殼14的一端21上。燃燒襯套22設(shè)置在提供于燃燒 器外殼20中的流動(dòng)套筒24內(nèi)。多個(gè)稀釋孔23提供在燃燒襯套22中。 文氏管組件26設(shè)置在燃燒襯套22內(nèi)。
次級(jí)噴嘴28(也稱為"引燃噴嘴")設(shè)置成與燃燒室17的中心線30對(duì)準(zhǔn)。次級(jí)噴嘴28構(gòu)造成用以混合空氣和燃料，并將第一流體 (也稱為"引燃流體")噴射到燃燒室17的第一燃燒區(qū)34的下游側(cè)32。 第一燃燒區(qū)34設(shè)計(jì)成用以在貧燃條件下工作，以便最大限度地減少 諸如NOx的排放。在有些實(shí)施例中，燃料可包括碳?xì)浠衔?、天然氣?或高氫氣體、或氫氣、或生物氣、或一氧化碳、或合成氣、或惰性氣 體、或水蒸汽、或結(jié)合有預(yù)定量的稀釋劑的氧化劑。稀釋劑可包括氮 氣、二氧化碳、水、蒸汽等。在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)噴嘴28為附壁 型噴嘴。多個(gè)初級(jí)噴嘴36設(shè)置在燃燒室17的上游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴 28周圍，并被構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料和/或稀釋劑的第二流體(也 稱為"主流體")噴射到燃燒室17的第一燃燒區(qū)34的上游側(cè)38。在一 個(gè)實(shí)施例中，初級(jí)噴嘴34可為附壁型噴嘴。文中應(yīng)當(dāng)注意到的是， 空氣和燃料的第一混合物的量少于空氣和燃料的第二混合物的量。文 中應(yīng)當(dāng)注意到的是，在一些實(shí)施例中，燃燒器12并不包括次級(jí)噴嘴。
在所示的實(shí)施例中，燃燒器12以預(yù)混模式工作。燃料供給 在初級(jí)噴嘴36與次級(jí)噴嘴28之間分開(kāi)?；鹧嫱耆幵谌紵?6的 下游燃燒區(qū)32內(nèi)。文氏管組件26對(duì)于進(jìn)入下游燃燒區(qū)32的流體在 預(yù)混模式期間增強(qiáng)了燃料-空氣的混合。
在示例性實(shí)施例中，還提供了多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴40到 燃燒器12上。各附壁型第三級(jí)噴嘴40均聯(lián)接到提供在襯套22中的 各個(gè)稀釋孔23上。第三級(jí)噴嘴40構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料、一 種或多種稀釋劑或它們的組合的第三流體噴射到設(shè)置在第 一 燃燒區(qū) 34下游側(cè)上的第二燃燒區(qū)/級(jí)42。燃燒器中的區(qū)/級(jí)的數(shù)目可取決于應(yīng) 用場(chǎng)合而變化。附壁型第三級(jí)噴嘴40構(gòu)造成用以容許燃料和空氣基 于"附壁效應(yīng)"來(lái)混合。如本文所用，用語(yǔ)"附壁效應(yīng)"是指流體流使其 自身附著到鄰近的表面上且即使在該表面遠(yuǎn)離流體運(yùn)動(dòng)的原始方向 彎曲時(shí)仍保持附著的傾向。形成在襯套22與燃燒器外殼20之間的間 隙44容許空氣經(jīng)過(guò)設(shè)置在村套22的稀釋孔23上的第三級(jí)噴嘴40。 具體而言，噴嘴40采用附壁效應(yīng)來(lái)提高裝置的混合效率，這將在下文中參照后續(xù)附圖進(jìn)行描述。文中應(yīng)當(dāng)注意到的是，在一些實(shí)施例中， 襯套22可不設(shè)有稀釋孔。在這些實(shí)施例中，其它適合的構(gòu)造可設(shè)置
在襯套22中，以收容附壁型第三級(jí)噴嘴40。將附壁型第三級(jí)噴嘴40 提供到村套22上并不干擾燃燒器后級(jí)中的熱氣流型，從而導(dǎo)致穿越 燃燒器的壓降較低。文中應(yīng)當(dāng)注意到的是，不管初級(jí)噴嘴36和次級(jí) 噴嘴28為何種類型，或甚至是否存在用于燃燒器的次級(jí)噴嘴，附壁 型第三級(jí)噴嘴40都可用于燃燒器12的后級(jí)。參看圖3，示出了一種設(shè)置在燃燒器中的附壁型第三級(jí)噴嘴 40。如上所述，燃燒襯套22設(shè)置在提供于燃燒器外殼20中的流動(dòng)套 筒內(nèi)。在燃燒襯套22中設(shè)有多個(gè)稀釋孔23。在所示的實(shí)施例中，示 出了聯(lián)接到稀釋孔23上的一個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴40?？諝夂?或稀釋 劑經(jīng)由形成在襯套套筒與燃燒器外殼20之間的間隙44而流向附壁型 第三級(jí)噴嘴40。附壁型第三級(jí)噴嘴40構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料， 或它們的組合的第三流體噴射到一個(gè)或多個(gè)下游燃燒區(qū)(例如，圖2中 所示的第二燃燒區(qū)/級(jí)42)上。