专利名称：预混合式直接喷射盘的制作方法
技术领域：
本文中所公开的主题涉及预混合式直接喷射燃烧系统，并且更具体而言，涉及一 种具有良好的混合、抗火焰稳定(flame holding)和抗回火的直接喷射盘。
背景技术：
由燃烧传统碳氢化合物燃料的燃气轮机通常产生的主要空气污染排放物为氮氧 化物、一氧化碳以及未燃烧的碳氢化合物。本领域中众说周知的是，吸气式发动机中的分子 态氮的氧化极大地取决于燃烧系统反应区中的最高热气体温度。将热力发动机燃烧器的反 应区的温度控制在形成热NOx的水平以下的一种方法是在燃烧前将燃料和空气预混合成 贫混合物。存在与利用燃料和空气的贫预混合而运行的干式低排放燃烧器相关的若干问题。 更确切地说，燃料和空气的可燃混合物存在于燃烧器的预混合区段内，该预混合区段在燃 烧器的反应区外部。典型地，存在一定的整体(bulk)预混合区速度，若高于该速度则预混 合器中的火焰将被推出到主燃烧区。然而，某些燃料(例如氢或合成气)具有高火焰速度。 由于高的湍流火焰速度和宽的可燃性范围，因此预混合氢燃料燃烧系统设计受到在合理的 喷嘴压力损失下火焰稳定和回火的挑战。使用直接燃料喷射方法的关于氢和合成气燃料的 扩散燃烧固有地产生比贫预混合燃烧高的NOx。关于天然气作为燃料，带有足够的火焰稳定界限(即，用于在预混合器内部不带 有火焰稳定而运行的空气动力窗口)的预混合器通常可设计成带有适当低的空气侧压降。 然而，关于更活性的燃料(例如高氢燃料)，对于火焰稳定界限和目标压降的设计成为挑 战。由于现有技术水平的喷嘴的设计点可接近3000华氏度的整体火焰温度，因此引起稳定 火焰的进入到喷嘴中的回火可在很短的时段中造成对喷嘴的极大损伤。
发明内容
本发明为一种预混合式直接喷射盘设计，其提供带有低的燃烧产生的NOx且转化 为高的燃气轮机效率的低的流动压力损失的燃料空气混合。该预混合式直接喷射盘设计成 替代在罐式燃烧器的保持端处通常见到的燃料喷嘴和盖罩组件。本发明耐用、易于构造，并 且具有进入到喷嘴中的火焰的回火的低危险。 根据本发明的一方面，提供一种用于燃料/空气混合燃烧器组件中的燃料/空气 混合盘。该盘包括第一面、第二面以及设置在两者之间且适合与燃料流动通路处于流体连 通的至少一个燃料室。多个燃料/空气混合管在第一面和第二面之间延伸通过预混合盘， 各混合管包括在进口端和出口端之间沿着管轴线轴向延伸的外管壁并且与该至少一个燃 料室处于流体连通。多个燃料/空气混合管的至少一部分还包括具有延伸通过所述外管壁 的燃料喷射孔直径的至少一个燃料喷射孔。该至少一个燃料喷射孔具有相对于所述管轴线 的喷射角，所述喷射角在20到90度的范围中。后退距离(recession distance)在所述 燃料喷射孔和所述出口端之间沿着所述管轴线延伸，所述后退距离是所述燃料喷射孔直径的约 5 到 100 倍(said recession distance being about 5 tolOO times greater than said fuel injection hole diameter)0根据本发明的另一方面，提供了一种用于燃料/空气预混合燃烧器组件中的燃料/空气混合盘。该盘包括第一面、第二面以及设置在两者之间且适合与燃料流动通路处于流 体连通的至少一个燃料室。多个燃料/空气混合管在第一面和第二面之间延伸通过预混合 盘，各混合管包括在进口端和出口端之间沿着管轴线轴向延伸的外管壁并且与该至少一个 燃料室处于流体连通，以及具有内径的内管表面。多个燃料/空气混合管中的每一个还包 括具有延伸通过所述外管壁的燃料喷射孔直径的至少一个燃料喷射孔。该至少一个燃料喷 射孔具有相对于所述管轴线的喷射角，所述内管表面的所述内径是所述燃料喷射孔直径的 2到20倍。后退距离在所述燃料喷射孔和所述出口端之间沿着所述管轴线延伸，所述后退 距离是所述燃料喷射孔直径的约1到50倍。根据本发明的又一方面，提供了一种在用于涡轮燃烧器的预混合式直接喷射盘中 混合高氢燃料的方法。