一種富燃自裂解燃燒器的製作方法

2023-11-02 16:04:06 2

本發明涉及燃氣輪機技術，尤其涉及一種富燃自裂解燃燒器。

背景技術：

低排放燃燒技術已成為發動機燃燒技術的中心課題之一，目前研發了諸如分級燃燒，貧鈾預混預蒸發(lpp)、貧油多點噴射(ldi)、駐渦燃燒技術(tvc)、柔和燃燒技術、雙旋預混旋流(taps)富油-猝熄-貧然(rql)、可變幾何燃燒室(vgc)、催化劑燃燒室等技術。rql技術是眾多低排放燃燒技術中的佼佼者，而富油燃燒區流場組織結構的實現是其燃燒技術的重要一環。然而，現有的工業燃氣輪機燃燒室頭部存在諸如燃油蒸發霧化角大以及富油區燃燒產物nox排放量大等問題。

技術實現要素：

在下文中給出了關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。

鑑於此，本發明提供了一種富燃自裂解燃燒器，以至少解決現有的工業燃氣輪機燃燒室頭部存在諸如燃油蒸發霧化角大以及富油區燃燒產物nox排放量大的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種富燃自裂解燃燒器，富燃自裂解燃燒器包括一級氣路、二級氣路、一級油路、二級油路、擴張段和裂解段；一級氣路的出口端連接擴張段的進口端，擴張段的出口端連接裂解段；擴張段的通道壁上設有篩孔；二級氣路環繞設置在一級氣路外層，二級氣路的出口端設置在擴張段的通道壁外側、並與裂解段連接；一級油路設於一級氣路內；一級油路作為值班級，其一級燃油通過設於其出口端中心的離心噴嘴噴出後，在擴張段與來自一級氣路的空氣混合而形成值班高溫區；二級油路設於一級氣路外；二級油路的出口端通過輪轂連接多個直射式噴嘴，使得二級油路的二級燃油通過輪轂的內部通道供給直射式噴嘴後，通過直射式噴嘴噴出後與二級氣路內的空氣經過預定距離的預混後分為兩部分：一部分通過擴張段的篩孔進入值班高溫區，另一部分沿二級氣路的通道壁壁面進入裂解段，來進行蒸發和裂解。

進一步地，多個直射式噴嘴沿軸向陣列式分布在二級氣路中央。

進一步地，離心噴嘴的出口處設有漸擴口結構以將離心噴嘴的一級燃油霧化角約束在預定範圍內。

進一步地，一級氣路通道壁上設有點火電極，點火電極布置在漸擴口結構的外側以配合漸擴口結構來實現對裂解段的等離子點火。

進一步地，一級氣路的通道壁上安裝有一級旋流器。

本發明的富燃自裂解燃燒器(簡稱裂解器)，可應用於工業燃氣輪機燃燒室頭部，在不較大範圍改變原型燃燒室的幾何結構的情況下，將本發明的上述裂解器替代原型結構的噴嘴，進行原位換裝，來達到優化原型結構燃油蒸發霧化以及燃燒排放等問題。本發明的富燃自裂解燃燒器能夠完成燃燒室富油燃料自裂解燃燒，降低富油區的nox排放。

此外，本發明的富燃自裂解燃燒器採用一級油路作為值班級，由中心的離心噴嘴噴出，使其在擴張區與一級空氣混合，形成值班高溫區。在離心噴嘴出口處，通過一段漸擴口結構，一方面可以約束離心噴嘴的一級燃油霧化角，防止其直接噴射到擴張段的壁面上，而另一方面還能夠與點火電極配合，對裂解段進行等離子點火。此外，通過在一級氣路上安裝旋流器，可以強化值班區燃油和空氣的摻混，同時在擴張段形成回流區，穩定值班級燃燒。

通過以下結合附圖對本發明的最佳實施例的詳細說明，本發明的這些以及其他優點將更加明顯。

附圖說明

本發明可以通過參考下文中結合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細說明一起包含在本說明書中並且形成本說明書的一部分，而且用來進一步舉例說明本發明的優選實施例和解釋本發明的原理和優點。在附圖中：

圖1是示意性地示出本發明的富燃自裂解燃燒器的一個示例的結構圖；

圖2是本發明的富燃自裂解燃燒器的輪轂結構放大圖；

圖3是本發明裂解級與氣流通道結構放大圖；

圖4是圖2中a-a剖切位置示意圖。

本領域技術人員應當理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的，而且不一定是按比例繪製的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對於其他元件放大了，以便有助於提高對本發明實施例的理解。

