專利名稱：燃?xì)鉁u輪機(jī)預(yù)混合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題涉及用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的預(yù)混合系統(tǒng)，且更特別地，涉及采用由燃 料和空氣混合區(qū)域分開的一對燃料和空氣混合板的預(yù)混合系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒壓縮空氣和燃料的混合物，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。燃?xì)鉁u輪 發(fā)動機(jī)效率可隨著燃燒氣體溫度上升而上升。然而，在高溫下可形成諸如一氧化氮和二氧 化氮(統(tǒng)稱為NOx)的化合物，其受到政府規(guī)章的限制。此外，形成NOx的化學(xué)反應(yīng)的速度 通常可為溫度的指數(shù)函數(shù)。因此，可能期望控制溫度以阻止NOx形成，同時允許足夠高的溫 度以便在有效范圍內(nèi)運行燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。但是，即使是在受控的溫度下，由于壓縮空氣和 燃料的不均勻混合，可能出現(xiàn)熱點，這又可促進(jìn)NOx的形成。

發(fā)明內(nèi)容
某些實施例與以下簡述的最初要求保護(hù)的發(fā)明的范圍相稱。這些實施例不意圖限 制所要求保護(hù)發(fā)明的范圍，相反這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。事 實上，本發(fā)明可包括可與以下陳述的實施例相似或相異的多種形式。在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括燃燒器和設(shè)置在該燃燒器內(nèi)的預(yù)混合系統(tǒng)。該預(yù) 混合系統(tǒng)包括上游混合板、下游混合板和預(yù)混合區(qū)；該上游混合板帶有用來引導(dǎo)燃料和空 氣通過第一混合板的第一燃料通道和第一空氣通道；該下游混合板帶有用來引導(dǎo)燃料和空 氣通過第二混合板到達(dá)燃燒室的第二燃料通道和第二空氣通道；預(yù)混合區(qū)形成在上游混合 板和下游混合板之間，并構(gòu)造成從上游混合板將燃料和空氣引入下游混合板。在第二實施例中，一種系統(tǒng)包括燃燒器襯里，安裝在該燃燒器襯里中并構(gòu)造成引 導(dǎo)壓縮空氣和燃燒燃料穿過預(yù)混合區(qū)以形成燃料-空氣混合物的上游混合板，安裝在該燃 燒器襯里中并構(gòu)造成將另外的燃燒燃料與燃料_空氣混合物混合以形成燃燒混合物的下 游混合板，以及構(gòu)造成燃燒該燃燒混合物的燃燒室。在第三實施例中，一種方法包括引導(dǎo)燃燒燃料的第一流穿過上游混合板以形成 燃料_空氣混合物，引導(dǎo)該燃料_空氣混合物穿過預(yù)混合區(qū)至下游混合板，引導(dǎo)燃燒燃料 的第二流穿過該下游混合板以將該第二流與該燃料_空氣混合物混合，以及響應(yīng)于對駐焰 (flame holding)和/或增加的NOx排放的探測而調(diào)節(jié)該第一流、第二流或兩者。


當(dāng)參考附圖閱讀以下具體實施方式
時，本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu)點 將變得更好地理解，貫穿附圖，相似的標(biāo)號代表相似的部件，其中圖1是可采用預(yù)混合系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的實施例的示意性作業(yè)圖；圖2是穿過縱向軸線取截面的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的實施例的截面圖；圖3是圖2的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一部分的細(xì)節(jié)視圖，描繪了具有預(yù)混合系統(tǒng)的燃燒器；圖4是圖3中顯示的預(yù)混合系統(tǒng)的實施例的細(xì)節(jié)視圖；圖5是描繪操作采用預(yù)混合系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法的流程圖；圖6是可用在圖4的預(yù)混合系統(tǒng)中的預(yù)混合板的實施例的剖視圖；以及圖7是可用在圖4的預(yù)混合系統(tǒng)中的預(yù)混合板的另一個實施例的剖視圖。元件列表