该方法包括提供盘，该盘具有第一面、第二面以及设置在两者之间且 适合与燃料流动通路处于流体连通的至少一个燃料室。该方法还包括提供在第一面和第 二面之间延伸通过预混合盘的燃料/空气混合管，所述多个混合管中的每一个在进口端和 出口端之间沿着流动路径轴向延伸并且与该至少一个燃料室处于流体连通，所述多个管中 的每一个包括在所述进口端和所述出口端之间沿着管轴线轴向延伸的外管壁。该方法还包 括在所述进口端处将第一流体喷射到所述多个混合管中；将高氢燃料或合成气体提供到 所述至少一个燃料室中；通过以在相对于所述管轴线的20到90度的范围中的角度的多个 喷射孔将所述高氢燃料或合成气体从该至少一个燃料室中喷射到所述混合管中；以及在所 述管的所述出口端处将所述第一流体和所述高氢燃料或合成气体混合成混合度大于50% 的燃料和第一流体混合物。从结合附图的下文描述中，这些及其它的优点和特征将变得更加显而易见。
在说明书的结论处的权利要求中具体地指出并明确地要求保护了视为本发明的 主题。从结合附图的下文的详细描述中，本发明的上述及其它的特征和优点是显而易见的， 其中图1是燃气涡轮发动机的截面，包括根据本发明的喷射盘的位置；图2是包括根据本发明的预混合喷射盘示例的燃烧器组件示例的截面；图3A是图2的预混合喷射盘的一个示例的端视图；图3B与图3A相似，但显示了预混合喷射盘的另一个示例；图3C与图3A相似，但显示了预混合喷射盘的又一个示例；图4是根据本发明的燃料/空气混合管的一个示例的局部截面；以及图5是根据本发明的预混合喷射盘的扇段的一个示例。详细描述通过参考附图的示例解释了本发明的实施例以及优点和特征。部件清 单10示例性燃气涡轮发动机10-发动机(3) 11压缩机(7) 12燃烧室(5) 14燃烧器组件 (9) 14-单个燃烧器组件14-多个燃烧器组件16燃烧器组件壁(2) 30涡轮(4) 31压缩机/ 涡轮轴31-驱动轴40预混合喷射盘40-盘40-预混合盘(24) 40-各预混合盘40’预混合盘(4) 40’-各预混合盘(2) 42至少一个燃料流动通路(2) 42-—个或多个燃料流动通路42-燃 料流动通路(3) 42-各燃料流动通路44环形室(4)46燃烧衬垫(2)48端盖(3) 50—个或 多个流动调节器52多个管(5) 56第一面(6) 56-面56-面57环形壁58第二面(8) 58-面 58-面60燃料室(9) 60-多个燃料室70多个腔70-腔(2) 72多个腔72-腔(3) 74调节器
(2)130单独的燃料/空气混合管(2) 130-各单独的燃料/空气混合管(2) 130-空气通路 130-单独的空气通路130-多个单独的燃料/空气混合管(3) 130-单独的管(5) 130-管 (8) 130-围绕单独的管130-多个燃料/空气混合管130-混合管(2) 130-单独的混合管 130-燃料/空气混合管(2) 130-燃料/空气混合管130-管(2) 130-单个管131第一端区 段(2) 132第二端区段(2) 133中间部分134流体进口端135流体出口端142甚至更小的燃 料喷射孔142-燃料喷射孔(3) 142-多个燃料喷射进口(2) 142-燃料喷射进口(5) 142-喷 射进口 142-多个燃料喷射进口 142-单独的燃料喷射进口 142-各种燃料喷射进口 142-邻 近的燃料喷射进口对142-邻近的燃料喷射进口 150点燃区(6)201外管壁202外周表面
(3)202-内周壁{内周壁和外周壁} 203内管壁203-内周表面(5) 203-外周壁{内周壁和 外周壁}401八个扇段401-扇段(2)401-各扇段401-扇段(2) 401-多个饼形扇段411单 独的燃料入口 501扇段601多个环形扇段601-扇段602扇段605多个饼形扇段605-扇段 606扇段括号中的数字为标号/描述符出现的次数。用于参考标号的缩进的副线表示参考 标号的描述符的轻微变动。
