催化燃燒空氣加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種催化燃燒空氣加熱系統(tǒng)，用于對(duì)燃燒器內(nèi)的工作流體進(jìn)行預(yù)加熱，所述系統(tǒng)包括用于向所述燃燒器提供所述工作流體的壓縮機(jī)。外殼設(shè)置在所述壓縮機(jī)的下游。所述外殼至少部分地限定至少部分地圍繞燃燒器的高壓氣室。燃燒室限定在所述燃燒器內(nèi)，在所述高壓氣室的下游。催化燃燒器設(shè)置在所述高壓氣室內(nèi)，在所述燃燒室的上游，以便向所述燃燒室上游的所述工作流體提供熱能。
【專利說(shuō)明】催化燃燒空氣加熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于加熱位于限 定于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器內(nèi)的燃燒室上游的工作流體的催化燃燒空氣加熱系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 典型燃?xì)廨啓C(jī)包括入口段、壓縮機(jī)段、燃燒段、渦輪段和排氣段。入口段清潔并且 調(diào)節(jié)"工作流體"（例如，空氣)并且將工作流體供應(yīng)至壓縮機(jī)段。壓縮機(jī)段逐漸增加工作流 體的壓力，并且將壓縮工作流體供應(yīng)至燃燒段。壓縮工作流體與燃料在燃燒段內(nèi)混合并且 在燃燒室中燃燒，以生成具有高溫高壓的燃燒氣體。燃燒氣體通過(guò)熱氣通路被輸送至渦輪 段中，在渦輪段處，燃燒氣體膨脹以做功。例如，燃燒氣體在渦輪段中的膨脹可使連接至發(fā) 電機(jī)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)以發(fā)電。
[0003] 燃燒段通常包括環(huán)形地布置并設(shè)置在壓縮機(jī)段與渦輪段之間的一個(gè)或多個(gè)燃燒 器。多個(gè)參數(shù)影響燃燒器的設(shè)計(jì)及運(yùn)行。例如，燃?xì)廨啓C(jī)制造商經(jīng)常承擔(dān)在不產(chǎn)生不希望 的空氣污染排放物的情況下提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的任務(wù)。典型地由燃?xì)廨啓C(jī)燃燒常規(guī)烴燃料 產(chǎn)生的主要空氣污染排放物是氮氧化物（NOx )、一氧化碳（C0)和未燃燒的烴（UHC)。吸氣式 發(fā)動(dòng)機(jī)(如燃?xì)廨啓C(jī))中的分子氮的氧化和因此造成的NOx的形成是溫度的指數(shù)函數(shù)。燃燒 氣體的溫度越高，不希望的NOx排放物的形成速率越高。
[0004] 降低燃燒氣體的溫度從而控制NOx的形成的一種方式是采用貧預(yù)混燃燒系統(tǒng)。貧 預(yù)混燃燒系統(tǒng)通過(guò)使燃料與工作流體預(yù)混合以向燃燒室提供貧(或富空氣）預(yù)混可燃混合 物來(lái)運(yùn)行。這樣，在燃燒期間，存在于富空氣或貧可燃混合物中的過(guò)量空氣的熱容量或熱容 允許在燃燒室內(nèi)吸收熱量，從而降低燃燒氣體的溫度，因此減少NOx排放物的形成。
[0005] 決定貧預(yù)混燃燒系統(tǒng)在貧預(yù)混模式下的可操作性范圍的一個(gè)因素是壓縮工作流 體在其進(jìn)入燃燒室時(shí)的溫度。例如，如果進(jìn)入燃燒室的壓縮工作流體的溫度下降至低于 某些溫度，那么當(dāng)貧預(yù)混可燃混合物燃燒時(shí)，在燃燒室內(nèi)和整個(gè)燃燒系統(tǒng)上可能出現(xiàn)大幅 溫度上升和大量熱量釋放。結(jié)果，燃燒器內(nèi)的各種壓力脈動(dòng)的幅度(也稱為燃燒動(dòng)態(tài)）可 能增大。此外，大幅溫度上升和大量熱量釋放還可能導(dǎo)致產(chǎn)生可能超過(guò)排放物合規(guī)標(biāo)準(zhǔn) (emissions compliance standard)的 CO〇
