[發明專利]一種低污染燃燒室的貧預混旋流噴嘴及全環燃燒室

在審

• 申請號: 201810572307.7
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108716694A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 索建秦;孫付軍;梁紅俠;于涵;李樂;黎明;劉昭宇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種低污染燃燒室的貧預混旋流噴嘴及全環燃燒室，采用貧預混燃燒技術，燃料噴射口位于旋流器內輪轂上，燃料與空氣在旋流流道開始相遇混合并在預混段進一步混合，提高燃料/空氣混合均勻度，另外旋流噴嘴的燃燒當量比為0.55?0.75，保證燃燒區溫度較低且無局部熱點，從而有效減少氮氧化物的生成；旋流噴嘴出口收斂段可加速燃料/空氣混合物流動，減小回火風險；旋流器外壁上壁面冷卻孔能降低壁溫和附面層燃料/空氣比，減少發生自燃和回火風險；在實際燃燒室中，通過合理布置一定數量的相同尺寸的旋流噴嘴形成多點貧預混燃燒室頭部，并采用主模燃料分級供應，可實現燃燒室在全工況范圍內的低污染排放水平。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機燃燒室領域，涉及一種低污染燃燒室的貧預混旋流噴嘴及全環燃燒室，具體是一種用于低污染燃燒室的貧預混旋流噴嘴方案。

背景技術

近年來，隨著環境污染問題的愈加嚴峻，人們環保意識也越來越強，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；而針對地面燃氣輪機，雖然沒有統一的污染排放標準，但由于其長時間在地面工作的特點，各地也相繼制定了本地區的污染物排放準則，并且其排放準則相比航空發動機更加苛刻，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，地面燃氣輪機低污染燃燒技術主要包括：“濕”低排放燃燒技術、催化燃燒超低排放技術及“干”低排放燃燒技術。雖然“濕”低排放燃燒技術能有效降低NOx排放，但其也有致命的缺陷，例如CO排放量增加，燃燒效率下降，降低了燃燒室壽命，同時增加供水系統，增大了機組復雜性和成本；催化燃燒技術在低污染燃燒方面具有很大的潛力，但是目前該技術仍處于開發階段，解決發動機寬工作溫度范圍和催化床為保證高催化性和機械完整性所需的相對狹窄溫度范圍之間的矛盾是催化燃燒的發展瓶頸。由于“濕”低排放燃燒技術對CO排放和部件壽命的負面影響以及催化燃燒技術所遇到的技術瓶頸，因此干式低排放燃燒技術仍是以后燃氣輪機的主要發展方向。“干”低排放燃燒技術是采用預混燃燒方式，燃料與過量空氣充分混合之后再進入燃燒區燃燒，通過調節燃料-空氣混合物的當量比來控制燃燒區火焰溫度，從而達到降低NOx排放的目的。

國內近年有許多關于貧預混低污染燃燒室的專利申請。專利201510117272.4公開了一種燃氣輪機低污染燃燒室頭部結構，其采用在旋流器流道內和中心流道內同時噴射燃料，保證了頭部結構出口處燃料和空氣的均勻混合；專利201610400254.1公開了一種以天然氣為燃料的貧油半預混燃燒室，其燃料噴射孔開在旋流器與文氏管之間，沿徑向噴射，在此區域形成燃料/空氣預混段，增加燃料/空氣混合均勻度。通過分析發現上述頭部方案的旋流器均采用直葉片，易發生流動分離，流動損失大，且無防止回火和自燃的措施。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種低污染燃燒室的貧預混旋流噴嘴及全環燃燒室，是一種適用于燃氣輪機低污染燃燒室的旋流噴嘴方案，該方案既能保證燃料/空氣的充分混合，還能減少流動分離，降低流阻損失，同時采取措施降低發生回火和自燃的風險。

技術方案

一種低污染燃燒室的貧預混旋流噴嘴，包括旋流器外壁和軸向旋流器；其特征在于：軸向旋流器2中心的旋流器內壁5為燃料進口3，旋流器內壁5上設有多個燃料噴射孔4；使得燃料自燃料管路入口3進入，通過旋流器內壁5，經由多個燃料噴射孔4進入預混段8；軸向旋流器2與出口收斂段9之間預混段8的旋流器外壁上設有多個壁面發散小孔11，出口收斂段9之后為噴嘴出口10；所述軸向旋流器9的葉片為曲葉片，沿周向均勻分布；所述的噴嘴出口10的內徑D為25mm～40mm，預混段長度L與內徑D之比為0.7～1.2。

所述軸向旋流器2的葉片為6-20個，與燃料噴射孔4的數目相等。