改进燃烧器中空气燃料混合物均匀性的混合孔装置和方法

摘要

公开了用于改进燃烧器中空气和燃料混合物均匀性的混合孔装置，混合孔装置包括由衬套限定的多个混合孔，其中多个混合孔中的至少一个混合孔为以确定尺寸和定位中的至少一种方式来阻止流体流渗入位于燃烧器头端的主混合区的混合孔。

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于改进燃烧器中空气燃料混合物均匀性的混合孔装置和方法，且更特别地涉及通过阻止流体流进入混合区，来改进燃烧器中空气燃料混合物均匀性的混合孔装置和方法。

背景技术

燃气轮机包括用于压缩空气的压缩机，在存在由压缩机产生的压缩空气情况下燃烧燃料来产生热气的燃烧器，和从由燃烧器产生的膨胀热气中提取功的涡轮机。公知地，燃气轮机排放不期望的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。现有的干式低NOx燃烧器(DLN燃烧器)使得NOx，一氧化碳，和其它污染物的生成降到最低。当在较低负荷下通过让部分火焰区空气与燃料混合来避免不稳定火焰的存在和火焰喷出的可能性1时，这些DLN燃烧器供给稀燃料混合物。然而，NOx排放的要求变得更加严格，因此，本领域需要一种更低的NOx排放燃烧器。

发明内容

公开了用于改进燃烧器中空气和燃料混合物均匀性的混合孔装置，混合孔装置包括多个由衬套限定的混合孔，其中多个混合孔的至少一个混合孔，是以确定尺和定位中的至少一种方式阻止流体流渗入位于燃烧器头端的主混合区中的混合孔。

还公开了一种用于改进燃烧器中空气和燃料混合物均匀性的方法，该方法包括阻止流体流渗入燃料流和燃烧器的主混合区中的至少一者内。

进一步地公开了用于改进燃烧器中空气和燃料混合物均匀性的方法，该方法包括阻止来自至少多个混合孔中至少一个的流体流渗入燃料流和燃烧器头端的主混合区中，其中所述多个混合孔由包括在燃烧器中的衬套限定，且阻止是通过下面的方式实现的，即将多个混合孔设置成包括预定孔直径的尺寸，且沿着衬套按照预定位置和按照预定数目中至少一项设置所述多个混合孔。

附图说明

通过结合附图，接下来对示出的实施例进行详细描述将使得本发明前述的和其它的特征和益处更加充分地被理解，在多个附图中相同的部件采用相同的附图标记表示：

图1是燃烧器衬套的侧视图；

图2是图1中的燃烧器局部横截面图；

图3是基本上平面地示出的35兆瓦燃烧器的衬套的示意图；

图4是基本上平面地示出的80兆瓦燃烧器的衬套的示意图；

图5是进入主混合室的流型示意图；

图6是在主混合室中燃料浓度的示意图；

图7是根据本发明的一个方面，在主混合室中燃料浓度的示意图；

图8是根据本发明的一个方面，进入主混合室的流型示意图；

图9是根据混合孔装置100的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图10是表示在燃烧器衬套的头端部分中混合孔装置200的表格；

图11是根据混合孔装置300的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图12是根据混合孔装置400的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图13是根据混合孔装置500的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图14是根据混合孔装置600的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图15是根据混合孔装置700的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图16是根据混合孔装置800的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；

图17是根据混合孔装置900的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图；且

图18是根据混合孔装置900的示例性实施例，基本上平面地示出的燃烧器衬套的头端部分的示意图。

具体实施方式

参照图1和2，示出了干式低NOx燃烧器14(dry low NOx combustor)的包括头端13的衬套12(在图2中部分地示出，但是在图1中没有示出流动套筒16)。燃烧器14包括主喷嘴端15和文丘里喉管17，在上述两者之间设置有头端13。包括在燃烧器14的头端13中的衬套12限定了多个围绕着衬套12周向设置的混合孔18。相对于燃烧器14的纵向中心轴线19，孔的间距通过角度来测量(例如，两个孔18之间为24度)。孔18允许空气流过流动套筒16来渗入到主混合区20，纵向中心轴线19贯穿该区。一旦进入主混合区20，空气与燃料混合有助于燃烧。如图2所示，主混合区20设置在燃烧器14中，径向上在衬套12和中心体管22之间、轴向上在主喷嘴端15和文丘里喉管17之间。

