[發明專利]采用變截面進氣與多級燃料供給的燃燒室及其控制方法

有效

• 申請號: 201810437323.5
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108592083B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 李皓然;溫泉;胡建;何昊宸;羅虎;李瑋薇;楊家禮;肖軍輝;盧志峰;張紅霞
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 胡亮

本發明公開了一種采用變截面進氣與多級燃料供給的燃燒室及其控制方法，燃燒室包括括燃燒室頭部和火焰筒，燃燒室頭部包括第一燃料空氣噴射系統和沿徑向位于第一燃料空氣噴射系統外側的第二燃料空氣噴射系統，燃料分級供入第一燃料空氣噴射系統和第二燃料空氣噴射系統，第一燃料空氣噴射系統與第二燃料空氣噴射系統分別噴射出來的燃料空氣混合物在火焰筒并聯兩級區間內進行預混貧燃料燃燒。其通過多級燃料供給控制與空氣預混，能更好地適應多種燃料燃燒；有利于減少污染物的排放；能實現不同燃料按比例同時供入，優化混合燃燒性能控制，可在更寬的工作范圍內保持預混貧燃料燃燒的穩定性和低污染排放性能。

技術領域

本發明涉及低污染燃燒領域，特別地，涉及一種采用變截面進氣與多級燃料供給的燃燒室及其控制方法。

背景技術

地面燃氣輪機廣泛應用于電廠、動力機械、分布式供能、生物質氣及其它燃料氣體能源應用等與人們生活密切相關的場合，世界各國對NO_X、CO、UHC等的排放要求越來越嚴格，促使低污染燃燒室技術不斷得到發展。世界各大知名發動機公司為了搶占市場以及滿足日趨嚴格的污染排放標準，都在深入研究低污染技術，一方面是為了提高產品在市場上的競爭力，另一方面也是為未來市場對低排放燃氣輪機的需求進行技術儲備。地面燃氣輪機國外在大量實驗的基礎上進行了既能控制NO_X又能兼顧控制其他污染物排放的低污染燃燒技術攻關，目前應用的DLN燃燒技術主要有分級燃燒、貧燃料預混預蒸發燃燒（LPP）、富燃料/淬冷/貧燃料燃燒（RQL）和催化燃燒等。

航空發動機改地面燃氣輪機或利用航空發動機的成熟核心技術開發地面燃氣輪機是世界工業化發達國家常用的方法，我國在航空發動機改地面燃氣輪機方面有將近四十年的歷史，積累了很多經驗，但在低污染排放技術研究與實際應用方面還很落后，地面燃氣輪機目前主要依賴進口或國內組裝生產。隨著國家對排放標準要求的提高，我國的一些科研院所、大學等相繼開展了低污染燃燒技術研究；但針對節能減排背景下的替代燃料，能適應生物質氣及多燃料的中小型、微型燃氣輪機低污染燃燒室設計關鍵技術在我國還沒有重大突破，與發達國家比還存在很大差距。

國內外燃氣輪機及工業燃燒器低污染燃燒，采用現有預混合貧燃料燃燒方案的主要缺點如下：1) 不能同時適應多種燃料，如生物質氣和天然氣；2）針對不同特性及熱值的燃料需更換燃料噴嘴或火焰筒頭部；3）現有技術為保證點火起動以及運行過程中燃燒的穩定性和燃氣輪機工況變化不熄火，一般需設置值班噴嘴，值班噴嘴采用傳統的擴散燃燒方式，易產生一定量的污染物排放；4）預混穩定燃燒調節范圍小；5）不能根據燃氣輪機的工況變化和使用燃料的不同改變火焰筒頭部的空氣進入量，因此不能在較寬的范圍調節維持低污染燃燒所需的最佳燃料/空氣比參數；6）運行工況及燃料特性變化范圍大時容易造成燃燒不穩定以及污染物如：CO、NOx、UCH等排放量的增加。

發明內容

本發明提供了一種采用變截面進氣與多級燃料供給的燃燒室及其控制方法，以解決傳統的擴散燃燒方式容易產生污染物以及無法同時適應多燃料低污染穩定燃燒的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

根據本發明的一個方面，提供一種采用變截面進氣與多級燃料供給的燃燒室，包括燃燒室頭部和火焰筒，燃燒室頭部包括第一燃料空氣噴射系統和沿徑向位于第一燃料空氣噴射系統外側的第二燃料空氣噴射系統，燃料分級供入第一燃料空氣噴射系統和第二燃料空氣噴射系統，

第一燃料空氣噴射系統包括位于中心點火電咀外的燃料中心進氣管、設置于燃料中心進氣管上的第一級噴嘴、設置于燃料中心進氣管外側的內旋流器、以及第二級噴嘴，其中，第一級燃料通過第一級噴嘴直接噴射進入火焰筒，第二級燃料經第二級噴嘴噴出并與進入內旋流器的空氣進行預混后以貧燃料狀態旋流噴射進入火焰筒，第一級燃料與第二級燃料進入火焰筒用于實現第一級區間燃燒；