一種燃氣輪機的預混裝置及燃燒室的製作方法

2023-05-21 13:11:41 1

本發明涉及燃氣輪機技術領域，特別涉及一種燃氣輪機的預混裝置及燃燒室。

背景技術：

燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是典型的高新技術密集型產品。作為高科技的載體，燃氣輪機代表了多理論學科和多工程領域發展的綜合水平，是國家高技術水平和科技實力的重要標誌之一，具有十分突出的戰略地位。燃氣輪機的三大部件為燃燒室、壓氣機和渦輪，燃燒室的性能會直接影響燃氣輪機的總體性能。燃氣輪機燃燒產物中含有nox(氮氧化物)，nox主要包含no和no2。no是一種無色無臭的氣體，大氣中的no濃度如果達到了一定的程度，就會與血液中的血色素結合，造成血液缺氧從而引起中樞神經麻痺。no2是一種紅色有毒氣體，對人體呼吸器官有刺激作用，容易引起肺氣腫和肺癌，no2還能破壞臭氧形成臭氧空洞。

現有燃氣輪機中，燃燒室內燃料燃燒時的溫度對nox的影響非常大，nox的產量和生成速度隨著燃燒溫度的升高呈指數增長。目前低nox排放燃燒室主要採用燃油分級和貧油預混預蒸發相結合的技術，燃燒分為主燃級和預燃級，這兩級的燃料需要分別控制進料，導致預混過程較為複雜且不太穩定，一旦分別控制的預燃級和主燃級收到幹擾會導致燃料和空氣在預混模內混合的不夠均勻充分，不能形成穩定燃燒。

技術實現要素：

本發明提供了一種燃氣輪機的預混裝置及燃燒室，以改善燃燒室的燃料和空氣預混結構，使其混合更均勻，燃燒更為穩定，從而減少nox生成量，並簡化燃燒室結構。

為達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種燃氣輪機預混裝置，包括依次同軸串聯的燃料進料管口、旋流器和預混出料管口，其中，所述燃料進料管口內徑大於所述預混出料管口內徑，所述旋流器與燃料進料管口連接的側壁中心部位具有預燃級燃料噴孔，所述旋流器與燃料進料管口連接的側板上間隔開有多個主燃級燃料噴孔，所述主燃級燃料噴孔與所述預燃級燃料噴孔的距離小於燃料進料管口內徑，且所述主燃級燃料噴孔與所述預燃級燃料噴孔的距離大於預混出料管口內徑。

優選的，所述多個主燃級燃料噴孔呈圓環狀圍繞所述預燃級燃料噴孔設置。

優選的，所述多個主燃級燃料噴孔為12～22個。

優選的，每個主燃級燃料噴孔孔徑為1mm～2mm。

優選的，所述預燃級燃料噴孔孔徑為2.5mm～5mm。

優選的，所述旋流器包括旋流器葉片、第一側板和第二側板，所述第一側板和第二側板對盒設置於所述旋流器葉片兩側，且所述旋流器對應所述旋流器葉片的周側具有旋流器進氣口。

本發明實施例提供的燃氣輪機預混裝置，主燃級和預燃級的燃料從一個燃料進料管口進入，不用分別控制進料，簡化了燃燒過程中的燃料控制系統；並且減少了外界因素對主燃級和預燃級的幹擾，使得燃燒更為穩定，減少nox生成量。

一種燃氣輪機燃燒室，包括輪機機匣、火焰筒和如上所述的燃氣輪機預混裝置，其中，所述輪機機匣以間隙配合的方式包覆於串聯的燃氣輪機預混裝置和火焰筒外側。

優選的，所述輪機機匣側壁至少開有一個進氣槽，所述火焰筒筒壁上具有多個摻混孔，且所述多個摻混孔對應所述進氣槽設置。

優選的，所述火焰筒的中段筒壁上具有主燃孔。

優選的，所述火焰筒筒壁具有環繞陣列排布的冷卻孔。

本發明實施例提供的燃氣輪機燃燒室採用上述的預混裝置，混合後混合氣體經預混出料管口進入火焰筒燃燒。主燃級和預燃級共用一個燃料進料管口，從而簡化了燃燒過程中的燃料控制系統；並且減少了外界因素對主燃級和預燃級的幹擾，使得燃燒更為穩定，減少nox生成量，並簡化了燃燒室結構。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的燃氣輪機預混裝置的結構示意圖；

圖2為本發明一實施例提供的燃氣輪機預混裝置的側剖結構示意圖；

圖3為本發明另一實施例提供的燃氣輪機燃燒室的結構示意圖。

附圖標記：

1a-燃氣輪機預混裝置

1-燃料進料管口

2-旋流器

21-預燃級燃料噴孔

22-主燃級燃料噴孔

23-旋流器葉片

24-第一側板

25-第二側板

26-旋流器進氣口

3-預混出料管口

4-輪機機匣

41-進氣槽

5-火焰筒

51-摻混孔

52-主燃孔

53-冷卻孔

具體實施方式

為改善燃燒室的燃料和空氣預混結構，使其混合更均勻，燃燒更為穩定，從而減少nox生成量，並簡化燃燒室結構。，本發明實施例提供了一種燃氣輪機的預混裝置及燃燒室。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本發明作進一步詳細說明。