[0006] 壓縮工作流體的溫度通常受燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行模式影響，并且受在通向壓縮機(jī)的 入口處的局部環(huán)境溫度影響。大多數(shù)貧預(yù)混燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在ISO標(biāo)準(zhǔn)日條件（ISO standard day conditions)下在貧預(yù)混模式下運(yùn)行，在電力工業(yè)中，ISO標(biāo)準(zhǔn)日條件對(duì)應(yīng)于 59華氏度的環(huán)境溫度。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)在低于全速/滿載條件下(諸如在壓縮機(jī)以小 于全容量運(yùn)行的部分負(fù)載運(yùn)行期間）運(yùn)行時(shí)，局部環(huán)境溫度對(duì)燃燒室動(dòng)態(tài)和C0水平具有最 大影響。這樣，當(dāng)工作流體通過(guò)壓縮機(jī)流動(dòng)至燃燒器時(shí)，有較少熱能傳遞至所述工作流體。 因此，一種用于加熱在燃燒器內(nèi)位于燃燒室上游的壓縮工作流體的系統(tǒng)將是有用的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的各個(gè)方面和優(yōu)點(diǎn)在以下說(shuō)明中闡明，或者這些方面和優(yōu)點(diǎn)在說(shuō)明中可能 是顯而易見(jiàn)的，或者可以通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明而知曉。
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于加熱燃燒器內(nèi)的壓縮工作流體的系統(tǒng)。所述系統(tǒng) 包括用于向所述燃燒器提供壓縮工作流體的壓縮機(jī)。外殼設(shè)置在所述壓縮機(jī)的下游。所述 外殼至少部分地限定至少部分地圍繞所述燃燒器的高壓氣室。燃燒室在所述燃燒器內(nèi)限定 在所述高壓氣室的下游。催化燃燒器在所述燃燒室的上游設(shè)置在所述高壓氣室內(nèi)。所述催 化燃燒器向所述燃燒室上游的工作流體提供熱能。
[0009] 本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。所述燃燒器包括燃燒襯管和 至少部分地限定在所述燃燒襯管內(nèi)的燃燒室。燃料噴嘴設(shè)置在所述燃燒室的上游。所述燃 料噴嘴至少部分地限定位于所述燃燒室上游的預(yù)混流室（pre-mix flow chamber)。外殼至 少部分地圍繞所述燃燒襯管的至少一部分。高壓氣室在所述外殼內(nèi)限定在所述預(yù)混流室的 上游。催化燃燒器在所述高壓氣室內(nèi)設(shè)置在所述預(yù)混流室的上游。
[0010] 本發(fā)明的另一實(shí)施例包括一種燃?xì)廨啓C(jī)。所述燃?xì)廨啓C(jī)包括用于提供壓縮工作流 體流的壓縮機(jī)。燃燒段設(shè)置在所述壓縮機(jī)的下游，并且包括限定高壓氣室的外殼。渦輪設(shè) 置在所述燃燒段的下游。所述燃燒段進(jìn)一步包括在所述高壓氣室內(nèi)延伸的燃燒器。所述燃 燒器包括：燃燒襯管、在所述高壓氣室下游限定在所述燃燒襯管內(nèi)的燃燒室，以及設(shè)置在所 述燃燒室上游的燃料噴嘴。所述燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步包括在所述高壓氣室內(nèi)設(shè)置所述燃燒室上 游的催化燃燒器，以便向所述壓縮工作流體流提供熱能。
[0011] 所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過(guò)查看說(shuō)明書將更好地了解此類實(shí)施例的特征和方 面及其他內(nèi)容。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 在說(shuō)明書剩余部分中向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員更具體地闡述了本發(fā)明的完整和實(shí) 踐內(nèi)容，包括本發(fā)明的最佳模式，其中參考附圖進(jìn)行闡述，在附圖中：
[0013] 圖1是本發(fā)明的范圍內(nèi)的示例性燃?xì)廨啓C(jī)的功能框圖；
[0014] 圖2是可以涵蓋本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的示例性燃?xì)廨啓C(jī)的一部分的截面?zhèn)纫晥D；
[0015] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的示例性燃燒器的功能框圖；