噴嘴40設(shè)計(jì)成用以容許基于參照后續(xù)附 圖進(jìn)行詳細(xì)論述的附壁效應(yīng)來(lái)混合燃料和空氣。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng) 燃料供送給附壁型第三級(jí)噴嘴40時(shí)，附壁型第三級(jí)噴嘴40向下游燃 燒區(qū)提供空氣和燃料的混合物。當(dāng)燃料供送給附壁型第三級(jí)噴嘴40 時(shí)，噴嘴40的有效面積相應(yīng)地變化，并且更多空氣夾帶在燃料中， 從而確保良好的混合以及將空氣-燃料的混合物供送給下游的燃燒區(qū)。 當(dāng)燃料未供送給附壁型第三級(jí)噴嘴40時(shí)，附壁型第三級(jí)噴嘴40向下 游燃燒區(qū)只噴射空氣。換言之，噴嘴40在有些工作條件期間用作稀 釋源。來(lái)自于附壁型第三級(jí)噴嘴40的預(yù)混噴射可取決于工作條件來(lái) 提供。通常，公知的是使用多級(jí)燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的可操作性范圍。 然而，由于較高的壓降以及需要將預(yù)混器放置在包括來(lái)自于初級(jí)噴嘴 的反應(yīng)氣流的環(huán)境中，故很難將附加的預(yù)混器提供到燃燒器的后級(jí) 中。由于升溫以及可燃混合物引入到燃燒器的后級(jí)中，故冷卻這樣的預(yù)混器也很困難。提供示例性的附壁型噴嘴將最大限度地減小壓降， 且因此最大限度地提高整個(gè)燃燒器的效率。當(dāng)燃料未輸送到噴嘴時(shí)， 附壁型噴嘴用作稀釋裝置。因此，這些噴嘴不需要特殊冷卻。附壁型 噴嘴并不保持火焰，并且將不會(huì)干擾燃燒流。附壁型噴嘴事實(shí)上還阻 礙逆燃。附壁型噴嘴增強(qiáng)了對(duì)空氣和燃料的預(yù)混，并且可容易地改型 為燃燒器襯套中的現(xiàn)有稀釋孔。在氣流中的流動(dòng)燃料的剪切作用迫使 (向前拉動(dòng))更多空氣穿過(guò)附壁型噴嘴。因此，更多空氣流動(dòng)穿過(guò)附壁 型噴嘴，從而導(dǎo)致較低的局部火焰溫度以及空氣和燃料的更好混合。 當(dāng)沒(méi)有燃料供送給附壁型第三級(jí)噴嘴40時(shí)，更多空氣通過(guò)初級(jí)燃料 噴嘴供送，從而減小了燃燒器中的局部燃料空氣比。局部火焰溫度降
低，從而導(dǎo)致局部的熱NOx產(chǎn)物的降低。當(dāng)在燃燒器中釆用軸向分級(jí) 時(shí)，迫使更多空氣穿過(guò)附壁型第三級(jí)噴嘴，且由此減少了熱的NOx 產(chǎn)物。圖4為在圖2和圖3的燃燒器中使用的附壁型第三級(jí)噴嘴 40的示例性構(gòu)造的簡(jiǎn)圖。在圖4中所示的實(shí)施例中，附壁型第三級(jí)噴 嘴40包括用于引導(dǎo)附壁型第三級(jí)噴嘴40的燃料正壓室(fod plenum)48內(nèi)的燃料的燃料管線46。附壁型第三級(jí)噴嘴40的進(jìn)氣噴嘴 輪廓(profile)和進(jìn)氣口由參考標(biāo)號(hào)50和52表示。此外，噴嘴40包括 噴嘴出口 54、擴(kuò)散器壁56，以及喉部區(qū)域58。噴嘴40接收來(lái)自于燃 料正壓室48的燃料，并且燃料受到引導(dǎo)流過(guò)預(yù)定的輪廓60或越過(guò)一 組槽口或孔口而流過(guò)燃料出口環(huán)狀空間62。隨后，燃料與來(lái)自進(jìn)氣口 52的進(jìn)入空氣相混合以形成燃料-空氣的混合物。預(yù)混程度由燃料類 型，或輪廓的幾何形狀、或燃料壓力、或燃料溫度、或空氣溫度、或 預(yù)混時(shí)間、或燃料噴射速度、或它們的組合來(lái)控制。在一些實(shí)施例中，
合。 ' ^ ' I P A、 ^ 、 、 5圖5為在圖2和圖3的燃燒器中使用的附壁型第三級(jí)噴嘴 40的另一示例性構(gòu)造的簡(jiǎn)圖，用于大致更大的氣流和燃料分級(jí)能力。在圖5中所示的實(shí)施例中，附壁型第三級(jí)噴嘴40包括促進(jìn)壁和中心
混合的雙混合構(gòu)造噴嘴。噴嘴40包括兩個(gè)燃料入口管線64和66,以 及兩個(gè)燃料正壓室68和70，用以獨(dú)立地提供燃料用于壁和中心混合。 此外，擴(kuò)散器壁和中心體分別由參考標(biāo)號(hào)72和74表示。來(lái)自于燃料 正壓室68和70的燃料受到引導(dǎo)而經(jīng)由兩個(gè)燃料出口 80和82流過(guò)預(yù) 定的輪廓76和78。噴嘴40接收沿噴嘴40的中心線84的氣流，并且 促進(jìn)噴嘴40內(nèi)的空氣和燃料的混合。預(yù)定輪廓76和78可設(shè)計(jì)成用 以促進(jìn)在預(yù)混裝置內(nèi)基于附壁效應(yīng)進(jìn)行混合。在所示的實(shí)施例中，預(yù) 定輪廓76和78有助于引入的燃料附著到輪廓76和78上，以形成燃 料邊界層。此外，鄰近預(yù)定輪廓76和78形成的燃料邊界層促進(jìn)了空 氣夾帶，從而提高了噴嘴40的混合效率。在噴嘴40內(nèi)產(chǎn)生的附壁效 應(yīng)促進(jìn)了燃燒前的較高預(yù)混程度，從而顯著減少了來(lái)自于燃燒系統(tǒng)的 污染物排放。具體而言，由附壁效應(yīng)及隨后的空氣夾帶所產(chǎn)生的燃料 附著到輪廓76和78上的能力導(dǎo)致在燃燒前噴嘴40的較高預(yù)混效率。