10系統(tǒng)
12燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)
16空氣進(jìn)氣部分
18壓縮機(jī)
20燃燒器部分
22渦輪
24排氣部分
26軸
28燃燒器殼體
29縱向軸線
30燃燒器
32預(yù)混合系統(tǒng)
34燃燒室
36燃料入口
38立而蓋
40過渡部分
42葉片
44外殼
46襯里
48流套筒
50上游板
52下游板
54預(yù)混合部分
56長度
58上游燃料通道
60下游燃料通道
62燃料通道
64空氣通道
66空氣管
68流調(diào)節(jié)器
70空氣旁通
72控制器
74火焰探測器
76火焰探測器78CEM80方法82框84框86框88框90框92PDI 板94開口96孔98表面100表面102流調(diào)節(jié)器104LDI 板106空氣增壓室107流調(diào)節(jié)器108開口110開口
具體實施例方式以下將描述本發(fā)明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述， 在說明書中不一定描述實際實施方式的全部特征。應(yīng)該理解的是在任何此類實際實施方式 的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須做出大量實施方式特定的決策，以達(dá)成開發(fā)者 的具體目標(biāo)，例如遵循系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這可從一個實施方式到另一個實施方 式而不同。此外，應(yīng)該理解的是，此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜而耗時的，但對于受益于本發(fā)明 公開的那些本領(lǐng)域技術(shù)人員而言仍然是設(shè)計、制造和生產(chǎn)中的日常事務(wù)。當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實施例的元件時，用詞“一 ”、“ 一個”、“該，，和“所述，，意在指 存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意在為包括性的，并意味著除了所 列舉的元件還可有另外的元件。本公開指向包括設(shè)計用來在燃燒區(qū)之前預(yù)混合一部分燃料的預(yù)混合系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。具體地，該預(yù)混合系統(tǒng)包括兩個預(yù)混合板，即由預(yù)混合區(qū)分開的上游預(yù)混合板和下 游預(yù)混合板。該上游預(yù)混合板可包括預(yù)混合直噴(PDI)板或貧直噴(LDI)板。下游預(yù)混合板 也可包括預(yù)混合直噴(PDI)板或貧直噴(LDI)板，以及其它類型的燃料和空氣混合系統(tǒng)，例 如基于旋流器的預(yù)混合器。通常，上游板可接收進(jìn)入燃燒室的燃料的大約0. 25% -0. 50%。 通過上游板噴射的燃料可與空氣混合，并且當(dāng)其流過預(yù)混合區(qū)時可進(jìn)一步與空氣混合，以 形成燃料_空氣混合物。燃料_空氣混合物然后可流過下游板，其接收進(jìn)入燃燒室的燃料 的剩余百分比部分。在下游板內(nèi)，燃料的剩余百分比部分可與來自預(yù)混合區(qū)的燃料-空氣 混合物混合以形成燃料和空氣的燃燒混合物。
