[發明專利]一種雙凹腔無焰燃燒器

有效

• 申請號: 201410315322.5
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN104048325A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 崔玉峰;臧鵬;房愛兵;邢雙喜;胡宏斌;王昆;田曉晶
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23R3/58
• 分類號: F23R3/58
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明屬于燃氣輪機燃燒室技術領域，具體地涉及一種雙凹腔無焰燃燒器，是一種無焰燃燒與雙凹腔駐渦燃燒的結合，最終實現無焰燃燒，達到低污染物排放。

背景技術

隨著人們環保意識的加強，燃氣輪機的環保性能在燃機各應用領域的要求越來越突出：降低污染、延長壽命是燃氣輪機的發展目標。傳統的低污染燃燒技術和旋流器穩焰技術已經不能完全滿足先進燃氣輪機對NO_X等污染物排放提出的越來越苛刻的要求，為此世界各國都對低污染燃燒室進行了廣泛研究。

目前，對燃氣輪機低NO_X燃燒技術已經有了很多的研究。燃氣輪機低NO_X燃燒技術分為貧預混技術(LP)、貧預混預蒸發技術(LPP)、富油-急冷-貧油(RQL)技術、催化燃燒技術以及LDI燃燒等。貧預混(LP)和貧預混預蒸發(LPP)燃燒技術即把預先混合蒸發的混氣送入燃燒區，并在很貧的當量比下工作，穩定燃燒與熄火的裕度越小，產生的NO_X也越少。LP技術是早期工業燃氣輪機的熱點技術。它面臨的問題是對于液體燃料的自點燃和回火問題，這局限了LPP在航空發動機的可靠性；另一個問題是在充分混合燃燒系統中熱聲振蕩問題，這兩個問題是LP技術在未來發展中必需要克服的。富油-急冷-貧油(RQL)燃燒技術最初是為了降低含燃料氮的燃料的低污染燃燒而提出的，仍處于研究階段。一般由富燃區、淬熄混合區(或快速冷卻區)和貧燃區組成。RQL的關鍵是空氣與未燒完的燃料快速均勻混合。催化燃燒技術可以保證很低的燃燒溫度而且可以避免溫度峰值的出現，從而保證NOx在一個很低的水平上。它的主要問題是在高溫條件下催化劑的壽命和消耗。LDI燃燒是將燃油多點直接噴射入高速旋轉氣流中，保證燃料和空氣可以快速均勻混合，在噴嘴附近區域，由于富油可以形成穩定的燃燒，遠離噴嘴處貧油燃燒，抑制熱力型NO_X產生。該項技術目前也正在研究階段。

適用于燃氣輪機燃燒室的無焰燃燒技術的研究興起于20世紀90年代末，無焰燃燒與傳統的燃燒方式相比，從直觀上看無明顯的火焰鋒面，從而消除了高溫區域，達到了極低NO_X排放(<15ppm)，同時將CO限制在一個合理的水平內。與傳統的燃燒相比，無焰燃燒的最主要的不同是高溫的燃燒產物與空氣和燃料反應物的摻混，從而使無焰燃燒具有獨特的特性。無焰燃燒燃燒室設計的主要難點是如何有效的利用燃燒室結構來摻混燃氣到空氣中，傳統的燃燒室設計都是利用旋流器產生一個回流區。沿用傳統燃燒室設計來設計無焰燃燒室，往往都需要無焰燃燒室有復雜的結構。

目前美國辛辛那提大學和德國柏林大學都已將無焰燃燒與凹腔駐渦燃燒相結合，側重于氣體燃料的無焰燃燒室研究，通過無焰燃燒減少熱聲振蕩，增加燃燒穩定性，但是國內外還沒有專門適用于燃燒液體燃料的凹腔駐渦無焰燃燒室，而且國內外還未發現雙凹腔結構的駐渦無焰燃燒的研究。北京航空航天大學切向駐渦燃燒室(CN1858498A)，單渦燃燒室(CN101070961A)，雙渦燃燒室(CN101566353A)，都是單獨的駐渦燃燒技術，以上三種燃燒室都是全環形燃燒室結構。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙凹腔無焰燃燒器，以改進公知技術中存在的缺陷。

為實現上述目的，本發明提供的雙凹腔無焰燃燒器，包括；

一頭部區(1)，具有一頂蓋(10)和錐形段(11)，頂蓋(10)和錐形段(11)上開有多個使空氣進入燃燒器的圓孔(13)，頂蓋(10)上設有多個主噴嘴安裝孔(14)；

一主凹腔(6)，為一圓筒，其中上游側通過直筒段(12)與頭部區(1)的錐形段(11)相連，下游側與筒形的出口段(9)相連，出口段(9)的壁上設有用于降低壁面溫度的氣膜冷卻孔(19)；

主凹腔(6)上游側和下游側的壁上各開有交錯布置的軸向空氣噴射孔(15)；主凹腔(6)下游側的壁上設有多個燃油噴嘴安裝孔(16)，主凹腔(6)上游側和下游側的內壁上設有多個周向空氣噴桿(17)，每個周向空氣噴桿(17)上開有多個沿圓周方向的空氣噴射孔(18)；

主凹腔(6)的直徑大于直筒段(12)和出口段(9)，主凹腔(6)包圍的區域形成主凹腔區(2)，出口段(9)包圍的區域形成無焰燃燒區(5)；