具体实施例方式现参看图1(在其中，将参照特定实施例描述本发明而不限制本发明)，显示了示 例性的燃气涡轮发动机10的示意图。发动机10包括压缩机11和燃烧器组件14。燃烧器 组件14包括至少部分地限定燃烧室12的燃烧器组件壁16。预混合喷射盘40延伸通过燃 烧器组件14的至少一部分并通入到燃烧室12中。如下文将更充分地论述，盘40接收通过 燃料进口 21的第一流体或燃料和来自压缩机11的第二流体或压缩空气。然后，燃料和压 缩空气混合，进入到燃烧室12中并被点燃以形成高温、高压燃烧产物或气流。虽然在示例 性的实施例中仅显示单个燃烧器组件14，但发动机10可包括多个燃烧器组件14。在任何 情况下，发动机10还包括涡轮30和转子轴31。以本领域中已知的方式，涡轮30联接至轴 31，并驱动轴31，而该轴31又驱动压缩机11。轴31还可连接至发电机(未显示)或另外 的旋转机械(未显示)，并驱动该发电机(未显示)或另外的旋转机械(未显示)。在运行中，空气流入到压缩机11中并被压缩到高压，例如压缩到在约10个大气压 到约25个大气压的范围内的压力，可是也设想其它的压力。高压气体被供应到燃烧器组件 14并在预混合盘40中与燃料(例如工艺气体和/或合成气体(合成气)，例如高氢燃料) 相混合。燃料/空气混合物或可燃混合物进入到燃烧室12中并被点燃以形成高压、高温燃 烧气流。备选地，燃烧器组件14可燃烧包括但不局限于天然气和其它碳氢化合物燃料。此 后，燃烧器组件14将燃烧气流引导到涡轮30，该涡轮30将热能转换成机械转动能。现参看图2，显示了通过包括预混合盘40示例的燃烧器组件14的截面。预混合 盘40连接到至少一个燃料流动通路42 (即，燃料供应管线)和环形通道44以接收来自压 缩机11的空气供应。如所显示的，预混合盘40设置在环形通道44和燃烧室12的点燃区 150之间。预混合盘40和/或燃烧器组件14的其它部分可包括各种支撑结构、紧固件、密封件等以用于在运行期间将预混合盘40保持就位并用于允许出现热增长。环形通道44设置在燃烧器组件壁16和燃烧衬垫46之间。因此，来自压缩机11 的空气的供应可冷却燃烧衬垫46。燃烧器组件14可在一端处由端盖48密封。一个或多个 燃料流动通路42 (仅显示了一个)可延伸通过端盖48。附加地或备选地，一个或多个流动 调节器50可设置在预混合盘40上游。从压缩机11供应的流过环形通道44的空气由端盖 48改变方向而朝向预混合盘40。(多个)流动调节器50可减少湍流，控制压降，和/或提 供更均勻的空气流到预混合盘40。例如，(多个)流动调节器50可为穿孔板、管的集合等。暂时转到图3A，预混合盘40的一个示例包括第一面56，其与第二面58隔开一段 距离，并通过环形壁57 (参见图5)联接到第二面58。预混合盘40还包括显示为多个管52 的多个燃料/空气混合管。多个管52包括在第一面56和第二面58之间延伸通过预混合 盘40的单独的燃料/空气混合管130。多个管52可以各种型式、排列或甚至任意地以不同 的方式布置在预混合盘40周围。在一个示例中，预混合盘40的外径可为约20英寸，可是 其可具有在约10英寸到约30英寸的范围中的各种外径。此外，虽然示出成具有大体上圆 形的几何形状，但预混合盘40可具有各种其它几何形状。类似地，各单独的燃料/空气混 合管130可具有各种截面的几何形状和/或尺寸。如图4中所示，各单独的燃料/空气混合管130包括第一端区段131，其通过中间 部分133延伸到第二端区段132。第一端区段131在第一面56处限定第一流体进口 134， 而第二端区段132在第二面58处限定流体出口 135。第一流体进口 134和/或流体出口 135中的每一个可具有各种特征。在一个示例中，流体进口 134可具有例如圆形边缘、椭圆 形边缘、成角度的边缘等的渐缩边缘几何形状，其可降低在其中流动的空气的压降和/或 阻止再循环区等的形成。在另一个示例中，流体出口 135可具有大体上垂直的边缘(S卩，内 管壁203布置成相对于第二面58约90度)以促进空气/燃料混合物的再循环区，以便稳 定点燃区中的火焰以形成火焰片等。