不是采用單個PDI燃燒器或LDI燃燒器，該預(yù)混合系統(tǒng)采用的是由預(yù)混合區(qū)分開 的成對的預(yù)混合板。由預(yù)混合區(qū)分開兩個預(yù)混合板允許上游板遠(yuǎn)離燃燒火焰定位，從而減 少自發(fā)火(auto ignition)、回火(flashback)和/或駐焰的可能性。此外，因為上游板可 預(yù)混合一部分燃料，當(dāng)與單LDI或PDI板系統(tǒng)比較時，下游預(yù)混合板通?？山邮蛰^少的燃 料，這可降低燃燒溫度并降低自發(fā)火、回火和/或駐焰的可能性。在某些實施例中，上游空 氣通道可比下游板大，以便最小化整體系統(tǒng)壓力損耗上游板、下游板以及預(yù)混合區(qū)可促進(jìn)燃料和空氣在燃燒混合物中更均勻的混合， 這又可減少燃燒室中會導(dǎo)致增加的NOx形成的熱點。通常，預(yù)混合系統(tǒng)可促進(jìn)高反應(yīng)性燃 料(即具有高氫含量的燃料)的燃燒，同時產(chǎn)生大約小于25ppm的NOx。更具體地，預(yù)混合 系統(tǒng)可促進(jìn)高反應(yīng)性燃料的燃燒，同時產(chǎn)生大約少于IOppm的NOx，或者甚至更具體地，大 約小于3ppm的NOx。圖1是示例性系統(tǒng)10的方塊圖，該系統(tǒng)包括可采用預(yù)混合系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)12。 在某些實施例中，系統(tǒng)10可包括飛機(jī)、船舶、機(jī)車、發(fā)電系統(tǒng)或它們的組合。圖示的燃?xì)鉁u 輪發(fā)動機(jī)12包括進(jìn)氣部分16，壓縮機(jī)18，燃燒器部分20，渦輪22和排氣部分24。渦輪22 經(jīng)由軸26聯(lián)接到壓縮機(jī)18上。如箭頭所示，空氣可進(jìn)入燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12，穿過進(jìn)氣部分16并流入壓縮機(jī)18， 壓縮機(jī)18在空氣進(jìn)入燃燒器部分20之前壓縮空氣。圖示的燃燒器部分20包括與軸26同 心地或環(huán)狀地繞軸26設(shè)置在壓縮機(jī)18和渦輪22之間的燃燒器殼體28。壓縮空氣從壓縮 機(jī)18進(jìn)入燃燒器30，在此處壓縮空氣可在燃燒器30內(nèi)與燃料混合并燃燒，以驅(qū)動渦輪22。 預(yù)混合系統(tǒng)可用在燃燒器30內(nèi)，以在空氣和燃料進(jìn)入燃燒器30的燃燒區(qū)之前預(yù)混合空氣 和燃料。熱的燃燒氣體從燃燒器部分20流過渦輪22，經(jīng)由軸26驅(qū)動壓縮機(jī)18。例如，燃 燒氣體可向渦輪22內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片施加原動力，以旋轉(zhuǎn)軸26。在流過渦輪22后，熱的燃 燒氣體可通過排氣部分24離開該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12。圖2是沿縱向軸線29所取的圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12的實施例的橫截面?zhèn)纫晥D。 燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12包括位于燃燒器部分20內(nèi)的一個或多個預(yù)混合系統(tǒng)32。在某些實施例 中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)12可包括多個管環(huán)燃燒器30。在這些實施例中，多個燃燒器30中的每 個或一些燃燒器可包括預(yù)混合系統(tǒng)32。根據(jù)某些實施例，燃燒器30可為擴(kuò)散火焰或預(yù)混火 焰管式燃燒器。此外，在某些實施例中，燃燒器30可為帶有寬調(diào)低率(turndown ratio)和 低動態(tài)變化(dynamics)的擴(kuò)散火焰燃燒器，使得能夠燃燒寬范圍的燃料。而且，在某些實 施例中，燃燒器30可為包括貧預(yù)混燃燒器和/或貧直噴燃燒器的干式低NOx (DLN)燃燒器。預(yù)混合系統(tǒng)32伸過燃燒器30的一部分，并通向設(shè)置在該預(yù)混合系統(tǒng)32的下游的 燃燒室34。燃料可穿過附接在燃燒器30的端蓋38上的燃料入口 36進(jìn)入燃燒器30。