[發明專利]一種多級旋流部分預混的地面燃機燃燒室頭部

有效

• 申請號: 202010988314.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112050256B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 邢力;徐華勝;楊會評;梁勇;陳振輝;鄭明新;李逸飛
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: F23R3/58
• 分類號: F23R3/58;F23R3/28
• 代理公司: 北京清大紫荊知識產權代理有限公司 11718
• 代理人: 張卓

本發明屬于地面燃氣輪機燃燒室技術領域，尤其涉及一種多級旋流部分預混的地面燃機燃燒室頭部，包括主燃級旋流裝置和值班級旋流裝置；主燃級旋流裝置包括一級主燃級旋流筒組和二級主燃級旋流筒；一級主燃級旋流筒組包括多個以火焰筒的軸線為中心周向均勻分布的一級主燃級旋流筒；二級主燃級旋流筒設置在一級主燃級旋流筒組的下游，用于二次預混一級主燃級旋流筒組下游的燃氣混合物；值班級旋流裝置包括一級值班級旋流筒和套裝在一級值班級旋流筒外部的二級值班級旋流筒，二級值班級旋流筒用于增大中心回流區。本發明能加強燃料和空氣的摻混，提高主燃級預混均勻性，減少燃料停留時間，降低燃燒室的NOx排放，能提高燃燒效率和燃燒室燃燒的穩定性。

技術領域

本發明屬于地面燃氣輪機燃燒室技術領域，尤其涉及一種多級旋流部分預混的地面燃機燃燒室頭部。

背景技術

隨著地面發電用燃氣輪機技術的發展，現代地面燃氣輪機不斷追求更低的污染排放和更高的經濟性，燃氣輪機總體性能的提升對于燃燒室設計提出了更高的要求。燃氣輪機燃燒室的基本功能是在有限的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熱能從而推動透平做功。其核心為湍流混合過程與化學作用的耦合。

更高的燃燒室出口溫度意味著燃燒室內的溫度更高，燃燒室內更高的溫度則會增加污染物NOx的排放。目前降低燃燒室污染排放的主要思想就是將燃燒室內主燃區的溫度控制在1670K~1900K之間，同時降低燃料在高溫區的停留時間。而預混燃燒方式是實現該思想的最好方法，再結合擴散燃燒來穩定燃燒室火焰。比如DLN（Dry Low NOx）燃燒室就采用了部分預混燃燒的方式，即主燃級采用預混燃燒的方式，副燃級采用擴散燃燒的方式。DLN燃燒室大部分燃料都在主燃級進行預先混合，主燃級的燃燒好壞直接關系著燃燒室的整體性能。

目前主要是通過提高主燃級氣流速度來減少燃料在高溫區的停留時間和回火，所以燃料和高速空氣在較短的時間內難以充分的混合，而燃料預混的不均勻會直接導致局部高溫區的出現，增大污染排放和燃燒不穩定性。

發明內容

本發明提供一種多級旋流部分預混的地面燃機燃燒室頭部，能加強燃料和空氣的摻混，提高主燃級預混均勻性，減少燃料停留時間，降低燃燒室的NOx排放。同時能提高燃燒效率和燃燒室燃燒的穩定性。

為了達到上述技術目的，本發明所采用的具體技術方案為：

一種多級旋流部分預混的地面燃機燃燒室頭部，包括主燃級旋流裝置、值班級旋流裝置擴壓器和收斂環；所述主燃級旋流裝置包括一級主燃級旋流筒組和二級主燃級旋流筒；所述一級主燃級旋流筒組包括多個以火焰筒的軸線為中心周向均勻分布的一級主燃級旋流筒；所述二級主燃級旋流筒設置在一級主燃級旋流筒組的下游，用于二次預混所述一級主燃級旋流筒組下游的燃氣混合物；所述收斂環設置在所述一級主燃級旋流筒的下游；所述值班級旋流裝置包括一級值班級旋流筒和套裝在所述一級值班級旋流筒外部的二級值班級旋流筒，所述擴壓器設置在所述值班級旋流裝置的下游，所述二級值班級旋流筒用于增大所述擴壓器內燃油混合物的中心回流度。

進一步的，所述二級主燃級旋流筒包括多個以火焰筒的軸線為中心周向均勻分布的二級主燃級旋流器，各所述二級主燃級旋流器之間設置有擋板。

進一步的，所述二級主燃級旋流器的中軸設置在其上游相鄰兩個一級主燃級旋流筒的中軸的排布圓弧的中點。

進一步的，所述一級主燃級旋流筒內的旋流器的葉片數量為10~12個，安裝角度為18~20°，葉片寬度為一級主燃級旋流筒直徑的0.08~0.15倍；所述二級主燃級旋流器的葉片數量為10~12個，安裝角度為14~18°，葉片寬度為一級主燃級旋流筒直徑的0.08~0.15倍；所述二級主燃級旋流器的葉片長度等于所述一級主燃級旋流筒內的旋流器的葉片長度。

進一步的，二級值班級旋流筒包括以一級值班級旋流筒的中軸為中心，周向分布的多個二級值班級旋流葉片，各所述二級值班級旋流葉片均固定在所述一級值班級旋流器的外筒的外壁。