例如，利用数百个空气通路(通过管130)和甚至更小的燃料喷射孔142，燃料/空 气混合可按这样的规模(即，其为比关于传统气体_燃料燃烧系统小的数量级)发生。这 允许氢的可运行性而预混合器中不带有可毁坏硬件的火焰稳定。与扩散火焰燃烧器相比， 快速的燃料_空气混合提供了显著降低的NOx排放。本发明还设计成通过保持单独的空气 通路(通过管130)的长度较短来部分地减低通常与小空气通路相关的大压降。更低的空 气侧压降还可提供更高的发动机效率。回头参看图2，燃料流动通路42流体地连接到预混合盘40的燃料室60，燃料室60 又流体地连接到设在多个单独的燃料/空气混合管130中的每一个中的流体进口 142。燃 料室60为大体上设置在预混合盘40的第一面56和第二面58之间的空腔，并且大体上围 绕单独的管130。燃料室60通过燃料入口(参见图3A-3C)联接到燃料流动通路42。利用这种布置，空气流入到管130的第一流体进口 134中，而燃料通过燃料流动通路42并进入围绕单独的管130的燃料室60。燃料在多个燃料/空气混合管130周围流动 并通过单独的燃料喷射进口(或燃料喷射孔)142以与管130内的空气相混合，从而形成燃 料/空气混合物。燃料/空气混合物从出口 135进入到点燃区150中并在其中燃烧，以形 成输送到涡轮30的高温、高压气流。大量的燃料喷射孔142允许空气/燃料混合相对高效 地发生，这可降低NOx排放。
在对于低NOx的满负荷运行中，火焰应当滞留在点燃区150中。然而，高氢/合成 气燃料的使用已使得回火成为问题。为了避免在混合管130内部的任何火焰稳定，来自管 内部的火焰的在混合管内部的热释放应小于到管壁的热损失。该标准对管尺寸、每个管的 燃料射流尺寸和数量以及燃料射流后退距离提出了约束。原则上，长的后退距离给予更好 的燃料/空气混合。如果混合度高并且燃料和空气达到接近100%混合，则产生相对低的 NOx输出，但在预混合盘40和单独的混合管130内容易受到火焰稳定和/或火焰回火。多 个管52的单独的燃料/空气混合管130由于遭受损伤可能需要更换。因此，如进一步所描 述，本发明的燃料/空气混合管130产生充分地允许点燃区150中的燃烧同时防止进入到 燃料/空气混合管130中的回火的混合度。混合管130的独特构造使得可能燃烧高氢或合 成气燃料并带有相对低的NOx，而不带有从点燃区150进入到管130中的火焰回火和火焰稳 定的显著的危险。
现参照图4，显示了来自多个管52的燃料/空气混合管130的一个示例。管130 包括外管壁201，该外管壁201具有在第一流体进口 134和流体出口 135之间沿着管轴线A 轴向延伸的外周表面202和内周表面203。外周表面202具有外管直径D。，而内周表面203 具有内管直径Dp如所显示的，管130具有周向地设置在管周围的多个燃料喷射孔或进口 142，各燃料喷射孔或进口 142具有在外周表面202和内周表面203之间延伸的燃料喷射孔 直径Df。在一个非限制性实施例中，燃料喷射孔直径Df大体上等于或小于0. 05英寸，或甚 至大体上等于或小于0. 03英寸。在另一个非限制性实施例中，内管直径Di大体上是燃料 喷射孔直径Df的2到20倍。燃料喷射进口 142具有相对于管轴线A(如图4中所示，其平行于轴线A)的喷射 角Z。如图4中所示，各喷射进口 142具有大体上在20到90度的范围中的喷射角Z。本发 明的进一步改进已发现，对于某些高氢燃料，相对于管轴线方向(即，轴线A)所测量的大体 上在50到60度之间的喷射角可为理想的。燃料喷射进口 142还以一定的距离(称为后退 距离R)定位在管流体出口 135上游。后退距离R大体上在燃料喷射孔直径Df的5 (Rmin)到 IOO(Rfflax)倍的范围中，而如上文所述燃料喷射孔直@Df大体上等于或小于0.03英寸。后 退距离R可大体上取决于几何约束、燃料的反应性、和/或期望的NOx排放。实际上，对于 氢/合成气燃料的后退距离R大体上等于或小于1. 5英寸，并且内管直径Di大体上在0. 