如以 下關(guān)于圖3所討論的，一部分燃料可進(jìn)入預(yù)混合系統(tǒng)32，在此處燃料與來自壓縮機(jī)18的空 氣混合以形成燃料和空氣的燃燒混合物。該燃燒混合物然后可進(jìn)入燃燒室34，在此處該燃 燒混合物可被點燃以形成燃燒氣體。通常，預(yù)混合系統(tǒng)32可允許一部分燃料在進(jìn)入燃燒室34之前與空氣混合，這會導(dǎo) 致降低的溫度以及因此導(dǎo)致燃燒期間降低的NOx形成。燃燒氣體可離開燃燒器部分20并 流過過渡部分40到達(dá)渦輪22。在渦輪22內(nèi)，燃燒氣體可使在渦輪22內(nèi)徑向延伸的葉片42旋轉(zhuǎn)，從而在通過排氣部分24離開之前使軸26旋轉(zhuǎn)。 圖3中圖示的是燃燒部分20的實施例的詳細(xì)視圖。燃燒器30包括燃燒室34，其 通常由外殼44、襯里46以及流套筒48限定。流套筒48可與襯里46同軸地定位和/或環(huán) 狀地圍繞襯里46定位，以將空氣從壓縮機(jī)引入預(yù)混合系統(tǒng)32，如箭頭大體上所示。預(yù)混合系統(tǒng)32在襯里46的一部分內(nèi)延伸，并包括由預(yù)混合區(qū)或部分54分開的上 游板50和下游板52。板50和52可通過例如呼啦圈密封件或其它合適的連接機(jī)構(gòu)安裝在 襯里46內(nèi)，以將預(yù)混合部分54與燃燒器30的其它部分分開。預(yù)混合部分54可在襯里46 內(nèi)延伸長度56。板50和52可設(shè)計成促進(jìn)短距離內(nèi)的混合，且根據(jù)某些實施例，長度56可為 大約5-13cm(2-5英寸)，以及其間的全部子范圍。更具體地，長度56可為大約8-10cm(3-4 英寸)。然而，在其它實施例中，長度56可變化。燃料可通過燃料入口 36進(jìn)入燃燒器30?？刹捎萌魏魏线m的燃燒燃料。然而，根據(jù) 某些實施例，燃料可包括合成氣體(合成氣)或其它高反應(yīng)性燃料(即具有低甲烷和惰性 含量的燃料)，例如氫氣、乙炔、乙烯、一氧化碳或它們的組合。燃料可流過端蓋38內(nèi)的一個 或多個通道到達(dá)上游燃料通道58。上游燃料通道58可引導(dǎo)一部分燃料通過上游板50。根 據(jù)某些實施例，進(jìn)入燃燒器30的燃料的大約15% -85%可被引導(dǎo)通過上游板50。更具體 地，進(jìn)入燃燒器30的燃料的大約25% -75%可被引導(dǎo)通過上游板50。在板50內(nèi)，或者在離 開板50后，燃料可與壓縮空氣混合，并流過預(yù)混合部分54以形成燃料-空氣混合物。當(dāng)燃 料和空氣沿預(yù)混合部分54的長度56流動時，燃料和空氣可進(jìn)一步混合，這可促進(jìn)燃料和空 氣更均勻地混合。燃料_空氣混合物然后可通過下游板52離開預(yù)混合部分54，在下游板 52處燃料-空氣混合物可被噴入燃燒部分34?？蓪⑷剂系氖Ｓ嗖糠?S卩，未流過上游板50的燃料)引導(dǎo)通過下游燃料通道60到 達(dá)下游板52。在某些實施例中，下游燃料通道60可同心地設(shè)置在下游燃料通道58內(nèi)。然 而，在其它實施例中，燃料通道58和60可彼此分開和/或設(shè)置在燃燒器30內(nèi)不同的位置。 例如，在某些實施例中，下游燃料通道60可穿過襯里46伸入預(yù)混合部分54。當(dāng)燃料流過預(yù) 混合部分54時，燃料的剩余部分可包含在燃料通道60內(nèi)，從而防止燃料的剩余部分與空氣 混合，直至燃料流過下游板52。此外，在某些實施例中，下游燃料通道60可繞過預(yù)混合部分 54并直接延伸通過襯里46到達(dá)下游板52。當(dāng)燃料的剩余部分流過下游板52和/或離開 下游板52時，此另外的燃料可與來自預(yù)混合部分54的燃料-空氣混合物混合以形成燃料 和空氣的燃燒混合物。該燃燒混合物然后可在燃燒室34內(nèi)燃燒。圖4是燃燒器30的實施例的橫截面視圖。各板50和52可包括一個或多個燃料 通道，如燃料增壓室62，以及一個或多個空氣通道，如空氣管64。燃料可從燃料通道58和 60進(jìn)入燃料增壓室，并可在增壓室62內(nèi)圍繞管64分配。然而，在其它實施例中，燃料通道 和/或空氣通道可包括任何合適類型的流路，例如管、增壓室或它們的組合。板50和52可包括PDI板、LDI板或它們的組合。具體地，在PDI板中，燃料和空氣 的混合可發(fā)生在板50或52內(nèi)。