圖6為基于附壁效應(yīng)在圖5的附壁型第三級(jí)噴嘴40中的輪 廓76附近形成燃料邊界層的簡(jiǎn)圖。在所示的實(shí)施例中，燃料流86附 著到輪廓76上，并且即使在輪廓76的表面遠(yuǎn)離初始燃料流動(dòng)方向彎 曲時(shí)仍保持附著。更具體而言，當(dāng)燃料流86加速以平#]"動(dòng)量轉(zhuǎn)移時(shí)， 存在穿過(guò)流動(dòng)的壓差，這會(huì)使燃料流86偏移而更接近輪廓76的表面。 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，當(dāng)燃料86移動(dòng)經(jīng)過(guò)輪廓76時(shí)， 在燃料流86與輪廓76之間會(huì)發(fā)生一定量的表面摩擦。這種對(duì)流動(dòng)的 阻力會(huì)使燃料86朝向輪廓76偏移，從而使其粘住輪廓76。此外，由 該機(jī)理形成的燃料邊界層88夾帶進(jìn)入氣流90，以形成具有燃料邊界 層88的剪切層92,用以促進(jìn)氣流90和燃料86的混合。此外，通過(guò) 燃料邊界層88與夾帶空氣90的分離和混合所形成的剪切層92產(chǎn)生 均勻的混合物。參照美國(guó)申請(qǐng)No.l 1/273,212，更為詳細(xì)地論述了關(guān)于附壁 型裝置的更多細(xì)節(jié)，該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文中。上文所述的第三級(jí)噴嘴40的各個(gè)方面具有在不同應(yīng)用場(chǎng)合下的實(shí)用性，例如，在燃?xì)?br> 渦輪機(jī)和加熱裝置如加熱爐中使用的燃燒器。此外，噴嘴40可在燃 氣灶具中使用。在有些實(shí)施例中，噴嘴40可在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的氫燃 燒器和用于航空設(shè)備和重型機(jī)器的其它燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器中使用。盡管本文僅圖示和描述了本發(fā)明的一些特征，但本領(lǐng)域的 技術(shù)人員將構(gòu)思出許多修改和改變。因此應(yīng)理解的是，所附權(quán)利要求 旨在涵蓋落入本發(fā)明真實(shí)精神內(nèi)的所有這些修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種低排放燃燒器(12)，包括限定包括多個(gè)燃燒區(qū)(34，42)的燃燒室(17)的燃燒器外殼(20)；設(shè)置在所述燃燒外殼(20)中的襯套套筒(24)，其中在所述襯套套筒(24)與所述燃燒器外殼(20)之間形成間隙(44)；設(shè)置在所述襯套套筒(24)內(nèi)的襯套(22)；其中，所述襯套(22)包括多個(gè)稀釋孔(23)；次級(jí)噴嘴(28)，其沿所述燃燒室(17)的中心線(30)設(shè)置并且被構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料或其組合的第一流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34，42)之中的第一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32)；多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴(36)，其設(shè)置成鄰近所述燃燒室(17)的上游側(cè)(38)且位于所述次級(jí)噴嘴(28)周圍以及被構(gòu)造成用以將包括空氣和燃料的第二流體噴射到所述第一燃燒區(qū)(34)的上游側(cè)(38)；以及多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴(40)，各附壁型第三級(jí)噴嘴(40)均聯(lián)接到相應(yīng)的稀釋孔(23)上，其中，所述附壁型第三級(jí)噴嘴(40)構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料或其組合的第三流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34，42)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中，其中，所述一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于所述第一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器(12)，其特征在于，所述次級(jí)噴 嘴(28)包括附壁型噴嘴。