05 到0. 3英寸的范围中。进一步的改进已发现，后退距离R在0. 3到1英寸的范围中，而内管 直径Di大体上在0. 08到0. 2英寸的范围中，以达到期望的混合和目标NOx排放。一些高氢 /合成气燃料在0. 15英寸的内管直SDi以下工作得更好。本发明的进一步的改进已发现， 最佳的后退距离大体上与燃烧管速度、管壁传热系数、燃料喷出时间成正比，而与交叉流动 射流(cross flowjet)渗透距离、湍流燃烧速度以及压力成反比。对于高活性燃料(例如，氢燃料)，燃料喷射进口 142的直径Df应大体上等于或小 于0. 03英寸，而各单独的管130的长度为约0. 8到2英寸。各单独的管130可包括至少一 个燃料喷射进口 142，并且可具有各种数量的燃料喷射进口 142，例如在约1到8个燃料喷 射进口 142的范围内。对于低活性燃料(例如，天然气)，各管130的长度可为一英尺长。还 设想带有低压降的多个燃料喷射进口 142(即，2到8个燃料喷射进口)。关于所述的参数， 已发现的是，具有50到60度之间的角度Z的燃料喷射进口 142工作良好以达到期望的混 合和目标NOx排放。本领域中的技术人员将理解的是，可使用上文多个不同组合以达到希望的混合和目标NOx排放。实际上，所有单独的管130可为相同的，或者一些或所有管130 可为不同的。例如，当单个管130中有多个燃料喷射进口 142时，一些喷射进口可具有例如作为 后退距离R的函数而变化的如图4中所示的不同的喷射角Z。作为另一个示例，喷射角Z 可作为燃料喷射进口 142的直径Df或结合燃料喷射进口 142的直径Df和后退距离R的函 数而变化。作为又一个示例，各单独的燃料喷射进口 142可具有不同的后退距离R以使得 各燃料喷射进口 142轴向上偏离。作为再一个示例，邻近的燃料喷射进口 142对之间的区 域的尺寸(即邻近的燃料喷射进口 142之间的内周表面203的间隔)可相等或可变化。目 的是在保持管130的长度尽可能短并在流体进口端134和流体出口端135之间具有低压降 (即，低于5% )的同时获得充分的混合。 上文的这些参数还可基于燃料成分、燃料温度、空气温度、压力以及对管130的内 周壁和外周壁202和203的任何处理而变化。当燃料/空气混合物流过的内周表面203不 论所使用的材料而磨平滑时可提高性能。还可能的是，通过利用燃料、空气或其它的冷却剂 加以冷却来保护预混合盘40、暴露于点燃区150的第二面58以及单独的管130。最后，邻 近正常燃烧区的面58可涂覆有陶瓷涂层或其它高耐热性层。现返回到图3A-3C，预混合盘40可形成为整体单元(monolithic unit)，或可由紧 固在一起的多个扇段形成。例如，如图3A中所示，预混合盘40可由多个饼形扇段(例如， 具有大体上相等的几何形状和尺寸的八个扇段401-408)形成。如图3B中所示，预混合盘 40’可类似地由多个(四个)扇段501-504形成。如图3C中所示，预混合盘40”可由具有 不同尺寸和几何形状的多个扇段(例如，多个环形扇段601-604与多个饼形扇段605-608 相联接)形成。因此，各扇段401-408或501-504可单独形成，并且随后以各种可拆卸或不 可拆卸的方式(例如，机械紧固件(例如，螺栓、夹具等)、粘合剂、焊接等)紧固在一起。在 任何情况下，可使用各种构造技术，例如直接金属激光烧结(DMLS)工艺。继续图3A-3C，预混合盘40、40，、40”连接到至少一个燃料流动通路42，并且可连 接到各自提供独立的燃料供应的多个燃料流动通路。各燃料流动通路42流体地连接到预 混合盘40的一个或多个燃料室60，燃料室60又流体地连接到设在多个单独的燃料/空气 混合管130中的每一个中的流体进口 142。各(多个)燃料室60可通过燃料入口联接到 (多个)燃料流动通路42。如图3A-图3B中所示，各扇段401-408和501-504可分别地包 括单独的燃料入口 411-418和511-514。