例如，如圖4中所示，空氣管64可包括允許燃料從增壓室 62進(jìn)入空氣管64的開口。燃料和空氣可在離開板50或52前在空氣管64內(nèi)混合。在LDI 板中，燃料和空氣的混合可隨著燃料和空氣離開板50或52而發(fā)生。例如，如以下將關(guān)于圖 7描述的，燃料可通過鄰近和/或指向空氣管64的出口的分離的通道離開板50或52。不 管板的類型如何，板50和52可設(shè)計成承受在預(yù)混合系統(tǒng)54內(nèi)盛行的高溫。例如，板50和52可設(shè)計成承受超過大約1090°C (2000 T )的溫度。此外，在某些實施例中，下游板52可 包括任何合適類型的預(yù)混合板，其中包括PDI板和LDI板，常規(guī)的基于旋流的預(yù)混合器。上 游板可具有與下游板不同的設(shè)計，以優(yōu)化諸如壓力損失的系統(tǒng)參數(shù)。板可以是連續(xù)的單元， 或者直接結(jié)合到一起或連接在例如帽組件中的離散部分，在帽組件中安裝了 PDI，LDI，或其 它燃料和其它空氣預(yù)混合器設(shè)計。
不管板類型如何，板50和52通常產(chǎn)生燃料和空氣的可燃燒混合物，這會有利于回 火、駐焰和/或自發(fā)火。然而，在預(yù)混合系統(tǒng)32內(nèi)包括兩個板50和52允許一部分燃料和 空氣在燃燒室34內(nèi)與火焰分離的區(qū)域中預(yù)混合。具體地，上游板50允許一部分燃料和空 氣在預(yù)混合區(qū)54中混合，該預(yù)混合區(qū)54通過下游板52從燃燒區(qū)34分開。此外，預(yù)混合區(qū) 54允許用來混合燃料和空氣的另外的空間，其可提供燃燒室34內(nèi)更均勻的混合，從而降低 燃燒溫度(即，絕熱火焰溫度)。為了進(jìn)一步降低在上游板50附近發(fā)生駐焰的風(fēng)險，鄰近下 游燃料通道60的空氣管66可沒有用來接收燃料的孔(S卩，在PDI板中)或可沒有指向它們 的單獨的燃料通道(即，在LDI板中)。因此，鄰近的空氣管66可圍繞上游燃料通道60產(chǎn) 生相對無燃料的氣幕，如果火焰向上行進(jìn)到上游燃料通道60，這可冷卻火焰或使火焰熄滅。在預(yù)混合系統(tǒng)32內(nèi)包括兩個板50和52還可設(shè)計成在燃燒區(qū)34內(nèi)產(chǎn)生燃料和空 氣的更均勻的混合物。具體地，由于進(jìn)入下游板52的一部分燃料在進(jìn)入下游板52之前與 空氣混合，較低部分的未混合燃料可被加入下游板52。因此，可達(dá)成下游板52內(nèi)和/或離 開下游板52的燃料和空氣的更徹底的混合。更均勻的混合通?？稍O(shè)計用來防止燃燒區(qū)34 內(nèi)的熱點，熱點可導(dǎo)致增高的NOx水平，并降低燃?xì)鉁u輪機(jī)構(gòu)件壽命。如上關(guān)于圖3所討論的，燃料可通過燃料入口 36進(jìn)入燃燒器30，而空氣可通過流 套筒48和襯里46之間的環(huán)形空間進(jìn)入燃燒器30，如箭頭大體上所示。在上游板50的上游 可設(shè)置可選的流調(diào)節(jié)器68。該流調(diào)節(jié)器68可包括設(shè)計用來抑制微粒流入該預(yù)混合系統(tǒng)32 的穿孔的板，或者其它合適的結(jié)構(gòu)。然而，在其它實施例中，該流調(diào)節(jié)器68可以省略。根據(jù) 某些實施例，所有的空氣可通過上游板50進(jìn)入預(yù)混合系統(tǒng)32。然而，在其它實施例中，可允 許一部分空氣通過一個或多個空氣旁通部分70進(jìn)入預(yù)混合系統(tǒng)32，空氣旁通部分70將流 套筒48和襯里46之間的環(huán)形通道連接到預(yù)混合區(qū)54。例如，在某些實施例中，可期望通過 將其中一些或全部壓縮空氣引導(dǎo)通過空氣旁通部分70而在燃燒器30內(nèi)維持足夠的壓力。預(yù)混合系統(tǒng)32的運行可由控制器72支配?？刂破?2可包括控制線路及部件，其 中例如有模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器、非易失性存儲器以及接口板?？