專利名稱：用于igcc燃燒器的內(nèi)部歧管抽氣系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于IGCC燃燒器的內(nèi)部歧管抽氣系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)通常由壓縮機(jī)、燃燒器和渴輪組成。渦輪聯(lián)接到壓縮機(jī) 上以便驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。燃燒室接收諸如燃燒氣體的燃料和一定量的氮?dú)?以降低燃燒器的燃燒室內(nèi)的火焰溫度，這使得能使減小排放到大氣的 氮氧化物?？赏ㄟ^氣化獲得燃燒氣體，即諸如煤的碳產(chǎn)物的氧化。這 種部分氧化在被稱作氣化器的獨(dú)立單元中進(jìn)行。通常，燃?xì)廨啓C(jī)與空 氣分離單元組合?？諝夥蛛x單元使主要由空氣、尤其是氧氣或氮?dú)獾?氣體中的一種氣體所組成的至少一種氣體流從輸入空氣供應(yīng)。為了組 合空氣分離單元與燃?xì)廨啓C(jī)，在空氣分離單元中所產(chǎn)生的氧氣和氮?dú)?分別被準(zhǔn)許進(jìn)入氣化器和燃燒器的燃燒室。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出燃?xì)廨啓C(jī)與空氣分離單元的組合，其中被遞送到空氣 分離單元的進(jìn)入空氣至少部分地由燃?xì)廨啓C(jī)供應(yīng)。
因此，本發(fā)明可實(shí)施為用于渦輪的燃燒器，該燃燒器包括燃燒 器襯套；包圍所述燃燒器襯套的第一導(dǎo)流套筒，在第一導(dǎo)流套筒與燃 燒器襯套之間具有第一導(dǎo)流環(huán)形空間，所述第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓 周形成的至少 一個(gè)冷卻孔口 ，用于將壓縮機(jī)排出空氣作為冷卻空氣引 導(dǎo)至所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；包圍第一導(dǎo)流套筒的外殼，在第一導(dǎo) 流套筒與外殼之間具有第二導(dǎo)流環(huán)形空間，所述第一導(dǎo)流套筒具有繞 其圓周形成的至少一個(gè)抽氣開口 ，用于將來自所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間 的壓縮機(jī)排出空氣作為抽出空氣引導(dǎo)至所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；以及抽出端口 ，其可操作地聯(lián)接到所述外殼用于從所述笫二導(dǎo)流環(huán)形空 間抽出所述抽出空氣。
本發(fā)明還可實(shí)施為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括燃燒區(qū)段；在燃燒區(qū)段 下游的空氣排出區(qū)段；在燃燒區(qū)段與空氣排出區(qū)段之間的過渡區(qū)；限 定燃燒區(qū)段和過渡區(qū)的一部分的燃燒器襯套；包圍所述燃燒器襯套的 第一導(dǎo)流套筒，在燃燒器襯套與第一導(dǎo)流套筒之間具有第一導(dǎo)流環(huán)形 空間，所述第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)冷卻孔口，用 于將壓縮機(jī)排出空氣作為冷卻空氣引導(dǎo)至所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；
包圍第 一導(dǎo)流套筒的外殼，在第 一導(dǎo)流套筒與外殼之間具有第二導(dǎo)流 環(huán)形空間，所述第 一 導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少 一 個(gè)抽氣開 口 ，用于將來自所述第 一導(dǎo)流環(huán)形空間的壓縮^L排出空氣作為抽出空 氣引導(dǎo)至所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；以及抽出端口，其可操作地聯(lián)接 到所述外殼用于從所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間抽出所述抽出空氣。