上述的衬套12能够设置在燃烧器中产生不同量的动力。参考图3，示出了用于35兆瓦燃气轮机燃烧器14的衬套12(该示图是平面的，虽然在应用中混合孔18径向围绕衬套12设置，该衬套为圆筒状结构)，衬套包括混合孔18的装置26，混合孔确定尺寸并定位用于允许空气流进入主混合区20。这些混合孔18布置成两排(第一排28a和第二排28b)，每排有10个混合孔18。第一排28a通常位于距图1所示的主喷嘴端15为4.9英寸处，且包括直径为0.77英寸、围绕圆筒衬套12相互之间交替地以24度和48度为间距设定的混合孔18(即混合孔18围绕衬套12相互之间以以 24-48-24-48度的模式设置)。第二排28b位于距主喷嘴端15为6.15英寸处，且包括直径为1.04英寸、围绕衬套12相互之间以36度为间距设定的混合孔18。还在第一排28a和主喷嘴端15之间示出了两个交叉式火管29a-b。

参考图4，示出了用于80兆瓦燃气轮机燃烧器14的衬套12(该示图是平面的，虽然在应用中混合孔18周向围绕衬套12设置，该衬套为圆筒状结构)，且衬套包括混合孔18的装置32，混合孔18确定尺寸并定位用于允许空气流进入主混合区20。这些混合孔18布置成两排(第一排34a和第二排34b)，分别具有12个(34a)混合孔18和6个(34b)混合孔18。第一排34a位于距离图1所示的主喷嘴端15为6.39英寸处，且包括直径为1.125英寸、围绕圆筒衬套12相互之间交替地以20度和40度为间距设置的混合孔18(即混合孔18围绕衬套12相互之间以20-40-20-40度的模式设置)。第二排34b位于距离主喷嘴端15为7.64英寸处，且也包括直径为1.125英寸的混合孔18。然而，第二排34b中的混合孔18始终以相互之间60度的间距围绕衬套12设置。类似上面提及的两个交叉式火管29a-b另外在第一排34a的左边示出。

与装置26和32类似的混合孔18装置通常导致来自流动套筒16的流体流24(可以是空气)，穿过混合孔18，然后径向地进入主混合区20，如图5所示。流体流24与被引入混合区20的燃料流30的方向大致正交地进入主混合区20。由于流体流24的速度，流24渗入燃料流30到足够的深度从而冲击中心体管22。由于流体流24对于中心体管22的冲击，流体流24在中心体管22上“飞溅”，导致了袋状的、非均匀的空气和燃料混合物38，如图6所示的那样。在图6中，较黑的区域代表燃料袋40a-b，该燃料袋被飞溅的流体流24推离中心体管22。

现在参照图7，示出了较小不均匀性的空气和燃料的混合物42。在图7中，燃料袋状物相比于图6的燃料袋状物已经减少了。较小不均匀性的混合物42达到了改善燃烧器例如干式低NOx燃烧器中NOx排放物的目的，与在图1和2中部分示出的类似。均匀性能够通过在燃烧器运行期间阻止流体流24渗入主混合区20来实现，如图8所示。在图8中，流体流24到燃料流30的渗入与图5的混合(其由孔装置26和32产生)相比被减弱(阻止)，减少了流体流24从中心体管22上的飞溅。流体流24到主混合区20的渗透度能够表示成衬套+12和中心体22之间的距离百分比。超过100％的数据将表示流体流从中心体飞溅的情形，而200％表示比例如125％更加强烈的飞溅。渗透度使用射流(流体流24)渗入到横向流的标准关系式进行计算，标准关系式为Y_max/D_j＝sqrt(射流的动量/横向流的动量)*C₁(其中Y_max＝最大射流渗透度，D_j＝射流直径，射流的动量＝0.5*□_j*V_j²，横向流的动量＝0.5*□_cf*V_cf²，在这些运算中C1＝1.15，□_j＝射流流体的密度，□_cf＝横向流体的密度，V_j＝射流速度，和V_cf＝横向流速度)。渗入大约195％或者更多到主混合区20中的流体流24能够导致非均匀空气-燃料混合物，该混合物产生不期望的高排放物。在图8中，流体流24渗入小于或者等于大约165％到主混合区20，示例性范围在大约100％到165％之间。示例性范围使得减少排放物和保持稳定之间的平衡达到最优。