刂破?2可設(shè)計成基于從 傳感器74和76接收的反饋調(diào)節(jié)通過上游燃料通道58的燃料流量、流過下游燃料通道60 的燃料流，或者兩者。例如，傳感器74和76可包括火焰探測器，例如光學(xué)探頭、壓力探頭、 動態(tài)壓力探頭或熱電偶，其設(shè)置在預(yù)混合區(qū)54和燃燒室34內(nèi)。具體地，傳感器74可設(shè)計 成探測預(yù)混合區(qū)54內(nèi)的駐焰，而傳感器76可設(shè)計成探測燃燒區(qū)34內(nèi)火焰的存在?？刂破?72還可從連續(xù)環(huán)境監(jiān)測(CEM)系統(tǒng)78接收反饋。例如，CEM系統(tǒng)78可設(shè)計成探測排氣部 分24內(nèi)NOx的排放。在某些實施例中，CEM系統(tǒng)78可包括設(shè)置在排氣煙囪的上部內(nèi)的傳 感器。CEM系統(tǒng)78可將關(guān)于NOx排放的信息提供給控制器72?？刂破?2可使用來自CEM系統(tǒng)78的信息來探測NOx排放的增長，其可表示已經(jīng) 在預(yù)混合區(qū)54內(nèi)發(fā)生了駐焰。在某些實施例中，控制器72可基于來自傳感器74的反饋校 驗是否已經(jīng)發(fā)生駐焰。響應(yīng)于對駐焰的探測，控制器72可調(diào)節(jié)到板50和52中的一個或兩者的燃料流。例如，如果在預(yù)混合區(qū)54內(nèi)探測到駐焰，控制器72可在貧極限之下調(diào)節(jié)通過 上游燃料通道58的燃料流，從而促進(jìn)火焰的熄滅。在另一個示例中，控制器72可停止通過 燃料通道58和60中的一個通道的燃料流。在另一個示例中，控制器72可轉(zhuǎn)換以通過上游 燃料通道58供應(yīng)較低反應(yīng)性的燃料，例如天然氣。 基于來自設(shè)置在燃燒區(qū)34內(nèi)的傳感器76的反饋，控制器72還可探測下游板52 附近的駐焰。響應(yīng)于對駐焰的探測，控制器可減少流過下游燃料通道60的燃料的流量和/ 或改變?nèi)剂系念愋汀Ｔ谄渌鼘嵤├?，對控制?2的輸入可變化。例如，在某些實施例中， 控制器72可僅從CEM系統(tǒng)78接收輸入，從CEM系統(tǒng)78以及傳感器74和76中的一個或兩 者接收輸入，或者從傳感器74和76中的一個或多個接收輸入而沒有來自CEM系統(tǒng)78的反 饋。此外，控制器72可通過控制一個或多個閥和管道構(gòu)造(未示出)而調(diào)節(jié)通過燃料通道 58和60的燃料的流量。此外，可將另外的設(shè)備(如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和 /或調(diào)節(jié)器)聯(lián)接到控制器72上。圖5描繪了用來控制預(yù)混合系統(tǒng)32的方法80的實施例。該方法可由將燃料引向 第一板(框82)開始。例如，如圖4中所示，控制器72可使得燃料流能夠通過上游板50或 下游板52。在某些實施例中，如果燃燒器30最初使用上游板50啟動，則在預(yù)混合區(qū)54中 可設(shè)置火花塞以使得啟動期間能夠燃燒。例如，在燃燒區(qū)34中可定位典型的火花塞或聯(lián)焰 管(cross-fire tube)。方法80然后可通過將燃料引向第二板(框84)而繼續(xù)。例如，控 制器72可使得燃料流能夠到達(dá)剩余的板50或52。在某些實施例中，控制器72可將高反應(yīng) 性燃料(即，具有高氫含量的燃料，如高氫合成氣)引向下游板52，而將低反應(yīng)性燃料(即， 具有較低氫含量的燃料，例如低氫合成氣)引向上游板50，以減輕預(yù)混合區(qū)54中的回火。一旦燃料被引向兩個板，控制器72可改變流過板50和52的燃料的百分比。例 如，在某些實施例中，控制器72可引導(dǎo)大約25% -50%的燃料通過上游板50，并引導(dǎo)大約 75% -50%的燃料通過下游板52。此外，在某些實施例中，控制器72可基于燃料的反應(yīng)性 改變板50和52之間的燃料分流。例如，如果采用了高反應(yīng)性燃料，例如具有高氫含量的合 成氣，則控制器72可引導(dǎo)大約25 %的燃料通過上游板50，并引導(dǎo)大約75 %的燃料通過下游 板52。