本發(fā)明還可實(shí)施為從燃燒區(qū)段抽出空氣的方法，該燃燒區(qū)段包括 燃燒器襯套；包圍所述燃燒器襯套的第一導(dǎo)流套筒，在燃燒器襯套與 第一導(dǎo)流套筒之間具有第一導(dǎo)流環(huán)形空間；以及包圍所述第一導(dǎo)流套 筒的外殼，所述第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)冷卻孔 口 ，用于將壓縮機(jī)排出空氣作為冷卻空氣引導(dǎo)至所述第一導(dǎo)流環(huán)形空 間內(nèi)，該方法包括在所述外殼與所述第一導(dǎo)流套筒之間形成第二導(dǎo) 流環(huán)形空間；繞第一導(dǎo)流套筒的圓周形成至少一個(gè)抽氣開口，用于將 來自所述第 一導(dǎo)流環(huán)形空間的壓縮機(jī)排出空氣作為抽出空氣引導(dǎo)至 所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間；將抽出端口可操作地聯(lián)接到所述外殼，用于 從所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間抽出所述抽出空氣；通過所述至少 一個(gè)冷卻 孔口將壓縮機(jī)排出空氣供應(yīng)至所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；使來自所述 第 一導(dǎo)流環(huán)形空間的抽出空氣通過所述至少 一個(gè)抽氣開口流動(dòng)到所 述第二導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；以及通過所述抽出端口>^人所述第二導(dǎo)流環(huán)形
空間抽出空氣。


結(jié)合附圖，通過仔細(xì)研究本發(fā)明的目前優(yōu)選的示范性實(shí)施例的下 文的更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的這些和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被全面地
理解和了解，在附圖中
圖l是燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器區(qū)段的部分示意圖2是連接到過渡件上的更加常規(guī)的燃燒器襯套和導(dǎo)流套筒的部
分的{旦更詳細(xì)的透#見圖3是示意性的部分截面視圖和部分?jǐn)嗔岩晥D，其示出了作為本
發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于抽氣的內(nèi)部歧管；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的導(dǎo)流套筒的示意3見圖5是圖3所示的燃燒器區(qū)段的示意截面圖6是類似于圖5的示意截面圖，其示出了替代的導(dǎo)流套筒構(gòu)造；
圖7是類似于圖6的截面圖，其示出了另一替代的導(dǎo)流套筒構(gòu)造；
圖8是類似于圖7的截面圖，其示出了另一導(dǎo)流套筒構(gòu)造；
圖9是示出了另一替代的導(dǎo)流套筒構(gòu)造的示意截面圖IO是類似于圖9的示意截面圖，其示出替代的外殼構(gòu)造。
部件列表 過渡件12 過渡件主體14 沖擊套筒16 燃燒襯套18、 118
導(dǎo)流套筒20、 120、 120A、 120B、 120C、 120D、 120E
過渡件前方套筒組件22
外殼24、 124、 124E
抽出端口 126
抽氣孔口/開口 128、 128B
凹口/凹槽132、 132A、 132B、 132C環(huán)形空間134、 134C、 134D、 134E
傾斜壁136
傾斜壁138
底壁140、 140A
延伸部142、 142B
管端口 14具體實(shí)施例方式
傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器使用擴(kuò)散(即非預(yù)先混合的)燃燒，其中燃 料和空氣分離地進(jìn)入燃燒室?；旌虾腿紵^程產(chǎn)生超過3900。F的火焰 溫度。由于具有襯套的常規(guī)燃燒器和/或過渡件通常僅能耐受大約 1500。F數(shù)量級(jí)的最高溫度達(dá)大約10，000小時(shí)(hrs),因此必須采取措施 來保護(hù)燃燒器和/或過渡件。這典型地通過薄膜式冷卻來進(jìn)行，薄膜式 冷卻涉及將較冷的壓縮機(jī)空氣引入至由包圍燃燒器外部的燃燒器村 套所形成的穩(wěn)壓室(plenum)內(nèi)。在此布置中，來自穩(wěn)壓室的空氣經(jīng)過 燃燒器襯套的通氣孔(louver)，并且然后作為薄膜在襯套的內(nèi)表面上傳 遞，從而維持燃燒器襯套的完整性。
圖1示意性地描繪了燃燒器后端的截面圖。可見，在此示例中， 過渡件12包括徑向內(nèi)部過渡件主體14和與過渡件主體14間隔開的 徑向外部過渡件沖擊套筒16。在過渡件12上游是燃燒襯套18和燃燒 器導(dǎo)流套筒20,燃燒襯套18具有使空氣流入至燃燒室內(nèi)的端口 ，燃 燒器導(dǎo)流套筒20被限定為相對(duì)燃燒器襯套成包圍關(guān)系。圓圈區(qū)域是 過渡件前方套筒組件22。