具體實施方式

在下文中將結合附圖對本發明的示範性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中並未描述實際實施方式的所有特徵。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定於實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，並且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常複雜和費時的，但對得益於本公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。

在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關係不大的其他細節。

本發明的實施例提供了一種富燃自裂解燃燒器，富燃自裂解燃燒器包括一級氣路、二級氣路、一級油路、二級油路、擴張段和裂解段；一級氣路的出口端連接擴張段的進口端，擴張段的出口端連接裂解段；擴張段的通道壁上設有篩孔；二級氣路環繞設置在一級氣路外層，二級氣路的出口端設置在擴張段的通道壁外側、並與裂解段連接；一級油路設於一級氣路內；一級油路作為值班級，其一級燃油通過設於其出口端中心的離心噴嘴噴出後，在擴張段與來自一級氣路的空氣混合而形成值班高溫區；二級油路設於一級氣路外；二級油路的出口端通過輪轂連接多個直射式噴嘴，使得二級油路的二級燃油通過輪轂的內部通道供給直射式噴嘴後，通過直射式噴嘴噴出後與二級氣路內的空氣經過預定距離的預混後分為兩部分：一部分通過擴張段的篩孔進入值班高溫區，另一部分沿二級氣路的通道壁壁面進入裂解段，來進行蒸發和裂解。

下面結合圖1-圖4來描述本發明的富燃自裂解燃燒器的一個示例結構。在該示例中，富燃自裂解燃燒器包括一級氣路1、二級氣路2、一級油路8、二級油路6、擴張段3和裂解段4。

一級氣路1的出口端連接擴張段3的進口端，擴張段3的出口端連接裂解段4的進口端；擴張段3的通道壁上設有篩孔。

二級氣路2環繞設置在一級氣路1外層，二級氣路2的出口端設置在擴張段3的通道壁外側、並與裂解段4連接。

一級油路8設於一級氣路1內。一級油路8作為值班級，其一級燃油通過設於其出口端中心的離心噴嘴9噴出後，在擴張段3與來自一級氣路1的空氣混合而形成值班高溫區。

二級油路6設於一級氣路外。二級油路6的出口端通過輪轂11連接多個直射式噴嘴5，使得二級油路6的二級燃油通過輪轂11的內部通道供給多個直射式噴嘴5後，通過該多個直射式噴嘴5噴出後再與二級氣路2內的空氣經過預定距離的預混後分為兩部分：一部分通過擴張段3的篩孔進入值班高溫區，另一部分沿二級氣路2的通道壁壁面快速進入裂解段，來進行蒸發和裂解。其中，預定距離可根據經驗值設定，或者也可以通過試驗的方法確定，這裡不再詳述。

根據一個實現方式，如圖4所示，多個直射式噴嘴5可以沿軸向陣列式分布在二級氣路2中央。

此外，根據一個實現方式，離心噴嘴9的出口處可設有漸擴口結構12，通過該漸擴口結構12能夠將離心噴嘴9的一級燃油霧化角約束在預定範圍內。換句話說，當未設置上述漸擴口結構12時，離心噴嘴9所噴出的一級燃油的霧化角範圍較大，進而容易噴射到擴張段3的通道壁的內壁面上；而當設置了上述漸擴口結構12時，離心噴嘴9所噴出的一級燃油的霧化角將會受到該漸擴口結構12的限制和約束，從而能夠防止一級燃油噴射到擴張段3的通道壁內壁面上。其中，預定範圍的大小可根據漸擴口結構的擴張角度有關，可根據經驗值或通過試驗的方法來設置漸擴口結構的擴張角度。

此外，一級氣路1通道壁上設有點火電極10，點火電極10布置在漸擴口結構12的外側以配合漸擴口結構12來實現對裂解段4的等離子點火。

根據一個實現方式，一級氣路1的通道壁上安裝有一級旋流器7，通過一級旋流器7，能夠加強值班區燃油和空氣的摻混，同時還能夠在擴張段3形成回流區，以穩定值班級的燃燒。

儘管根據有限數量的實施例描述了本發明，但是受益於上面的描述，本技術領域內的技術人員明白，在由此描述的本發明的範圍內，可以設想其它實施例。此外，應當注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權利要求書的範圍和精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對於本發明的範圍，對本發明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求書限定。