参照图9，示出了混合孔装置100的示例性的实施例，其中该装置将允许有如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。装置100阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20中，用于形成均匀混合物24。如图8所示那样，通过装置100阻止流体流24，使得流体流24渗入小于或者等于大约165％到主混合区20，示例性范围在大约150％到165％之间，如上所提及的。装置100包括多个由头端106的衬套104限定的混合孔102(示图是平面的，虽然在应用中混合孔102径向围绕衬套104设置，该衬套为圆筒状结构)。此多个混合孔102中的至少一个以确定尺(直径)和定位中的至少一种方式阻止流体流24渗入到主混合区20的混合孔，如图8所示。

这个实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于35兆瓦各种涡轮机。混合孔102排列成三排，表示为第一排110a，第二排110b和第三排110c。三排中的至少一排的混合孔102确定尺寸(直径)和定位以阻止流体流24到燃料流30和主混合区20的渗入。在示例性实施例中，第一排110a中的混合孔102围绕衬套104设以包括每个混合孔102之间以24度和36度交替的间距(即混合孔102围绕着衬套104设置在24度，60度，84度，120度等处)，距离主喷嘴端15(图1所示)为3.65英寸的距离。这些混合孔102还具有0.59英寸的直径112a。第二排110b中的混合孔102(在示例性实施例中)围绕衬套104设置在12，60，90，126，168，192，234，270，312和348度的位置，距离主喷嘴端15为4.9英寸的距离。这些混合孔102具有0.71英寸的直径112b。第三排110c的混合孔102(也在示例性实施例中)围绕衬套104相互之间间隔36度设置，距离主喷嘴端15为6.15英寸的距离。这些混合孔102具有0.98英寸的直径112c。

三排，混合孔102直径112a-c中总的减少，和混合孔102定位是装置100的所有要素，其可以如图8所示的那样阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。应当明白虽然这三排110a-c每排包括相同数目的混合孔102(十个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔102。还应当明白装置100意在提高均匀性，但是可以不是意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置100降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔102中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图10，示出了混合孔装置200的示例性实施例，该装置将允许具有如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图10示出了表格201，用于表示在与图9中的衬套104类似的衬套中，混合孔装置200的定位。该装置200阻止流体流渗入到燃料流30和主混合区20中，允许形成均匀混合物42。装置200包括多个混合孔，在表格201中通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示。装置200中多个混合孔中的至少一个是以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流24渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于35兆瓦涡轮机。装置200的混合孔排列成三排，在表格201中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。三排中的至少其中一排中的混合孔确定尺寸(直径)和定位来阻止流体流24渗入到燃料流30和主混合区20中。在这个实施例中，随着排远离主喷嘴端15(图1)，混合孔直径减小，这与图9所示的增加相反。设置在第三排(通过表格201的第三栏表示)的装置200的混合孔，围绕圆筒形衬套设置，以包括每个混合孔之间以24度、36度和48度的交替的间距(即混合孔102围绕着衬套104设置在24度，48度，84度，132度，156度等处)，距离主喷嘴端15(图1所示)为6.15英寸。这些混合孔还具有0.59英寸的直径。位于第二排(在表格201的第二栏中表示)的装置200的混合孔围绕圆筒形衬套设置在12，60，90，126，168，192，234，270，312和348度处，距主喷嘴端15为4.9英寸。这些混合孔具有0.71英寸的直径。位于第一排(在表格201的第三栏中表示)的装置200的混合孔围绕衬套相互间隔36度设置，距离喷嘴端15(图1所示)为3.65英寸。这些混合孔具有0.98英寸的直径。