[0016] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的如圖2中所示的示例性燃?xì)廨啓C(jī)的一部分 的截面?zhèn)纫晥D；以及
[0017] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的如圖2中所示的示例性燃?xì)廨啓C(jī)的一部分 的截面?zhèn)纫晥D。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的各實(shí)施例，這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例在附圖中進(jìn)行 了圖示。【具體實(shí)施方式】部分使用數(shù)字和字母標(biāo)號(hào)來(lái)指代附圖中的特征。附圖和說(shuō)明中相同 或類似的標(biāo)號(hào)用于指代本發(fā)明相同或類似的部分。
[0019] 本說(shuō)明書所用的術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"和"第三"可以互換使用以區(qū)分不同部件，并 且這些術(shù)語(yǔ)并不旨在表示單個(gè)部件的位置或重要性。術(shù)語(yǔ)"上游"、"下游"、"徑向"和"軸向" 是指相對(duì)于流體通道中的流體流的相對(duì)方向。例如，"上游"是指流體流動(dòng)的來(lái)向，而"下游" 是指流體流動(dòng)的去向。類似地，"徑向"是指大體垂直于流體流動(dòng)的相對(duì)方向，而"軸向"是 指大體平行于流體流動(dòng)的相對(duì)方向。術(shù)語(yǔ)"周向"是指圍繞特定部件的軸向中心線延伸的 相對(duì)方向。
[0020] 每個(gè)實(shí)例用以解釋本發(fā)明而非限制本發(fā)明。事實(shí)上，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易了 解，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的前提下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改和變化。例如，作 為一個(gè)實(shí)施例的一部分進(jìn)行說(shuō)明或描述的特征可用于另一實(shí)施例，從而得到又一實(shí)施例。 因此，本發(fā)明意在涵蓋所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)的此類修改和變化。
[0021] 現(xiàn)在參照附圖，其中在整個(gè)附圖中，相同數(shù)字指示相同元件，圖1提供可以涵蓋本 發(fā)明的各實(shí)施例的示例性燃?xì)廨啓C(jī)10的功能框圖。如圖所示，燃?xì)廨啓C(jī)10通常包括入口 段12,所述入口段12可包括一系列過(guò)濾器、冷卻盤管、去濕器和/或其他裝置，以凈化和以 其他方式調(diào)節(jié)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)10的工作流體(例如，空氣)14。工作流體14流動(dòng)至壓縮機(jī)段， 在所述壓縮機(jī)段處，壓縮機(jī)16逐漸賦予工作流體14以動(dòng)能和熱能，以產(chǎn)生處于高度激勵(lì)狀 態(tài)的壓縮工作流體18。
[0022] 壓縮工作流體18從壓縮機(jī)流動(dòng)至燃燒段20,在所述燃燒段20處，壓縮工作流體 18與來(lái)自燃料供應(yīng)系統(tǒng)24的燃料22混合，以便在一個(gè)或多個(gè)燃燒器26內(nèi)形成可燃混合 物。所述可燃混合物燃燒以產(chǎn)生具有高溫高壓的燃燒氣體28。燃燒氣體28流動(dòng)穿過(guò)渦輪 段的渦輪30以做功。例如，渦輪30可連接至軸32,這樣使得渦輪28的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)16 以產(chǎn)生壓縮工作流體18?；蛘呋虼送猓S32可將渦輪30連接至發(fā)電機(jī)34以用于發(fā)電。廢 氣36從渦輪30流動(dòng)穿過(guò)排氣段38,所述排氣段38將渦輪30連接至所述渦輪30下游的排 氣管40。排氣段38可包括(例如）熱回收蒸汽發(fā)生器(未示出），以用于在將廢氣36釋放到 環(huán)境中之前從所述廢氣36中清除并提取額外熱量。