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的燃燒器(12),其特征在于，各所迷附壁 型第三級(jí)噴嘴(40)均包括構(gòu)造成用以將空氣引入相應(yīng)的所述附壁型第 三級(jí)噴嘴(40)中的進(jìn)氣口(52);其中，空氣經(jīng)由形成在所述襯套套筒(24) 與所述燃燒器外殼(20)之間的所述間隙(44)供送給所述進(jìn)氣口(52)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器(12)，其特征在于，各所述附壁 型第三級(jí)噴嘴(40)均包括構(gòu)造成用以將燃料引入相應(yīng)的所述第三附壁 型噴嘴(4Q)中的至少 一個(gè)燃料正壓室(48)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器(12),其特征在于，各所述第三 附壁型噴嘴(40)均包括設(shè)置成鄰近所述燃料正壓室(48)的預(yù)定輪廓 (60)，其中，所述輪廓(60)構(gòu)造成用以促進(jìn)將所述燃料附著到所述輪廓 (60)上，以形成燃料邊界層(88)和夾帶來(lái)自所述進(jìn)氣口(52)的進(jìn)入空氣 來(lái)促進(jìn)空氣和燃料的預(yù)混。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器(12)，其特征在于，所述附壁型 第三級(jí)噴嘴(40)構(gòu)造成用以在所述燃料供送給所述附壁型第三級(jí)噴嘴 (40)時(shí)，將包括空氣和燃料的第三流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34,42) 之中的 一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器(12)，其特征在于，所述附壁型 第三級(jí)噴嘴(40)構(gòu)造成用以在所述燃料未供送給所述附壁型第三級(jí)噴 嘴(40)時(shí)，將空氣噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)之中的一個(gè)或多個(gè)剩 余燃燒區(qū)中。
8. —種低排放燃燒器(12),包括限定包括多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)的燃燒室(17)的燃燒器外殼(20);設(shè)置在所述燃燒外殼(20)中的襯套套筒(24)，其中，在所述村套套 筒(24)與所述燃燒器外殼(20)之間形成間隙(44);設(shè)置在所述襯套套筒(24)內(nèi)的襯套(22);其中，所述襯套(22)包括 多個(gè)稀釋孔(23);次級(jí)噴嘴(28)，其沿所述燃燒室(17)的中心線(30)設(shè)置并且被構(gòu)造 成用以將包括空氣、燃料或其組合的第一流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū) (34,42)之中的第 一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32);多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴(36)，其設(shè)置成鄰近所述燃燒室(17)的上游側(cè) (38)且位于所述次級(jí)噴嘴(28)周圍以及被構(gòu)造成用以將包括空氣和燃 料的第二流體噴射到所述第一燃燒區(qū)(34)的上游側(cè)(38);以及多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴(40),各附壁型第三級(jí)噴嘴(40)均聯(lián)接到相 應(yīng)的稀釋孔(23)上，其中，所述附壁型第三級(jí)噴嘴(40)構(gòu)造成用以在燃 料供送給所述附壁型第三級(jí)噴嘴(40)時(shí)，將包括空氣和燃料的第三流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中，或者在燃料未供送給所述附壁型第三級(jí)噴嘴(40)時(shí)，將空氣噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34，42)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中，其中，所述一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于所述第一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32)。