三排，混合孔直径中总的减少，和混合孔的定位是装置200的所有要素，其可以阻止流体流24不同程度地渗入到主混合区20中，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。通过这个装置200阻止流体流24，依据流体是否来自在第一排、第二排或者第三排中的孔，导致流体流24不同地渗入。来自第一排的流体流24具有最大渗透度和渗入大于或者等于大约250％到主混合区20中，示例性范围在大约250％到280％之间。来自第二排的流体流24渗入小于或者等于大约175％到主混合区20中，示例性范围在大约130％到175％之间，而第三排渗入小于或者等于大约100％到主混合区20中，示例性范围在大约80％到100％之间。应当明白，虽然装置200的三排的每一排包括相同数目的混合孔(十个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白装置200意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置200降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图11，示出了混合孔装置300的示例性实施例，该装置将允许如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图11示出了表格301，用于表示在与图9中的衬套104类似的衬套中混合孔装置300的定位。装置300包括多个混合孔，在表格301中通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示。在装置300中多个混合孔中的至少一个是以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流24渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于35兆瓦涡轮机。混合孔排列成三排，在表格301中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。这三排中的混合孔确定尺寸来阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20，且第一栏和第二栏示出了定位来阻止空气流渗入和用于形成较小不均匀性的空气和燃料混合物42(图7)的排。在这个实施例中，所有三排中的混合孔直径保持一样，且装置300混合孔的每一个都具有0. 777英寸的直径。在第一排中的混合孔(在表格301的第一栏中表示)设置在24，48，84，132，156，204，228，276，300，336度处，距主喷嘴端15(如图1所示)为3.65英寸的距离。在第二排中的混合孔(在表格301的第二栏中表示)围绕圆筒形衬套设置在12，60，90, 126，168，192，234，270，312和348度处，距主喷嘴端15为4.9英寸的距离。在第三排中的混合孔302(在表格301的第三栏中表示)围绕衬套相互之间间隔36度设置，距主喷嘴端15为6.15英寸的距离。

三排，在装置300中混合孔直径中总的减少和混合孔的定位是装置300的所有要素，该装置300可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。通过这个装置300阻止流体流24，导致来自第一排的流体流24渗入大于或者等于大约200％到主混合区20中，示例性范围在大约200％到220％之间，来自第二排的流体流24渗入小于或者等于大约165％到主混合区20中，示例性范围在大约150％到165％之间，来自第三排的流体流24渗入小于或者等于大约130％到主混合区20中，示例性范围在大约115％到130％之间。应当明白，虽然这三排的每一排包括相同数目的混合孔(十个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白，装置300意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置300降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图12，示出了混合孔装置400的示例性实施例，该装置将允许如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图12示出了表格401，用于表示在与图9中的衬套104类似的衬套中，混合孔装置400的定位。装置400包括多个混合孔，通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示在表格401中。在装置400中多个混合孔中的至少一个以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流24渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于35兆瓦涡轮机。装置400的混合孔排列成三排，在表格401中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。在这个实施例400的第一排和第二排(各自在表格401的第一栏和第二栏中示出)中的装置400混合孔，确定尺寸以阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20中，而第三排中的混合孔只有一部分(在表格401中第三栏中示出)必须确定尺寸以阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20中。这是因为在这个实施例中，在第三排中的混合孔自身尺寸变化，且一些可以不是阻止渗入的尺寸。关于在这个实施例中的定位，第一排和第二排定位以阻止空气流渗入和允许较小不均匀性的空气和燃料混合物42(图7)。第一排的混合孔围绕着衬套设置在24，48，84，132，156，204，228，276，300，336度的位置，距主喷嘴端15(如图1所示)为3.65英寸的距离。这些混合孔具有0.5 9英寸的直径。在第二排中的混合孔围绕着衬套设置在12，60，90，126，168，192，234，270，312，和348度的位置，距主喷嘴端15为4.9英寸的距离。这些混合孔具有0.71英寸的直径412b。在第三排中的混合孔围绕衬套相互之间间隔36度设置，距主喷嘴端15为6.15英寸的距离。在这个实施例中，这些混合孔的直径交替设置为0.71英寸和1.39英寸。