[0023] 燃燒器24可包括所屬領(lǐng)域中已知的任何類型的燃燒器，并且本發(fā)明不限于任何 特定燃燒器設(shè)計(jì)，除非權(quán)利要求書中明確指出。例如，燃燒器24可以是罐形或環(huán)罐形燃燒 器。圖2提供可涵蓋本發(fā)明的各種實(shí)施例的包括壓縮機(jī)16的一部分和燃燒段20的示例性 燃?xì)廨啓C(jī)10的一部分的截面?zhèn)纫晥D。如圖2中所示，燃燒段20通常包括設(shè)置在壓縮機(jī)16 的排出口 52下游的外殼50。外殼50至少部分地限定用于接收來(lái)自壓縮機(jī)16的壓縮工作 流體18的高壓氣室54。
[0024] 燃燒器26通常包括連接至外殼50的端蓋56。端蓋56可至少部分地限定高壓氣 室54。至少一個(gè)燃料噴嘴58從端蓋56向下游和/或從高壓氣室54向下游延伸。
[0025] 燃燒襯管60從外殼50內(nèi)的燃料噴嘴58向下游延伸并至少部分地穿過(guò)高壓氣室 54。燃燒室62限定在高壓氣室54的下游。在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒室62至少部分地限定在 燃燒襯管60內(nèi)。燃燒室62設(shè)置在燃燒噴嘴58的下游。過(guò)渡管道64從燃燒襯管60和/或 燃燒室62向下游延伸。過(guò)渡管道64通常在鄰近渦輪30 (圖1)的入口 66處終止。如圖2 中所示，燃燒襯管60和過(guò)渡管道64至少部分地限定熱氣通路68,以用于通過(guò)高壓氣室54 朝向渦輪30 (圖1)的入口 66輸送燃燒氣體28。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒器24包括至少部分地圍繞燃燒襯管60的至少一部分的導(dǎo) 流套筒70。導(dǎo)流套筒70與燃燒襯管60徑向地分離，以便在兩者之間限定流道72。通向流 道72的入口 74限定在導(dǎo)流套筒70的上游端76處。流道72提供壓縮工作流體18在高壓 氣室54與燃燒室62之間的流體連通。在一個(gè)實(shí)施例中，流道72通過(guò)燃料噴嘴58提供高 壓氣室54與燃燒室62之間的流體連通。
[0027] 圖3提供根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的包括預(yù)混室78的示例性燃燒器26的功 能框圖。如圖3中所示，預(yù)混室78限定在高壓氣室54的下游。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)混室設(shè) 置在流道72的下游并且在燃燒室66的上游。預(yù)混室78可至少部分地由燃料噴嘴58限定。
[0028] 圖4和圖5提供根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的如圖2中所示的示例性燃?xì)廨啓C(jī)10 的截面?zhèn)纫晥D。如圖2、圖3、圖4和圖5中所示，催化燃燒器或加熱器80設(shè)置在燃燒室62 上游和/或預(yù)混室78上游的高壓氣室54內(nèi)和/或流道72內(nèi)，以便向來(lái)自燃燒室66上游 和/或預(yù)混室78上游的工作流體18提供熱能。催化燃燒器80可包括適用于燃料氧化的 任何催化劑，以便在高壓氣室54內(nèi)和/或在預(yù)混室78上游釋放熱量或熱能。例如，所述催 化劑可以是陶瓷催化劑和/或金屬催化劑。金屬催化劑可包括鉬族金屬中的至少一種，如 釕、銠、鈀、鋨、銥和鉬。此外或在替代方案中，金屬催化劑可包括鈣鈦礦、六鋁酸鹽或沸石或 任何其他合適催化劑。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2和圖3中所示，催化燃燒器80在燃燒室66上游至少部分 地在流道72內(nèi)延伸。在特定實(shí)施例中，如圖3中所示，催化燃燒器80在高壓氣室54下游 并在預(yù)混室78上游至少部分地在流道72內(nèi)延伸。催化燃燒器80可至少部分地延伸穿過(guò) 外殼50和/或?qū)Я魈淄?0。在替代方案中，催化燃燒器80可與導(dǎo)流套筒70的外表面(未 示出）熱連通。催化燃燒器80可與外殼50整合。催化燃燒器80可至少部分地圍繞外殼 50的一部分、燃燒襯管60的一部分或?qū)Я魈淄?0的一部分中的至少一個(gè)延伸。
[0030] 在替代實(shí)施例中，如圖4中所示，催化燃燒器80在通向流道72的入口 74上游至 少部分地圍繞燃燒襯管60的至少一部分。在此實(shí)施例中，催化燃燒器80設(shè)置成完全位于 高壓氣室54內(nèi)。在另一實(shí)施例中，如圖5中所示，催化燃燒器80靠近或鄰近壓縮機(jī)排出口 52地設(shè)置在高壓氣室54內(nèi)并且完全設(shè)置在外殼50內(nèi)。在此實(shí)施例中，催化燃燒器80可圍 繞軸32 (圖1)的至少一部分周向地延伸。在至少一個(gè)實(shí)施例中，如圖5中所示，隔熱屏82 設(shè)置在催化燃燒器80與燃燒襯管60和/或過(guò)渡管道66之間。