因此，到各单独的燃料入口 411-418和511-514 中的燃料供应的变化可在预混合器的不同扇段处提供不同的燃料成分或燃料/空气比。多 个隔开地被供以燃料的区可控制燃烧动态特性(combustion dynamics)和贫燃熄火(lean blowout)，并且允许分级(staging)，其可容许增加的精调能力以达到相对增加的发动机效 率、更低的排放、和/或减弱的可损伤设备的燃烧动态特性。例如，可确定改变通过燃料进 口 411给扇段401的燃料供应而不改变给任何其它扇段的燃料供应。注意的是，如果预混合器盘为整体构造，则可通过在盘内部包含分隔壁来产生例 如那些如图3A、图3B和图3C中所示的单独的区或扇段以形成多个燃料室60。各燃料室60 可通过燃料入口联接到燃料流动通路42。如前文所述，各扇段401-408、501_504和601-608可彼此处于流体连通，或者一些 或所有扇段可与其它的扇段流体地隔开。因此，各预混合盘40、40’、40”可具有多个燃料室60。例如，燃料进口 611可将燃料供应到至少扇段601和605两者，扇段601和605可共享 共同的燃料室。因此，可执行在不改变给任何其它扇段的燃料供应的情况下改变通过燃料 进口 612给扇段602和606的燃料供应。备选地，各扇段601-608可分别地由专用的燃料 进口 611-618来供应。现转到图5，现在将论述多个饼形扇段401中的一个，可是应理解的是，这样的论 述类似地应用于预混合盘40的各种构造，例如整体构造。如本文中所示和所论述的，扇段 401示例包括在第一面56和第二面58之间延伸通过其的多个单独的燃料/空气混合管 130。燃料室60为大体上设置在第一面56和第二面58之间且大体上围绕单独的管130的 空腔。燃料室60可为一个连续的腔，或者如所显示的，可被隔开成由一个或多个流动调节 器74所隔开的多个腔70、72。(多个)流动调节器74可减少湍流，控制压降，和/或在燃 料室60内提供更均勻的燃料流。(多个)流动调节器74可为穿孔板。在一个示例中，在进 入燃料喷射孔142以用于与管130中的空气相混合之前，燃料可流入到腔70中，通过调节 器74并进入到腔72中。在另一个示例中，在进入燃料喷射孔142之前，燃料可首先流入到 腔72中，通过调节器74进入到腔70中，并被改变方向返回到腔72中。因此，燃料流还可 用于冷却面56、58和/或管130，以保护零件免受热损伤并降低管130内部的火焰稳定的倾 向。虽然已结合仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但应当容易理解的是，本发明并不局限于这些公开的实施例。相反而言，可对本发明进行修改以结合非此前所述但 与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、改型、替换或等同布置。此外，虽然已描述 了本发明的各种实施例，但是应该理解的是，本发明的方面可仅包括已描述的实施例的一 些。因此，本发明不应视为由前述描述所限制，而仅由所附权利要求的范围所限制。
权利要求
一种用于燃料/空气混合燃烧器组件中的燃料/空气混合盘，包括盘，其具有第一面、第二面以及设置在两者之间且适合与燃料流动通路处于流体连通的至少一个燃料室；和多个燃料/空气混合管，其在所述第一面和所述第二面之间延伸通过预混合盘，各混合管包括在进口端和出口端之间沿着管轴线轴向延伸的外管壁并且与所述至少一个燃料室处于流体连通，所述多个燃料/空气混合管的至少一部分还包括具有延伸通过所述外管壁的燃料喷射孔直径的至少一个燃料喷射孔，所述至少一个燃料喷射孔具有相对于所述管轴线的喷射角，所述喷射角在20到90度的范围中，以及在所述燃料喷射孔和所述出口端之间沿着所述管轴线延伸的后退距离，所述后退距离是所述燃料喷射孔直径的约5到100倍。
2.根据权利要求1所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述后退距离等于或小于 1. 5英寸并且所述管直径在0. 05到0. 3英寸的范围中。