在另一個示例中，如果采用了低反應(yīng)性燃料，例如具有低氫含量的合成氣，則空氣器 可引導(dǎo)大約33%的燃料通過上游板，并引導(dǎo)大約67%的燃料通過下游板52。響應(yīng)于對駐焰的探測(框86)，控制器72可調(diào)節(jié)燃料的流量(框88)。例如，如圖 4中所示，控制器72可基于來自CEM系統(tǒng)78、設(shè)置在預(yù)混合區(qū)54中的傳感器74、設(shè)置在燃 燒區(qū)34中的傳感器76或它們的組合來探測駐焰?？刂破?2然后可調(diào)節(jié)通過上游燃料通 道58、下游燃料通道60或通道58和60兩者的燃料的流以減少駐焰。例如，控制器72可改 變?nèi)剂系牧髀省⑼Ｖ谷剂狭骰蚋淖冞M(jìn)入通道58和60中的一個或者兩者的燃料的類型。在 駐焰已經(jīng)減少后，控制器72可恢復(fù)正常運行(框90)。例如，控制器72可將燃料流率或類 型恢復(fù)至先前的狀態(tài)。圖6描繪了 PDI板92的實施例的一部分，該PDI板92可用在上游板50、下游板 52或兩者之中。PDI板92包括可引導(dǎo)壓縮空氣通過板92的空氣管64。PDI板92也包括 可從燃料通道58或60 (圖4)接收燃料的燃料增壓室62。在燃料增壓室62內(nèi)，燃料可圍繞 空氣管64流動并可通過空氣管64內(nèi)的開口 94進(jìn)入空氣管64?？諝夂腿剂峡稍诳諝夤?4 內(nèi)混合并可通過設(shè)置在PDI板92的下游表面98中的孔96離開該PDI板92。相對的表面100可與下游表面98結(jié)合以封閉燃料增壓室62。此外，在某些實施例中，例如穿孔板的可 選流調(diào)節(jié)器102可隔開燃料增壓室62以減少湍流、控制壓降和/或在燃料增壓室62內(nèi)提 供更均勻的燃料流。此外，在其它實施例中，可采用其它類型的PDI板，其中例如有帶有螺 旋管，和/或多燃料增壓室和/或燃料通道的PDI板。另外，板可以是連續(xù)的單元或直接結(jié) 合到一起或通過帽連接的離散的部分，PDI噴嘴從帽安裝。圖7描繪了可在上游板50、下游板52或兩者中采用的LDI板104的實施例。LDI 板104包括可引導(dǎo)壓縮空氣通過板104的空氣管64。具體地，LDI板104包括空氣增壓室 106，該空氣增壓室106可接收壓縮空氣并通過流調(diào)節(jié)器107中的開口將空氣引向空氣管 64。LDI板104還包括可從燃料通道58或60 (圖4)接收燃料的燃料增壓室62。在燃料 增壓室62內(nèi)燃料可圍繞空氣管64流動。燃料然后可通過開口 108引出LDI板104。開口 108可鄰近將空氣從LDI板104排出的開口 110設(shè)置。在 某些實施例中，開口 108可向空氣 開口 110成角度以促進(jìn)燃料和空氣之間的混合。此外，在其它實施例中，可采用其它類型的 LDI板，其中諸如徑向LDI板或軸向LDI板。在某些實施例中，當(dāng)用作下游板52時(圖4)， 徑向和/或軸向LDI板的使用可促進(jìn)增加的混合。然而，在其它實施例中，對板50和52和 采用任何類型的LDI板。板可為連續(xù)的單元，或直接結(jié)合在一起或通過帽連接的離散的部 分，PDI噴嘴從帽安裝。本書面說明書使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人 員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可 授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此 類其它示例具有無異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)性元件，或者如果它們包括具有與權(quán) 