9. 一種低排放燃燒器(12)，包括限定包括多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)的燃燒室(17)的燃燒器外殼(20);設(shè)置在所述燃燒外殼(20)中的襯套套筒(24)，其中，在所述襯套套筒與所述燃燒器外殼之間形成間隙(44);設(shè)置在所述襯套套筒(24)內(nèi)的襯套(22);其中，所述襯套(22)包括多個(gè)稀釋孔(23);次級(jí)噴嘴(28),其沿所述燃燒室(17)的中心線(30)設(shè)置并且被構(gòu)造成用以將包括空氣、至少一種稀釋劑、燃料或其組合的第一流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34，42)之中的第 一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32);多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴(36)，其設(shè)置成鄰近所述燃燒室(17)的上游側(cè)(38)且位于所述次級(jí)噴嘴(28)周圍以及被構(gòu)造成用以將包括空氣和燃料的第二流體噴射到所述第一燃燒區(qū)(34)的上游側(cè)(38);以及多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴(40)，各附壁型第三級(jí)噴嘴(40)均聯(lián)接到相應(yīng)的稀釋孔(23)上，其中，所述附壁型第三級(jí)噴嘴(40)構(gòu)造成用以將包括空氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或其組合的第三流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中，其中，所述一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于所述第 一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32)。
10. —種低排放燃燒器(12)，包括限定包括多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)的燃燒室(17)的燃燒器外殼(20);設(shè)置在所述燃燒外殼(20)中的襯套套筒(24)，其中，在所述襯套套筒(24)與所述燃燒器外殼(20)之間形成間隙(44);設(shè)置在所述村套套筒(24)內(nèi)的襯套(22);多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴(36),其設(shè)置成鄰近所述燃燒室(17)的上游側(cè)(38)并且被構(gòu)造成用以將包括空氣和燃料的流體噴射到所述第一燃燒區(qū)(34)的上游側(cè)(38);以及提供給所述襯套(22)的多個(gè)附壁型第三級(jí)噴嘴(40)，其中，所述附壁型第三級(jí)噴嘴(40)構(gòu)造成用以將包括空氣、燃料或其組合的另一流體噴射到所述多個(gè)燃燒區(qū)(34,42)之中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中，其中，所述一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)位于所述第一燃燒區(qū)(34)的下游側(cè)(32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于軸向分級(jí)的低排放燃燒器的附壁型噴射系統(tǒng)。低排放燃燒器包括限定具有多個(gè)燃燒區(qū)的燃燒室的燃燒器外殼。襯套套筒設(shè)置在燃燒外殼中并在襯套套筒與燃燒器外殼之間形成間隙。次級(jí)噴嘴沿燃燒室中心線設(shè)置并構(gòu)造成將包括空氣、至少一種稀釋劑、燃料或其組合的第一流體噴射到多個(gè)燃燒區(qū)中的第一燃燒區(qū)的下游側(cè)。多個(gè)初級(jí)燃料噴嘴設(shè)置成鄰近燃燒室上游側(cè)且位于次級(jí)噴嘴周圍并被構(gòu)造成將包括空氣和燃料的第二流體噴射到第一燃燒區(qū)上游側(cè)。燃燒器還包括多個(gè)第三附壁型噴嘴。各第三附壁型噴嘴均聯(lián)接至相應(yīng)的稀釋孔。第三附壁型噴嘴構(gòu)造成將包括空氣、至少一種其它稀釋劑、燃料或其組合的第三流體噴射到多個(gè)燃燒區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)剩余燃燒區(qū)中。
文檔編號(hào)F23D14/02GK101629719SQ20091014169
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者A·M·埃爾凱迪, A·T·埃武萊特, B·P·萊西, B·瓦拉塔拉彥, G·O·克雷默 申請(qǐng)人:通用電氣公司