來自燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)單元(未圖示)的流體進(jìn)入外殼24。壓縮機(jī)排 出空氣的至少一部分進(jìn)入上游燃燒器導(dǎo)流套筒20的冷卻孔口 28內(nèi)， 并且進(jìn)入至導(dǎo)流套筒20與襯套18之間的第一導(dǎo)流環(huán)形空間30內(nèi)。 空氣最終在燃燒室中與燃?xì)廨啓C(jī)燃料混合。
減小與IGCC參考電廠相關(guān)的成本的一種方法是對(duì)于組合的過程和電力模塊實(shí)現(xiàn)更高的凈電廠輸出。因此，使用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)空氣
變成減小空氣分離單元("ASU")所需的主空氣壓縮機(jī)("MAC")負(fù)荷的 一個(gè)可行的選擇。而且，如上文所述，來自ASU的可用的氮?dú)夤?yīng) 可用作NOx減排的稀釋劑。此外，抽氣提供在操作范圍內(nèi)用于燃?xì)廨?機(jī)控制的一種手段。由于第一級(jí)噴嘴通常被堵塞，因此對(duì)于熱值比天 然氣的熱值小大約一個(gè)數(shù)量級(jí)的低BTU燃料來說，抽氣變成重要的 設(shè)計(jì)考慮。但是，為了實(shí)現(xiàn)上述益處，燃?xì)廨啓C(jī)需要允許所需的抽氣 的改進(jìn)。所面臨的挑戰(zhàn)是在現(xiàn)有組件的約束范圍內(nèi)允許額外的抽出端 口并且不影響燃燒器的耐用性和性能。本發(fā)明以最小的空氣動(dòng)力學(xué)的 和機(jī)械的風(fēng)險(xiǎn)提供燃?xì)廨啓C(jī)抽氣能力，其從燃燒器外殼抽氣以供應(yīng)至 空氣分離單元。
為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明提供在燃燒外殼內(nèi)部的導(dǎo)流環(huán)形空間或 歧管，其形成于外殼與導(dǎo)流套筒外徑之間用于氣化過程的抽氣。
更具體而言，參看圖3至圖5，本發(fā)明采用第二導(dǎo)流環(huán)形空間， 其圍繞導(dǎo)流套筒120以便供給空氣至單個(gè)抽出端口 126內(nèi)，該端口安 裝于外殼124的上死點(diǎn)(TDC)處。這通過在導(dǎo)流套筒120與外殼124 之間容納內(nèi)部歧管而實(shí)現(xiàn)。而且， 一個(gè)或多個(gè)抽氣開口位于導(dǎo)流套筒 中以允許圍繞襯套進(jìn)行均勻地抽氣。在圖3至圖5所示的示例性實(shí)施 例中，提供多個(gè)抽氣孔128。這些孔等距地間隔開，在此實(shí)施例中提 供了 24個(gè)孔。4艮據(jù)本發(fā)明的概念，在導(dǎo)流套筒120上的這些尺寸優(yōu) 選的孔處于抽氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。隨著連續(xù)孔之間的馬赫數(shù)(Mach number)從底部到頂部逐漸變高，抽氣孔逐漸變小。
由于包括襯套、端蓋、帽和燃料噴嘴組件的管狀燃燒系統(tǒng)的對(duì)稱 性，燃燒器空氣流圍繞襯套保持均勻。結(jié)果，在具有通氣孔的冷卻襯 套118、混合噴射器與六環(huán)一(six around zero)噴嘴之間的空氣分流的 平衡對(duì)于燃燒器設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要。因此，從燃燒器進(jìn)行單點(diǎn)徑向抽 氣必須謹(jǐn)慎地考慮，而不對(duì)襯套與導(dǎo)流套筒之間的主燃燒器空氣流造 成任何不當(dāng)?shù)亩瘟鲌?chǎng)。另外，先前所述的至關(guān)重要的平衡的喪失可 能會(huì)不利地影響燃燒器動(dòng)力學(xué)、排放、壓降和構(gòu)件壽命。而且，抽氣系統(tǒng)必須符合電廠平衡(BOP)所需的壓降分配。而且，抽氣腔壓力必 須足夠高以防止熱氣體通過交叉火焰管端口 143回流。
在所示的示例性實(shí)施例中，周向凹口或凹槽132形成于導(dǎo)流套筒 120中以在套筒120與外殼124之間限定空腔或?qū)Я鳝h(huán)形空間134。 抽出端口 126聯(lián)接至外殼124用于圍繞燃燒器的外圍在某個(gè)位置抽 氣。在圖3至圖5的實(shí)施例中，周向凹槽132包括在其一個(gè)軸向端的 第一傾斜壁136，在其另一個(gè)軸向端的第二傾斜壁138和底壁140。 在此實(shí)施例中，所謂的至少一個(gè)抽氣開口包括穿過下游傾斜壁138繞 第一導(dǎo)流套筒120的圓周形成的多個(gè)抽氣孔口 128。
圖6至圖IO示出相對(duì)于圖1實(shí)施例的導(dǎo)流套筒和外殼的替代構(gòu)造。