[0031] 在如圖2至圖5中所示并且如本說(shuō)明書早先所公開(kāi)的各示例性實(shí)施例中，催化燃 燒器80可連接至燃料供應(yīng)裝置84,以便向催化燃燒器80提供燃料86,如天然氣。在特定 實(shí)施例中，催化燃燒器80連接至氧化劑供應(yīng)裝置88,以便向催化燃燒器80提供氧化劑90， 如壓縮工作流體18的一部分。氧化劑供應(yīng)裝置88可包括高壓氣室54(圖2、圖4和圖5)、 壓縮機(jī)16 (圖2)或外部氧化劑源(未示出），和/或可與其流體連通。在一個(gè)實(shí)施例中，氧 化劑供應(yīng)裝置88可包括高壓泵92 (圖3)和/或輔助壓縮機(jī)94 (圖4)、和/或與其流體連 通，以用于在將氧化劑90引入到催化燃燒器80中之前增大所述氧化劑90的壓力。
[0032] 在運(yùn)行中，如圖3、圖4和圖5中所示，向催化燃燒器80供應(yīng)燃料86和氧化劑90 以用于燃料氧化，從而使得在如圖3中所示的流道72內(nèi)和/或在如圖4和圖5中所示的高 壓氣室54內(nèi)釋放熱能96。如圖3、圖4和圖5中所示，可由燃料氧化或催化燃燒過(guò)程所造 成的廢氣提供額外熱能96。當(dāng)壓縮工作流體18流動(dòng)穿過(guò)或經(jīng)過(guò)催化燃燒器80時(shí)，有熱能 96傳遞至所述壓縮工作流體18,從而使所述壓縮工作流體18的溫度升高并提供已加熱的 壓縮工作流體98,所述已加熱壓縮工作流體98從催化燃燒器80向下游流動(dòng)并進(jìn)入燃燒室 62中。
[0033] 可以將從催化燃燒器80傳遞至壓縮工作流體18的熱能96的量控制為燃?xì)廨啓C(jī) 10的各種運(yùn)行條件的函數(shù)，所述運(yùn)行條件包括(但不限于）環(huán)境溫度和燃?xì)廨啓C(jī)10的負(fù)載 條件。例如，在部分負(fù)載運(yùn)行期間，流動(dòng)至燃燒器的壓縮工作流體18的溫度比在基本負(fù)荷 或全速/滿載運(yùn)行期間低得多，因而影響燃燒器26的預(yù)混可操作性范圍。然而，催化燃燒 器80可向壓縮工作流體18提供足夠的熱能96,以便擴(kuò)大燃燒器在部分負(fù)載期間、和/或在 低環(huán)境溫度條件期間的預(yù)混可操作性范圍，從而改進(jìn)排放性能。
[0034] 在特定實(shí)施方案中，如圖3中所示，已加熱壓縮工作流體98被輸送至預(yù)混室78 中，在預(yù)混室78處，已加熱壓縮工作流體98與來(lái)自燃料供應(yīng)裝置24的燃料22混合，以便 向燃燒室62提供已加熱的貧預(yù)混可燃混合物100,所述混合物100在所述燃燒室62處燃 燒。這樣，減少燃燒室62內(nèi)和/或整個(gè)燃燒系統(tǒng)上的溫度上升和熱量釋放，從而降低燃燒 動(dòng)態(tài)的可能性并減少C0排放。
[0035] 在另一實(shí)施例中，如圖4中所示，壓縮工作流體從壓縮機(jī)出口 52流動(dòng)至高壓氣室 54中。壓縮工作流體18被輸送穿過(guò)催化燃燒器80,并且當(dāng)壓縮工作流體18流動(dòng)穿過(guò)催化 燃燒器80并進(jìn)入流道74中時(shí)，有熱能96傳遞至壓縮工作流體18。然后，通過(guò)流道72朝 向端蓋56輸送已加熱壓縮工作流體98。然后，可引導(dǎo)已加熱壓縮工作流體98穿過(guò)燃料噴 嘴58和/或進(jìn)入預(yù)混室78 (圖3)并與燃料22混合，從而提高壓縮工作流體18的溫度并 向燃燒室62提供已加熱貧預(yù)混可燃混合物100。
[0036] 在另一實(shí)施例中，如圖5中所示，壓縮工作流體從壓縮機(jī)出口 52流動(dòng)穿過(guò)催化燃 燒器80并進(jìn)入高壓氣室54中。當(dāng)壓縮工作流體18流動(dòng)穿過(guò)催化燃燒器80并進(jìn)入高壓氣 室54中時(shí)，有熱能96傳遞至壓縮工作流體18。然后，通過(guò)流道72朝向端蓋56輸送已加熱 壓縮工作流體98。然后，引導(dǎo)已加熱壓縮工作流體98穿過(guò)燃料噴嘴58和/或進(jìn)入預(yù)混室 78 (圖3)、并與燃料22混合，從而向燃燒室62提供已加熱貧預(yù)混可燃混合物100。