三排，装置400混合孔直径中总的减少，和混合孔的定位是装置400的所有要素，其可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。通过这个装置400阻止流体流24，导致流体流24渗入小于或者等于大约165％到主混合区20，对于第一和第二排来说示例性范围在大约150％到165％之间。来自第三排、直径为0.71的孔的流体流24，渗入小于或者等于大约120％到主混合区20中，示例性范围在大约100％到120％之间，而来自第三排、直径为1.39英寸的孔的流体流24渗入大于或者等于大约200％到主混合区20，示例性范围在200％到220％。应当明白，虽然装置400的三排的每一排包括相同数目的混合孔(十个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白装置400意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置400降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔402中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。在这个特定的实施例中，在第三排中、直径为0.71和1.39的混合孔不同地确定尺寸以导致局部不均匀性，从而保持稳定性和排放物之间的平衡。

参照图13，示出了混合孔装置500的示例性实施例，该装置将允许如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图13示出了表格501，用于表示在与图9中的衬套104类似的衬套中，混合孔装置500的定位。通过这个装置500阻止流体流24，导致流体流24渗入小于或者等于大约165％到主混合区20，示例性范围在大约150％到165％之间，如上所提及的和在图8所示的那样。装置500包括多个混合孔，在表格501中通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示。在装置500中多个混合孔中的至少一个以确定尺寸和定位中的至少一种方式来阻止流体流渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低N0x燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于80兆瓦涡轮机。装置500的混合孔排列成三排，在表格501中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。在这三排中的至少一排中的混合孔确定尺寸(直径)和定位来阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20中。在第一排(在表格501的第一栏中示出)中的混合孔围绕衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15(如图1所示)为5.14英寸的距离。这些混合孔具有0.784英寸的直径。在第二排(在表格501的第二栏中示出)中的混合孔围绕着衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为6.39英寸的距离。这些混合孔具有0.85英寸的直径。在第三排(在表格501的第三栏中示出)中的混合孔围绕着衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为7.64英寸的距离。这些混合孔502具有0.912英寸的直径。

三排，装置500的混合孔直径中总的减少和混合孔的定位是装置500的所有要素，其可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。应当明白，虽然装置500的三排的每一排包括相同数目的混合孔(十个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白，装置500意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置500降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图14，示出了混合孔装置600的示例性实施例，该装置将允许如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图14示出了表格601，用于表示在与图9中的衬套104类似的衬套中，混合孔装置600的定位。装置600包括多个混合孔，在表格601中通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示。在装置600中多个混合孔中的至少一个以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流24渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于80兆瓦涡轮机。混合孔排列成三排，在表格601中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。在这三排中的至少一排中的混合孔确定尺寸(直径)和定位来阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20中。在这个实施例中，随着所在的排远离主喷嘴端15(图1)，混合孔直径减小，这与图13所示的增加相反。在第一排(在表格601的第一栏中示出)中的混合孔围绕衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为5.14英寸的距离。这些混合孔602具有0.912英寸的直径。第二排(在表格601的第二栏中示出)中的混合孔围绕着衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为6.39英寸的距离。这些混合孔具有0.85英寸的直径。在在第三排(在表格601的第三栏中示出)中的混合孔围绕着衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为7.64英寸的距离。这些混合孔602具有0.784英寸的直径。

三排，装置600混合孔直径中总的减少和混合孔的定位是装置600的所有要素，其可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。通过这个装置600来阻止流体流24导致流体流24根据流体是否来自第一排、第二排或者第三排的孔而不同地渗入。来自第一排的流体流24具有最大程度的渗透度和渗入大于或者等于大约250％到主混合区20中，示例性范围在大约250％到280％之间。来自第二排的流体流24渗入小于或者等于大约175％到主混合区20中，示例性范围在大约130％到175％之间，而第三排渗入小于或者等于大约100％到主混合区20中，示例性范围在大约80％到100％之间。应当明白，虽然这三排的每一排包括相同数目的混合孔(十二个)，每个独立排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白，装置600意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置600降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图15，示出了混合孔装置700的示例性实施例，该装置将允许如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图15示出了表格701，用于表示在与图9中的衬套104类似的衬套中，混合孔装置700的定位。通过这个装置700阻止流体流24，导致流体流24渗入小于或者等于大约138％到主混合区20中，示例性范围在大约110％到138％之间，如上面所提及的和如图8所示的那样。装置700包括多个混合孔，在表格701中通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示。在装置700中多个混合孔中的至少一个以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流24渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于80兆瓦涡轮机。混合孔排列成三排，在表格701中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。在三排至少之一中的混合孔确定尺寸(直径)和定位来阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20。在这个装置700中，整个所有的三排(各自表示在表格701的第一栏，第二栏和第三栏中)中混合孔的尺寸保持不变，每个混合孔具有0.85英寸的直径。在第一排(在表格701的第一栏中示出)中的混合孔围绕衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端1 5(如图1所示)为5.14英寸的距离。在第二排(在表格701的第二栏中示出)中的混合孔围绕着衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为6.39英寸的距离。在第三排(在表格701的第三栏中示出)中的混合孔围绕着衬套相互之间间隔30度设置，距主喷嘴端15为7.64英寸的距离。