具體而言，圖6進(jìn)一步示出了導(dǎo)流套筒120A的凹槽132A的底壁 140A的擋板延伸部142,其用于覆蓋燃燒室的最下游的進(jìn)入端口(相 對(duì)于冷卻空氣流經(jīng)過第一環(huán)形空間的方向)，以便獲得覆蓋那些進(jìn)入端 口的一致的穩(wěn)壓室直徑。
圖7類似于圖6的實(shí)施例，但繞導(dǎo)流套筒120B外圍的多個(gè)均勻 地間隔開的抽氣開口或端口 128B布置于周向凹口或凹槽132B的下游 側(cè)上，并且通過擋板延伸部142B相對(duì)襯套中的進(jìn)口屏蔽。
圖8是類似于圖7的實(shí)施例，但省略了凹槽132C的下游壁使得 第二導(dǎo)流環(huán)形空間134C在導(dǎo)流套筒120C的下游端向第一導(dǎo)流環(huán)形空 間敞開，以限定使冷卻空氣從第 一導(dǎo)流環(huán)形空間流動(dòng)到第二導(dǎo)流環(huán)形 空間并繼續(xù)流動(dòng)到抽出端口的連續(xù)通路。
圖9示出通過在抽出端口的軸向附近使導(dǎo)流套筒120D與外殼124 偏移而限定的淺穩(wěn)壓室134D。
最后，圖10示出了外殼124E，其相對(duì)于襯套和導(dǎo)流套筒120E 傾斜或擴(kuò)口，使得穩(wěn)壓室或第二導(dǎo)流環(huán)形空間134E由導(dǎo)流套筒限定。
雖然結(jié)合目前被認(rèn)為最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例的內(nèi)容描述了本發(fā) 明，但應(yīng)了解本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明預(yù)期涵 蓋包括于權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和等效布置。
權(quán)利要求
1. 一種用于渦輪機(jī)的燃燒器，其包括燃燒室襯套(118)；包圍所述燃燒室襯套的第一導(dǎo)流套筒(120，120A，120B，120C，120D，120E)，在所述燃燒室襯套與所述第一導(dǎo)流套筒之間具有第一導(dǎo)流環(huán)形空間(30)，所述第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)冷卻孔口(28)，用于將壓縮機(jī)排出空氣作為冷卻空氣引導(dǎo)至所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；包圍所述第一導(dǎo)流套筒的外殼(124，124E)，在所述第一導(dǎo)流套筒與所述外殼之間具有第二導(dǎo)流環(huán)形空間(134，134C，134D，134E)，所述第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)抽氣開口(128，128B)，用于將來自所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間的壓縮機(jī)排出空氣作為抽出空氣引導(dǎo)至所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；以及抽出端口(126)，其可操作地聯(lián)接到所述外殼，用于從所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間抽出所述抽出空氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于,.所述抽出端口可 操作地聯(lián)接至所述空氣分離單元，使得從所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間抽出 的空氣作為用于空氣分離單元的進(jìn)入空氣遞送至所述空氣分離單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述第一導(dǎo)流套 筒包括周向凹槽(132,132A，132B，132C),以與所述外殼限定所述第二 導(dǎo)流環(huán)形空間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述周向凹槽包 括在其一個(gè)軸向端的第一傾斜壁(136)，在其另一個(gè)軸向端的第二傾斜 壁(138)和底壁(140,140A),所述至少一個(gè)抽氣開口包括穿過所述傾斜 壁中的一個(gè)繞所述第一導(dǎo)流套筒的圓周形成的多個(gè)抽氣孔口 (128,128B)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器，其特征在于，所述凹槽的所述底壁(140，140A)基本上平行于所述燃燒器襯套。