[發明專利]地面燃機燃燒室結構及其分級燃燒組織方法

在審

• 申請號: 201610016396.8
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105674333A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 張群;邢力;汪玉明;楊省喆;黎超超;閆東博;李逸飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42;F23R3/34;F23R3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及燃氣輪機領域，具體而言，涉及一種地面燃機燃燒室結構及其分級燃 燒組織方法

背景技術

對于工業重型燃氣輪機而言，數十年間發展目標始終為更高的燃燒室出口平均溫 度(標定燃氣輪機技術等級)以及更低污染物排放；上述技術指標與燃燒室緊密相關 且自身互相矛盾，更高的燃燒室出口平均溫度意味著更多燃料參與燃燒過程，燃燒室 內平均溫度更高，而作為燃燒室主要污染物的氮氧化物與燃燒室內部熱力過程密切相 關。燃氣輪機燃燒室的基本功能為在有限空間內高強度的通過組織燃料與空氣流動并 發生化學反應，將燃料中化學能轉化為燃氣中熱能從而推動透平做功。其核心為湍流 混合過程與化學反應動力過程的交互作用。

干式低NOx(drylowNOx，DLN)燃燒技術是根據熱力型NOx的Zeldovich生成 原理，將燃燒室主燃燒區溫度約束在1670～1900K的狹窄范圍內以減少NOx排放， 因此必須采用預混燃燒方式，通過調節主燃燒區的燃料/空氣當量比來控制火焰溫度。 但僅控制平均當量比還不能滿足要求，所有DLN燃燒室都要求燃料/空氣均勻預混干 式低NOx(drylowNOx，DLN)燃燒技術的關鍵是在控制燃燒室主燃區總燃料/空氣當 量比的前提下，實現燃料空氣的均勻預混，國際上先進DLN燃燒室的研發都在預混 均勻性問題上花費了很大精力。

現有的大多重型地面燃機的DLN燃燒室，為了加強混合度以及防止回火，主旋流 筒尾部設計了收斂段，以便加速未燃氣流，但是此設計會使得燃料混合不充分；同時 主旋流筒流出的較高速度預混氣流會對值班旋流筒下游造成沖擊，破壞值班燃燒區的 穩定燃燒，同時由于值班級、主燃級的相互沖擊，也會影響主燃燒區的自身的當量比， 造成局部的燃燒條件變差，污染排放增加。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種地面燃機燃燒室結構及其分級燃燒方法，該 結構使得值班燃燒區與主燃燒區在徑向和軸向上分開組織燃燒，提高了燃燒室燃燒的 穩定性，有效控制了主燃燒區和值班燃燒區的當量比，提高預混燃料的預混度，降低 了NOx的排放。

本發明通過如下技術手段解決上述技術問題：值班燃燒區單獨在前部采用末端帶 有收斂段的小火焰筒，后部主燃燒區采用帶有火焰穩定器的大火焰筒，小火焰筒后部 采用收斂段，主旋流筒出口前裝有開口垂直于軸線的月牙狀的旋流葉片。

所述主旋流器位于值班旋流器的下游，且其軸向距離為155～175mm。

其中，所述燃燒室前段的小火焰筒與值班旋流筒的擴張段出口相連，與其直徑相 等，小火焰筒末端設計有收斂角度為15～25°的收斂段，收斂段軸向長度為40～55mm， 此小火焰筒軸向總長度(包括收斂段)為200～210mm。

其中，所述主火焰筒的起始位置與主旋流筒出口端相連，在軸向上位于小火焰筒 的末端。

其中，所述主旋流筒出口處的旋流葉片位于主旋流筒的環形通道內，其橫截面為 月牙狀，方向與氣流方向平行，距離主旋流器的軸向距離為90～110mm；旋流葉片橫 截面的翼型長度為20～22mm，寬度按為4～6mm；旋流葉片數量為34～38個，周向上 繞燃燒室軸心均勻分布。

其中，所述火焰穩定器由橫截面為槽狀的環形部分和沿徑向部分組成，其位于值 班旋流筒收斂段末端下游，且與其相連接。

本發明還提供一種使用上述所述的地面燃機燃燒室結構的分級燃燒組織方法，其 特征在于，向中心值班燃燒區噴入燃料，在頭部建立旋流穩定火焰；向外圍主燃燒區 噴入燃料，通過主旋流器和主旋流筒出口處的月牙狀旋流葉片預混合，同時燃料-空氣 混合物被中心小火焰筒內火焰所傳遞的熱量加熱。值班燃燒區燃燒完全后的高溫氣流 再點燃主旋流筒出來的預混燃料，同時通過槽狀穩焰器建立了穩定的火焰。

采用本發明可以取得以下有益效果：

1)本發明所提供的一種地面燃機燃燒室結構及其分級燃燒組織方法，會使得值班 燃燒區與主燃燒區在徑向和軸向上分開組織燃燒，提高了燃燒室燃燒的穩定性，有效 控制了主燃燒區和值班燃燒區的當量比，相對于現有的主燃燒區在外圍、值班燃燒區 在中心同時燃燒的模式，避免了主燃燒區和值班燃燒區的氣流、火焰干擾，值班級能 形成穩定的點火源，提高了燃燒室燃燒的穩定性。