[0037] 如本說(shuō)明書中所描述并且如圖2、圖3、圖4和圖5中所示的若干實(shí)施例提供超過(guò) 用于在低環(huán)境溫度運(yùn)行期間和/或在燃?xì)廨啓C(jī)的部分負(fù)載運(yùn)行期間提高燃燒器內(nèi)的壓縮 工作流體溫度的現(xiàn)有技術(shù)的多個(gè)技術(shù)益處。例如，一個(gè)益處是燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器可在貧預(yù)混 模式下運(yùn)行而無(wú)需入口抽汽加熱（bleed heating)的協(xié)助。這在寒冷天氣氣候下尤其可取， 在寒冷天氣氣候下，需要入口抽汽加熱方案以有效提高進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)預(yù)混燃燒系統(tǒng)的空氣 的溫度，以防止燃燒系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)范圍下運(yùn)行。此外，催化燃燒器將局部且直接的 熱量輸入提供至壓縮工作流體中，在低環(huán)境溫度運(yùn)行期間和/或在部分負(fù)載運(yùn)行期間，該 熱量輸入可使燃燒室內(nèi)的邊界條件保持基本恒定，從而有可能降低降燃運(yùn)行期間的NOx排 放和/或C0排放，并控制通常由燃燒室內(nèi)的大幅熱量上升和大量熱量釋放造成的燃燒室動(dòng) 態(tài)壓力水平。因此，在非高峰電力需求期間，燃?xì)廨啓C(jī)更有可能保持配電或聯(lián)機(jī)以將功率輸 出至電力輸電網(wǎng)上，從而通過(guò)減少燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)周期的數(shù)量來(lái)減少運(yùn)行和維護(hù)成本。此外， 可將由催化燃燒器提供的加熱的量控制為各種運(yùn)行條件的函數(shù)，所述運(yùn)行條件包括(但不 限于）環(huán)境溫度和燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載百分比。這允許更大的控制。
[0038] 本說(shuō)明書使用各種實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何 技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。 本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如 果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包含的等效結(jié) 構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無(wú)實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也應(yīng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于對(duì)燃燒器內(nèi)的工作流體進(jìn)行預(yù)加熱的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： a. 用于向所述燃燒器提供所述工作流體的壓縮機(jī)； b. 設(shè)置在所述壓縮機(jī)下游的外殼，其中所述外殼至少部分地限定至少部分地圍繞所述 燃燒器的高壓氣室； c. 限定在所述燃燒器內(nèi)的燃燒室，其中所述燃燒室設(shè)置在所述高壓氣室的下游；以及 d. 設(shè)置在所述高壓氣室內(nèi)且位于所述燃燒室上游的催化燃燒器，其中所述催化燃燒器 向所述燃燒室上游的所述工作流體提供熱能。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)包括在所述高壓氣室上游的排出口，其 中所述催化燃燒器設(shè)置成靠近所述排出口。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述催化燃燒器至少部分地延伸穿過(guò)所述外殼。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少部分地圍繞所述燃燒室的燃燒 襯管，其中所述催化燃燒器至少部分地圍繞所述燃燒襯管的一部分。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述催化燃燒器與所述燃燒 襯管之間的隔熱屏。