三排，在装置700中混合孔直径中总的减少，和混合孔的定位是装置700的所有要素，该装置700可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。应当明白，虽然这三排的每一排包括相同数目的混合孔(十二个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白，装置700意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置700降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图16，示出了混合孔装置800的示例性实施例，其中该装置将允许改进的图7所示的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。装置800阻止流体流24渗入燃料流30和主混合区20中，用于形成均匀混合物42。通过装置800阻止流体流24导致流体流24渗入小于或者等于大约110％到主混合区20中，示例性范围在大约90％到110％之间，如上面所提及的和如图8所示的那样。装置800包括多个由头端806的衬套804(示图是平面的，虽然在应用中混合孔102周向围绕衬套804设置，该衬套为圆筒状结构)限定的混合孔802。多个混合孔802中的至少一个以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流渗入到主混合区20，如图8所示。

这个实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于80兆瓦各种涡轮机。混合孔802排列成四排，表示为第一排810a，第二排810b、第三排810c和第四排810d。四排810a-d中的至少一排中的混合孔802确定尺寸(直径)和定位来阻止流体流24渗入到燃料流30和主混合区20中。在这个实施例中，整个所有的四排810a-d 的混合孔802的尺寸保持不变，每个混合孔802具有0.655英寸的直径812。第一排810a中的混合孔802围绕衬套804相互之间间隔24度设置，距离喷嘴端15(图1所示)为5.14英寸的距离。第二排810b中的混合孔802围绕衬套804相互之间间隔24度设置，距离喷嘴端15(图1所示)为6.39英寸的距离。第三排810c中的混合孔802围绕衬套804相互之间间隔24度设置，距离喷嘴端15(图1所示)为7.64英寸的距离。第四排810d中的混合孔802围绕衬套804相互之间间隔24度设置，距离喷嘴端15(图1所示)为8.89英寸的距离。

四排，混合孔802直径812中总的减少，混合孔802的定位和每排810a-d中混合孔数量(十五)是装置800的所有要素，其可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。应当明白虽然这四排810a-d每排包括相同数目的混合孔802(十五个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔802。还应当明白装置800意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料的混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置800降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔802中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

参照图17和18，示出了混合孔装置900的两个实施例，每个实施例允许如图7所示的改进的较小不均匀性的空气和燃料混合物42。图17和18示出了表格801和901，用于表示混合孔装置900的两个实施例的每个在与图9中的衬套104类似的衬套中的定位。装置900包括多个混合孔，在表格801和901中通过安排在适当的排和栏中的直径尺寸表示。装置900的多个混合孔中的至少一个以确定尺寸(直径)和定位中的至少一种方式来阻止流体流渗入到主混合区20，如图8所示。

该实施例中的燃烧器14是干式低NOx燃烧器(与图1所示的相同)，该燃烧器可以用于80兆瓦涡轮机。混合孔902排列成三排，在表格701和801中用第一栏，第二栏和第三栏来示出。装置900在三排中的至少一排中的混合孔确定尺寸(直径)和定位来阻止流体流24的空气流渗入到燃料流30和主混合区20中。在这个装置900中，在第一排和第三排(各自在表格801和901中的第一栏和第三栏中示出)中混合孔直径变化。在两个实施例的第一排中的混合孔围绕衬套相互之间间隔20度设置，距主喷嘴端15(如图1所示)为大约4.75和5.14英寸之间的距离。这些混合孔交替具有0.784英寸和0.912英寸的直径。在两个实施例的第二排(在表格801和91的第二栏中示出)中的混合孔902围绕衬套相互之间间隔20度设置，距主喷嘴端15为大约6.39英寸的距离。这些混合孔具有0.85英寸的直径。在两个实施例的第三排中的混合孔围绕衬套相互之间间隔20度设置，距主喷嘴端15(如图1所示)为大约7.64到8.15英寸的距离。这些混合孔交替具有0.784英寸和0.912英寸的直径。