3.根据权利要求1所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述后退距离在0.3到1英 寸的范围中并且所述管直径在0. 05到0. 3英寸的范围中。
4.根据权利要求1所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述喷射角为相对于管轴线 方向所测的约50到60度。
5.根据权利要求1所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述燃料/空气混合盘包括 具有多个燃料喷射孔直径的多个燃料喷射孔。
6.根据权利要求1所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述燃料/空气混合盘包括 具有多个燃料喷射孔角度的多个燃料喷射孔。
7.一种用于燃料/空气预混合燃烧器组件中的燃料/空气混合盘，包括盘，其具有第一面、第二面以及设置在两者之间且适合与燃料流动通路处于流体连通 的至少一个燃料室；和多个燃料/空气混合管，其在所述第一面和所述第二面之间延伸通过预混合盘，各混 合管包括在进口端和出口端之间沿着管轴线轴向延伸的外管壁并且与所述至少一个燃料 室处于流体连通，以及具有内径的内管表面，所述多个燃料/空气混合管中的每一个还包括具有延伸通过所述外管壁的燃料喷射 孔直径的至少一个燃料喷射孔，所述至少一个燃料喷射孔具有相对于所述管轴线的喷射 角，所述内管表面的所述内径是所述燃料喷射孔直径的2到20倍，以及在所述燃料喷射孔和所述出口端之间沿着所述管轴线延伸的后退距离，所述后退距离 是所述燃料喷射孔直径的约1到50倍。
8.根据权利要求7所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述喷射角在20到90度的 范围中。
9 根据权利要求7所述的燃料/空气混合盘，其特征在于，所述燃料喷射孔直径约等于 或小于0. 03英寸。
10.一种在用于涡轮燃烧器的预混合式直接喷射盘中混合高氢或合成气体燃料的方 法，所述方法包括提供盘，所述盘具有第一面、第二面以及设置在两者之间且适合与燃料流动通路处于流体连通的至少一个燃料室；提供在第一面和第二面之间延伸通过预混合盘的燃料/空气混合管，所述多个混合管中的每一个在进口端和出口端之间沿着流动路径轴向延伸并且与所述至少一个燃料室处 于流体连通，所述多个管中的每一个包括在所述进口端和所述出口端之间沿着管轴线轴向 延伸的外管壁；在所述进口端处将第一流体喷射到所述多个混合管中； 将高氢燃料或合成气体提供到所述至少一个燃料室中；通过以在相对于所述管轴线的20到90度的范围中的角度的多个喷射孔将所述高氢燃 料或合成气体从所述至少一个燃料室中喷射到所述混合管中；以及在所述管的所述出口端处将所述第一流体和所述高氢燃料或合成气体混合成混合度 大于50%的燃料和第一流体混合物。
全文摘要
本发明涉及一种预混合式直接喷射盘，具体而言，提供一种用于燃料/空气混合燃烧器组件中的燃料/空气混合盘。该盘包括第一面、第二面以及至少一个设置在两者之间的燃料室。多个燃料/空气混合管延伸通过预混合盘，各混合管包括沿着管轴线轴向延伸的外管壁并且与该至少一个燃料室处于流体连通。多个燃料/空气混合管的至少一部分还包括具有延伸通过所述外管壁的燃料喷射孔直径的至少一个燃料喷射孔，燃料喷射孔具有相对于管轴线的喷射角。本发明提供带有低的燃烧产生的NOx且转化为高的燃气轮机效率的低的流动压力损失的良好的燃料空气混合，本发明耐用并抵抗火焰稳定和回火。
文档编号F23D14/64GK101818901SQ20091026688
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年2月27日
发明者B·莱西, J·H·乌, T·E·约翰逊, W·D·约克, W·S·齐明斯基, 左柏芳 申请人:通用电气公司