利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等價結(jié)構(gòu)性元件，則它們意在處在權(quán)利要求書的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)(10)，包括燃燒器(30)；以及設(shè)置在所述燃燒器內(nèi)的預(yù)混合系統(tǒng)，所述預(yù)混合系統(tǒng)包括上游混合板(50)，其帶有用來引導(dǎo)燃料和空氣通過所述第一混合板(50)的第一燃料通道(62)和第一空氣通道(64)；下游混合板(52)，其帶有用來引導(dǎo)所述燃料和所述空氣通過所述第二混合板(52)到達(dá)燃燒室(34)的第二燃料通道(62)和第二空氣通道(64)；以及預(yù)混合區(qū)(54)，其形成在所述上游混合板(50)和所述下游混合板(52)之間，并構(gòu)造成從所述上游混合板(50)將所述燃料和所述空氣引入所述下游混合板(52)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上游混合板(50)和所述下游混合板 (52)安裝在所述燃燒器(30)的襯里(46)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上游混合板(50)包括貧直噴板或預(yù)混 合直噴板，并且其中所述下游混合板(52)包括貧直噴板、預(yù)混合直噴板或基于旋流器的預(yù) 混合器。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括配置成調(diào)節(jié)通過所述上游混 合板(50)的燃料的流、所述下游混合板(52)的燃料的流或兩者的控制器(72)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括設(shè)置在所述燃燒器(30)內(nèi) 的火焰探測器(74，76)，其中所述控制器(72)配置成響應(yīng)于來自該一個或多個火焰探測器 (74,76)的反饋而調(diào)節(jié)所述燃料的流。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括構(gòu)造成測量NOx排放水平的連 續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(78)，其中所述控制器(72)配置成基于所測量的NOx排放水平而調(diào)節(jié)所述 燃料的流。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒器(30)包括擴(kuò)散火焰燃燒器。
8.一種方法(80)，包括:在步驟(82)引導(dǎo)燃燒燃料的第一流通過上游混合板(50)以形成燃料-空氣混合物；引導(dǎo)所述燃料_空氣混合物通過預(yù)混合區(qū)到達(dá)下游混合板(52)；在步驟(84)引導(dǎo)燃燒燃料的第二流通過所述下游混合板(52)以將所述第二流與所述 燃料_空氣混合物混合；以及在步驟(88)響應(yīng)于對駐焰和/或增加的NOx排放的探測而調(diào)節(jié)所述第一流、所述第二 流或者兩者。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟(88)調(diào)節(jié)所述第一流、所述第二流或 者兩者包括調(diào)節(jié)流率、調(diào)節(jié)所述燃燒燃料的類型或者兩者。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟(88)調(diào)節(jié)所述第一流、所述第二流 或者兩者包括將所述燃燒燃料轉(zhuǎn)換成具有較低氫含量或較低反應(yīng)速度的另一種燃燒燃料。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)預(yù)混合系統(tǒng)，具體而言，提供了用于在燃?xì)鉁u輪機(jī)中預(yù)混合燃燒燃料和空氣的方法和系統(tǒng)。在一個實施例中，燃燒器(30)包括上游混合板(50)，其構(gòu)造成引導(dǎo)壓縮空氣和燃燒燃料通過預(yù)混合器(54)以形成燃料-空氣混合物。燃燒器(30)還包括下游混合板(52)，其構(gòu)造成將另外的燃燒燃料與燃料-空氣混合物混合以形成燃燒混合物。
文檔編號F23D14/62GK101963354SQ201010193689
公開日2011年2月2日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者A·T·埃武萊特, B·P·萊西, B·瓦拉塔拉延, E·伊爾梅斯, G·O·克雷默 申請人:通用電氣公司