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器，其特征在于，擋板部件 (142,142B)從所述凹槽的所述底壁延伸，所述擋板壁相對(duì)于燃燒氣體 流經(jīng)過所述燃燒器襯套的方向在軸向上游方向上延伸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述至少一個(gè)抽 氣開口包括繞所述第一導(dǎo)流套筒的圓周形成的多個(gè)抽氣孔口 (128)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述導(dǎo)流套筒在 所述抽出端口附近成臺(tái)階狀，以限定所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其特征在于，所述臺(tái)階狀導(dǎo)流 套筒相對(duì)于燃燒氣體經(jīng)過所述燃燒襯套的方向終止于臺(tái)階狀導(dǎo)流套 筒的上游端，并且與所述外殼和所述燃燒器襯套成間隔開的關(guān)系，使 得所述第二環(huán)形空間(134C)在所述導(dǎo)流套筒的所述上游端與所述第一 環(huán)形空間敞開連通，由此壓縮機(jī)排出空氣可/人所述第 一環(huán)形空間流動(dòng) 至所述第二環(huán)形空間并且流動(dòng)至所述抽出端口 。
10. —種用于從燃燒區(qū)段抽氣的方法，所述燃燒區(qū)段包括燃燒器 襯套(118);包圍所述燃燒器襯套的第一導(dǎo)流套筒(120,120A，120B,120C, 120D,120E),在所述燃燒器襯套與所述第一導(dǎo)流套筒之間具有第一導(dǎo) 流環(huán)形空間(30);以及包圍所述第一導(dǎo)流套筒的外殼(124,124E)，所述 第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)冷卻孔口(28)，用于將壓 縮機(jī)排出空氣作為冷卻空氣引導(dǎo)至所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)，所述方 法包括在所述外殼與所述第 一導(dǎo)流套筒之間形成第二導(dǎo)流環(huán)形空間 (134,134C，134D，134E);繞所述第 一導(dǎo)流套筒的圓周形成至少 一個(gè)抽氣開口 (128，128B)， 用于將來自所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間的壓縮機(jī)排出空氣作為抽出空氣 引導(dǎo)至所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；將抽出端口 (126)可操作地聯(lián)接到所述外殼(124，124E)上，用于從 所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間抽出所述抽出空氣；通過所述至少一個(gè)冷卻孔口(28)將壓縮機(jī)排出空氣供應(yīng)至所述第 一導(dǎo)流環(huán)形空間(30)內(nèi)；使來自所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間(30)的抽出空氣通過所述至少一個(gè) 抽氣開口 (128，128B)流動(dòng)至所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間(134，134C，134D， 134E)內(nèi)；以及通過所述抽出端口從所述第二導(dǎo)流環(huán)形空間中抽出空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于IGCC燃燒器的內(nèi)部歧管抽氣系統(tǒng)和方法，該燃燒器包括燃燒器襯套；包圍燃燒室襯套的第一導(dǎo)流套筒，在其間具有第一導(dǎo)流環(huán)形空間，第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)冷卻孔口，用于將壓縮機(jī)排出空氣作為冷卻空氣引導(dǎo)至第一導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；包圍第一導(dǎo)流套筒的外殼，在其間具有第二導(dǎo)流環(huán)形空間，第一導(dǎo)流套筒具有繞其圓周形成的至少一個(gè)抽氣開口，用于將來自所述第一導(dǎo)流環(huán)形空間的壓縮機(jī)排出空氣作為抽出空氣引導(dǎo)至第二導(dǎo)流環(huán)形空間內(nèi)；以及抽出端口，其可操作地聯(lián)接到外殼上，用于從第二導(dǎo)流環(huán)形空間抽出該抽出空氣。
文檔編號(hào)F23R3/42GK101446421SQ20081017879
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者A·索姆, J·D·貝里 申請(qǐng)人:通用電氣公司