三排，在装置900中混合孔直径中总的减少和混合孔的定位是装置900的所有要素，该装置900可以阻止流体流24的渗入，且可以导致如图7所示的较小不均匀性的混合物42。通过这个装置900阻止流体流24，导致在第二排中的流体流24小于或者等于大约165％渗入主混合区20，示例性范围在大约150％到165％之间，来自第一排和第三排、直径为0.74英寸的孔的流体流24，渗入小于或者等于大约155％到主混合区20中，示例性范围在大约140％到155％之间，来自第一排和第三排、直径为0.912英寸的孔的流体流24，渗入大于或者等于大约175％到主混合区20中，示例性范围在大约175％到185％之间。应当明白，虽然这三排的每一排包括相同数目的混合孔(十二个)，每个单排可以包括更多或者更少的混合孔。还应当明白，装置900意在提高均匀性，但是可以并非意在使得流体和燃料混合物的均匀性达到最大。太均匀的混合物将随着NOx排放物的降低而降低稳定性。装置900降低了排放物而且保持了排放物和稳定性之间的平衡。打破这种平衡(例如使得混合物太均匀)是为什么只有多个混合孔中的一些孔可以确定尺寸和定位来阻止流体流24渗入主混合区20中的一个原因。

应当明白，这里还公开了用于改进燃烧器中的空气和燃料混合物均匀性的方法。该方法包括阻止流体流24渗入到燃料流30和燃烧器14头端13的主混合区20至少之一中。通过确定混合孔的尺寸和沿着燃烧器14衬套12定位混合孔中的至少一种，实现流体流24的阻止。

还应当明白，这里进一步公开了用于改进燃烧器中空气和燃料混合物均匀性的另一种方法。这个方法包括阻止流体流24渗入燃料流30和燃烧器14头端13的主混合区20中，其中通过确定多个混合孔尺寸以包括预定直径，和沿着燃烧器14衬套12、按照预定位置和预定数目中至少一项布置多个混合孔，来达到阻止的目的。这种设置方式可以进一步地包括将多个混合孔至少设置成三排。

虽然结合示例性实施例，本发明已经进行了描述，本领域技术人员应当明白在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出多种变化和采用等价物来替代其元件。另外，在不脱离本发明范围的情况下，通过本发明的教导可以做出多种修改以适应特别情形或者部件。因此，重要的是，本发明并不局限于预计用来实现本发明而作为最佳模式所公开的特别实施例，但是本发明将包括落入所附的权利要求范围内的所有的实施例。而且，除非特别地声明，术语第一、第二等的任何使用并不用作表示任何次序或者重要程度，而预计术语第一、第二等用于区分一个元件和另一个元件。

部件列表

    12    衬套    13    头端    14    燃烧器    15    主喷嘴端    16    流动套筒    17    文丘里喉管    18    多个混合孔    19    中心轴线    20    主混合区    22    中心体管    24    流体流    26    混合孔装置    28a    第一排十个混合孔    28b    第二排十个混合孔    29a-b    交叉式火管    30    燃料流    32    混合孔装置    34a    第一排十二个混合孔    34b    第二排六个混合孔    38    不均匀空气和燃料混合物    40a-b    燃料袋    42    少量不均匀空气和燃料混合物    100    混合孔装置    102    多个混合孔    104    衬套    106    头端    110a    第一排    110b    第 二排    110c    第三排

    112a-c    三排    200    混合孔装置    201    表格   300    混合孔装置   301    表格   302    混合孔   400    混合孔装置   401     表格   500    混合孔装置   501    表格   600    混合孔装置   601    表格   602    混合孔   700    混合孔装置   701    表格   800    混合孔装置   802    混合孔   804    衬套   806    头端   810a    第一排   810b    第二排   810c    第三排   810d    第四排   812    直径逐渐减小的四排   900    混合孔装置   1100    方法   1102    工作块