參考圖1和圖2，本發明一實施例提供的一種燃氣輪機預混裝置1a，包括依次同軸串聯的燃料進料管口1、旋流器2和預混出料管口3，其中，燃料進料管口1內徑大於預混出料管口3內徑，旋流器2與燃料進料管口1連接的側壁中心部位具有預燃級燃料噴孔21，旋流器2與燃料進料管口3連接的側板上間隔開有多個主燃級燃料噴孔22，主燃級燃料噴孔22與預燃級燃料噴孔21的距離小於燃料進料管口1內徑，且主燃級燃料噴孔22與預燃級燃料噴孔21的距離大於預混出料管口3內徑。

本發明實施例提供的燃氣輪機預混裝置，主燃級和預燃級的燃料從一個燃料進料管口進入，不用分別控制進料，簡化了燃燒過程中的燃料控制系統；並且減少了外界因素對主燃級和預燃級的幹擾，使得燃燒更為穩定，減少nox生成量。

參考圖1和圖2，在本發明一具體的實施例中，燃氣輪機預混裝置的多個主燃級燃料噴孔22呈圓環狀圍繞預燃級燃料噴孔21設置。主燃級燃料噴孔環繞與燃料燃料噴孔設置使得主燃級的燃料進入火焰筒時更為均勻，在與預燃級的燃料混合時也更均勻，能夠保持較為穩定的燃燒狀態。

在實際的燃氣輪機燃燒過程中，主燃級燃料噴孔的數量、孔徑和預燃級燃料噴孔的孔徑之間存在影響，經過發明人大量實驗驗證，多個主燃級燃料噴孔為12～22個，每個主燃級燃料噴孔孔徑為1mm～2mm，預燃級燃料噴孔孔徑為2.5mm～5mm時的燃燒效果較好。

在本發明另一具體的實施例中，如圖2所示，旋流器2包括旋流器葉片23、第一側板24和第二側板25，第一側板24和第二側板25對盒設置於旋流器葉片23兩側，且旋流器2對應旋流器葉片23的周側具有旋流器進氣口26。本發明實施例中，氣流在通過旋流器時會從旋流器進氣口進入依次與從主燃級燃料噴孔和預燃級燃料噴孔進入的燃料預混產生預混氣，並在燃燒室內形成低速回流區，這樣可以使預混氣燃燒時氣體速度與火焰傳播速度一致，從而保證燃燒的穩定，回流區的形成還可以保證燃燒的安全。

在本發明另一實施例中還提供了一種燃氣輪機燃燒室，如圖3所示，該燃氣輪機燃燒室包括輪機機匣4、火焰筒5和如上所述的燃氣輪機預混裝置1a，其中，輪機機匣4以間隙配合的方式包覆於串聯的燃氣輪機預混裝置1a和火焰筒5外側。本發明實施例提供的燃氣輪機燃燒室採用上述的預混裝置，混合後混合氣體經預混出料管口進入火焰筒燃燒。主燃級和預燃級共用一個燃料進料管口，從而簡化了燃燒過程中的燃料控制系統；並且減少了外界因素對主燃級和預燃級的幹擾，使得燃燒更為穩定，減少nox生成量，並簡化了燃燒室結構。

參考圖3，在該實施例的優選方案中，以下為本發明實施例的幾個優化設計：

優化設計1：輪機機匣4側壁至少開有一個進氣槽41，火焰筒5筒壁上具有多個摻混孔51，且多個摻混孔51對應進氣槽41設置。進氣槽中的摻混空氣橫向摻入火焰筒中的高溫煙氣，使得空氣和高溫煙氣混合更均勻，從而提高燃燒室出口氣流溫度的均勻程度和燃燒室的能量利用率。

優化設計2：，燃燒室的進氣槽為兩個且相對設置於輪機機匣側壁。輪機機匣側壁相對設置有兩個進氣槽，能夠減少進氣氣流之間的幹擾，從而形成穩定的摻混空氣流，進一步提高燃燒室出口氣流溫度的均勻程度和燃燒室的能量利用率。進一步的，火焰筒側壁的多個摻混孔間隔環繞設置，如此設置的多個摻混孔能夠使得摻混空氣較為均勻地進入到火焰筒中，使得空氣和高溫煙氣混合更均勻，從而提高燃燒室出口氣流溫度的均勻程度和燃燒室的能量利用率。

優化設計3：火焰筒5的中段筒壁上具有主燃孔52。主燃孔能夠提高火焰筒中的燃燒效率並平衡火焰筒內外的壓力，從而提高燃燒室工作性能和使用壽命。

優化設計4：火焰筒5筒壁還具有環繞陣列排布的冷卻孔53。冷卻孔能夠平衡火焰筒內外的壓力，並平衡火焰筒內外溫差防止過熱損壞，從而進一步提高燃燒室工作性能和使用壽命。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明實施例進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。