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括圍繞所述燃燒襯管的導(dǎo)流套筒，以 及限定在所述燃燒襯管與所述導(dǎo)流套筒之間的流道，所述流道為所述高壓氣室與所述燃燒 室之間提供流體通道，其中所述催化燃燒器設(shè)置在所述流道的上游。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述催化燃燒器下游并且在 所述燃燒室上游的預(yù)混流室。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述催化燃燒器流體連通的外部 氧化劑供應(yīng)裝置。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述催化燃燒器流體連通的高壓 燃料供應(yīng)裝置。
10. -種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，所述燃燒器包括： a. 燃燒襯管； b. 限定在所述燃燒襯管內(nèi)的燃燒室； c. 設(shè)置在所述燃燒室上游的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴至少部分地限定預(yù)混流室； d. 圍繞所述燃燒襯管的外殼； e. 限定在所述外殼內(nèi)的高壓氣室，其中所述高壓氣室位于所述預(yù)混流室的上游；以及 f. 設(shè)置在所述高壓氣室內(nèi)且位于所述預(yù)混流室的上游的催化燃燒器。
11. 如權(quán)利要求10所述的燃燒器，其中所述高壓氣室與壓縮機(jī)的排出口流體連通，所 述催化燃燒器設(shè)置成靠近所述排出口。
12. 如權(quán)利要求10所述的燃燒器，其中所述催化燃燒器至少部分地延伸穿過(guò)所述外 殼。
13. 如權(quán)利要求10所述的燃燒器，其中所述催化燃燒器至少部分地圍繞所述燃燒襯管 的一部分。
14. 如權(quán)利要求10所述的燃燒器，所述燃燒器進(jìn)一步包括設(shè)置在所述催化燃燒器與所 述燃燒襯管之間的隔熱屏。
15. 如權(quán)利要求10所述的燃燒器，所述燃燒器進(jìn)一步包括圍繞所述燃燒襯管的導(dǎo)流套 筒，以及限定在所述燃燒襯管與所述導(dǎo)流套筒之間的流道，其中所述催化燃燒器在所述流 道上游的位置處至少部分地圍繞所述燃燒襯管的一部分。
16. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述催化燃燒器流體連通的外 部氧化劑供應(yīng)裝置，其中所述外部氧化劑供應(yīng)裝置包括輔助壓縮機(jī)。
17. -種燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)包括： a. 用于提供壓縮工作流體流的壓縮機(jī)； b. 設(shè)置在所述壓縮機(jī)下游的燃燒段，所述燃燒段具有限定高壓氣室的外殼； c. 設(shè)置在所述燃燒段下游的渦輪；并且 d. 其中所述燃燒段進(jìn)一步包括： i. 在所述高壓氣室內(nèi)延伸的燃燒器，所述燃燒器具有燃燒襯管、限定在所述燃燒襯管 內(nèi)且位于所述高壓氣室下游的燃燒室，以及設(shè)置在所述燃燒室上游的燃料噴嘴；以及 ii. 設(shè)置在所述高壓氣室內(nèi)且位于所述燃燒室的上游的催化燃燒器，其中所述催化燃 燒器向所述壓縮工作流體流提供熱能。
18. 如權(quán)利要求17所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中所述催化燃燒器與所述外殼構(gòu)成一個(gè)整體。
19. 如權(quán)利要求17所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中所述催化燃燒器至少部分地圍繞所述燃燒襯 管的一部分。
20. 如權(quán)利要求17所述的燃?xì)廨啓C(jī)，所述燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步包括圍繞所述燃燒襯管的導(dǎo) 流套筒，以及限定在所述燃燒襯管與所述導(dǎo)流套筒之間的流道，其中所述催化燃燒器在所 述流道上游的位置處至少部分地圍繞所述燃燒襯管的一部分。
【文檔編號(hào)】F23R3/02GK104100997SQ201410138748
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】J.A.孔基里, R.M.瓦沙姆, G.O.克雷默 申請(qǐng)人:通用電氣公司