[發明專利]一種燃氣輪機低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模

有效

• 申請號: 201710342928.1
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN106996579B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 索建秦;于涵;梁紅俠;孫付軍;李樂;黎明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38;F23R3/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種燃氣輪機低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模，由軸流式旋流器、環形旋流空氣平直流道、環形旋流空氣收斂流道和噴嘴組成。采用貧油直接噴射燃燒技術，噴嘴出口和旋流空氣出口位于同一平面，噴嘴形成的錐形油霧在旋流空氣作用下快速破碎并與空氣充分混合。噴嘴模以非預混燃燒方式工作，有效地避免自燃和回火現象的發生，并且降低振蕩燃燒出現的風險；噴嘴模燃燒當量比在0.6～0.8之間，保證燃燒區溫度較低，從而有效降低熱力型氮氧化物的生成。在實際燃氣輪機燃燒室中，通過合理布置多個旋流噴嘴模形成多點直接噴射結構，實現分區燃燒功能，既保證寬工作狀態下穩定工作，又能有效地降低污染物生成。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機燃燒室技術領域，具體地說，涉及一種燃氣輪機低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模。

背景技術

近年來，隨著人們環保意識越來越強，無論對于航空發動機或是地面燃氣輪機，其污染物排放要求日益嚴格。例如國際民航組織(ICAO)下屬環境保護委員會(CAEP)制定的一系列標準對一氧化碳、未燃碳氫和氮氧化物的排放做出了嚴格規定，只有符合排放要求的發動機才能取得適航認證。因此必須大力發展低污染燃燒技術以降低燃氣輪機污染物排放水平，從而滿足現在和未來更高的排放要求。

目前，燃氣輪機低污染燃燒技術主要包括:富油燃燒-快速淬熄-貧油燃燒技術(Rich burn-Quick quench-Lean burn，RQL)、貧油預混預蒸發燃燒技術(Lean PremixedPrevaporised，LPP)、貧油直接噴射燃燒技術(Lean Direct Injection，LDI)。PW公司低污染燃燒室TALONⅡ采用RQL技術，其NO_x排放水平剛能滿足CAEP6的要求，但由于RQL技術中，淬熄過程有可能產生接近化學恰當比的反應條件，從而生成大量NO_x，因此RQL技術降低污染排放的潛力有限，很難滿足未來ICAO更為嚴格的排放標準。GE公司將LPP技術應用到TAPS系列低污染燃燒室中，TAPSⅠ和TAPSⅡ的NO_x排放比CAEP6的規定再降低50％和60％，而用于GE9X的TAPSⅢ的NO_x排放比CAEP8的規定還低30％。LDI技術是將燃油直接噴射到燃燒室中與空氣混合發生擴散燃燒，由于沒有燃油和空氣預混，因此不存在自燃和回火的問題，且其燃燒不穩定性問題也沒有LPP那樣嚴重。因而近年來許多研究機構開展了關于LDI技術的研究，在NASA ERA項目支持下，Goodrich公司設計了陣列式LDI燃燒室，該方案的NO_x排放比CAEP6的規定低75％。Parker公司在NASA UEET項目支持下，提出了多級分區LDI燃燒方案，其污染物排放水平可以滿足降低CAEP6規定NO_x排放70％的要求。國內也有許多關于低污染燃燒室的研發。

發明專利201510673156.0、201510674145.4公開了兩種低污染燃燒室，其中預燃級采用旋流穩定的擴散燃燒與旋流預混燃燒相結合的方式，可在小狀態下穩定燃燒的同時降低污染物；主燃級采用預混預蒸發的燃燒方式，可在大狀態下實現均勻燃燒以降低NO_x排放。發明專利201410643105.9公開了一種主燃級貧預混的分層部分預混低污染燃燒室，值班級采用擴散燃燒，主燃級采用貧油預混燃燒；在大工況時，值班級和主燃級同時工作，主燃區處于貧油狀態，能夠顯著降低NO_x的排放。但是主燃級采用預混預蒸發的方式有可能產生燃燒不穩定現象，嚴重影響燃燒性能，甚至導致結構性的破壞。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種燃氣輪機低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模，采用貧油非預混燃燒方式，避免自燃和回火的發生，降低燃燒不穩定性出現的風險，在保證燃燒穩定的同時降低污染物排放。